CN111487313A - 用于核电蒸汽发生器螺旋传热管的全滚动涡流探头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于核电蒸汽发生器螺旋传热管的全滚动涡流探头，包括传感器单元和护壳，传感器单元包括前支撑、线圈架和后支撑，线圈架上缠绕有线圈，前支撑设有多个第一滚动支撑结构，后支撑设有多个第二滚动支撑结构；所述护壳包括多节中空的护套，所述护套的一端为球形凸起，另一端为球形凹槽，护套设有多个第三滚动支撑结构，所有护套通过软管串在一起，并且相邻两个护套通过球形凸起和球形凹槽万向配合，最前端的护套与所述后支撑相连接，所述软管中设有信号线，所述信号线与所述线圈架上的线圈连接。本发明采用了全滚动式传感器单元结构和护壳结构，大幅降低摩擦阻力，增加了通过性，同时也简化了设备的使用，减少安装时间。

Description

用于核电蒸汽发生器螺旋传热管的全滚动涡流探头
技术领域
本发明属于涡流检测领域，具体涉及一种用于核电蒸汽发生器螺旋传热管的全滚动涡流探头。
背景技术
在核电领域，蒸汽发生器传热管是核岛一回路承压边界的重要组成部分，承受一回路冷却剂的压力，并与其它压力边界一起构成防止堆芯放射性裂变产物向二回路或安全壳释放的屏障，因传热管壁是压力边界最薄弱的部分，可以说传热管管束的寿命直接决定着蒸汽发生器的寿命。缠绕管式换热组件是一种将传热管以特殊形式布置(如螺旋式、盘式等)的高效换热组件。螺旋传热管等特殊结构的传热管已被运用于高效传热装置，国内外一些新型反应堆蒸汽发生器中已有应用。
核电领域法规和标准强制要求对蒸汽发生器传热管执行涡流检测，以确保传热管的结构完整性。当前，常规涡流探头主要采用尼龙管作为护壳，花瓣结构作为探头的对中装置，对于直管和U型管，由于常规涡流探头通过人工或机械推入和拔出传热管时，与传热管内壁接触时的低摩擦阻力可将探头以内穿方式穿过传热管以实施检测。然而，参考附图1，螺旋传热管100存在内径小、曲率半径小、螺旋盘管层次多的特征，导致常规涡流探头与螺旋传热管100间的摩擦阻力随着穿入螺旋传热管长度的增加呈指数级上升，以及探头结构紧凑布置困难，致使探头存在不可达位置而无法实施检测，丧失了对螺旋传热管结构完整性的重要检测。此外，常规涡流探头过螺旋弯时存在抱死现象，也不利于探头检测。如采用流体辅助人工或机械推动探头，将产生流体的扰动，进而导致传感器单元的振动幅度变大，噪音增大，降低了检测效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种用于核电蒸汽发生器螺旋传热管的全滚动涡流探头，工作可靠，与螺旋传热管摩擦阻力小，通过性好，以克服现有技术上的缺陷。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种用于核电蒸汽发生器螺旋传热管的全滚动涡流探头，包括传感器单元和护壳，所述传感器单元包括依次连接的前支撑、线圈架和后支撑，所述线圈架上缠绕有线圈，所述前支撑的外壁沿周向设有多个第一滚动支撑结构，所述后支撑的外壁沿周向设有多个第二滚动支撑结构；所述护壳包括多节中空的护套，所述护套的一端为球形凸起，另一端为球形凹槽，所述护套的外壁沿周向设有多个第三滚动支撑结构，所有护套通过软管串在一起，并且相邻两个护套通过球形凸起和球形凹槽万向配合，所述护壳与所述后支撑相连接，所述软管中设有信号线，所述信号线与所述线圈架上的线圈连接。
优选地，所述前支撑和所述线圈架之间、以及所述线圈架和所述后支撑之间均通过软轴连接。
优选地，所述第一滚动支撑结构包括第一压簧和第一轴承，所述第一轴承的内圈与所述第一压簧的一端相连接，所述第一压簧的另一端与所述前支撑相连接。
优选地，所述第二滚动支撑结构包括第二压簧和第二轴承，所述第二轴承的内圈与所述第二压簧的一端相连接，所述第二压簧的另一端与所述后支撑相连接。
优选地，所述第三滚动支撑结构包括支撑杆和第三轴承，所述第三轴承的内圈与所述支撑杆的一端相连接，所述支撑杆的另一端与所述护套相连接。
