CN109975421A - 一种用于管道内壁超声检查的两侧探头同步张开结构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于核电技术领域，具体为一种用于管道内壁超声检查的两侧探头同步张开结构，包括张开机架、驱动机构和随动张开机构，每个随动张开机构的端部设有超声探头，驱动齿轮结构中的驱动齿轮通过伺服电机驱动，驱动螺母两侧连接探头张开摇杆，探头张开摇杆控制两侧带有超声探头的随动张开机构同步张开。本装置能够进行蒸汽发生器接管内壁接触式超声检验，通过调整同步调整块在上支撑杆的位置，可使两侧探头同步张开至水平，并处于同一高度，从而保证超声检验结果的准确性，采用摇杆滑块机构、双摇杆机构实现超声探头收拢时，采用该结构能够保证接管焊缝内壁超声检验装置通过蒸汽发生器狭窄人孔，两侧超声探头与接管内壁紧密贴合。
Description
技术领域
本发明属于核电技术领域，具体涉及一种蒸发器管道内壁超声检查的探头结构。
背景技术
AP1000核反应堆是我国从美国西屋引进的第三代核电机组，根据ASME规范的相关要求，该机组的蒸汽发生器出水接管与主泵连接焊缝作为主回路的设备连接焊缝，属于法规必检内容，我国核安全监管部门也相应提出了该连接焊缝的在役检查要求，并已纳入到三门、海阳的在役检查大纲。
在实施AP1000蒸汽发生器与主泵连接焊缝超声检验时，需通过蒸汽发生器水室人孔将接管焊缝内壁超声扫查装置送至被检接管内，然后通过一定机构将超声检测探头贴近接管内壁，实现接管内壁接触式超声检验。因蒸汽发生器水室人孔直径较小而被检接管直径较大的口小肚大的“水瓶”结构，从而要求超声探头在通过水室人孔时收拢尺寸尽可能小，便于通过狭小人孔口；并在送至被检接管张开后，超声探头与接管内壁贴合紧密，满足接触式超声检验；同时，为加快扫查效率并平衡扫查时的阻力，采用两侧对称布置的探头布置形式。
目前，在对接管内壁实施接触式超声检验时，通常采用180°圆周阵列布置气缸、滑动导轨的方式实现两侧超声探头的同步张开，但该结构存在多种不足，如收拢后的包络圆直径大、重量重等，使其不能应用于AP1000蒸汽发生器与主泵连接焊缝的管道内壁超声检验，因此亟需发明一种用于管道内壁超声检查的两侧探头同步张开结构。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于管道内壁超声检查的两侧探头同步张开结构，其能够满足蒸汽发生器接管内壁接触式超声检验的需要。
本发明的技术方案如下：
一种用于管道内壁超声检查的两侧探头同步张开结构，包括位于中心的张开机架，设于张开机架上的驱动机构，设于张开机架两侧的对称安装的两个随动张开机构，每个随动张开机构的端部设有超声探头，所述的驱动机构包括驱动齿轮传动结构、与驱动齿轮传动结构的传动齿轮连接的驱动丝杠、设于驱动丝杠上的驱动螺母、伺服电机和设于驱动螺母两侧的探头张开摇杆；所述的驱动齿轮传动结构的驱动齿轮通过伺服电机驱动；所述的驱动螺母两侧通过滑动销轴分别探头张开摇杆，探头张开摇杆在连接处加工腰圆孔，滑动销轴位于腰圆孔内；所述的探头张开摇杆末端通过键连接安装摇杆销轴；
所述的随动张开机构包括探头随动摇杆、与探头随动摇杆连接的随动连杆，以及上支撑杆、两根下支撑杆；所述的探头随动摇杆一端通过上述的摇杆销轴与上述的探头张开摇杆固定连接，另一端铰接连接随动连杆的一端，随动连杆的另一端与上支撑杆铰接连接；上支撑杆、两根下支撑杆的端部分别铰接连接安装在张开机架一侧，上支撑杆与两根下支撑杆呈“品”形布置。
还包括探头压紧结构，所述的探头压紧结构包括探头压紧座、探头压紧销轴、探头压紧弹簧；所述的探头压紧座设于上支撑杆和两根下支撑杆的外端，探头压紧座外侧安装三根探头压紧销轴，探头压紧销轴外部安装探头压紧弹簧；所述的超声探头设于压紧销轴外端。
所述的三根探头压紧销轴成“品”字形布置。
