CN109358115A - 核主泵法兰螺栓在线超声检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

核主泵法兰螺栓在线超声检测装置及检测方法，导轨抱紧固定安装在立式主泵体外周上，环形导轨上活动安装滑座；滑座上设有公转驱动组件；微动板通过倾摆自适应调整组件安装在滑座上，微动板和滑座横行平行间隔配置，微动板能够在板面受到外力时相对于滑座弹性倾摆；检测平台通过径向驱动组件安装在微动板上；检测平台包括横向平行配置的支撑板和升降板，检测管立式配置在升降板上，包括由内至外同轴套装的内层管、中层管和外层管，所述装置还包括摄像监视模块。装置能够实现对检测管垂直度的实时自适应调整，降低了对导轨现场安装水平度的限制，利于现场快速安装及调试，尤其适用于核电站这一类特殊的工作场所。

Description

核主泵法兰螺栓在线超声检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及核电站在役设备检测领域，尤其涉及一种用于AP1000主泵法兰螺栓在线超声检测的装置及使用其进行在线超声检测的方法。

背景技术

AP1000核电站反应堆冷却剂泵壳体法兰螺栓是反应堆冷却剂壳体与屏蔽电机泵之间的紧固件，长期在高温高压辐照环境下工作，易于形成疲劳损伤，是反应堆中重要的受力易损部件。为了确保核电站的安全可靠运行，需对AP1000主泵法兰螺栓实行严格的检查，美国ASME规范规定法兰螺栓为核电站役前和在役检查的重点检查对象，必须对其进行全体积超声检查。

针对在役法兰螺栓的超声检测方式，包括离线检测(即将法兰螺栓从AP1000冷却剂主泵体上拆除下来进行检测)和在线检测(即不将法兰螺栓从AP1000冷却剂主泵体上拆除下来、直接进行检测)两种。前者存在资源损耗大、检测效率低、易漏检等缺点，且检测前后无法保证反应堆的完好性，因此不能适应AP1000主泵法兰螺栓的检测可靠性高、标准严格等要求，后者不仅能克服离线检测的缺点，具有可靠性高、定位精度高等优点外，也可以在很大程度上提高检测效率，对核电站高效高品质地及时发现隐患、确保部件的运行安全有重大意义，但同时也对承载及控制超声探头的在线超声检测系统提出了更高的要求。

在线检查时，只能通过法兰螺栓的中心孔对法兰螺栓进行全体积超声检测，受限于辐射环境的高剂量率、在线检查无法采用手动检查方式，采用自动超声检测装置还具有超声数据可实时存储离线分析，检查效率高、检测和定位精度高等优点。自动检测装置先沿外套在AP1000冷却剂主泵体上的导轨运动至于法兰螺栓下方、并使超声探头与法兰螺栓的中心孔保持同轴，然后超声探头在升降机构的驱动下上升，进入法兰螺栓的中心孔内上升至中心孔上端后再下降至其下端、并同步进行超声检测。

AP1000冷却剂主泵法兰螺栓的中心孔孔径约为20mm，长度约为1250mm，由于升/降行程较大，因此超声探头在法兰螺栓中心孔持续升/降过程中，对同轴度的要求很高，对导轨的安装水平度限制非常苛刻，如果仅仅是通过保证导轨安装的水平度来保证超声探头和法兰螺栓中心孔之间的同轴度，就需要在现场对导轨进行反复的安装调试，繁琐费时，这显然并不适用于核电站这一特殊的工作场所。

此外，AP1000冷却剂主泵周围安装的仪表管线导致自动超声检查装置的安装空间极其有限，特别主泵周边的结构性支撑和管线对装置的安装高度及行程高度带来很大的挑战，可用的工作空间高度(约为1350mm)与AP1000主泵法兰螺栓的中心孔长度(主泵法兰螺栓的中心孔孔径约为20mm，长度约为1250mm)相当，如果加上装置本身安装高度，极大的限制了检测装置的总运行高度，以致于常规的升降结构无法实现在线超声检测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供核主泵法兰螺栓在线超声检测装置及检测方法，能够根据超声探头和法兰螺栓中心孔之间的同轴度偏差自适应倾摆超声探头，以保证两者始终同轴，无需现场人工调试导轨水平度，尤其适用于核电站在役设备现场检测，并且在布局上充分、重复利用了驱动电机和导轨等安装生成的冗余空间，节约空间效果显著，有效解决了法兰螺栓在线超声超声检测的空间受限、行程不够的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

核主泵法兰螺栓在线超声检测装置，其特征在于：

导轨抱紧在立式主泵体外周上，环形导轨上活动安装滑座；

滑座上设有公转驱动组件，公转驱动组件能够驱动滑座沿导轨周向环形行走；

微动板通过倾摆自适应调整组件安装在滑座上，微动板和滑座横行平行间隔配置，微动板能够在板面受到外力时相对于滑座自适应倾摆，并在外力消失时回复至与滑座平行；

检测平台通过径向驱动组件安装在微动板上，能够相对于微动板和沿导轨径向移动；

检测平台包括横向配置的升降板，升降板能够在升降驱动组件驱动下在检测平台上上下平移升降；

检测管立式配置在升降板上，包括由内至外同轴套装的内层管、中层管和外层管，

中层管上端外露于外层管外、与超声探头同轴固接为一体，

外层管与中层管上分别设有限制两者之间相互转动的配合型面；内层管和中层管上分别设有配合螺纹段；

外层管能够在自转驱动组件的驱动下，通过配合型面带动中层管同步自转；内层管能够在二次升降组件的驱动下，绕自身轴向独立自转，若此时外层管静止，在配合螺纹段和配合型面的双重约束下，中层管能够相对于外层管和内层管沿轴向平移升/降，从而使检测管整体上伸/下缩，超声探头升/降；若此时外层管同步自转，在配合螺纹段和配合型面的双重约束下，检测管20和超声探头整体自转；

所述核主泵法兰螺栓在线超声检测装置还包括摄像监视模块，摄像监视模块信号连接控制器，控制器信号连接公转驱动组件、径向驱动组件、升降驱动组件、自转驱动组件和二次升降组件，控制器接收摄像监视模块的监视信号，远程控制各组件的动作并监视各组件的输出情况。

