CN109932430B - 在线超声检测倾摆自适应同轴度调整机构及调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于AP1000主泵法兰螺栓的在线超声检测倾摆自适应同轴度调整机构及调整方法，环形导轨抱紧固定安装在主泵体外周上，导轨上安装有能够在导轨上周向环形行走的滑座；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；滑座上设有公转驱动组件驱动滑座沿导轨同步行走；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。该机构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，实现少驱动调整多维自由度运动，同时降低了对导轨安装水平度要求的限制，利于现场快速安装及调试。

Description

在线超声检测倾摆自适应同轴度调整机构及调整方法

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倾摆自适应同轴度调整机构。

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AP1000核电站反应堆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AP1000核电站反应堆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AP1000核电站反应堆冷却剂主泵体上的导轨运动至于主泵体待检法兰螺栓下方、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。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种在线超声检测倾摆自适应同轴度调整机构，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，实现少驱动调整多维自由度运动。

本发明是通过以下技术方案实现的：

在线超声检测倾摆自适应同轴度调整机构，其特征在于：环形导轨抱紧固定安装在AP1000核电站反应堆冷却剂主泵体外周上，导轨上安装有能够在导轨上行走的滑座；

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，微动板和滑座横向平行间隔配置，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，能够相对于微动板沿导轨径向移动；

竖直安装在检测平台上的检测管顶部设有超声探头，检测平台上设有升降驱动组件，升降驱动组件能够通过检测管驱动超声探头相对于检测平台升降。

整个机构能够在公转驱动组件的驱动下在导轨上绕AP1000核电站反应堆冷却剂主泵体外周移动，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AP1000核电站反应堆冷却剂主泵体径向平移，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。

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，上微动板能够在板面受到外力时相对于上滑座倾摆，下微动板能够在板面受到外力时相对于下滑座倾摆，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，内侧弹簧和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。

再进一步，所述内侧弹簧刚度与外侧弹簧刚度相同或者不相同，在同样的外力作用下，外侧弹簧的弹性变形量与内侧弹簧的弹性变形量可以相同或者不相同，也是为了充分保证微动板自适应调整范围。

再进一步，所述微动板上固设中空支撑件，滑座上对应固设固定件，导向杆为带有两个螺母的双头螺杆、从支撑件的中空内孔中活动穿过后旋紧在固定件上，两个螺母分别将内侧弹簧和外侧弹簧弹性抵压在支撑件相对两侧,通过调节螺母在双头螺杆上的位置能够调节内侧弹簧和外侧弹簧预紧力，利于加工，同时也便于现场的快速安装及调试。

进一步的，所述上微动板和上滑座之间、下微动板和下滑座之间分别绕检测管配置了3～4个倾摆自适应调整组件，支撑充分，运行可靠。

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AP1000核电站反应堆冷却剂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、沿AP1000核电站反应堆冷却剂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。

应用上述在线超声检测倾摆自适应同轴度调整机构的调整方法，其特征在于：在线超声检测过程中，将环形导轨保持水平抱紧安装在竖直的AP1000核电站反应堆冷却剂主泵体外周上，通过公转驱动组件、径向驱动组件调整超声探头位于主泵体待检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主泵体待检法兰螺栓中心孔下方进入中心孔后：

如果超声探头与中心孔同轴度存在偏差，超声探头在升/降过程中与主泵体待检法兰螺栓中心孔孔壁接触、受到来自主泵体待检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主泵体待检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或降并同步超声扫查。

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AP1000核电站反应堆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。

附图说明

图1为本机构与AP1000AP1000核电站反应堆冷却剂主泵体的配合位置示意图

图2为图1中的机构放大剖示图

图3为图2的局部放大示意图

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1～7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AP1000核电站反应堆冷却剂主泵体，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，20为检测管，21为径向驱动电机，22为主泵体待检法兰螺栓。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，导轨1抱紧在AP1000AP1000核电站反应堆冷却剂主泵体6外周上，AP1000核电站反应堆冷却剂主泵体6绕周向间隔设有24个主泵体待检法兰螺栓22。

本实施例中，为保证机构运行稳定可靠，采用了双滑座双微动板结构，即，滑座包括上滑座2和下滑座3，微动板包括上微动板4和下微动板5。如图4、图5所示，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能够在板面受到外力时相对于上滑座2倾摆，下微动板5能够在板面受到外力时相对于下滑座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初始时带有一定的倾斜角)时，在检测管20深入主泵体待检法兰螺栓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可继续沿主泵体待检法兰螺栓22的中心孔升/降。此外，上滑座2和下滑座3均活动安装在导轨1上，只能相对于导轨1保持平行状态沿导轨1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2～4所示的实施例中，上滑座2上设有公转驱动组件，公转驱动组件能够驱动上滑座2并带动下滑座3沿导轨1同步周向环形行走；本实例中，公转驱动组件包括安装在上滑座2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。

