CN109922912A - 用于加工放射性环境中的热交换器管板上的管的钻孔装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于加工放射性环境中的热交换器管板上的管的钻孔装置(10)。固持平台(12)在第一侧上可以通过至少两个固持爪(16)夹紧在管中，并且在第二侧上布置第一驱动器(30)，其驱动工具轴(57)。工具夹盘可松开地连接在工具轴(57)的第一端侧上，其中通过进给装置(20,24,46,48,50,26)产生工具轴(57)的进给。工具夹盘还可以通过解锁设备(34，36,38)从工具轴(57)上解锁，并且解锁设备(34,36,38)可以通过遥控装置控制。

Description

用于加工放射性环境中的热交换器管板上的管的钻孔装置

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的用于加工放射性环境中的热交换器管板上的管的钻孔装置。

背景技术

在核电站中定期进行保养工作和必要的维修。在此，在核电站中存在这样的区域，其承受放射性辐射并且在一段时间后其本身也发出放射性辐射。在这样的放射性环境中也要进行保养工作和维修，例如针对蒸汽发生器或热交换器管。人员不适合于放射性环境并且万不得已时短暂接触。法律规定还要求人员和材料的辐射照射尽可能少并且不允许超过一定的上限。在该区域中也使用可遥控的工具机或检测设施。

为了维修固持在管板内的管，可以将钻孔机安装在机器人的机械臂上，并且钻孔机则通过机械臂运动到放射性环境中待加工的位置上，如US6282461B1所示的那样。在加工时可能发生安装在钻孔机中的钻头或铣刀变钝或受损，从而必须更换工具。为此，机器人将钻孔机带到热交换器中的检查孔。在此钻孔机从机器人上松开并且工作人员接手进行工具更换。接着将钻孔机重新交给机器人，机器人将工具机带回到待加工的位置。

该过程的缺点是，工具更换相对麻烦，持续时间长并且还必须使进行工具更换的人员承受不期望的辐射照射。

发明内容

基于该现有技术，本发明的目的在于给出一种钻孔装置，并且由此简化工具更换并且还减少工具更换的人员的辐射照射。

该目的通过开头所述类型的钻孔装置实现。其特征在于，固持平台在第一侧可以通过至少两个固持爪夹紧在管中，可以通过解锁设备将工具夹盘从工具轴解锁，并且解锁设备可以通过遥控装置控制。

根据本发明的用于加工放射性环境中的热交换器管板的管的钻孔装置可以通过至少两个固持爪夹紧在待加工的热交换器的管中。在工具更换时，钻孔装置可以以有利的方式留在管板上。根据本发明的钻孔装置还以有利的方式确保钻夹盘可以从工具轴上遥控解锁，而不将钻孔装置从管板松开。在此，例如钻夹盘连同其工具，例如钻头或铣刀被抓持工具抓取并从钻孔工具取下。带有新工具的钻夹盘可以接着通过可遥控的抓持工具重新带到工具轴处。解锁设备终止解锁并且新的工具夹盘与驱动轴连接。由此以有利的方式省去了钻孔装置从管板的松开，钻孔装置到检查孔的运输以及由此带来的人员在为了工具更换取出钻孔装置时的辐射照射。工具更换还得到简化并且比迄今为止都更快。遥控装置在此可以以单独的设备实现。遥控装置集成在钻孔装置的控制器中也在本发明构思内。核电站的蒸汽发生器也视为热交换器。

本发明主体的有利的实施方式规定，在第一侧上布置距离元件。第一侧还朝向待加工的管板。通过距离元件确保固持平台在精确确定的点上与待加工的管板接触。固持平台以此方式与管板平行地布置。

还有利的是，在第一侧上布置探测器，尤其是限制开关，通过其可以确定固持平台相对于管板的位置变化。在钻孔装置运行时可能发生由管板的加工引起的振动使管板的管中的固持爪的位置变化。固持平台可能不再与管板贴靠，从而使加工工具产生较高磨损或可能出现材料损伤。探测器识别固持平台的位置的变化，从而可以中断加工，直到固持平台重新位于正确的位置。理想情况下探测器为限制开关，其具有与距离元件相同的长度，从而使距离元件之间和管板中的任何间隔变化都触发开关操作，尤其是加工的关断。

钻孔装置的一种尤其有利的实施方式这样实现，使解锁设备具有锁紧装置、操作元件和操作装置，在空心轴的第二端侧上，锁紧装置至少部分地布置在空心轴中并与其连接，操作元件通过锁紧装置执行，操作装置的操作元件可以从锁紧位置至少暂时地置于解锁位置，并且工具夹盘在锁紧位置由工具轴驱动。

