CN109585048A - 一种小型铅基反应堆用的非直视深潜式连接工具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小型铅基反应堆用的非直视深潜式连接工具。工具内设有高刚度、小直径的超长异形拆卸臂，能在深窄间隙且非直视(上方有障碍)的工况下，无障碍拆装小型铅基反应堆内部装置或类似顶盖结构的螺栓。工具内设有工业摄像机，通过视觉识别技术精确定位。工具内集成二维移动平台、旋转与进给运动机构，能够小范围内调整异形拆卸臂、实现螺栓拆卸的旋转与进给运动。工具设有与行车的接口，能随行车移动和升降。
Description
技术领域
本发明涉及核电技术领域，特别涉及一种适用于小型铅基反应堆用的非直视深潜式连接工具，主要用于实现超深、超窄且非直视的小型铅基反应堆内部装置及其他类似结构的顶盖拆卸、安装。
背景技术
随着我国核电技术的发展，核电作为一项清洁能源，其发展具有广阔的前景，尤其是目前四代铅冷堆的发展，其固有安全性特性及小型灵活特性，会在军事、潜艇、航空航天上具有广泛的应用。铅冷反应堆是第四代核能系统国际论坛(GIF)选出的第四代核能系统推荐堆型，其研发工作取得了良好的进展。由中科院核能安全技术研究所设计研发的铅基反应堆研发工作取得重大突破，反应堆核心技术实现了自主化，并跻身世界先进水平，未来还将率先推出只有集装箱大小的迷你型铅基核电装置“小型铅基反应堆”。
在核电站换料和大修期间，维修人员需要对核电站系统和设备进行全面的试验、检查和维修，是保障核电安全的重要措施之一，核岛及附属厂房中大都存在辐射危害，尤其是核电站反应堆本体压力容器内各构件的检查、维修及换料过程，操作人员会承受很强的辐射剂量。为了降低人员的辐射，目前核电站常采用的办法是利用机械操作代替人工操作。对于反应堆压力容器的顶盖拆卸和安装是其中的一个重要操作，目前常采用的手段是采用螺栓拉伸机进行拉伸，为尽可能降低人员操作时间及所遭受的辐射危害，螺栓拉伸机的技术不断改进，从前期的单体拉伸，到目前可以进行的多体拉伸和整体拉伸，大大降低了人员的操作时间。顶盖的吊装采用专用的吊具吊装，吊具与顶盖和行车的连接需要人工连接。
“小型铅基反应堆”是小型化、高功率的核电反应装置，内部设备高度密集化，相邻设备的间隙超窄、超深。反应堆运行后会存在放射性，设备运行过程中可能发生故障，需要拆卸与检修，考虑设备高度、间隙和放射性，难以进行人工操作，只能研发远程遥操工具协助。但螺栓拉伸机的方式仅适用于顶盖设备空间充裕，且允许人工操作的容器顶盖，对于空间狭窄的设备或容器顶盖，螺栓拉伸机由于尺寸较大，操作空间大，无法应用。例如四代铅基堆小型铅基反应堆装置，其顶盖上方的设备密集，法兰与法兰之间的间隙仅几十毫米，螺栓拉伸机无法使用。同时，小型铅基反应堆拆卸顶盖过程中辐射剂量较高，超过人员允许进入的剂量标准，无法进行人工拆卸顶盖，同样，其吊装的过程也无法进行人工操作。部分顶盖螺栓上方可能有管道等障碍，必须绕开障碍拆卸螺栓。必须采用远程遥控操作的方式拆卸和吊装其顶盖，安装过程中同样必须采用远程遥控操作完成。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种适用于小型铅基反应堆用的非直视深潜式连接工具，主要用于实现超深、超窄且非直视的小型铅基反应堆装置及其他类似结构的容器顶盖的拆卸、安装。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种小型铅基反应堆用的非直视深潜式连接工具，包括：连接机构、旋转与进给机构、集成平台、长柄拆卸和安装工具、调节机构和位置识别系统；
所述旋转与进给机构、所述长柄拆卸和安装工具和所述位置识别系统均设置于所述集成平台；所述长柄拆卸和安装工具包括拆卸臂，所述旋转与进给机构能够驱使所述拆卸臂旋转和进给，所述位置识别系统能够识别位置信息；
所述调节机构能够调节所述集成平台相对所述连接机构的位置。
优选的，所述调节机构包括伸缩机构，所述集成平台能够通过所述伸缩机构相对所述连接机构在竖直方向运动。