进一步地，所述护套在所述第三滚动支撑结构的安装位置分别设置平台，所述平台上设有凸台，所述支撑杆安装在所述凸台上，所述凸台抵靠在第三轴承的内圈。
进一步地，所有凸台均等距偏离所述平台轴向的中心线设置。
优选地，所述护套上设有六个第三滚动支撑结构并且三个一组，每组的三个第三滚动支撑结构沿同一圆周面均匀设置，并且两组第三滚动支撑结构在轴向错位设置。
优选地，所述前支撑的前端连接有导向头。
优选地，所述后支撑开有用于信号线走线的导线槽。
如上所述，本发明用于核电蒸汽发生器螺旋传热管的全滚动涡流探头，具有以下有益效果：
本发明采用了全滚动式传感器单元结构和护壳结构，将原有技术中探头与螺旋传热管内壁在推拔过程中的滑动摩擦改为滚动摩擦，大幅降低摩擦阻力，避免在弯管位置卡死问题，增加了通过性。此外，本发明不需要辅助流体推动装置，简化了设备的使用，减少安装时间，无需回收放射性流体，从而降低在役期间工作人员在高辐射区域的受照剂量。本发明主要针对小管径螺旋传热管使用，所有轴承的设置能够实现紧凑布置，能够在一次完成小直径螺旋传热管涡流检测的同时，提升传感器单元的对中性，提升检测效果。此外，本发明中的零部件可以采用市面上的标准件，如轴承等，制造成本低。
附图说明
图1为螺旋传热管的示意图。
图2为本发明的立体图。
图3为图2中A处放大图。
图4为本发明中前支撑的立体图。
图5为本发明中后支撑的立体图
图6为本发明中护套的示意图。
图7为本发明中护套在螺旋传热管中的示意图。
图8为本发明中护套与螺旋传热管的第一种接触示意图。
图9为本发明中护套与螺旋传热管的第二种接触示意图。
图10为本发明中护套与螺旋传热管的第三种接触示意图。
图中：
1 传感器单元 2 护壳
3 第一滚动支撑结构 4 第二滚动支撑结构
5 第三滚动支撑结构 11 前支撑
12 线圈架 13 后支撑
14 导向头 131 导线槽
31 第一压簧 32 第一轴承
33 第一垫圈 34 销型连接件
41 第二压簧 42 第二轴承
43 第二垫圈 44 销型连接件
51 支撑杆 52 第三轴承
53 第三垫圈 21 护套
22 软管 23 卡扣
211 球形凸起 212 球形凹槽
213 平台 214 凸台
100 螺旋传热管
具体实施方式
说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
在核电领域，当前的常规探头主要采用尼龙管作为护壳，花瓣结构作为探头的对中装置。参考图1，螺旋传热100存在内径小、曲率半径小、螺旋盘管层次多的特征，导致常规涡流探头与螺旋传热管间的摩擦阻力随着穿入螺旋传热管长度的增加呈指数级上升，致使探头存在不可达位置而无法实施检测，丧失了对螺旋传热管结构完整性的重要监测方式。此外，常规探头过螺旋弯时存在抱死现象，也不利于探头检测。基于以上不足，本发明公开一种用于核电蒸汽发生器螺旋传热管的全滚动涡流探头，具体可适用于内径大于8mm，曲率半径大于100mm的螺旋传热管，如图2-图3所示，包括传感器单元1和护壳2，所述传感器单元1包括依次连接的前支撑11、线圈架12和后支撑13，所述线圈架12上缠绕有线圈，所述线圈为涡流信号的激励和感应部分，其产生电信号并传出，所述线圈的线径、层数、匝数等参数取决于待检测螺旋传热管的材料和壁厚。所述前支撑11的外壁沿周向设有多个第一滚动支撑结构3，所述后支撑13的外壁沿周向设有多个第二滚动支撑结构4。所述护壳2包括多节中空的护套21，所述护套21的一端为球形凸起211，另一端为球形凹槽212，所述护套21的外壁沿周向设有多个第三滚动支撑结构5，所有护套21通过软管22串在一起，并且相邻两个护套21通过球形凸起211和球形凹槽212万向配合，所述护壳2与所述后支撑13相连接。参考图2，所述软管22中设有信号线，所述信号线与所述线圈架12上的线圈连接，在优选实施例中，参考图5，所述后支撑13开有用于信号线走线的导线槽131，更加有效地保护信号线。在使用时，相邻的护套21之间没有连接关系，仅靠球形凸起211和球形凹槽212相互配合，其能够适应螺旋传热管的形状，有利于过弯时护套21之间的相对扭动，避免抱死现象发生。此外，该种结构，有利于将推拔力均匀的通过球面接触进行传导。本探头中单个护套21的长度由螺旋传热管的曲率半径决定。