通过这样实施的解锁设备实现了工具夹盘的简单且不易受干扰的解锁。尤其可以考虑浮动刀架作为工具夹盘，其作为补偿夹盘能够自动居中并且允许钻孔中心和驱动轴的轴位置之间的轴位移或轴错位。

根据本发明的钻孔装置这样简化，使锁紧装置具有弹簧元件，通过其弹簧力使操作元件固持在锁紧位置。以此方式确保即使在缺少辅助能源时也使工具夹盘与工具轴锁紧。

本发明主体的另一实施方式规定，通过操作元件在锁紧位置使多个滚珠固持在工具夹盘的凹槽中，并且通过滚珠使工具夹盘轴向固定。工具以此方式在工具轴的轴向上固定，从而以可以忽略的间隙实现尤其精确的加工。这种方式也实现了尤其精确的通过进给的加工。

钻孔装置的一种改进方案这样实现，使操作元件是一种具有盖罩的操作螺栓，从而操作装置的解锁元件为了解锁与盖罩共同作用，从而盖罩与操作螺栓一同沿工具轴的轴向运动。通过该改进方案实现了尤其可靠的解锁。

另一优点的实现方式是将解锁元件构造为空心圆柱体，操作螺栓穿过该空心圆柱体，并且使操作螺栓的尺寸与解锁元件适配，从而使操作螺栓和空心圆柱体在锁紧位置上无接触。由此避免了操作螺栓以及空心圆柱体由于运行中操作螺栓的转动引起的磨损。

有利的钻孔装置的特征在于，控制装置与第一驱动器和/或与第二驱动器和/或与进给装置和/或与解锁设备连接。原则上所有驱动器、进给或解锁设备也能够手动操作。控制装置的优点是，能够在控制器中形成特定的运行逻辑，例如在探测器发出信号，固持平台的位置相对于管板变化时自动关断。

其他有利的实施方式在其他从属权利要求中给出。

附图说明

根据附图中所示的实施例进一步说明本发明、其他实施方式和其他优点。其中，

图1示出了示例性的铣削/钻孔装置的侧视图，以及

图2示出了铣削/钻孔装置的局部截面图。

具体实施方式

图1示出了钻孔设备10的示例，其设计用于在热交换器中加工管。核电站中的热交换器例如为蒸汽发生器和管状热交换器，其中通常将一捆单管固持在至少两个管板中。钻孔设备10可以容纳所有通过轴的转动驱动的工具，例如铣刀或钻头。钻孔设备10具有固持平台12，其中，在固持平台第一侧上布置多个止挡榫舌14。第一侧在此朝向待加工的热交换器的管板或在附图中未示出的管板。将钻孔设备10带到管板，从而止挡榫舌14与其接触。这通过使用例如相应设计的机器人进行。钻孔设备10通过使至少两个夹紧元件16伸入到管板内相应数量的管中并在此夹紧而与管板连接。在附图中仅示出了一个夹紧元件16，即在运输位置上。夹紧元件驱动器18实现了使与驱动器对应的夹紧元件16能够朝管板方向垂直于第一侧运动。固持平台12为此具有缺口，夹紧元件16根据需要穿过该缺口，确切地说，超过止挡榫舌14使其进入管板的管中。接着，各个位于管中的夹紧元件16通过夹紧元件驱动器18与管壁夹紧，其方式是夹紧元件16的位于管中的部分扩张。在第一侧上还布置探测器15，其具有与止挡榫舌14相同的长度。如果出于某些原因使固持平台12相对于管板的位置改变，例如在加工时由于振动使其中一个夹紧元件16在其管中滑动，该状态变化则被探测器15识别并且向钻孔设备10的控制器发出对应的信号。探测器15以尤其牢固的设计实施为限制开关。

钻孔设备10在固持平台12的第二侧上具有主轴20，在该视图中其通过主轴外罩22覆盖。主轴20在其端部具有轴承，其布置在第二侧上。主轴20穿过变速器24，其中，在变速器24的背离固持平台12的一侧，主轴驱动器26与变速器24的壳体连接。液压驱动器30驱动变速器24的驱动轴，其中，悬臂变速器28在变速器24的输出侧与变速器24连接。悬臂变速器28的驱动轴构造用于在驱动轴朝向固持平台12的一侧上容纳并驱动浮动刀架32。浮动刀架32是补偿工具夹盘，其确保与例如是铣刀的加工工具的连接并且还在工具可能出现的角度或位置错误时产生补偿和/或自动居中。在驱动轴的另一侧上布置解锁装置34，其与主轴驱动器26的壳体连接，其中，具有锁紧芯轴38的锁紧单元36旋入驱动轴中。锁紧芯轴38穿过解锁装置34并且在其端部上具有拉帽72。解锁装置34的作用是在需要从悬臂变速器28上取下浮动刀架32的情况下，使锁紧芯轴38向远离固持平台12的方向运动并由此解锁浮动刀架32。浮动刀架然后可以例如通过也可安装到作为抓持工具固定器的杆上的抓持工具从悬臂变速器上取下，并且将具有其他工具的工具夹盘重新安装到悬臂变速器28中。工具更换以此方式相对更快地进行。人员不承受或承受相应更少的辐射照射。在此情况下，工具分别与工具夹盘一起更换。