优选的，所述调节机构包括水平度调节机构，能够通过所述水平度调节机构调节所述集成平台相对所述连接机构的水平度。
优选的，所述水平度调节机构包括多个在水平方向均布的水平度调节件，所述水平度调节件为螺纹配合的调节结构。
优选的，所述水平度调节件包括两端的外螺纹柱和连接在中间的内螺纹筒。
优选的，还包括二维移动平台，所述长柄拆卸和安装工具能够通过所述二维移动平台相对所述集成平台在水平方向运动
优选的，所述拆卸臂为长柄结构。
优选的，若干个所述拆卸臂为直长杆型、U型和/或万向联轴节型。
优选的，所述拆卸臂的数量为多个。
优选的，所述位置识别系统包括视觉识别系统。
从上述的技术方案可以看出，本发明提供的小型铅基反应堆用的非直视深潜式连接工具，通过一体化的安装和拆卸工具，能实现反应堆中，辐射环境下的顶盖的遥操拆卸和安装，有效避免反应堆故障或维修过程中的人员辐射损伤，提高维修过程的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的小型铅基反应堆用的非直视深潜式连接工具的结构示意图；
图2a为本发明实施例提供的直长杆型拆卸臂的结构示意图；
图2b为本发明实施例提供的U型拆卸臂的结构示意图；
图2c为本发明实施例提供的万向联轴节型拆卸臂的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的视觉识别摄像机的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的二维移动平台的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的工具的移动和升降的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的水平度调节机构的结构示意图。
其中，1-连接机构；2-行车；3-伸缩机构；4-水平度调节机构；5-二维移动平台；6-旋转与进给机构；7-集成平台；8-长柄拆卸和安装工具；9-小型铅基反应堆内顶盖；10-小型铅基反应堆外顶盖；11-小型铅基反应堆压紧版；12-小型铅基反应堆压紧板；13-小型铅基反应堆设备；14-小型铅基反应堆内顶盖螺栓；15-工业摄像机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供的小型铅基反应堆用的非直视深潜式连接工具，包括：连接机构1、旋转与进给机构6、集成平台7、长柄拆卸和安装工具8、调节机构和位置识别系统，其结构可以参照图1所示；
其中，旋转与进给机构6、长柄拆卸和安装工具8和位置识别系统均设置于集成平台7；长柄拆卸和安装工具8包括拆卸臂，旋转与进给机构6能够驱使拆卸臂旋转和进给，位置识别系统能够识别位置信息；可以理解的是，位置信息包括本非直视深潜式连接工具相对于小型铅基反应堆(待操作部分，如反应堆压力容器的顶盖螺栓)的位置信息；
调节机构能够调节集成平台7相对连接机构1的位置，以便于准确操作；连接机构1用于同现场设备相连，作为工具其他部件的安装基础。
从上述的技术方案可以看出，本发明实施例提供的小型铅基反应堆用的非直视深潜式连接工具，通过位置识别系统，可以远程遥控操作，有效避免反应堆故障或维修过程中的人员辐射损伤；长柄拆卸和安装工具8的拆卸臂能够适用于空间狭窄的设备或容器顶盖，用于实现超深、窄间隙且非直视的小型铅基反应堆内盖板9和小型铅基反应堆压紧板12的远程拆卸和安装，从而为小型铅基反应堆的内部检修、检查等工作创造条件。
如图1所示，连接机构1设有与行车2耦合的接口，能随行车2移动和升降，能带动整套工具移动，还可安装于现场其他可移动的机械上。
作为优选，调节机构包括伸缩机构3，集成平台7能够通过伸缩机构3相对连接机构1在竖直方向运动，其结构可以参照图5所示。工具的连接机构1与伸缩机构3相配合，可实现垂直方向的升降微调，以便于操作拆卸和安装。
为了进一步优化上述的技术方案，调节机构包括水平度调节机构4，能够通过水平度调节机构4调节集成平台7相对连接机构1的水平度，以精确对准小型铅基反应堆内顶盖螺栓，其结构可以参照图1所示。调节机构可以为多种不同类型调节方式的集合，其具体配合结构可以根据实际工况进行调整。