整个装置能够在公转驱动组件的驱动下在导轨上绕主泵体外周移动，以实现超声探头的周向移动；微动板能够在超声探头受到法兰螺栓中心孔孔壁的阻力时相对于滑座倾摆，以实现超声探头与法兰螺栓中心孔的同轴度自适应调整；检测平台能够在径向驱动组件的驱动下相对于微动板沿主泵体径向平移，以实现超声探头的径向移动，超声探头能够在升降驱动组件和二次升降组件的驱动下在检测平台上沿法兰螺栓中心孔轴向移动，以实现超声探头的垂直升降并同步超声扫查。上述各种运动中，周向移动能够使超声探头在不同的法兰螺栓之间的切换，周向移动加径向移动的组合能够使超声探头对准某一个法兰螺栓的中心孔，垂直升降能够使超声探头在法兰螺栓的中心孔内升降以全方位超声扫查，微倾摆运动能自适应调整超声探头与法兰螺栓中心孔的同轴度。

此外，径向驱动组件以微动板做为安装基准，以确保微动板在相对滑座微倾摆后检测管相对于微动板的垂直度不变；公转驱动组件以滑座作为安装基准，以确保微动板在相对滑座微倾摆后滑座相对于导轨的水平度不变；升降驱动组件、自转驱动组件和二次升降组件以检测平台作为安装基座，以确保检测管在升降及自转过程中相对于微动板的垂直度不变。

为使整个装置占用的安装位置空间和行程空间尽可能的紧凑，超声探头的垂直升降通过两步嵌套完成，即由升降板实现的位于法兰螺栓中心孔外部的平移升降，由检测管实现的位于法兰螺栓中心孔内部的螺旋伸缩升降，升降过程中还同步进行在线超声扫查，考虑到后者是利用检测管自身的伸缩实现的，因此无需额外预留行程空间，从而在较小的行程空间内达到较大的升降行程，以满足现场的实际工作需要。

此外，外层管自转、带动中层管同步旋转，同时内层管自转，使检测管各层在转动过程中不相对位移，能够在实现超声探头自转设定角度、从而分次完成360°全方位超声扫查的基础上，避免检测管的外层管、中层管沿内层管螺纹面升/降，造成行程损失。

进一步的，为确保超声探头与法兰螺栓中心孔连接过程稳定与位置方便调整，还可以在超声探头顶部开设倒角，中段处开设环形沟槽。超声探头与法兰螺栓中心孔连接有法向装配和倾斜装配两种模式：法向装配时，探头与法兰螺栓中心线重合，超声探头插入法兰螺栓中心孔内，超声探头与法兰螺栓不接触，不需要调整探头位置方向；倾斜装配时，超声探头轴线与法兰螺栓中心孔不在一条直线上，容易产生卡阻现象，使得检测管不能移动。通过在超声探头上设置倒角和开设环形沟槽，可以增大超声探头在法兰螺栓中心孔内转动角度范围，克服卡阻现象，使得探头能够依靠自身适应性进入法兰螺栓中心孔内。

进一步的，为确保机构运行稳定、支撑可靠，所述滑座包括上滑座和下滑座，所述微动板包括上微动板和下微动板；环形导轨上下两侧分别活动安装上滑座和下滑座；上滑座上方和下滑座下方分别通过独立的倾摆自适应调整组件安装上微动板和下微动板，上微动板、下微动板、上滑座和下滑座横向平行间隔配置，上微动板/下微动板能够在板面受到外力时相对于上滑座/下滑座倾摆，并在外力消失时回弹为平行状态；上滑座和/或下滑座上设有公转驱动组件，公转驱动组件能够驱动上滑座和下滑座沿导轨同步行走；检测平台通过径向驱动组件安装在上微动板和下微动板上，能够相对于上微动板和下微动板沿导轨径向移动。

进一步的，所述倾摆自适应调整组件包括内侧弹簧、外侧弹簧和导向杆；导向杆从微动板活动穿过，锁紧在滑座上；内侧弹簧和外侧弹簧活动外套在导向杆上，内侧弹簧位于微动板和滑座之间，外侧弹簧位于微动板外侧，内侧弹簧/外侧弹簧弹性抵压在微动板相对两侧。导向杆和微动板之间预留有足够的径向间隙，以确保微动板微倾摆的幅度足够大，保证充分的自适应调整范围。

进一步的，所述径向驱动组件包括由径向驱动电机驱动的滑块，以及沿主泵体径向设置在微动板上的滑块导轨，或者，所述径向驱动组件包括由径向驱动电机驱动的滑块，以及沿主泵体径向设置在微动板上的滑块导轨和直线导轨。由径向驱动电机驱动的滑块起到径向驱动作用，为了保证机构运行可靠，还可以在微动板和检测平台之间再额外配置直线导轨，起到支撑及导向的辅助作用。

进一步的，所述公转驱动组件包括安装在滑座上的公转驱动电机，导轨环形外缘沿周向设有齿圈，由公转驱动电机驱动的主动齿轮啮合在齿圈上，能够沿导轨周向移动。

进一步的，升降平台的平行升降可以通过压缩气体、液压或者电动+传动副的形式实现，为控制精确同时便于布置，减少线缆，优选升降驱动组件包括平移升降电机和丝杠螺母副，丝杠螺母副的丝杠平行于检测管设置，平行于丝杠在检测平台上固设升降直线导轨，升降板滑动安装在升降直线导轨上，能够沿升降直线导轨在丝杠螺母副的驱动下上下平移。

进一步的，所述接水盘中心开孔，孔内安装唇形密封圈，唇形密封圈外套于外层管上，外层管与唇形密封圈的密封内缘面紧密贴合。选择唇形密封圈作为密封件能够有效防止作为耦合剂的水从接水盘中下漏到下方的检测装置上，考虑到检测管在使用过程中会相对唇形密封圈上下平移及转动，易造成密封圈的磨损，而唇形密封圈的密封是通过其密封内缘面的唇口在液压力的作用下变形、使唇边紧贴密封面而实现的，唇形密封圈能随压力的增大自动地提高密封程度且抗腐蚀能力强，不易老化，具有一定自动补偿的能力，以保障密封圈在具有磨损的情况下的密封。