结合图1-图3、图7，本探头的技术原理是：在使用时，将传感器单元1和护壳2伸入到螺旋传热管100中后，所述第一滚动支撑结构3、第二滚动支撑结构4、第三滚动支撑结构5与螺旋传热管100的内壁均为滚动摩擦，降低摩擦阻力，提高在螺旋传热管中通过的顺畅性，且不需要辅助流体推动装置，简化了设备。此外，由于螺旋传热管100存在椭圆度，在确保探头通过性的前提下，应保证探头的对中性，以保证检测灵敏度，基于此，本探头所述第一滚动支撑结构3、第二滚动支撑结构4分别沿前支撑11和后支撑13的周向设置多个，保证了无论本探头在螺旋传热管中如何弯曲，都能够始终通过第一滚动支撑结构3和第二滚动支撑结构4将线圈架12置于螺旋传热管100横向截面的中间位置，保证与螺旋传热管100的对中效果，从而提高探头检测效果。本探头中的信号线呈螺旋状缠绕在一起，该形式可以释放推拔过程中信号线所受的力，防止拉断。在优选实施例中，参考图3，为了便于传感器单元1和护壳2进入到螺旋传热管中，所述前支撑11的前端连接有导向头14，导向头14是圆台形或圆锥形，其与前支撑11螺纹连接，外径小于前支撑11的外径。
在优选实施例中，参考图3，所述前支撑11和所述线圈架12之间、以及所述线圈架12和所述后支撑13之间均通过软轴(图中未表示)连接，所述软轴是柔性材料制成，能够保证传感器单元1整体的柔韧性，更好的适应螺旋传热管的曲率半径，让传感器单元1在螺旋传热管中顺畅通过。所述前支撑11和所述线圈架12之间的距离，以及所述线圈架12和所述后支撑13之间的距离均取决于螺旋传热管的内径以及曲率半径。进一步地，所述软轴只有一根，软轴依次穿过后支撑13、线圈架12并最终于前支撑11连接，所述软轴与后支撑13、线圈架12、前支撑11通过固定圈定位。与此同时，本护壳2中的软管22可以采用工程塑料(如尼龙)或金属材质，所述护壳2和后支撑13之间的连接方式如图3所示：所述软管22为尼龙管，所述尼龙管与软轴通过卡扣23万向配合连接，且为可拆卸形式；所述卡扣23是类似球头和球窝等万向配合结构。在优选实施例中，如图4所示，所述第一滚动支撑结构3包括第一压簧31和第一轴承32；如果第一轴承32是塑料材质，则可以直接使用，如果第一轴承32是金属材质，则为了避免划伤螺旋传热管内壁，所述第一轴承32的外圈上还应套有橡胶或塑料等软质材料制成的第一垫圈33。所述第一轴承32的内圈与所述第一压簧31的一端相连接，所述第一压簧31的另一端与所述前支撑11相连接。进一步地，为了连接安装方便，还包括销型连接件34，所述第一压簧31的一端与销型连接件34的一端配合连接，销型连接件34的另一端插入第一轴承32的内圈。本实施例中的所述前支撑11呈柱状结构，在外侧壁圆周方向均匀设置三个平台，即每个平台绕圆周120度分布，三个平台上分别开设用于固定第一压簧31的平底孔，并且所述平底孔均顺时针或均逆时针等距偏离所述平台轴向的中心线设置(平台轴向的中心线与前支撑轴向的中心线平行)，例如图4所示，平底孔开设在平面的边缘位置；在具体实施时，前支撑11的外径、螺旋传热管的椭圆度、第一轴承32等的尺寸决定了平底孔具体开设位置。通过第一压簧31的弹性作用，确保第一压簧31无论在受压或不受压情况下，即螺旋传热管内径发生变化时，每个第一垫圈33的一侧始终与螺旋传热管内壁紧密贴合，从而提高线圈的对中性和检测灵敏度。同理，如图5所示，所述第二滚动支撑结构4包括第二压簧41和第二轴承42；如果第二轴承42是塑料材质，则可以直接使用，如果第二轴承42是金属材质，则为了避免划伤螺旋传热管内壁，所述第二轴承42的外圈上还应套有橡胶或塑料等软质材料制成的第二垫圈43。所述第二轴承42的内圈与所述第二压簧41的一端相连接，所述第二压簧41的另一端与所述后支撑13相连接。