CN107855859A - 核电站管道焊缝内壁打磨机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核电站管道焊缝内壁打磨机器人，其包括：密封单元，包括第一圆台和安装于第一圆台上的橡胶密封盘；打磨单元，包括旋转云台和安装于旋转云台上的打磨装置；驱动单元，用于驱动打磨单元进出管道；以及电气元件单元；其中，密封单元、打磨单元、驱动单元、电气元件单元之间为可弯曲连接。相对于现有技术，本发明核电站管道焊缝内壁打磨机器人具有以下优点：实现了钢制管道焊缝内壁自动打磨、抛光、清洁及无损检测等多项功能的作业，解决了钢制管道焊缝内壁无法打磨的问题，解决了机器人在管道内壁的拐弯爬行问题，解决了焊缝应力集中的问题，消除了热疲劳效应，保障了焊缝质量，消除了焊缝质量隐患。

Description

核电站管道焊缝内壁打磨机器人

技术领域

本发明属于核电技术领域，更具体地说，本发明涉及一种核电站管道焊缝内壁打磨机器人。

背景技术

核电厂一回路系统是输送核反应堆冷却剂的重要工艺系统，主要输送用于冷却反应堆堆芯的冷却剂，并执行反应堆的反应性控制，其压力边界是核电站安全系统的第三道防御屏障，其完整性一旦失效，将引发反应堆冷却剂失水事故(LOCA事故)并导致一回路放射性介质的泄漏，从而引发核安全事故。因此，保护反应堆一回路压力边界的完整性变得尤为重要。

核电厂一回路压力边界的完整性主要通过焊缝将设备、管道及阀门焊接组成一个封闭环路来保障。而焊缝通常是一回路压力边界中的薄弱环节，焊缝的质量与一回路压力边界的完整性息息相关。由于一回路系统介质工况复杂，因而容易在焊缝位置产生热疲劳效应，进而影响焊缝质量，而针对焊缝内、外表面进行机加工打磨、抛光是消除焊缝应力集中，缓解焊缝热疲劳效应的有效方法。因此，针对核电厂钢制管道焊缝内、外壁进行机加工打磨、抛光，可以有效消除焊缝部位热疲劳效应，保证焊缝质量，进而保障核电厂的安全。

目前，针对核电厂钢制管道焊缝外壁的打磨、抛光技术已经很成熟，且也很容易找到管道焊缝外壁自动打磨的机器人装置。但现有技术针对管道焊缝内壁的打磨、抛光却只能通过人工手动实施。

现有技术采用人工打磨、抛光焊缝内壁的方法仍存在以下缺陷：1)采用人工打磨，由于无法隔离打磨作业区，因此打磨过程中产生的碎屑、粉尘会沾污管道内部，从而增加管道内部的清洁难度；2)人工打磨后产生的碎屑、粉尘会影响焊后的无损检测效果，进而存有质量隐患；3)针对内径较小的钢制管道，无法采用人工进行焊缝内壁打磨、抛光，核电厂内大部分工艺管道内径均低于500mm，很难采用人工针对管道焊缝内壁进行打磨、抛光；4)内壁打磨的焊缝距离管口较远，很难实施人工打磨，核电厂的管道均是通过现场焊缝将管道预制段逐段焊接而成，因此管口与现场焊缝的距离通常较长，部分管口与现场焊缝之间还设置有弯头、弯管等拐弯部件，无法通过人工对焊缝内壁进行打磨；5)现有机器人大部分都只能在管道内部实施观察、检测类作业，无法实施焊缝打磨、抛光等作业。

有鉴于此，确有必要提供一种能自动打磨、抛光管道焊缝内壁的核电站管道焊缝内壁打磨机器人。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术的缺陷，提供一种自动打磨、抛光管道焊缝内壁的核电站管道焊缝内壁打磨机器人。