进一步的，所述接水盘中心开孔，孔内安装无油衬套，无油衬套外套于外层管上，外层管能够相对无油衬套转动及上下升降。接水盘作为检测管的支点，需要保障检测管安装的垂直度和移动过程的平稳性，在接水盘中心孔内安装无油衬套作为主要导向部件，无油衬套通过设计可以实现自润滑，工作平稳、可靠、无噪声。在液体润滑条件下，滑动表面被润滑油分开而不发生直接接触，还可以大大减小摩擦损失和表面磨损，油膜还具有一定的吸振能力。检测管在检测过程中除了上下滑动，还需要进行周向转动。无油衬套的使用可以大大减小运动摩擦力，提高检测效率。

进一步的，所述接水盘升降驱动组件包括接水盘升降驱动电机和丝杆螺母传动副，接水盘通过至少三根围绕检测管设置的支撑柱安装于安装板上，检测管从安装板活动穿过，安装板与接水盘升降驱动电机通过丝杆螺母传动副传动，将接水盘升降驱动电机的转动输出转化为安装板的上下平移，对接水盘的支撑和驱动都比较平稳，避免影响检测管升降的精度。

进一步的，所述内层管为中空管，耦合剂进水管从内层管下端活动伸入内层管内，从内层管上端活动伸出、与超声探头上的喷水口连通。利用内层管的中空内腔布置进水管，可以避免水管管路暴露在装置外部，也便于在法兰螺栓中心孔内向喷水口送水。

进一步的，所述超声探头外套弹性压片，弹性压片内外两侧分别弹性抵压在超声探头和法兰螺栓中心孔上，弹性压片和喷水口位置相互错开。弹性压片对超声探头起到弹性支撑的作用，同时也便于作为耦合剂的水从喷水口喷出后，在超声探头和法兰螺栓中心孔之间形成水膜。

进一步的，所述检测平台还包括平行于升降板上、中、下三间隔配置的三块支撑板，升降板位于中、下两块支撑板之间，外层管活动穿过上、中两块支撑板，外层管通过无油衬套、滚珠衬套或者直线轴承安装在两块支撑板上；上、中两块支撑板中的至少一块通过径向驱动组件安装在微动板上；升降驱动组件安装在中、下两块支撑板中的至少一块上。结构紧凑，便于各驱动组件在检测平台上的安装，同时对检测管起到支撑作用。

进一步的，所述核主泵法兰螺栓在线超声检测装置还包括由接水盘升降驱动组件驱动、能够上下平移升降的接水盘，接水盘位于超声探头下方，检测管从接水盘活动穿过；控制器信号连接接水盘升降驱动组件。接水盘用于承接收纳超声探头在超声扫查中使用的耦合剂，避免耦合剂污染整个装置。

进一步的，所述二次升降组件包括同步带轮组件Ⅰ和螺纹升降电机，内层管下端伸出外层管外，通过同步带轮组件Ⅰ与安装在升降板上的螺纹升降电机相连；在在螺纹升降电机驱动下、通过同步带轮组件Ⅰ带动内层管自转，中层管在螺纹连接的作用下随内层管作伴随运动，同时由于中层管与外层管之间的型面约束，若此时外层管静止，可实现超声探头作沿垂直方向的升降运动。

所述自转驱动组件包括同步带轮组件Ⅱ与自转驱动电机，外层管通过同步带轮组件Ⅱ与与安装在升降板上的自转驱动电机相连。在自转驱动电机驱动下、通过同步带轮组件Ⅱ带动外层管自转，通过中层管与外层管之间的型面约束带动中层管的自转，或此时内层管同步自转，则可实现检测管和超声探头的自转运动。

进一步的，所述导轨通过柔性夹紧组件抱紧在立式主泵体外周上，柔性夹紧组件的安装座固定在导轨上，夹紧座通过夹紧导向杆和旋进杆安装在安装座内侧，夹紧座朝向立式主泵体的一侧为与其外周相匹配的夹紧面，夹紧导向杆一端固定在夹紧座上，另一端活动穿过安装座，旋进杆一端活动抵压在夹紧座的限位孔内，另一端与安装座之间螺纹段配合，旋进杆外露端端部设有旋转手柄，限位孔内设有防止旋进杆退出的弹性卡扣。转动旋转手柄，在夹紧导向杆的限位及导向下，旋进杆推动夹紧座抱紧主泵体，弹性卡扣将旋进杆锁定在抱紧位置，防止其松脱。

一种应用上述核主泵法兰螺栓在线超声检测装置的检测方法，其特征在于：

通过摄像监视模块监视、远程控制公转驱动组件和径向驱动组件调整超声探头位于法兰螺栓中心孔下方并对准，通过升降驱动组件驱动超声探头从法兰螺栓中心孔下方进入中心孔，并通过二次升降组件驱动超声探头继续上升，上升过程中，超声探头对法兰螺栓同步超声扫查，当超声探头到达法兰螺栓中心孔中的最高处，检测管带动超声探头整体自转，再在二次升降组件和升降驱动组件先后驱动下在法兰螺栓中心孔内下降，下降过程中，超声探头对法兰螺栓同步超声扫查；当超声探头到达法兰螺栓中心孔下方时，检测管带动超声探头整体自转，再开始新一轮的上升并同步超声扫查，如此循环，直至一个法兰螺栓中心孔检测完毕；

超声探头在法兰螺栓中心孔内升/降过程中，如果两者之间的同轴度存在偏差，超声探头与法兰螺栓中心孔孔壁接触、受到来自法兰螺栓中心孔孔壁的阻力，该阻力经检测平台、径向驱动组件传递给微动板，在滑座位置相对不变的情况下，迫使微动板相对于滑座倾摆，自适应调整超声探头与法兰螺栓中心孔的同轴度，使超声探头能够沿中心孔持续升/降；