图2示出了钻孔设备10的一部分的截面图。因此在该附图中沿用了在图1中已经引入的技术部件的附图标记。变速器24具有五个齿轮，然而其并没有单独示出。齿轮的中部以及变速器24的变速器壳体42具有用于使主轴20穿过的缺口。主轴壳体44安装在变速器壳体42上，并且实施为螺杆的主轴20在朝向主轴驱动器26的一侧拧上主轴螺母46，该主轴螺母与第一齿轮48连接。第一齿轮48由第二齿轮50驱动，该第二齿轮布置在主轴驱动器26的轴上并由其驱动。主轴螺母46布置在螺母壳体52中并与变速器壳体42连接。如果主轴驱动器26激活并且主轴螺母46以此方式转动，则变速器24连同所有与其相连的部件根据转动方向向着或者远离固持平台12运动。主轴驱动器26也可由控制器控制。以此方式实现进给单元。

液压驱动器30与变速器24的驱动侧54连接。在悬臂变速器28中布置输出齿轮56，其由变速器24的输出侧58驱动并且成形在输出轴57上。输出齿轮56中心具有孔，其在朝向固持平台12的端侧上扩展为内六边形的缺口60，并且在另一端侧上具有内螺纹。锁紧单元62旋入该内螺纹，锁紧单元具有锁紧套筒64，其中具有另外的缺口，在该缺口中分别布置滚珠。锁紧螺栓68通过压力弹簧70朝固持平台12挤压，其中，这样设计锁紧螺栓68，使其在此径向向外挤压滚珠66。解锁装置34在此在背离固持平台12的一侧以这样的距离与悬臂变速器28间隔，从而刚好不接触锁紧套筒64。锁紧螺栓68具有这样的长度，使其穿过解锁装置34并且在其自由末端与拉帽72借助螺纹连接相连。在解锁装置34中布置拉活塞74，锁紧螺栓68通过其封装。在此，拉活塞74的内孔与锁紧螺栓68的直径适配，从而避免在运行状态下两个部件的接触。运行状态指的是钻孔设备10在液压驱动器30运行并且由此输出轴57被驱动时的状态。

接下来详细阐述输出轴57中的工具夹盘的锁紧或解锁。图2示出了不具有工具夹盘的输出轴57并且在其中心的缺口上具有带不同直径的第一区段76和第二区段78。区段76,78在此这样远地相互间隔，从而实现高同轴度并且在此达到相对小的间隙。输出轴57的扭矩通过内六边形缺口60传递到工具夹盘以及由此传递到工具上。当工具夹盘与输出轴57锁紧时，滚珠66由锁紧单元62挤压到为此适配的工具夹盘的凹槽中。工具夹盘以此方式沿轴向相对于输出轴57固定。为了解锁或松开工具夹盘，关断输出轴57的驱动器，并且使拉活塞74抵抗弹簧80的弹簧力移动，从而使其贴靠在拉帽72上并且使拉帽与锁紧螺栓68一同运动。拉活塞74在此通过液压、气压或电气驱动器驱动。锁紧螺栓68在此运动到直至使滚珠66导回到锁紧螺栓64的相应的缺口中。朝向滚珠66的锁紧螺栓64的端部为此设计为锥形，其中，该设计也可以具有多个不同斜度的锥体。以此方式尤其良好地确保了滚珠66向缺口的导入或从缺口的导出。如果滚珠66定位在其位于锁紧螺栓64的缺口中，则工具夹盘解锁或松开，并且可从输出轴57上取下。如果应将其他工具夹盘，例如浮动刀架与输出轴57连接，则将其插到输出轴57中并关断拉活塞74的驱动器。弹簧80的弹簧力在此将拉活塞74重新挤压到其初始位置。以此方式重新释放锁紧螺栓68并通过压力弹簧70的弹簧力重新向固持平台12的方向挤压。在此，滚珠66通过锁紧螺栓74的球形的端部挤压到浮动刀架的相应的凹槽中，从而使其与输出轴57锁紧。