在本实施例中，水平度调节机构4包括多个在水平方向均布的水平度调节件，以便于保持水平度；该水平度调节件为螺纹配合的调节结构，能够实现高精度和牢固可靠。
具体的，水平度调节件包括两端的外螺纹柱和连接在中间的内螺纹筒，其结构可以参照图6所示。水平度调节机构由螺纹柱和螺纹套筒组成，螺纹柱和螺纹套筒的螺纹左右旋相反。用扳手或其他驱动机构转动螺纹套筒，可使得螺纹柱子旋入与旋出，从而使水平调节机构伸长或缩短，进而达到调节水平度的目的。
本发明实施例提供的小型铅基反应堆用的非直视深潜式连接工具，还包括二维移动平台5，长柄拆卸和安装工具8能够通过二维移动平台5相对集成平台7在水平方向运动。二维移动平台可实现小区域内的二维运动位置微调，如图4所示。进一步的，控制系统根据位置识别系统(如工业摄像机15)的位置信息反馈情况，计算出长柄拆卸和安装工具8需要调节X、Y向位移数值，然后给X、Y向驱动系统发送移动指令，从而微调长柄拆卸和安装工具，以精确对准小型铅基反应堆内顶盖螺栓。
作为优选，拆卸臂为长柄结构，能够在深窄间隙的工况下作业。
在本实施例中，若干个拆卸臂为直长杆型、U型和/或万向联轴节型等异形力矩传递结构，可以参照图2a、图2b和图2c所示，能够避开上方障碍，实现非直视(上方有障碍)的小型铅基反应堆内顶盖螺栓14旋松和紧固。
为了进一步优化上述的技术方案，拆卸臂的数量为多个，以便于满足不同工况，其结构可以参照图1所示。
具体的，长柄拆卸和安装工具8由电动推杆、花键轴、拧紧轴组件、弹性轴、激光传感器、反光板等零部件组成，拆装臂最长为3m、直径小于80mm，能实现超深、超窄工况下自动化旋松和紧固小型铅基反应堆内顶盖螺栓14，同时监控旋入深度和力矩。
作为优选，位置识别系统包括视觉识别系统，采用工业摄像机15在高处，拍摄下方螺栓位置概况并反馈控制系统，通过视觉识别技术，指示行车2、二维移动平台5动作，实现精确定位。当然，还可以采用其他类型的位置识别形式，如传感器等。进一步的，调节机构能够根据位置识别系统的位置识别信号调节集成平台7相对连接机构1的位置，以实现自动化，提高作业效率。
下面结合具体实施例对本方案作进一步介绍：
本发明提供了一种小型铅基反应堆用的非直视深潜式连接工具，用于实现小型铅基反应堆内盖板9和小型铅基反应堆压紧板12的远程拆卸和安装，如图1所示。
本发明采用的技术方案为：装置由连接机构1、伸缩机构3、水平度调节机构4、二维移动平台5、旋转与进给机构6、集成平台7、长柄拆卸和安装工具8和工业摄像机15等组成。长柄拆卸和安装工具8臂长最长可为3m，通过程序控制，长柄工具驱动系统-旋转与进给机构6可带动长柄拆卸和安装工具8做旋转与进给运动，实现超远距离和狭窄空间工况下自动化旋松和紧固小型铅基反应堆内顶盖螺栓14。工业摄像机15可在高处，拍摄下方螺栓位置概况并反馈控制系统，控制系统经过计算，指示行车2精确移动，带动整套工具移动至螺栓正上方，实现精确定位。二维移动平台5可实现小区域内的二维运动，根据工业摄像机15的位置反馈，二维移动移动小幅度运动，可微调长柄拆卸和安装工具8的位置，以精确对准小型铅基反应堆内顶盖螺栓14。长柄工具驱动系统-旋转与进给机构6由旋转电机、减速器、进给电机组成，可实现螺纹结构的旋转与轴向进给运动，同时可配备角位置编码器、扭矩传感器等，用于实现运动过程中的位置及力矩监控。连接机构1与伸缩机构3组合，可实现整套工具的升降运动，连接机构1可与行车2相连，行车2可带动整套工具移动。水平度调节机构4两端为外螺纹柱、中间为内螺纹筒，通过内螺纹筒，可让水平度调节机构的长度伸长或缩短。每套工具包含3个水平度调节机构，通过三者的配套调节，可精确调整集成平台7的水平度。水平度调节机构4与伸缩机构3、集成平台7之间可以铰链、销轴等形式连接。
本发明的有益效果是：通过一体化的安装和拆卸工具，能实现反应堆中，辐射环境下的顶盖的遥操拆卸和安装，有效避免反应堆故障或维修过程中的人员辐射损伤，提高维修过程的效率。