当一个法兰螺栓中心孔检测完毕后，通过摄像监视模块监视、远程控制公转驱动组件、径向驱动组件调整超声探头位于另一个法兰螺栓中心孔下方并对准，然后对该法兰螺栓进行超声扫查，直至主泵体上所有的法兰螺栓超声扫查完毕。

本发明的有益效果在于：

1、能够实现对检测管垂直度及与孔的垂直度的监控环境下实时自适应调整操作，无需现场人员值守；

2、通过一个公转驱动电机、一个径向驱动电机自适应调整了至少3个、至多5个自由度运动，实现了少驱动调整多维自由度运动，无需额外干涉；

3、机构简单，效果显著，有效解决了核电站AP1000冷却剂主泵体法兰螺栓在线超声超声检测的问题；

4、降低了对导轨现场安装水平度的限制，利于现场快速安装及调试，尤其适用于核电站这一类特殊的工作场所；

5、检测管携带超声检测探头移动和旋转，实现被检法兰螺栓的全体积锯齿形超声检测，所采集的信号具有可靠性高及定位精度高的特点，完全满足ASME标准规定。

6、二次升降结构在超声检测装置的布局上，充分、重复利用了驱动电机和导轨等安装生成的冗余空间，节约空间效果显著，有效解决了法兰螺栓在线超声超声检测的空间受限、行程不够的问题。

附图说明

图1为本装置与AP1000主泵体的配合位置示意图

图2为图1中装置的放大图

图3为图2上半部分局部放大示意图

图4为滑座、微动板与导轨的配合位置侧视图

图5为滑座、微动板与导轨的配合位置立体示意图

图6为滑座、微动板与倾摆自适应调整组件的安装结构立体模型示意图

图7为图6中的侧视局剖图

图8为图2下半部分和检测管-超声探头连接处的局部放大示意图

图9为检测管的一种优选结构剖示图

图10为图9的A-A向剖示图

图11为超声探头的升程及转角关系坐标图

图12为导轨在AP1000主泵体上的安装结构俯视图

图13为柔性夹紧组件的结构示意图

图14为接水盘和检测管的配合结构示意图

图15为超声探头与法兰螺栓中心孔法向装配时的配合位置示意图

图16～17为超声探头与法兰螺栓中心孔倾斜装配时的配合位置示意图

图1～17中：1为导轨，2为上滑座，3为下滑座，4为上微动板，5为下微动板，6为主泵体，7为检测平台，8为内侧弹簧、9为外侧弹簧、10为支撑件、11为固定件，12为导向杆,13为滑块，14为直线导轨，15为公转驱动电机，16为齿圈，17为主动齿轮，18为螺母，19为超声探头，191为倒角，192为环形沟槽，20为检测管，21为径向驱动电机，22为法兰螺栓，23为升降板，24为内层管，25为中层管，26为外层管，27为平移升降电机，28为丝杠，29为升降直线导轨，30为支撑板，31为接水盘，32为同步带轮组件Ⅰ，33为螺纹升降电机，34为自转驱动电机，35为同步带轮组件Ⅱ，36为柔性夹紧组件，37为安装座，38为夹紧座，39为夹紧导向杆，40为旋进杆，41为旋转手柄，42为接水盘升降驱动组件，43为外套筒，44为接水盘升降驱动电机，45为唇形密封圈，46为无油衬套，47为喷水口，48为支撑柱，49为安装板，50为弹性压片，51为摄像头安装接口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

核主泵法兰螺栓在线超声检测装置主要由导轨1、滑座和检测平台7三大模块构成。

如图12、图13所示，导轨1分为三段，每段由上下两段弧形半导轨通过柔性夹紧组件36的安装座37固接在一起，该实施例中，安装座37为开口朝外的U型定位板，上下两端固定在上下两段弧形半导轨中部；上段弧形半导轨上设置有与主动齿轮17配合的圆弧形齿条，三段导轨1的圆弧形齿条拼接成一圈完整的齿圈16；三段导轨1之间通过快接组件和定位销实现快速连接。

导轨1连接好后，通过通过柔性夹紧组件36“紧抱”固定安装在AP1000主泵体6外周上，便于现场安装调试。具体的说，在柔性夹紧组件36上、安装座37内侧设有夹紧座38，其左右两端分别固设有一根夹紧导向杆39，夹紧导向杆39活动穿过安装座37上的直线轴承，起到导向作用，位于夹紧座38正中间的旋进杆40与安装座37所对应处为螺纹配合，旋进杆40与夹紧座38的限位孔之间设有弹性卡扣，起到自锁旋进杆40的作用，当转动旋转手柄41时，夹紧座38可沿AP1000主泵体6径向运动，将导轨1“紧抱”在AP1000主泵体6外周上，抱紧后，可将旋转手柄41折叠放置在无干涉处。

如图4、图5所示，为保证机构运行稳定可靠，采用了双滑座结构，滑座包括上滑座2和下滑座3，上滑座2上设有用于驱动滑座沿导轨1行走的公转驱动组件，包括安装在上滑座2上的公转驱动电机15和由其驱动的主动齿轮17；上滑座2和下滑座3内外两侧分别设有与导轨1内外两侧侧壁相配合的导向轮和偏心夹紧轮，用于自适应调整滑座和导轨1之间的夹紧度；上滑座2和下滑座3上还分别设有行走轮与上下两段弧形半导轨顶部和底部相配合，用于实现上滑座2和下滑座3在导轨1上的周向环形行走；安装时，滑座从三段导轨1中某一段的端部装入，而后利用偏心轮的特点使导向轮和偏心夹紧轮紧紧的压在导轨1上。

如图4、图5所示，上滑座2上方和下滑座3下方分别通过独立的倾摆自适应调整组件安装上微动板4和下微动板5，上微动板4、下微动板5、上滑座2和下滑座3横向平行间隔配置，上微动板4/下微动板5能够在板面受到外力时相对于上滑座2/下滑座3倾摆，并在外力消失时回复至与上滑座2和下滑座3平行。