还包括探头框组件，所述的探头框组件包括探头框安装座、探头框固定座、探头框摆动杆，所述的探头框安装座固定于探头压紧销轴端部，所述的探头框固定座与探头框安装座固连，探头框摆动杆与探头框固定座铰接，所述的超声探头采用螺栓连接的方式安装在探头框摆动杆上。
所述的驱动螺母靠近张开机架的内侧加工竖直方向的滑槽，在张开机架的对应位置加工凸起的结构，使得凸起结构位于滑槽内。
所述的上支撑杆上端设有同步调整块，所述的同步调整块为长方体，其与上支撑杆接触的面加工有滑槽，所述的上支撑杆端部在槽内滑动。
本发明的显著效果如下：
由一个伺服电机控制实现两侧超声探头的同步张开，并保持同一高度；
伺服电机通过驱动齿轮传动结构带动驱动丝杠转动，进而通过螺旋运动转化为驱动螺母的升降运动。驱动螺母、滑动销轴、探头张开摇杆、摇杆销轴与探头张开机架组成摇杆滑块机构，通过驱动螺母的升降运动带动托盘张开摇杆绕摇杆销轴的摆动，从而驱动两侧探头同步张开。
进一步的，驱动螺母两侧具有滑槽，与托盘张开机架上凸起结构的两个侧面形成导轨，从而使驱动螺母升降时保持竖直，避免由于驱动螺母倾斜而造成的两侧托盘张开不一致以及驱动螺母的快速磨损。
探头随动张开机构由双摇杆机构、平行四杆机构组成，双摇杆机构实现探头的张开和收拢，平行四杆机构保证探头在张开、收拢时始终保证探头面对接管壁，并承受探头扫查时的周向、轴向摩擦力。
在上支撑杆张开至水平后，由于传动链中间铰接处间隙的影响，导致两侧探头的最终张开角度不一致，探头中心位置不在同一高度。通过调整同步调整块在上支撑杆的位置，可使两侧探头同步张开至水平，并处于同一高度，从而保证超声检验结果的准确性。
采用摇杆滑块机构、双摇杆机构实现超声探头收拢时，包络圆直径小于330mm，使采用该结构的接管焊缝内壁超声检验装置可通过蒸汽发生器狭窄人孔；张开时包络圆直径大于657.4mm，两侧超声探头与接管内壁紧密贴合；
采用平行四杆机构实现两侧探头张开时，超声探头始终面对接管内壁，并可承受超声检验时的周向、轴向摩擦力。
附图说明
图1为用于管道内壁超声检查的两侧探头同步张开结构示意图；
图2为探头张开驱动机构示意图；
图3a为探头随动张开机构示意图；
图3b为图3a的侧视图；
图4为探头压紧结构示意图；
图5为探头框组件示意图；
图6为探头同步张开结构收拢后包络圆；
图7为探头同步张开结构张开后包络圆；
图中：1.探头张开机架；2.探头张开驱动机构；3.探头随动张开机构；4.探头压紧结构；5.超声探头；6.伺服电机；7.驱动齿轮传动结构；8.驱动丝杠；9.驱动螺母；10.滑动销轴；11.探头张开摇杆；12.摇杆销轴；13.探头随动摇杆；14随动连杆；15.上支撑杆；16.两根下支撑杆；17.同步调整块；18.探头压紧座19.探头压紧销轴；20.探头压紧弹簧；21.探头框安装座；22.探头框固定座；23.探头框摆动杆。
具体实施方式
下面通过附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1所示，张开结构包括位于中心的张开机架1，张开机架1上安装驱动机构2，张开机架1两侧为对称安装的两个随动张开机构3，每个随动张开机构3的端部安装超声探头5，超声探头5通过探头压紧结构4固定安装。
通过远程控制伺服电机驱动上述的驱动机构2，然后通过与随动张开机构3同轴的销轴驱动随动张开机构3运动实现两侧探头5的同步张开，在探头压紧结构4的作用下，超声探头5与接管内壁紧密贴合，满足从管道内壁实施超声检验的需要。
探头张开机架1提供整个探头张开结构的安装基座，同时与探头的周向、轴向扫查运动结构固连，实现超声周向、轴向扫查运动。
如图2所示的驱动机构2示意图，探头张开驱动机构采用螺旋运动机构、摇杆滑块机构相结合的方式，将伺服电机的转动转化为探头张开的摆动驱动，包括伺服电机6、驱动齿轮传动结构7、驱动丝杠8、驱动螺母9、滑动销轴10、探头张开摇杆11、摇杆销轴12。
如图2a所示，驱动齿轮传动结构7安装在探头张开机架1侧壁，其下方安装驱动丝杠8、驱动螺母9和伺服电机6，驱动螺母9螺纹安装在驱动丝杠8上，驱动丝杠8上端与驱动齿轮传动结构7的传动齿轮连接，驱动齿轮传动结构7的驱动齿轮通过伺服电机6驱动。当伺服电机6启动后，带动驱动丝杠8转动，带动驱动螺母9上下移动。
