CN112872780A - 核电厂围辐板组件螺栓拆除装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种核电厂围辐板组件螺栓拆除装置，其包括：立架，从堆芯下板延伸到吊篮上方并固定于吊篮法兰上；搭载平台，设置在立架上并可沿着立架升降，搭载平台设有XY双向自由移动的XY双轴移动系统；以及镗孔机，设置在XY双轴移动系统上并可在XY双轴移动系统的驱动下沿着XY双向自由平移，以沿着螺栓孔轴向进给和实施镗孔作业。相对于现有技术，本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置通过搭载平台和XY双轴移动系统的配合可遥控完成镗孔机就位和实施镗孔作业，一次完成整块围板的螺栓拆除，可节省工期和操作工序，提高拆除效率和操作安全性。

Description

核电厂围辐板组件螺栓拆除装置

技术领域

本发明属于核电技术领域，更具体地说，本发明涉及一种核电厂围辐板组件螺栓拆除装置。

背景技术

围辐板组件是反应堆堆内构件的重要组成部分，布置在堆芯燃料组件的外侧，使用多边形的围板将堆芯围住，在围板外侧的轴向位置上设有8层同吊篮筒体相连接的辐板。辐板为环形，辐板的外圆与吊篮内部通过544颗5/8”螺栓相配，多边形内侧同围板相配合固定，每层围板-辐板借助120颗5/8”水平螺栓(共计960颗)构成一个刚性整体。

围辐板组件的拆除是核电厂退役工程面临的一大难题：围辐板组件距离吊篮内壁10cm-40cm不等，间隙和复杂的连接方式使得在核电厂退役工程中很难采用切割工具一次性完成围辐板的切割。迫于退役工期，相关技术提出了一些核电厂围辐板组件螺栓拆除方案：例如，有些压水堆核电厂在退役时，选择将压力容器整体拆除，再将其连同内部的围辐板组件灌浆密封后运出反应堆厂房；有些核电厂引进大型切割设备(如火焰和磨料水射流切割机)，将围辐板组件连同吊篮筒节一同切割。但是，上述螺栓拆除方案在减少围辐板拆除时间的同时增加了其他退役活动的工期(如大型工具引入、放射性废物处理处置)，并未从根本上提升拆除效率。

反应堆堆内构件一般在强辐射环境下工作40年至60年不等，螺栓材料受照膨胀变形，再加上长时间腐蚀，很难将螺栓完整取出。相关技术还揭示了一种卧式螺栓拆除方案：采用卧式平台搭载螺栓破拆工具，破拆工具绕轴水平旋转，依次拆除围板内表面一层螺栓。

但是，上述卧式螺栓拆除方案至少存在以下缺点：

采用卧式螺栓拆除方法需要螺栓拆除工具和围板切割工具交替工作，每拆除一层围板螺栓后需要将工具吊出，吊入围板切割机执行切割操作后再将其吊出，如此循环八次(共计八层螺栓)，导致延误工期并增加人员辐射照射风险。

有鉴于此，确有必要提供一种高效、安全的核电厂围辐板组件螺栓拆除装置。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术的缺陷，提供一种高效、安全的核电厂围辐板组件螺栓拆除装置。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种核电厂围辐板组件螺栓拆除装置，其包括：

立架，从堆芯下板延伸到吊篮上方并固定于吊篮法兰上；

搭载平台，设置在立架上并可沿着立架升降，搭载平台设有XY双向自由移动的XY双轴移动系统；以及

镗孔机，设置在XY双轴移动系统上并课在XY双轴移动系统的驱动下沿着XY双向自由平移，以沿着螺栓孔轴向进给和实施镗孔作业。

作为本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置的一种改进，所述立架包括两根平行钢梁和连接两根平行钢梁的连接板。

作为本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置的一种改进，所述钢梁上部超出吊篮法兰的位置设有抓具，抓具的根部与钢梁通过旋转轴相接，抓具的中部设有液压伸缩缸，抓具远离钢梁的端部设有与液压伸缩缸的头部通过360°旋转基座相连的抓钩。

作为本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置的一种改进，所述钢梁的底部设有与堆芯下板上设置的流水孔对应的定位销。

作为本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置的一种改进，所述钢梁的前表面外侧设有导向轨道，钢梁的前表面内侧设有竖直齿条；所述搭载平台包括底板、位于底板两侧的侧板、对应侧板设置的上下三脚架、设有马达、变速箱和传动齿轮的横梁，以及连接底板和横梁的两个X型挂架，底板和上下三脚架卡在导向轨道上，横梁两端的传动齿轮分别和竖直齿条啮合。