如图6、图7所示的实施例中，该倾摆自适应调整组件数量一共为8个，绕检测管20间隔配置在上微动板4和上滑座2、下微动板5和下滑座3的四角上。倾摆自适应调整组件包括内侧弹簧8、外侧弹簧9、导向杆12、支撑件10和固定件11；中空的支撑件10固设在上微动板4/下微动板5上，固定件11固定在上滑座2/下滑座3上；导向杆12为带有两个螺母18的双头螺杆、从支撑件10的中空内孔中活动穿过后旋紧在固定件11上；内侧弹簧8和外侧弹簧9活动外套在导向杆12上，内侧弹簧8位于上微动板4和上滑座2/下微动板5和下滑座3之间，外侧弹簧9位于上微动板4/下微动板5外侧，两个螺母18分别将内侧弹簧8和外侧弹簧9弹性抵压在支撑件10相对两侧，通过调节螺母18在双头螺杆上的位置能够调节内侧弹簧8和外侧弹簧9预紧力，并且，内侧弹簧8刚度与外侧弹簧9相同或者不相同。

如图6所示的模型中，8个倾摆自适应调整组件可以看成是具有4条支路的两组并联机构，每条支路都具有一个移动副，当该并联机构的两个动平台(即上微动板4和下微动板5)处于倾斜状态(因为导轨1安装时的水平度不够，导致微动板4和下微动板5初始时相对于水平面带有一定的倾斜角)时，在检测管20深入法兰螺栓22中心孔所受反力的作用下，该并联机构的两个动平台会自适应相对静平台(即上滑座2和下滑座3)作倾摆运动，直至并联机构动平台处于水平状态，此时检测管20处于垂直状态，调整完成，在升降驱动组件的作用下，检测管20可继续沿法兰螺栓22的中心孔升/降。此外，上滑座2和下滑座3只能沿导轨1同步周向环形行走，故两者之间的水平度关系为固接，图中用4根柱子表示其固接关系。

如图2所示，检测平台包括上、中、下三块平行间隔配置的支撑板30，以及将三块支撑板30固接为一体的左右两侧长板；如图3所示，上、中两块支撑板30分别通过直线导轨14和滑块13安装在上微动板4和下微动板5上，2个直线导轨14和由径向驱动电机21驱动的滑块13构成了装置的径向驱动组件，在径向驱动电机21的驱动下，滑块13带动检测平台7相对于上微动板4和下微动板5沿导轨1(即AP1000主泵体6)径向移动。

如图3所示，位于上方的支撑板30上设有接水盘升降驱动组件42，通过丝杠传动调整接水盘31的高度，实现接水、避障等运动驱动，接水盘31用于承接从喷水口喷出的作为超声检测耦合剂的水体，避免溅落到下方的检测平台上。如图3所示的实施例中，接水盘升降驱动组件42包括接水盘升降驱动电机44和丝杆螺母传动副，接水盘31通过至少三根围绕检测管20设置的支撑柱48安装于安装板49上，检测管20从安装板49活动穿过，安装板49与接水盘升降驱动电机44通过丝杆螺母传动副传动，将接水盘升降驱动电机44的转动输出转化为安装板的上下平移。如图14所示实施例中，接水盘31中心开孔，孔内安装唇形密封圈45和无油衬套46，唇形密封圈45和无油衬套46分别外套于外层管26上，外层管26与唇形密封圈45的密封内缘面紧密贴合，防止水体下漏；外层管26能够相对无油衬套46转动及上下升降，对检测管20起到支承限位作用此外，接水盘31底部设有排水管接头，将承接的水体及时排出。

为使整个装置占用的安装位置空间和行程空间尽可能的紧凑，超声探头19的垂直升降通过两步嵌套完成，即由升降板23实现的位于法兰螺栓22中心孔外部的平移升降，由检测管20实现的位于法兰螺栓22中心孔内部的螺旋伸缩升降，升降过程中还同步进行在线超声扫查，考虑到后者是利用检测管20自身的伸缩实现的，因此无需额外预留行程空间，从而在较小的行程空间内达到较大的升降行程，以满足现场的实际工作需要。

此外，外层管26自转、带动中层管25同步旋转，同时内层管24自转，使检测管各层在转动过程中不相对位移，能够在实现超声探头19自转设定角度、从而分次完成360°全方位超声扫查的基础上，避免检测管19的外层管26、中层管25沿内层管24螺纹面升/降，造成行程损失。

如图8所示，中、下两块支撑板30之间平行设置升降板23，升降板23两侧分别滑动安装在升降直线导轨29上，两升降直线导轨29分别固装在检测平台7的左右两侧长板上；如图3所示，升降驱动组件的平移升降电机27安装在中间支撑板30上，丝杠螺母副的丝杆28立式配置于检测管20后方，丝杆28、检测管20和升降直线导轨29相互平行，丝杆28上端与平移升降电机27传动连接，下端可动安装在下方的支撑板30上，平移升降电机27通过丝杠螺母副驱动升降板23，使其能够相对于检测平台7沿升降直线导轨29上下平移升降。

如图9、图10所示，检测管20包括由内至外同轴套装的内层管24、中层管25和外层管26，中层管25上段为中层管探头段，下段为中层管螺母段，两者分段加工后，再焊接同轴对接为一体。

如图8所示，检测管20上端活动穿过上、中两块支撑板30，上微动板4，下微动板5，上滑座2，下滑座3，接水盘升降驱动组件42和接水盘31；中层管25的中层管探头段上端外露于外层管26外、与超声探头8同轴固接为一体；检测管20下端通过外套筒43立式转动安装在升降板23上，检测管20与外套筒43之间设有轴承；内层管24下端伸出外层管26下端外，外套筒43下端固装在升降板23上，对检测管20起到支撑加固的作用。

外层管26和内层管24分别能够在自转驱动组件和二次升降组件的驱动下，绕自身轴向独立自转；如图8所示的自转驱动组件，外层管26通过同步带轮组件Ⅱ35与固装在升降板23上的自转驱动电机34相连，在自转驱动电机34驱动下、外层管26能够绕自身轴向自转；如图8所示的二次升降组件，内层管24下端活动伸出升降板23底部，伸出端端面为光面，通过同步带轮组件Ⅰ32与固装在升降板23上的螺纹升降电机33相连，在螺纹升降电机33驱动下、内层管24能够绕自身轴向自转。