1.远程、绕障碍拆卸与安装螺栓。如图1和图2所示，长柄拆卸和安装工具拆卸臂长可为3m，能够远距离拆卸和安装螺栓。同时，拆卸臂能为直长杆型、U型、万向联轴节型等异形力矩传递结构，可拆卸和安装垂直上方有障碍不能目视的螺栓。
2.视觉识别定位。如图3所示，在集成平台7的下方，设置工业摄像机15，可拍摄下方螺栓，并将位置信息反馈控制系统。控制系统通过运算分析，指示行车2移动，带动整套工具移动至螺栓正上方，从而实现精确定位。
3.二维位置微调。二维移动平台可实现小区域内的二维运动，如图4所示。控制系统根据工业摄像机的位置信息反馈情况，计算出长柄拆卸和安装工具需要调节X、Y向位移数值，然后给X、Y向驱动系统发送移动指令，从而微调长柄拆卸和安装工具，以精确对准小型铅基反应堆内顶盖螺栓。
4.拆装螺栓的旋转与进给运动。由电动推杆、花键轴、拧紧轴组件、弹性轴、激光传感器、反光板等零部件组成，可实现螺纹结构的旋转与轴向进给运动，以及运动过程中旋入深度和力矩监控。
5.工具的水平移动和升降。如图5，工具的连接机构设有与行车的接口，可安装于行车或其他可移动的机械上，可由行车带动，在水平向移动。工具的连接机构与伸缩机构相配合，可实现垂直方向的升降。
6.水平度调节机构。如图6所示，水平度调节机构由螺纹柱和螺纹套筒组成，螺纹柱和螺纹套筒的螺纹左右旋相反。用扳手或其他驱动机构转动螺纹套筒，可使得螺纹柱子旋入与旋出，从而使水平调节机构伸长或缩短，进而达到调节水平度的目的。
综上所述，本发明实施例公开了一种小型铅基反应堆用的非直视深潜式连接工具。工具内设有高刚度、小直径的超长异形拆卸臂，能在深窄间隙且非直视(上方有障碍)的工况下，无障碍拆装小型铅基反应堆内部装置或类似顶盖结构的螺栓。工具内设有工业摄像机，通过视觉识别技术精确定位。工具内集成二维移动平台、旋转与进给运动机构，能够小范围内调整异形拆卸臂、实现螺栓拆卸的旋转与进给运动。工具设有与行车的接口，能随行车移动和升降。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种小型铅基反应堆用的非直视深潜式连接工具，其特征在于，包括：连接机构(1)、旋转与进给机构(6)、集成平台(7)、长柄拆卸和安装工具(8)、调节机构和位置识别系统；
所述旋转与进给机构(6)、所述长柄拆卸和安装工具(8)和所述位置识别系统均设置于所述集成平台(7)；所述长柄拆卸和安装工具(8)包括拆卸臂，所述旋转与进给机构(6)能够驱使所述拆卸臂旋转和进给，所述位置识别系统能够识别位置信息；
所述调节机构能够调节所述集成平台(7)相对所述连接机构(1)的位置，特别是其相对反应堆顶盖被拆物件如反应堆内顶盖(10)的位置。
2.根据权利要求1所述的非直视深潜式连接工具，其特征在于，所述调节机构包括伸缩机构(3)，所述集成平台(7)能够通过所述伸缩机构(3)相对所述连接机构(1)在竖直方向运动。
3.根据权利要求1所述的非直视深潜式连接工具，其特征在于，所述调节机构包括水平度调节机构(4)，能够通过所述水平度调节机构(4)调节所述集成平台(7)相对所述连接机构(1)的水平度。
4.根据权利要求3所述的非直视深潜式连接工具，其特征在于，所述水平度调节机构(4)包括多个在水平方向均布的水平度调节件，所述水平度调节件为螺纹配合的调节结构。
5.根据权利要求4所述的非直视深潜式连接工具，其特征在于，所述水平度调节件包括两端的外螺纹柱和连接在中间的内螺纹筒。
6.根据权利要求1所述的非直视深潜式连接工具，其特征在于，还包括二维移动平台(5)，所述长柄拆卸和安装工具(8)能够通过所述二维移动平台(5)相对所述集成平台(7)在水平方向运动。
7.根据权利要求1所述的非直视深潜式连接工具，其特征在于，所述拆卸臂为长柄结构。
8.根据权利要求1所述的非直视深潜式连接工具，其特征在于，若干个所述拆卸臂为直长杆型、U型和/或万向联轴节型。
9.根据权利要求1所述的非直视深潜式连接工具，其特征在于，所述拆卸臂的数量为多个。
10.根据权利要求1所述的非直视深潜式连接工具，其特征在于，所述位置识别系统包括视觉识别系统。
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