如图2b所示，驱动螺母9通过连接板和滑动销轴10分别在其两侧连接探头张开摇杆11，探头张开摇杆11在连接处加工腰圆孔，滑动销轴10位于腰圆孔内，这样当驱动螺母9上下移动时，由于滑动销轴10在腰圆孔中滑动，使得驱动螺母9的升降运动转化为探头张开摇杆11绕滑动销轴10的摆动。摇杆销轴12通过键连接安装在探头张开摇杆11末端，是为了探头张开摇杆11与随动张开机构3中的探头随动摇杆13连接。
为了使驱动螺母9能够保证竖直方向的移动，可以在驱动螺母9靠近张开机架1的内侧加工竖直方向的滑槽，在张开机架1的对应位置加工凸起的结构，使得凸起结构位于滑槽内，这样驱动螺母9的上下运动就能够被很好的定位，避免由于驱动螺母9倾斜而造成的两侧探头张开摇杆11张开不一致以及驱动螺母9的快速磨损。
如图3a和图3b所示，随动张开机构3包括探头随动摇杆13、随动连杆14、上支撑杆15、两根下支撑杆16以及同步调整块17。
其中探头随动摇杆13一端通过上述的摇杆销轴12与上述的探头张开摇杆11固定连接，探头随动摇杆13的另一端铰接连接随动连杆14的一端，随动连杆14的另一端与上支撑杆15铰接连接。摇杆销轴12与探头随动摇杆13固连，并与探头张开机架1、随动连杆14、上支撑杆15一起构成双摇杆机构。探头张开驱动机构运动时带动摇杆销轴12的转动，进而驱动探头随动摇杆13的摆动，通过随动连杆的运动和力的传递，带动上支撑杆15摆动。
上述的上支撑杆15和两根下支撑杆16的一端铰接连接安装在张开机架1一侧，上支撑杆与两根下支撑根成“品”形布置，共同构成平行四杆机构，使超声探头张开、收拢时姿态固定，始终保持面对接管内壁的方向，保证超声探头与接管内壁贴合紧密，满足超声检验需求。
为调整探头随动连杆14与上支撑杆15的铰接位置，在上支撑杆15上端安装同步调整块17，该同步调整块17为长方体，其与上支撑杆15接触的面加工滑槽，上支撑杆1端部在槽内滑动，能够调整探头随动连杆14与上支撑杆15的铰接位置，从而使两侧探头张开时保持一致。
如图4所示，探头压紧结构4包括探头压紧座18、探头压紧销轴19、探头压紧弹簧20。
探头压紧座18安装在上支撑杆15和两根下支撑杆16的外端，上支撑杆15摆动时，带动其随之摆动。探头压紧座18外侧安装三根探头压紧销轴19，探头压紧销轴19外部安装探头压紧弹簧20，且探头压紧弹簧20保持预紧力。探头压紧销轴19外端连接探头框安装座21。
探头安装座18连接探头随动张开机构3和探头压紧结构4，一端与张开机架1、上支撑杆15、两根下支撑杆16形成平行四杆机构，保证探头压紧结构压紧力方向始终面向接管内壁；另外一端通过成“品”字形布置的三根探头压紧销轴19连接探头框安装座21。三根探头压紧销轴19外各套装一个探头压紧弹簧20，从而使探头框安装座21相对于接管径向的有一定压缩量，固连在探头框组件5有一定的弹性调节范围，并在特定内径的接管内保持超声探头始终贴近接管内壁。
进一步的，一根上支撑杆15和两根下支撑杆16呈“品”字形布置，从而可承受超声探头沿接管轴线上下运动的轴向摩擦力和沿接管圆周运动的轴向摩擦力作用。
如图5所示的探头框组件5示意图，包括探头框安装座21、探头框固定座22、探头框摆动杆23。
探头框固定座22与探头框安装座21固连，探头框摆动杆23与探头框固定座22铰接，实现安装在其上的探头摆动，可满足接管锥度段适应以及由于安装偏差造成的探头倾斜。
超声探头5采用螺栓连接的方式安装在探头框摆动杆23上，实现对接管内壁的超声检验。
如图6和图7所示，接管焊缝内壁超声扫查装置在通过蒸汽发生器水室人孔口时，驱动螺母上升，带动探头张开驱动机构、探头随动张开机构摆动，超声探头同步收拢，收拢后的轴向包络圆直径小于355mm，便于通过蒸汽发生器水室人孔。收拢后的状态如图6所示。