为实现上述发明目的，本发明提供一种核电站管道焊缝内壁打磨机器人，其包括：

密封单元，包括第一圆台和安装于第一圆台上的橡胶密封盘；

打磨单元，包括旋转云台和安装于旋转云台上的打磨装置；

驱动单元，用于驱动打磨单元进出管道；以及

电气元件单元；

其中，密封单元、打磨单元、驱动单元、电气元件单元之间为可弯曲连接。

作为本发明核电站管道焊缝内壁打磨机器人的一种改进，所述打磨单元可弯曲连接于密封单元，驱动单元可弯曲连接于打磨单元，电气元件单元可弯曲连接于驱动单元。

作为本发明核电站管道焊缝内壁打磨机器人的一种改进，所述橡胶密封盘安装于两个第一圆台之间，通过充气方式控制橡胶密封盘的膨胀直径。

作为本发明核电站管道焊缝内壁打磨机器人的一种改进，所述打磨单元还包括两个第二圆台，旋转云台安装于两个第二圆台之间，第二圆台沿远离打磨装置方向的大面上设有从动轮，第二圆台的外侧设有固定支撑腿，所述打磨装置包括安装于旋转云台上的焊缝研磨机和真空吸尘器。

作为本发明核电站管道焊缝内壁打磨机器人的一种改进，所述旋转云台上还设有内窥镜。

作为本发明核电站管道焊缝内壁打磨机器人的一种改进，所述驱动单元包括车架和安装于车架上的驱动轮云台，驱动轮云台上设有驱动轮。

作为本发明核电站管道焊缝内壁打磨机器人的一种改进，所述驱动单元还包括驱动电机，驱动电机安装于车架上。

作为本发明核电站管道焊缝内壁打磨机器人的一种改进，所述电气元件单元包括箱体，箱体内放置电气控制元件，所述箱体底部连接有电缆和粉尘排出管。

作为本发明核电站管道焊缝内壁打磨机器人的一种改进，所述电气元件单元上设有散热系统。

作为本发明核电站管道焊缝内壁打磨机器人的一种改进，所述核电站管道焊缝内壁打磨机器人还包括与电气元件单元连接的控制单元。

相对于现有技术，本发明核电站管道焊缝内壁打磨机器人具有以下有益效果：

1)实现了钢制管道焊缝内壁自动打磨、抛光、清洁及无损检测等多项功能的作业，解决了钢制管道焊缝内壁无法打磨的问题，解决了焊缝应力集中的问题，消除了热疲劳效应，保障了焊缝质量，消除了焊缝质量隐患；

2)采用金属软管连接各作业单元，解决了机器人在管道内壁的拐弯爬行问题，消除了管道焊缝内壁打磨不可达的隐患；

3)通过气压针对橡胶密封盘的膨胀直径进行调节，从而实现针对焊缝打磨作业区域产生的碎屑、粉尘进行隔离、密封的功能，保障了管道内部的清洁度要求；

4)通过自带内窥镜，实现了对管道焊缝的无损检测，确保了焊缝施工质量。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明核电站管道焊缝内壁打磨机器人及其有益技术效果进行详细说明，其中：

图1为本发明核电站管道焊缝内壁打磨机器人的整体示意图。

图2为本发明核电站管道焊缝内壁打磨机器人的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

请参阅图1和图2所示，本发明核电站管道焊缝内壁打磨机器人包括：

密封单元10，包括第一圆台102和安装于第一圆台102上的橡胶密封盘104；

打磨单元20，包括旋转云台200和安装于旋转云台200上的打磨装置202；

驱动单元30，用于驱动打磨单元20进出管道60；以及

电气元件单元40；

其中，密封单元10、打磨单元20、驱动单元30、电气元件单元40之间为可弯曲连接。

根据本发明的一个实施方式，核电站管道焊缝内壁打磨机器人还包括与电气元件单元40连接的控制单元50，控制单元50通过电缆与电气元件单元40连接。控制单元50包括控制箱体和显示屏操作平台，控制箱体包括控制机柜和电源机柜，控制箱体上设有电缆，用于输出电源和控制信号。