如图9、图10所示，外层管26与中层管25上分别设有限制两者之间相互转动的配合型面，使中层管25只能相对于外层管26轴向平移升降或者同步自转、不能相对转动，本实施例中，配合型面为键-槽配合型面；内层管24和中层管25的中层管螺母段上分别设有配合螺纹；内层管24自转时，中层管25在配合螺纹的作用下随内层管24作伴随运动，同时由于配合型面的约束、若此时外层管26静止，则中层管25只能带动顶部的超声探头8沿轴向平移升降，若此时外层管26自转，在配合螺纹段和配合型面的双重约束下，检测管20和超声探头8整体自转。

如图3所示，为节约安装空间、使整个装置的结构更为紧凑，公转驱动电机15活动穿过上微动板4和上方支撑板30，上微动板4和上方支撑板30上的避让开孔应足够大以避免上微动板4微倾摆时与公转驱动电机15相互干涉；安装在下微动板5上、用于驱动滑块13的径向驱动电机21向上活动穿过下滑座3，下滑座3上的避让开孔应足够大以避免下微动板5微倾摆时下滑座3与径向驱动电机21相互干涉；安装在中间支撑板30上的平移升降电机27活动穿过上滑座2，上滑座2上的避让开孔应足够大以避免检测平台7微倾摆时上滑座2与平移升降电机27相互干涉；安装在上方支撑板30上的接水盘升降驱动电机44向下活动穿过上微动板4和上滑座2，上滑座2上的避让开孔应足够大以避免检测平台7微倾摆时上滑座2与接水盘升降驱动电机44相互干涉；此外，内层管24为中空管，耦合剂进水管从内层管24下端活动伸入内层管24内，从内层管24上端活动伸出、与超声探头19上的喷水口47连通，避免耦合剂进水管暴露在外部。

如图14所示，超声探头19外套弹性压片50，弹性压片50内外两侧分别弹性抵压在超声探头19和法兰螺栓22中心孔上，弹性压片50和喷水口47位置相互错开。

为确保超声探头19与法兰螺栓22中心孔连接过程稳定与位置方便调整，超声探头19顶部开设倒角191，中段处开设环形沟槽192。超声探头19与法兰螺栓22中心孔连接有法向装配和倾斜装配两种模式。法向装配时，超声探头19与法兰螺栓中心线重合，超声探头19插入法兰螺栓22中心孔内，超声探头19与法兰螺栓22不接触，不需要调整超声探头19位置方向,如图15所示；倾斜装配时，超声探头19轴线与法兰螺栓22中心孔不在一条直线上，容易产生卡阻现象，使得检测管20不能移动。通过在超声探头19上设置倒角191和开设环形沟槽192，可以增大超声探头19在法兰螺栓22中心孔内转动角度范围，克服卡阻现象，使得超声探头19能够依靠自身适应性进入法兰螺栓22中心孔内，如图16～17所示。

增大角度范围表示为:

式中：Δθ——插入姿态角

R——螺栓内孔半径

l——插入深度

r——超声探头轴半径

r’——圆环槽处等效半径

在孔径不变的情况下，开设倒角191和沟槽192增大了超声探头19与法兰螺栓22中心孔之间的间隙比，使得插入深度相同时，检测管20的插入姿态角范围增大Δθ，从而在装配过程中使超声探头19通过自身适应性进入法兰螺栓22中心孔内。

该装置上还设有摄像监视模块，本实施例中，摄像监视模块带有两个摄像头，分别安装在固设于接水盘31外缘的两个摄像头安装接口51上，如图14所示。摄像监视模块信号连接控制器，控制器信号连接公转驱动组件、径向驱动组件、升降驱动组件、自转驱动组件和二次升降组件，控制器接收摄像监视模块的监视信号，远程控制各组件的动作并监视各组件的输出情况。

在线超声检测过程中，先将环形导轨1尽量保持水平状态抱紧安装在竖直的AP1000主泵体6外周上，然后工作人员离开在线检测现场，通过摄像监视模块监视、远程控制公转驱动组件、径向驱动组件调整超声探头19位于法兰螺栓22中心孔下方并对准，通过升降驱动组件驱动超声探头19从法兰螺栓22中心孔下方进入中心孔，并通过二次升降组件驱动超声探头19在法兰螺栓22中心孔内升降持续升/降并同步锯齿形在线超声扫查，超声探头19的升程及扫查后的自转转角关系坐标如图11所示。

具体操作可以按以下步骤进行：

第一步，将安装了滑座的环形导轨1抱紧安装在立式主泵体6外周上，并尽量调整导轨1的水平度；

第二步，将检测平台7安装到滑座上，并将各部件安装到检测平台7或滑座上，连接各信号线路；

第三步，通过摄像监视模块监视、远程控制公转驱动组件移动检测平台7，使检测管20位于法兰螺栓22下方；

第四步，启动升降驱动组件，使整个检测管20携带超声探头8上升至接近法兰螺栓22下端面；

第五步，通过摄像监视模块远程观察检测管20与法兰螺栓22中心孔是否对准：

未对准，手动调整公转驱动组件或径向驱动组件，使得检测管20与法兰螺栓22中心孔对准；

对准后，启动接水盘升降驱动组件42，使接水盘31上升至工作位置；

第六步，启动升降驱动组件，使整个检测管20携带超声探头8上升：

检测管20卡顿，升降驱动组件输出异常，表明法兰螺栓22中心孔与超声探头8干涉，倾摆自适应调整组件无法自适应调整两者之间的同轴度偏差，手动通过控制器控制检测管20退出法兰螺栓22中心孔，并重新手动调整导轨1的水平度，

检测管20不卡顿，升降驱动组件上升至行程高位；

第七步，启动二次升降组件，使检测管20的中层管25上升；

检测管20卡顿，二次升降组件输出异常，表明法兰螺栓22中心孔与超声探头8干涉，倾摆自适应调整组件无法自适应调整两者之间的同轴度偏差，手动通过控制器控制检测管20退出法兰螺栓22中心孔，并重新手动调整导轨1的水平度，