接管焊缝内壁超声扫查装置被送至被检接管内，驱动螺母下降，带动探头张开驱动机构、探头随动张开结构摆动，超声探头同步张开，张开后的轴向包络圆直径大于657mm，与AP1000蒸汽发生器接管内壁紧密贴合，满足接管内壁超声检验的需求。
Claims (9)
1.一种用于管道内壁超声检查的两侧探头同步张开结构，包括位于中心的张开机架(1)，设于张开机架(1)上的驱动机构(2)，设于张开机架(1)两侧的对称安装的两个随动张开机构(3)，每个随动张开机构(3)的端部设有超声探头(5)，其特征在于：
所述的驱动机构(2)包括驱动齿轮传动结构(7)、与驱动齿轮传动结构(7)的传动齿轮连接的驱动丝杠(8)、设于驱动丝杠(8)上的驱动螺母(9)、伺服电机(6)和设于驱动螺母(9)两侧的探头张开摇杆(11)；所述的驱动齿轮传动结构(7)的驱动齿轮通过伺服电机(6)驱动；所述的驱动螺母(9)两侧通过滑动销轴(10)分别探头张开摇杆(11)，探头张开摇杆(11)在连接处加工腰圆孔，滑动销轴(10)位于腰圆孔内；所述的探头张开摇杆(11)末端通过键连接安装摇杆销轴(12)；
所述的随动张开机构(3)包括探头随动摇杆(13)、与探头随动摇杆(13)连接的随动连杆(14)，以及上支撑杆(15)、两根下支撑杆(16)；所述的探头随动摇杆(13)一端通过上述的摇杆销轴(12)与上述的探头张开摇杆(11)固定连接，另一端铰接连接随动连杆(14)的一端，随动连杆(14)的另一端与上支撑杆(15)铰接连接；上支撑杆(15)、两根下支撑杆(16)的端部分别铰接连接安装在张开机架(1)一侧，上支撑杆(15)与两根下支撑杆(16)呈“品”形布置。
2.如权利要求1所述的一种用于管道内壁超声检查的两侧探头同步张开结构，其特征在于：还包括探头压紧结构(4)，所述的探头压紧结构(4)包括探头压紧座(18)、探头压紧销轴(19)、探头压紧弹簧(20)；所述的探头压紧座(18)设于上支撑杆(15)和两根下支撑杆(16)的外端，探头压紧座(18)外侧安装三根探头压紧销轴(19)，探头压紧销轴(19)外部安装探头压紧弹簧20；所述的超声探头(5)设于压紧销轴(19)外端。
3.如权利要求2所述的一种用于管道内壁超声检查的两侧探头同步张开结构，其特征在于：所述的三根探头压紧销轴(19)成“品”字形布置。
4.如权利要求1所述的一种用于管道内壁超声检查的两侧探头同步张开结构，其特征在于：还包括探头框组件(5)，所述的探头框组件(5)包括探头框安装座(21)、探头框固定座(22)、探头框摆动杆(23)，所述的探头框安装座(21)固定于探头压紧销轴(19)端部，所述的探头框固定座(22)与探头框安装座(21)固连，探头框摆动杆(23)与探头框固定座(22)铰接，所述的超声探头(5)设于在探头框摆动杆(23)上。
5.如权利要求4所述的一种用于管道内壁超声检查的两侧探头同步张开结构，其特征在于：所述的超声探头(5)采用螺栓连接的方式安装在探头框摆动杆(23)上。
6.如权利要求1～5任一项所述的一种用于管道内壁超声检查的两侧探头同步张开结构，其特征在于：所述的驱动螺母(9)靠近张开机架(1)的内侧加工竖直方向的滑槽，在张开机架(1)的对应位置加工凸起的结构，使得凸起结构位于滑槽内。
7.如权利要求1所述的一种用于管道内壁超声检查的两侧探头同步张开结构，其特征在于：所述的上支撑杆(15)上端设有同步调整块(17)，所述的同步调整块(17)为长方体，其与上支撑杆(15)接触的面加工有滑槽，所述的上支撑杆(1)端部在槽内滑动。
8.如权利要求1所述的一种用于管道内壁超声检查的两侧探头同步张开结构，其特征在于：所述的探头张开机架(1)为圆筒形结构，其两边的随动张开机构(3)以探头张开机架(1)的中心轴对称布置。
9.如权利要求1所述的一种用于管道内壁超声检查的两侧探头同步张开结构，其特征在于：所述的超声探头(5)沿接管轴线上下运动或者沿接管圆周运动。
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