进一步地，还包括销型连接件44，所述第二压簧41的一端与销型连接件44的一端配合连接，销型连接件44的另一端插入第二轴承42的内圈。所述后支撑13呈柱状结构，在外侧壁圆周方向均匀设置三个平台，即每个平台绕圆周120度分布，三个平台上分别开设用于固定第二压簧41的平底孔，并且所述平底孔均顺时针或均逆时针等距偏离所述平台轴向的中心线设置(平台轴向的中心线与后支撑轴向的中心线平行)，例如图5所示，平底孔开设在平面的边缘位置；在具体实施时，后支撑13的外径、螺旋传热管的椭圆度、第二轴承42等的尺寸决定了平底孔具体开设位置。通过第二压簧41的弹性作用，确保第二压簧41无论在受压或不受压情况下，即螺旋传热管内径发生变化时，每个第二垫圈33的一侧始终与螺旋传热管内壁紧密贴合，从而提高线圈对中性和检测灵敏度。
综合以上，本探头能够有效适应螺旋传热管的内径，提高线圈对中性和检测灵敏度，第一轴承32和第二轴承42的使用能保证探头在运动过程中的滚动效果，降低摩擦阻力，而每个轴承(所有第一轴承和所有第二轴承)与对应的平台平行布置，增加结构的紧凑性，能够有效适用于小直径螺旋传热管的检测。在其他实施例中，所述第一滚动支撑结构3、第二滚动支撑结构4还可以是直接设置在前支撑11周向外壁和后支撑13周向外壁上的滚珠，通过滚珠实现与螺旋传热管内壁的滚动配合，减小摩擦阻力。
在优选实施例中，如图6和图7所示，所述第三滚动支撑结构5包括支撑杆51和第三轴承52，所述支撑杆51可以是销型结构；如果第三轴承52是塑料材质，则可以直接使用，如果第三轴承52是金属材质，则为了避免划伤螺旋传热管内壁，所述第三轴承52的外圈上还应套有橡胶或塑料等软质材料制成的第三垫圈53。所述第三轴承52的内圈与所述支撑杆51的一端相连接，所述支撑杆51的另一端与所述护套21相连接。所述第三滚动支撑结构5与第一滚动支撑结构3的原理相同，但是因为第三滚动支撑结构5是起到辅助滚动的作用，因此不需要通过压簧来保证线圈的对中性，仅实现与螺旋传热管内壁的滚动配合即可。进一步地，所述护套21呈柱状结构，所述护套21在所述第三滚动支撑结构5的安装位置分别设置平台213，所述平台213上设有凸台214，所述支撑杆51安装在所述凸台214上，所述凸台214抵靠在第三轴承52的内圈，即第三轴承52平行于平台；具体是：所述凸台214是柱状结构，其外径尺寸在第三轴承52的内圈内径和内圈外径之间，在使用时，第三轴承52的内圈不动，外圈转动时不会与凸台214以及护套本体接触发生干涉。此外，与所述第一滚动支撑结构3上第一轴承32的偏心原理相同，所有凸台214均顺时针或均逆时针等距偏离所述平台213轴向的中心线设置(平台轴向中心线与护套轴向中心线平行)，即支撑杆51的轴线不与护套21轴线相交。
在优选实施例中，参考图6，所述护套21上设有六个第三滚动支撑结构5并且三个一组，每组的三个第三滚动支撑结构5沿同一圆周面均匀设置，并且两组第三滚动支撑结构5在轴向错位设置，以防止护套21与螺旋传热管内壁发生接触造成滑动摩擦。具体是：所述护套21是中空的柱状结构，外侧壁在每个第三滚动支撑结构5的对应位置设置平台213，即每组的三个第三滚动支撑结构5的对应平台213绕圆周120度分布。
结合图6-图10，由于螺旋传热管100存在椭圆度(图8-图10中虚线所示)，本探头在优选实施例中能够保证所述第三滚动支撑结构5上的每个第三轴承52均只有一侧与螺旋传热管100内壁接触，而且在不同方向上均能支撑在螺旋传热管100内壁，保证只有滚动摩擦存在，大幅降低推拔过程中探头对螺旋传热管内壁的摩擦阻力，最终确保在小内径空间下探头的通过性。同理，结合图4、图5、图8-图10，第一滚动支撑结构3上的每个第一轴承32、第二滚动支撑结4上的每个第二轴承42与螺旋传热管内壁的接触原理与第三滚动支撑结构5上的第三轴承52作用原理相同。
本发明不仅可以在核电领域使用，在化工领域、航空领域中的所使用的螺旋传热管均可以通过本发明进行检测。