附图标记说明

10 钻孔设备

12 固持平台

14 止挡榫舌

15 探测器

16 夹紧元件

18 夹紧元件驱动器

20 主轴

22 主轴外罩

24 变速器

26 主轴驱动器

28 悬臂变速器

30 液压驱动器

32 浮动刀架

34 解锁装置

36 锁紧单元

38 锁紧芯轴

42 变速器壳体

44 主轴壳体

46 主轴螺母

48 第一齿轮

50 第二齿轮

52 螺母壳体

54 驱动侧

56 输出齿轮

57 输出轴

58 输出侧

60 内六边形的缺口

62 锁紧单元

64 锁紧套筒

66 滚珠

68 锁紧螺栓

70 压力弹簧

72 拉帽

74 拉活塞

76 第一区段

78 第二区段

80 弹簧

Claims (13)

1.一种用于加工放射性环境中的热交换器管板上的管的钻孔装置(10)，其中，在固持平台(12)的第二侧上布置第一驱动器(30)，其驱动工具轴(57)，其中，工具夹盘在所述工具轴(57)的第一端侧上能够松开地与所述工具轴连接，其中，通过进给装置(24,26)产生所述工具轴(57)的进给，其特征在于，

固持平台(12)在第一侧上能够通过至少两个固持爪(16)夹紧在管中，工具夹盘能够通过解锁设备(34,36,38)从所述工具轴(57)上解锁，并且所述解锁设备(34,36,38)能够通过遥控装置控制。

2.根据权利要求1所述的钻孔装置，其特征在于，在第一侧上布置距离元件(14)。

3.根据权利要求1或2所述的钻孔装置，其特征在于，在第一侧上布置探测器(15)，尤其是限制开关，通过其可以确定所述固持平台(12)相对于管板的位置变化。

4.根据前述权利要求中任意一项所述的钻孔装置，其特征在于，所述解锁设备(34,36,38)具有解锁装置(34)、操作元件(38)和操作装置(36)，在驱动轴(57)的第二端侧上，锁紧装置36至少部分地布置在所述驱动轴(57)中并与其连接，所述操作元件(38)通过所述解锁装置(34)引导，所述操作装置(36)的所述操作元件(38)能够从锁紧位置至少暂时地置于解锁位置，并且工具夹盘在锁紧位置由所述工具轴(57)驱动。

5.根据权利要求4所述的钻孔装置，其特征在于，所述锁紧装置(36)具有弹簧元件(70)，通过其弹簧力使所述操作元件(38)固持在锁紧位置。

6.根据权利要求4或5所述的钻孔装置，其特征在于，通过所述操作元件(38)在锁紧位置使多个滚珠(66)固持在工具夹盘的凹槽中，并且通过所述滚珠(66)使工具夹盘轴向固定。

7.根据权利要求4至6中任意一项所述的钻孔装置，其特征在于，所述操作元件(38)是一种具有盖罩(72)的操作螺栓(68)，所述操作装置(34)的解锁元件(74)为了解锁与盖罩(72)共同作用，从而所述盖罩(72)与操作螺栓一同沿所述工具轴(57)的轴向运动。

8.根据权利要求7所述的钻孔装置，其特征在于，所述解锁元件(74)构造为空心圆柱体，所述操作螺栓(68)穿过所述空心圆柱体，并且使所述操作螺栓(68)的尺寸与所述解锁元件(74)适配，从而使所述操作螺栓(68)和空心圆柱体在锁紧位置上无接触。

9.根据权利要求8所述的钻孔装置，其特征在于，所述操作装置(36)具有其他的弹簧元件(80)，所述其他的弹簧元件作用在解锁圆柱(74)上，从而其弹簧力使所述解锁圆柱(74)保持在锁紧位置。

10.根据前述权利要求中任意一项所述的钻孔装置，其特征在于，所述工具轴(57)构造为空心轴。

11.根据前述权利要求中任意一项所述的钻孔装置，其特征在于，在第一驱动器(30)和所述工具轴(57)之间插入连接变速器(24)。

12.根据前述权利要求中任意一项所述的钻孔装置，其特征在于，进给装置具有螺杆(20)，在带有齿轮(48)的螺母(46)上通过与所述螺杆(20)匹配的螺纹引导，并且通过第二驱动器(26)驱动所述齿轮(48)。

13.根据前述权利要求中任意一项所述的钻孔装置，其特征在于，控制装置与所述第一驱动器(26)和/或与进给装置和/或与所述解锁设备(34,36,38)连接。