作为本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置的一种改进，所述传动齿轮安装于搭载平台后方上部，与竖直齿条啮合并和导向轨道连接，所述变速箱和马达位于传动齿轮前方，马达经变速箱驱动两个传动齿轮共同控制搭载平台的升降。

作为本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置的一种改进，所述XY双轴移动系统连接于底板上，所述侧板兼作X轴滑轨。

作为本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置的一种改进，所述XY双轴移动系统包括X轴移动系统和Y轴移动系统，Y轴移动系统包括Y轴马达、Y轴丝杠和固设在镗孔机底座的Y轴丝杠螺母，Y轴马达旋转Y轴丝杠并带动Y轴螺母轴向运动，由Y轴螺母推动镗孔机沿着Y方向运动；所述X轴移动系统包括X轴马达、X轴丝杠和固设在Y轴移动系统底座的X轴丝杠螺母，X轴马达旋转X轴丝杠带动Y轴移动系统底座里的X轴丝杠螺母轴向运动，X轴丝杠螺母推动底座上的Y轴移动系统和镗孔机沿着X方向运动。

作为本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置的一种改进，所述镗孔机包括主机、镗杆和镗刀组件，主机包括可抵住围板表面的夹具和驱动镗杆轴向进给和周向转动的动力传动机构。

作为本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置的一种改进，所述镗孔机设有与镗杆的轴向相同的摄像机和照明设备。

相对于现有技术，本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置通过搭载平台和XY双轴移动系统的配合可遥控完成镗孔机就位和实施镗孔作业，完成一整块围板的螺栓拆除，可节省工期和操作工序，提高拆除效率和操作安全性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置及其技术效果进行详细说明，其中：

图1为本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置的结构示意图。

图2为本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置中，立架的结构示意图。

图3为图2所示的本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置的立架的局部放大示意图。

图4为本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置中，搭载平台的结构示意图。

图5为本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置中，XY双轴移动系统的结构示意图。

图6为本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置中镗孔机的结构示意图。

图中，

10--立架；100--钢梁；102--连接板；104--抓具；106--旋转轴；108--液压伸缩缸；110--抓钩；112--旋转基座；114--导向轨道；116--竖直齿条；118--定位销；

20--搭载平台；200--底板；202--侧板；204--三脚架；206--横梁；208--马达、变速箱；210--传动齿轮；212--X型挂架；

30--XY双轴移动系统；300--X轴马达；302--X轴丝杠；304--Y轴马达；306--Y轴丝杠；308--Y轴滑轨；

40--镗孔机；400--主机；402--镗杆；404--镗刀组件；406--夹具；408--摄像机；410--照明设备；412--滑轨孔；414--底座。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案及其技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

请参照图1至6所示，本发明公开了一种核电厂围辐板组件螺栓拆除装置，其包括：

立架10，从堆芯下板延伸到吊篮上方并固定于吊篮法兰上；

搭载平台20，设置在立架10上并可沿着立架10升降，搭载平台20设有XY双向自由移动的XY双轴移动系统30；以及

镗孔机40，设置在XY双轴移动系统30上并可在XY双轴移动系统30的驱动下沿着XY双向自由平移，以沿着螺栓孔轴向进给和实施镗孔作业。

请特别参照图2和图3所示，立架10为螺栓拆除装置提供支撑和固定，以两根平行空心钢梁100为主要框架，钢梁100的间距不超过最长围板长度，通过立架10和搭载平台20的宽度优化，螺栓拆除装置可伸入两块最短围板之间作业。请参照图2所示，钢梁100间通过水平放置与倾斜放置的连接板102固定，防止钢梁100扭曲变形。钢梁100从堆芯下板延伸到吊篮上方并固定于吊篮法兰上，以方便吊装与安装抓具104，并避免安装失误倾倒时无法取出。

钢梁100上部超出吊篮的位置安装有抓具104，抓具104的根部与钢梁100通过旋转轴106相接，可调整抓具104的朝向。抓具104的中部安装液压伸缩缸108，可自由伸缩抓钩110，延长抓具104的抓取范围，抓钩110与液压伸缩缸108的头部通过360°旋转基座112相连，能从不同角度抓紧吊篮筒壁。如此设置，抓具104的长度和抓取距离可自由调整，可适应不同方位的围板螺栓的拆除。

每根钢梁100的底部焊接四个定位销118，定位销118与堆芯下板上设置的流水孔对应，用于立架10底部固定，保证操作过程的稳定。钢梁100的前表面外侧安装有垂直的导向轨道114，以卡住搭载平台20，防止提升或下降时偏离既定方向。钢梁100的前表面内侧设有竖直齿条116，竖直齿条116与传动齿轮210啮合。