检测管20不卡顿，中层管25上升至最高处，上升过程中，超声探头8对法兰螺栓22同步超声扫查；

第八步，同步启动二次升降组件和自转驱动组件，使整个检测管20携带超声探头8自转设定角度(如5°)；

第九步，启动二次升降组件，使检测管20的中层管25下降至初始位置，下降过程中，超声探头8同步超声扫查；

第十步，启动升降驱动组件，使整个检测管20携带超声探头8下降设定高度、直至退出法兰螺栓22中心孔；

第十一步，同步启动二次升降组件和自转驱动组件，使整个检测管20携带超声探头8自转设定角度(如5°)；

第十二步，返回第六步，开始下一次检测，直至单根法兰螺栓22中心孔检测完成；

第十三步，启动升降驱动组件，使整个检测管20携带超声探头8下降设定高度；

第十四步，启动接水盘升降驱动组件42，使接水盘31下降；

第十五步，按上述第三步～第十四步在线检测完该主泵体6上的所有法兰螺栓22后，拆除各组件、检测平台7、滑座及导轨1。

Claims (17)

1.核主泵法兰螺栓在线超声检测装置，其特征在于：

导轨(1)抱紧在立式主泵体(6)外周上，环形导轨(1)上活动安装滑座；

滑座上设有公转驱动组件，公转驱动组件能够驱动滑座沿导轨(1)周向环形行走；

微动板通过倾摆自适应调整组件安装在滑座上，微动板和滑座横行平行间隔配置，微动板能够在板面受到外力时相对于滑座自适应倾摆，并在外力消失时回复至与滑座平行；

检测平台(7)通过径向驱动组件安装在微动板上，能够相对于微动板(4)和沿导轨(1)径向移动；

检测平台(7)包括横向配置的升降板(23)，升降板(23)能够在升降驱动组件驱动下在检测平台(7)上上下平移升降；

检测管(20)立式配置在升降板(23)上，包括由内至外同轴套装的内层管(24)、中层管(25)和外层管(26)，

中层管(25)上端外露于外层管(26)外、与超声探头(8)同轴固接为一体，

外层管(26)与中层管(25)上分别设有限制两者之间相互转动的配合型面；内层管(24)和中层管(25)上分别设有配合螺纹段；

外层管(26)能够在自转驱动组件的驱动下，通过配合型面带动中层管(25)同步自转；内层管(24)能够在二次升降组件的驱动下，绕自身轴向独立自转，若此时外层管(26)静止，在配合螺纹段和配合型面的双重约束下，中层管(25)能够相对于外层管(26)和内层管(24)沿轴向平移升/降，从而使检测管(20)整体上伸/下缩，超声探头(8)升/降；若此时外层管(26)同步自转，在配合螺纹段和配合型面的双重约束下，检测管(20)和超声探头(19)整体自转；

所述核主泵法兰螺栓在线超声检测装置还包括摄像监视模块，摄像监视模块信号连接控制器，控制器信号连接公转驱动组件、径向驱动组件、升降驱动组件、自转驱动组件和二次升降组件，控制器接收摄像监视模块的监视信号，远程控制各组件的动作并监视各组件的输出情况。

2.根据权利要求1所述的核主泵法兰螺栓在线超声检测装置，其特征在于：所述滑座包括上滑座(2)和下滑座(3)，所述微动板包括上微动板(4)和下微动板(5)；

环形导轨(1)上下两侧分别活动安装上滑座(2)和下滑座(3)；

上滑座(2)上方和下滑座(3)下方分别通过独立的倾摆自适应调整组件安装上微动板(4)和下微动板(5)，上微动板(4)、下微动板(5)、上滑座(2)和下滑座(3)横向平行间隔配置，上微动板(4)/下微动板(5)能够在板面受到外力时相对于上滑座(2)/下滑座(3)倾摆，并在外力消失时回弹为平行状态；

上滑座(2)和/或下滑座(3)上设有公转驱动组件，公转驱动组件能够驱动上滑座(2)和下滑座(3)沿导轨(1)同步行走；

检测平台(7)通过径向驱动组件安装在上微动板(4)和下微动板(5)上，能够相对于上微动板(4)和下微动板(5)沿导轨(1)径向移动。

3.根据权利要求1所述的核主泵法兰螺栓在线超声检测装置，其特征在于：

所述倾摆自适应调整组件包括内侧弹簧(8)、外侧弹簧(9)和导向杆(12)；导向杆(12)从微动板活动穿过，锁紧在滑座上；内侧弹簧(8)和外侧弹簧(9)活动外套在导向杆(12)上，内侧弹簧(8)位于微动板和滑座之间，外侧弹簧(9)位于微动板外侧，内侧弹簧/外侧弹簧弹性抵压在微动板相对两侧。

4.根据权利要求1所述的核主泵法兰螺栓在线超声检测装置，其特征在于：所述径向驱动组件包括由径向驱动电机(21)驱动的滑块(13)，以及沿主泵体(6)径向设置在微动板上的滑块导轨，或者，所述径向驱动组件包括由径向驱动电机(21)驱动的滑块(13)，以及沿主泵体(6)径向设置在微动板上的滑块导轨和直线导轨(14)。

5.根据权利要求1所述的核主泵法兰螺栓在线超声检测装置，其特征在于：所述公转驱动组件包括安装在滑座上的公转驱动电机(15)，导轨(1)环形外缘沿周向设有齿圈(16)，由公转驱动电机(15)驱动的主动齿轮(17)啮合在齿圈(16)上。

6.根据权利要求1所述的核主泵法兰螺栓在线超声检测装置，其特征在于：所述升降驱动组件包括平移升降电机(27)和丝杠螺母副，丝杠螺母副的丝杠(28)平行于检测管(20)设置，平行于丝杠(28)在检测平台(7)上固设升降直线导轨(29)，升降板(23)滑动安装在升降直线导轨(29)上，能够沿升降直线导轨(29)在丝杠螺母副的驱动下上下平移。