请参阅图1和图2所示，为了使打磨机器人可以在拐弯的管道60内壁爬行，打磨单元20可弯曲连接于密封单元10，驱动单元30可弯曲连接于打磨单元20，电气元件单元40可弯曲连接于驱动单元30，优选地，密封单元10、打磨单元20、驱动单元30、电气元件单元40之间通过金属软管404进行连接，从而克服管道60内壁拐弯的通行困难的问题。

密封单元10包括两个第一圆台102，橡胶密封盘104固定安装于两个第一圆102之间，橡胶密封盘104充气后沿管道60的径向膨胀，远离打磨单元20的第一圆台102沿远离打磨单元20方向的大面上设有从动轮100。在图示实施方式中，远离打磨单元20的第一圆台102沿远离打磨单元20方向的大面上设有四个带万向功能的从动轮100。通过气压针对橡胶密封盘104的膨胀直径进行调节，密封单元10通过对橡胶密封盘104中的气压进行调节从而控制橡胶密封盘104的膨胀直径来实现焊缝打磨区域的隔离密封功能。

打磨单元20包括两个第二圆台204，旋转云台200安装于两个第二圆台204之间，旋转云台200可沿管道60轴线方向旋转。旋转云台200安装有打磨装置202，打磨装置202包括焊缝研磨机206和真空吸尘器208，真空吸尘器208安装于焊缝研磨机206之后。旋转云台200上还设有内窥镜210，内窥镜210位于焊缝研磨机206下方，内窥镜210摄像头的观察角度可调节，内窥镜210的摄像头对着焊缝研磨机206。第二圆台204外侧设有固定支撑腿212，固定支撑腿212可沿管道60径向伸缩。第二圆台204沿远离打磨装置202方向的大面上设有从动轮100，从动轮100为带万向功能的从动轮100。打磨单元20通过可伸缩的固定支撑腿212来实现打磨机器人打磨前的固定功能，通过可沿管道60轴线方向转动的焊缝研磨机206来实现对焊缝内壁的打磨、抛光功能，通过真空吸尘器208将打磨过程中产生的碎屑、粉尘排出管道60外部，通过内窥镜210摄像头来实现焊后的无损检测功能。

驱动单元30包括车架300和安装于车架300上的驱动轮云台302，驱动轮云台302上设有驱动轮304，其中，驱动轮云台302可沿管道60径向伸缩。驱动单元30还包括驱动电机(未图示)，驱动电机安装于车架300上。驱动单元30通过若干个驱动轮304来实现对打磨机器人的驱动，驱动电机用于将打磨机器人驱动至目标位置。

电气元件单元40包括箱体400，箱体400内放置有电气控制元件。在图示实施方式中，箱体400底部连接有电缆和粉尘排出管，箱体400通过电缆与控制单元50连接，箱体400底部的大面上设有从动轮100，从动轮100为带万向功能的从动轮100。电气元件单元40还设有散热系统，以确保电路元件正常工作。

需要说明的是，密封单元10、打磨单元20、驱动单元30、电气元件单元40的连接顺序不受限制，只要能保证密封单元10先进入管道60内部实现作业区域的隔离密封功能，随后打磨单元20进入管道60完成打磨抛光功能即可。在最后进入管道60内的单元底部设置用于连接控制单元50的电缆以及粉尘排出管。