请参照图4所示，搭载平台20承载拆除装置实际工作部分，并负责垂直方向移动与定位。搭载平台20包括底板200、位于底板200两侧的侧板202、对应侧板202设置的上下三脚架204、设有马达、变速箱208和传动齿轮210的横梁206，以及连接底板200和横梁206的两个X型挂架212。侧板202兼作X轴滑轨，底板200和上下三脚架204都卡在导向轨道114上，横梁206两端的传动齿轮210分别和竖直齿条116啮合。传动齿轮210安装于搭载平台20后方上部，与竖直齿条116啮合并和导向轨道114连接，保证移动过程稳定不发生倾斜和脱轨。变速箱和马达208位于传动齿轮210前方，马达经变速箱驱动两个传动齿轮210共同控制搭载平台20的升降。

请参照图5所示，XY双轴移动系统30包括X轴移动系统和Y轴移动系统，Y轴移动系统包括Y轴马达304、Y轴丝杠306和固定在镗孔机40的底座414上的Y轴丝杠螺母，Y轴马达304旋转Y轴丝杠306并带动底座414里的Y轴丝杠螺母轴向运动，由Y轴丝杠螺母推动镗孔机40沿着Y方向运动。

X轴移动系统包括X轴马达300、X轴丝杠302和固定在Y轴移动系统的底座上的X轴丝杠螺母，X轴马达300安装在底板200后部凸出部分(节约底板空间，增加丝杠行程从而扩展镗孔机作业空间)，通过旋转X轴丝杠302带动Y轴移动系统底座里的X轴螺母轴向运动，X轴螺母推动底座上的Y轴移动系统和镗孔机40沿着X方向运动。

需要说明的是，Y轴移动系统负责将镗孔机40推往围板边缘位置，如果沿用常规马达的布置方式，会由于马达过长限制镗孔机40的活动范围，因此，在图示实施方式中，马达与Y轴丝杠垂直放置，通过转向器完成90°转向。

请参照图6所示，镗孔机40负责螺栓的实际粉碎拆除工作，是拆除装置的直接工作载荷，镗孔机40与现已广泛存在的镗孔机的方法、原理上一致。镗孔机40包括主机400、镗杆402和镗刀组件404，主机400包括可抵住围板表面的夹具406和驱动镗杆402轴向进给和周向转动的动力传动机构，夹具406负责微调镗杆402的进给角度和旋转过程的稳定性，防止镗杆402损坏。动力传动机构驱动镗杆402轴向进给和周向转动，使镗刀能够边粉碎螺栓边向前推进，最后退回原位，准备下一次操作。

镗杆402将镗孔机40输出扭矩传送到镗刀组件404，其后端有锁紧部件与主机400的动力传动机构锁紧，镗杆402的杆体穿过夹具406，以夹持稳定定向，前端设有莫氏锥孔，用于安装镗刀组件404，图5所示镗刀组件404与现已广泛存在的镗刀组件在结构、原理上一致。镗刀通过莫氏锥柄与镗杆402上的莫氏锥孔配合，借助摩擦力随莫氏锥孔转动。

为了便于监视镗刀组件404的实时作业情况，镗孔机40设有与镗杆402的轴向相同的摄像机408和照明设备410，操作员可通过同轴摄像机408传回的监控录像即可执行搭载平台20的垂直移动、镗孔机40的水平就位、镗孔机40作业拆除螺栓等操作。

以下结合附图，详细说明本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置的操作过程：

在安装台架上完成立架10、搭载平台20、XY双轴移动系统30和镗孔机40的组装；

使用环吊将螺栓拆除装置吊装就位，调整好吊装角度，注意控制水平，将立架10底部定位销118插入堆芯下板流水孔后，启动立架10的抓具104上的液压伸缩缸108，待抓钩110伸长抵达吊篮法兰正上方后，抓钩110下放，卡住吊篮法兰；

螺栓拆除装置就位后，只需要按照设定程序依次拆除螺栓即可：搭载平台20首先垂直运动，寻找合适的工作高度并固定。根据目标围板螺栓的方位，Y轴移动系统首先工作，使镗孔机40的镗刀组件404与螺栓处于同一轴线；之后X轴移动系统进给，使夹具406抵住围板表面。