7.根据权利要求1所述的核主泵法兰螺栓在线超声检测装置，其特征在于：所述核主泵法兰螺栓在线超声检测装置还包括由接水盘升降驱动组件(42)驱动、能够上下平移升降的接水盘(31)，接水盘(31)位于超声探头(19)下方，检测管(20)从接水盘(31)活动穿过；控制器信号连接接水盘升降驱动组件。

8.根据权利要求7所述的核主泵法兰螺栓在线超声检测装置，其特征在于：所述接水盘(31)中心开孔，孔内安装唇形密封圈(45)，唇形密封圈(45)外套于外层管(26)上，外层管(26)与唇形密封圈(45)的密封内缘面紧密贴合。

9.根据权利要求7所述的核主泵法兰螺栓在线超声检测装置，其特征在于：所述接水盘(31)中心开孔，孔内安装无油衬套(46)，无油衬套(46)外套于外层管(26)上，外层管(26)能够相对无油衬套(46)转动及上下升降。

10.根据权利要求1所述的核主泵法兰螺栓在线超声检测装置，其特征在于：所述接水盘升降驱动组件(42)包括接水盘升降驱动电机(44)和丝杆螺母传动副，接水盘(31)通过至少三根围绕检测管(20)设置的支撑柱(48)安装于安装板(49)上，检测管(20)从安装板(49)活动穿过，安装板(49)与接水盘升降驱动电机(44)通过丝杆螺母传动副传动。

11.根据权利要求1所述的核主泵法兰螺栓在线超声检测装置，其特征在于：所述内层管(24)为中空管，耦合剂进水管从内层管(24)下端活动伸入内层管(24)内，从内层管(24)上端活动伸出、与超声探头(19)上的喷水口(47)连通。

12.根据权利要求11所述的核主泵法兰螺栓在线超声检测装置，其特征在于：所述超声探头(19)外套弹性压片(50)，弹性压片(50)内外两侧分别弹性抵压在超声探头(19)和法兰螺栓(22)中心孔上，弹性压片(50)和喷水口(47)位置相互错开。

13.根据权利要求1所述的核主泵法兰螺栓在线超声检测装置，其特征在于：所述检测平台(7)还包括平行于升降板(23)间隔配置的上、中、下三块支撑板(30)，升降板(23)位于中、下两块支撑板(30)之间，外层管(26)活动穿过上、中两块支撑板(30)，外层管(26)通过无油衬套、滚珠衬套或者直线轴承安装在两块支撑板(30)上；上、中两块支撑板(30)的至少一块通过径向驱动组件安装在微动板上；升降驱动组件安装在中、下两块支撑板(30)的至少一块上。

14.根据权利要求1所述的核主泵法兰螺栓在线超声检测装置，其特征在于：所述二次升降组件包括同步带轮组件Ⅰ(32)和螺纹升降电机(33)，内层管(24)下端伸出外层管(26)外，通过同步带轮组件Ⅰ(32)与安装在升降板(23)上的螺纹升降电机(33)相连；

所述自转驱动组件包括同步带轮组件Ⅱ(35)与自转驱动电机(34)，外层管(26)通过同步带轮组件Ⅱ(35)与与安装在升降板(23)上的自转驱动电机(34)相连。

15.根据权利要求1所述的核主泵法兰螺栓在线超声检测装置，其特征在于：所述导轨(1)通过柔性夹紧组件(36)抱紧在立式主泵体(6)外周上，柔性夹紧组件(36)的安装座(37)固定在导轨(1)上，夹紧座(38)通过夹紧导向杆(39)和旋进杆(40)安装在安装座(37)内侧，夹紧座(38)朝向立式主泵体(6)的一侧为与其外周相匹配的夹紧面，夹紧导向杆(39)一端固定在夹紧座(38)上，另一端活动穿过安装座(37)，旋进杆(40)一端活动抵压在夹紧座(38)的限位孔内，另一端与安装座(37)之间螺纹段配合，旋进杆(40)外露端端部设有旋转手柄(41)，限位孔内设有防止旋进杆(40)退出的弹性卡扣。

16.根据权利要求1所述的核主泵法兰螺栓在线超声检测装置，其特征在于：所述超声探头(19)顶部开设倒角(191)，中段处开设环形沟槽(192)。

17.一种应用权利要求1所述的核主泵法兰螺栓在线超声检测装置的检测方法，其特征在于：

通过摄像监视模块监视、远程控制公转驱动组件、径向驱动组件调整超声探头(19)位于法兰螺栓(22)中心孔下方并对准，通过升降驱动组件驱动超声探头(19)从法兰螺栓(22)中心孔下方进入中心孔，并通过二次升降组件驱动超声探头(19)继续上升，上升过程中，超声探头(19)对法兰螺栓(22)同步超声扫查，当超声探头(19)到达法兰螺栓(22)中心孔中的最高处，检测管(20)带动超声探头(19)整体自转，再在二次升降组件和升降驱动组件先后驱动下在法兰螺栓(22)中心孔内下降，下降过程中，超声探头(19)对法兰螺栓(22)同步超声扫查；当超声探头(19)到达法兰螺栓(22)中心孔下方时，检测管(20)带动超声探头(19)整体自转，再开始新一轮的上升并同步超声扫查，如此循环，直至一个法兰螺栓(22)中心孔检测完毕；

超声探头(19)在法兰螺栓(22)中心孔内升/降过程中，如果两者之间的同轴度存在偏差，超声探头(19)与法兰螺栓(22)中心孔孔壁接触、受到来自法兰螺栓(22)中心孔孔壁的阻力，该阻力经检测平台(7)、径向驱动组件传递给微动板，在滑座位置相对不变的情况下，迫使微动板相对于滑座倾摆，自适应调整超声探头(19)与法兰螺栓(22)中心孔的同轴度，使超声探头(19)能够沿中心孔持续升/降；

当一个法兰螺栓(22)中心孔检测完毕后，通过摄像监视模块监视、远程控制公转驱动组件、径向驱动组件调整超声探头(19)位于另一个法兰螺栓(22)中心孔下方并对准，然后对该法兰螺栓(22)进行超声扫查，直至主泵体(6)上所有的法兰螺栓(22)超声扫查完毕。