综上所述，本发明用于核电蒸汽发生器螺旋传热管的全滚动涡流探头，能够解决探头与螺旋传热管内壁摩擦力大，操作复杂的问题，所以，本发明有效克服了现有技术中的一些实际问题从而有很高的利用价值和使用意义。
上述实施方式仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。本发明还有许多方面可以在不违背总体思想的前提下进行改进，对于熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，可对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种用于核电蒸汽发生器螺旋传热管的全滚动涡流探头，其特征在于：包括传感器单元(1)和护壳(2)，所述传感器单元(1)包括依次连接的前支撑(11)、线圈架(12)和后支撑(13)，所述线圈架(12)上缠绕有线圈，所述前支撑(11)的外壁沿周向设有多个第一滚动支撑结构(3)，所述后支撑(13)的外壁沿周向设有多个第二滚动支撑结构(4)；所述护壳(2)包括多节中空的护套(21)，所述护套(21)的一端为球形凸起(211)，另一端为球形凹槽(212)，所述护套(21)的外壁沿周向设有多个第三滚动支撑结构(5)，所有护套(21)通过软管(22)串在一起，并且相邻两个护套(21)通过球形凸起(211)和球形凹槽(212)万向配合，所述护壳(2)与所述后支撑(13)相连接，所述软管(22)中设有信号线，所述信号线与所述线圈架(12)上的线圈连接。
2.根据权利要求1所述的用于核电蒸汽发生器螺旋传热管的全滚动涡流探头，其特征在于：所述前支撑(11)和所述线圈架(12)之间、以及所述线圈架(12)和所述后支撑(13)之间均通过软轴连接。
3.根据权利要求1所述的用于核电蒸汽发生器螺旋传热管的全滚动涡流探头，其特征在于：所述第一滚动支撑结构(3)包括第一压簧(31)和第一轴承(32)，所述第一轴承(32)的内圈与所述第一压簧(31)的一端相连接，所述第一压簧(31)的另一端与所述前支撑(11)相连接。
4.根据权利要求1所述的用于核电蒸汽发生器螺旋传热管的全滚动涡流探头，其特征在于：所述第二滚动支撑结构(4)包括第二压簧(41)和第二轴承(42)，所述第二轴承(42)的内圈与所述第二压簧(41)的一端相连接，所述第二压簧(41)的另一端与所述后支撑(13)相连接。
5.根据权利要求1所述的用于核电蒸汽发生器螺旋传热管的全滚动涡流探头，其特征在于：所述第三滚动支撑结构(5)包括支撑杆(51)和第三轴承(52)，所述第三轴承(52)的内圈与所述支撑杆(51)的一端相连接，所述支撑杆(51)的另一端与所述护套(21)相连接。
6.根据权利要求5所述的用于核电蒸汽发生器螺旋传热管的全滚动涡流探头，其特征在于：所述护套(21)在所述第三滚动支撑结构(5)的安装位置分别设置平台(213)，所述平台(213)上设有凸台(214)，所述支撑杆(51)安装在所述凸台(214)上，所述凸台(214)抵靠在第三轴承(52)的内圈。
7.根据权利要求6所述的用于核电蒸汽发生器螺旋传热管的全滚动涡流探头，其特征在于：所有凸台(214)均等距偏离所述平台(213)轴向的中心线设置。
8.根据权利要求1所述的用于核电蒸汽发生器螺旋传热管的全滚动涡流探头，其特征在于：所述护套(21)上设有六个第三滚动支撑结构(5)并且三个一组，每组的三个第三滚动支撑结构(5)沿同一圆周面均匀设置，并且两组第三滚动支撑结构(5)在轴向错位设置。
9.根据权利要求1所述的用于核电蒸汽发生器螺旋传热管的全滚动涡流探头，其特征在于：所述前支撑(11)的前端连接有导向头(14)。
10.根据权利要求1所述的用于核电蒸汽发生器螺旋传热管的全滚动涡流探头，其特征在于：所述后支撑(13)开有用于信号线走线的导线槽(131)。
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