操作员通过同轴摄像机408输出的影像，确认待拆除螺栓位于屏幕中央，且镗刀组件404旋转轨迹覆盖整个螺栓表面，即镗孔机40具能够完全镗削螺栓；

设定镗刀进给速度、进给距离和旋转速后，接通主机400驱动镗杆402周向旋转和轴向进给的电源，正式开机运行；

随着镗刀不断深入螺栓孔，螺栓的碎屑不断被镗刀上螺旋沟槽带出，直至完成整个螺栓的镗削；

完成一次镗削后，镗刀组件404在主机400的带动下退回原位，操作员确认镗削效果后，Y轴移动系统水平移动镗孔机40，开始同层下一个螺栓镗削，直至完成同一块围板上同层所有螺栓镗削(2-6颗)。

重复以上步操作以后，直至完成所有螺栓拆除工作，可拆除失去所有固定的围板。

结合以上对本发明实施方式的详细描述可以看出，相对于现有技术，本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置通过搭载平台20和XY双轴移动系统30的配合可遥控完成镗孔机40就位，完成一整块围板的螺栓拆除，无需像卧式拆除装置一样和围板切割机轮流作业，将围板分层切割再取出，可节省工期和操作工序，提高拆除效率和安全性。此外，本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置可在强辐射的环境下实现无人遥控作业，可保护操作人员健康。

根据上述原理，本发明还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种核电厂围辐板组件螺栓拆除装置，其特征在于，包括：

立架，从堆芯下板延伸到吊篮上方并固定于吊篮法兰上；

搭载平台，设置在立架上并可沿着立架升降，搭载平台设有XY双向自由移动的XY双轴移动系统；以及

镗孔机，设置在XY双轴移动系统上并可在XY双轴移动系统的驱动下沿着XY双向自由平移，以沿着螺栓孔轴向进给和实施镗孔作业。

2.根据权利要求1所述的核电厂围辐板组件螺栓拆除装置，其特征在于，所述立架包括两根平行钢梁和连接两根平行钢梁的连接板。

3.根据权利要求2所述的核电厂围辐板组件螺栓拆除装置，其特征在于，所述钢梁上部超出吊篮法兰的位置设有抓具，抓具的根部与钢梁通过旋转轴相接，抓具的中部设有液压伸缩缸，抓具远离钢梁的端部设有与液压伸缩缸的头部通过360°旋转基座相连的抓钩。

4.根据权利要求2所述的核电厂围辐板组件螺栓拆除装置，其特征在于，所述钢梁的底部设有与堆芯下板上设置的流水孔对应的定位销。

5.根据权利要求2所述的核电厂围辐板组件螺栓拆除装置，其特征在于，所述钢梁的前表面外侧设有导向轨道，钢梁的前表面内侧设有竖直齿条；所述搭载平台包括底板、位于底板两侧的侧板、对应侧板设置的上下三脚架、设有马达、变速箱和传动齿轮的横梁，以及连接底板和横梁的两个X型挂架，底板和上下三脚架卡在导向轨道上，横梁两端的传动齿轮分别和竖直齿条啮合。

6.根据权利要求5所述的核电厂围辐板组件螺栓拆除装置，其特征在于，所述传动齿轮安装于搭载平台后方上部，与竖直齿条啮合并和导向轨道连接，所述变速箱和马达位于传动齿轮前方，马达经变速箱驱动两个传动齿轮共同控制搭载平台的升降。

7.根据权利要求5所述的核电厂围辐板组件螺栓拆除装置，其特征在于，所述XY双轴移动系统连接于底板上，所述侧板兼作X轴滑轨。

8.根据权利要求7所述的核电厂围辐板组件螺栓拆除装置，其特征在于，所述XY双轴移动系统包括X轴移动系统和Y轴移动系统，Y轴移动系统包括Y轴马达、Y轴丝杠和固设在镗孔机底座的Y轴丝杠螺母，Y轴马达旋转Y轴丝杠并带动Y轴螺母轴向运动，由Y轴螺母推动镗孔机沿着Y方向运动；所述X轴移动系统包括X轴马达、X轴丝杠和固设在Y轴移动系统底座的X轴丝杠螺母，X轴马达旋转X轴丝杠带动Y轴移动系统底座里的X轴丝杠螺母轴向运动，X轴丝杠螺母推动底座上的Y轴移动系统和镗孔机沿着X方向运动。

9.根据权利要求1所述的核电厂围辐板组件螺栓拆除装置，其特征在于，所述镗孔机包括主机、镗杆和镗刀组件，主机包括可抵住围板表面的夹具和驱动镗杆轴向进给和周向转动的动力传动机构。

10.根据权利要求9所述的核电厂围辐板组件螺栓拆除装置，其特征在于，所述镗孔机设有与镗杆的轴向相同的摄像机和照明设备。

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