如图4、图5所示，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。本实施例中，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AP1000核电站反应堆冷却剂主泵体6径向设置在微动板上的滑块导轨和直线导轨14，滑块导轨沿AP1000AP1000核电站反应堆冷却剂主泵体6径向设置在下微动板5上，滑块13固定在检测平台7上，两个直线导轨14沿AP1000AP1000核电站反应堆冷却剂主泵体6径向设置于上微动板4与检测平台7之间，当径向驱动电机21驱动滑块13及检测平台7沿滑块导轨移动时，直线导轨14对检测平台7起到辅助支撑及导向作用。

竖直安装在检测平台7上的检测管20顶部设有超声探头19，检测平台7上设有升降驱动组件，升降驱动组件能够通过检测管20驱动超声探头19相对于检测平台7升降。

此外，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，上微动板4上的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、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上的开孔应足够大以避免下微动板5微倾摆时与径向驱动电机21相互干涉。

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AP1000AP1000核电站反应堆冷却剂主泵体6外周上，通过公转驱动组件、径向驱动组件调整超声探头19位于主泵体待检法兰螺栓22中心孔下方并对准，通过升降驱动组件驱动超声探头19从主泵体待检法兰螺栓22中心孔下方进入中心孔后：

如果超声探头19与中心孔同轴度存在偏差，超声探头19在升或降过程中与主泵体待检法兰螺栓22中心孔孔壁接触、受到来自主泵体待检法兰螺栓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上微动板4和下微动板5，在上滑座2和下滑座3位置相对不变的情况下，迫使上微动板4和下微动板5分别相对于上滑座2和下滑座3倾摆，自适应地调整超声探头19与主泵体待检法兰螺栓22中心孔的同轴度，使超声探头19能够沿中心孔持续升或降并同步超声扫查。

极少数情况下，如果超声探头19在升或降的过程存在卡顿现象，表明超声探头19与中心孔的同轴度偏差超出了倾摆自适应调整组件的调整范围，此时需要将超声探头19从中心孔下端退出，相应调整环形导轨1水平度后再次驱动超声探头19从主泵体待检法兰螺栓22中心孔下方进入中心孔并同步超声扫查。

一个主泵体待检法兰螺栓22在线超声扫查完成后，公转驱动组件驱动机构沿导轨运行至下一个主泵体待检法兰螺栓22，并通过公转驱动组件、径向驱动组件调整超声探头19位于主泵体待检法兰螺栓22中心孔下方并对准，以便于进行下一个主泵体待检法兰螺栓22的在线超声扫查，直至该AP1000上所有主泵体待检法兰螺栓22在线超声扫查完毕。

Claims (7)

1.在线超声检测倾摆自适应同轴度调整机构，其特征在于：环形导轨(1)抱紧固定安装在AP1000核电站反应堆冷却剂主泵体(6)外周上，导轨(1)上安装有能够在导轨(1)上行走的滑座；

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，微动板和滑座横向平行间隔配置，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)沿导轨(1)径向移动；

竖直安装在检测平台(7)上的检测管(20)顶部设有超声探头(19)，检测平台(7)上设有升降驱动组件，升降驱动组件能够通过检测管(20)驱动超声探头(19)相对于检测平台(7)升降，

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，内侧弹簧和外侧弹簧弹性抵压在微动板相对两侧，

所述微动板上固设中空支撑件(10)，滑座上对应固设固定件(11)，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，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。

2.根据权利要求1所述的在线超声检测倾摆自适应同轴度调整机构，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)能够在板面受到外力时相对于上滑座(2)倾摆，下微动板(5)能够在板面受到外力时相对于下滑座(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所述的在线超声检测倾摆自适应同轴度调整机构，其特征在于：所述内侧弹簧(8)刚度与外侧弹簧(9)刚度相同或者不相同。

4.根据权利要求2所述的在线超声检测倾摆自适应同轴度调整机构，其特征在于：所述上微动板(4)和上滑座(2)之间、下微动板(5)和下滑座(3)之间分别绕检测管(20)配置了3～4个倾摆自适应调整组件。

5.根据权利要求1所述的在线超声检测倾摆自适应同轴度调整机构，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AP1000核电站反应堆冷却剂主泵体(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AP1000核电站反应堆冷却剂主泵体(6)径向设置在微动板上的滑块导轨和直线导轨(14)。

6.根据权利要求1所述的在线超声检测倾摆自适应同轴度调整机构，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。

7.一种应用权利要求1所述的在线超声检测倾摆自适应同轴度调整机构的调整方法，其特征在于：在线超声检测过程中，将环形导轨(1)抱紧安装在AP1000核电站反应堆冷却剂主泵体(6)外周上，通过公转驱动组件、径向驱动组件调整超声探头(19)位于主泵体待检法兰螺栓(22)中心孔下方并对准，通过升降驱动组件驱动超声探头(19)从主泵体待检法兰螺栓(22)中心孔下方进入中心孔后：

如果超声探头(19)与中心孔同轴度存在偏差，超声探头(19)在升或降过程中与主泵体待检法兰螺栓(22)中心孔孔壁接触、受到来自主泵体待检法兰螺栓(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)与主泵体待检法兰螺栓(22)中心孔的同轴度，使超声探头(19)能够沿中心孔持续升或降并同步超声扫查。

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