以下结合图1和图2所示，详细描述本发明核电站管道焊缝内壁打磨机器人的工作过程：

密封单元10、打磨单元20、驱动单元30、电气元件单元40之间依次用金属软管404连接，电气元件单元40通过电缆与控制单元50连接，安装好机器人后，驱动单元30驱动密封单元10先进入管道60，当打磨单元20移动到焊缝位置时，机器人停止移动，通过气压针对橡胶密封盘104的膨胀直径进行调节，从而实现隔离密封功能，打磨单元20通过可伸缩的固定支撑腿212的调节来实现打磨机器人打磨前的固定功能，然后打磨单元20开始工作，打磨单元20通过沿着管道60轴线方向转动的焊缝研磨机206来实现管道60的焊缝内壁打磨、抛光，打磨产生的碎屑、粉尘等进入真空吸尘器308被排出至管道60外，打磨、抛光完成后，通过内窥镜210摄像头开展焊后的无损检测工作，无损检测完毕后通过调节气压收缩橡胶密封盘104的膨胀直径来解除隔离密封，通过收缩打磨单元20可伸缩的固定支撑腿212来取消打磨单元20的固定，驱动单元30驱动机器人往下一个焊缝位置移动，重复以上过程，对管道60的焊缝内壁进行打磨、抛光。

结合以上对本发明的详细描述可知，相对于现有技术，本发明核电站管道焊缝内壁打磨机器人具有以下有益效果：

1)实现了管道60的焊缝内壁自动打磨、抛光、清洁及无损检测等多项功能的作业，解决了管道60的焊缝内壁无法打磨的问题，解决了焊缝应力集中的问题，消除了热疲劳效应，保障了焊缝质量，消除了焊缝质量隐患；

2)采用金属软管404连接各作业单元，解决了机器人在管道60内壁的拐弯爬行问题，消除了管道60的焊缝内壁打磨不可达的隐患；

3)通过气压针对橡胶密封盘104的膨胀直径进行调节，从而实现针对焊缝打磨作业区域产生的碎屑、粉尘进行隔离、密封的功能，保障了管道60内部的清洁度要求；

4)通过自带内窥镜210，实现了对管道60焊缝的无损检测，确保了焊缝施工质量。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种核电站管道焊缝内壁打磨机器人，其特征在于，包括：

密封单元，包括第一圆台和安装于第一圆台上的橡胶密封盘；

打磨单元，包括旋转云台和安装于旋转云台上的打磨装置；

驱动单元，用于驱动打磨单元进出管道；以及

电气元件单元；

其中，密封单元、打磨单元、驱动单元、电气元件单元之间为可弯曲连接。

2.根据权利要求1所述的核电站管道焊缝内壁打磨机器人，其特征在于，所述打磨单元可弯曲连接于密封单元，驱动单元可弯曲连接于打磨单元，电气元件单元可弯曲连接于驱动单元。

3.根据权利要求1所述的核电站管道焊缝内壁打磨机器人，其特征在于，所述橡胶密封盘安装于两个第一圆台之间，通过充气方式控制橡胶密封盘的膨胀直径。

4.根据权利要求1所述的核电站管道焊缝内壁打磨机器人，其特征在于，所述打磨单元还包括两个第二圆台，旋转云台安装在两个第二圆台之间，第二圆台沿远离打磨装置方向的大面上设有从动轮，第二圆台的外侧设有固定支撑腿，所述打磨装置包括安装于旋转云台上的焊缝研磨机和真空吸尘器。

5.根据权利要求1所述的核电站管道焊缝内壁打磨机器人，其特征在于，所述旋转云台上设有内窥镜。

6.根据权利要求1所述的核电站管道焊缝内壁打磨机器人，其特征在于，所述驱动单元包括车架和安装于车架上的驱动轮云台，驱动轮云台上设有驱动轮。

7.根据权利要求6所述的核电站管道焊缝内壁打磨机器人，其特征在于，所述驱动单元还包括驱动电机，驱动电机安装于车架上。

8.根据权利要求1所述的核电站管道焊缝内壁打磨机器人，其特征在于，所述电气元件单元包括箱体，箱体内放置电气控制元件，所述箱体底部连接有电缆和粉尘排出管。

9.根据权利要求1所述的核电站管道焊缝内壁打磨机器人，其特征在于，所述电气元件单元上设有散热系统。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的核电站管道焊缝内壁打磨机器人，其特征在于，所述核电站管道焊缝内壁打磨机器人还包括与电气元件单元连接的控制单元。