CN117457243A - 多工具收拢集成式反应堆压力容器检查装置及方法 - Google Patents

Abstract

本公开属于核电技术领域，具体涉及多工具收拢集成式反应堆压力容器检查装置及方法。本公开的分布式多线程扫查工具组合方式的机械结构，实现装置一次性整体快速定位安装，托盘坞站库与旋转层之间实现水下自动快速切换，自动二次标定，多工具执行多方位多方法并行检查；自动快速换装的托盘坞站结构，可实现多类型托盘的集成搭载，在托盘坞站层设计有机械手操作长杆操作区域，实现紧急情况下，对下部机械手可手动拆装；可折叠式伸缩旋转臂结构，实现水平状态远距离伸缩检查，竖直状态可对接管超声探头进行水下二次标定，且折叠状态，节省检查装置占用空间。

Description

多工具收拢集成式反应堆压力容器检查装置及方法

技术领域

本发明属于核电技术领域，具体涉及一种多工具收拢集成式反应堆压力容器检查装置及方法。

背景技术

核反应堆压力容器是安置堆芯核燃料组件及堆内构件的密闭容器，在运行时处于高温、高压、高辐射的环境中，随着运行时间的增加，材料金属性能会逐渐降低，金属不连续性也会产生，在压力边界可能会萌生裂纹并不断扩展。为了维护和保障核设施的安全，避免出现严重的安全运行与核泄漏事故，在核电厂和核动力装置的检验规范和大纲中提出了无损检测的强制性要求，对反应堆压力容器实施役前检查和在役检查。我国核安全监督机构也要求对该设备进行监督检验。

核反应堆压力容器的检查对象涵盖了筒体连接焊缝、接管与筒体连接焊缝、接管交贯面、接管安全端、螺纹孔带以及堆焊层高通量区等众多不同类型的对象。检查方法通常采用超声、视频来实现检查,反应堆压力容器进出口管嘴部位安全端两侧的焊缝强制要求在实施超声检查的基础上再采用γ射线探伤。

目前压力容器检查方式，主要是以机械手固定平台系统，与单功能工具组合的方式实施压力容器检查。此模式主要特点和风险包括：堆上人员辅助操作多，环吊使用频繁，长时间占用岛内环吊，检测流程复杂，接管检查装置多次安装操作以及人员易沾污等问题，且检查占堆时间较长。因此亟需提高检查效率，缩短检验周期。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，提供了一种多工具收拢集成式反应堆压力容器检查装置及方法。

根据本公开实施例的一方面，提供一种多工具收拢集成式反应堆压力容器检查装置，所述装置包括：机架、升降立柱、托盘坞站层、旋转层，机械手，扫查器，升降平台，以及多个超声托盘；

机架固定安装在压力容器的上法兰面，在机架的中心上端竖直设置导向筒，导向筒中心位置内设置能够在竖直方向伸缩的升降立柱，升降立柱上端与导向筒上端固定连接；

升降立柱中部按照由上到下的顺序依次设置托盘坞站层和接管二次标定试块、旋转层和机械手，升降立柱能够驱动升降立柱上安装的所有部件整体升降运动，机械手能够搭载不同的超声托盘，通过升降立柱的升降运动，安装在升降立柱下端的机械手能够运动到压力容器法兰面区域，实现法兰面区域的超声视频检查；

托盘坞站层用于存放备用的超声托盘，托盘坞站层上周向设置多个放置位，每个放置位能够固定放置一个超声托盘；

旋转层侧面设置伸缩旋转臂，伸缩旋转臂与旋转层之间有液压折叠机构，通过控制液压折叠机构伸缩能够实现伸缩旋转臂处于水平状态或竖直状态，伸缩旋转臂处于竖直状态时，能够实现伸缩旋转臂末端的超声托盘与立柱上的二次标定试块贴合，进行水下二次标定，伸缩旋转臂处于水平状态时，能够控制旋转层和伸缩旋转臂配合，能够对压力容器的接管内部区域的超声检查；

在压力容器的底部采用无腿下平台支撑固定在压力容器下部无腿下平台上布置有多节伸缩升降平台，升降平台能够实现升降平台沿压力容器筒体中心轴线方向上下升降运动，在升降平台上方安装有机械手，机械手能够装载筒体超声托盘及视频托盘，对筒体内侧进行超声机视频检查；

在无腿下平台正下方布置有两关节扫查器，扫查器底端连接超声托盘，实现对压力容器底封头的检查；扫查器包括旋转关节和摆动关节，旋转关节布置在无腿下平台的正下方，旋转关节能够绕无腿下平台中心轴线旋转，在旋转的侧面布置有摆动关节，实现一定角度的摆动，摆动关节连接有伸缩臂，伸缩臂采用气缸驱动，能够实现超声托盘与筒体底封头扫查区域始终保持贴合状态。

在一种可能的实现方式中，机架的尺寸特征与压力容器的上法兰面相匹配，机机架包括多个支撑腿，每个支撑腿的底端螺纹安装在压力容器上法兰面的一个螺纹口中。

在一种可能的实现方式中，升降立柱采用多节拼接结构，在升降立柱外侧周向布置有传动齿条、导轨，与机架上端中心的导向筒配合，实现升降立柱在机架中心筒内升降运动，从而驱动升降立柱上安装的所有部件整体升降运动。

在一种可能的实现方式中，机械手与升降立柱采用快插连接，能够远程手动拆装，机械手运动端能够装载不同类型的超声托盘，机械手与超声托盘之间采用快速安装盘连接，能够实现不同超声托盘的快速换装，与机械手配合的所有超声托盘采用统一的快速连接盘接口，能够实现不同类型超声托盘的快速换装动作。

在一种可能的实现方式中，托盘坞站层上周向设置多个放置位，每个放置位能够固定放置一个超声托盘，多个放置位能够适配多种不同型号超声托盘的存放，且托盘坞站层位于两个放置位之间的位置开设缺口。

在一种可能的实现方式中，升降平台采用钢丝绳传动或多级丝杠传动同步传动方式，能够实现升降平台沿压力容器筒体中心轴线方向上下升降运动。

根据本公开实施例的另一方面，提供一种多工具收拢集成式反应堆压力容器检查方法，所述方法基于上述的多工具收拢集成式反应堆压力容器检查装置实现，所述方法包括以下步骤：

步骤101，无腿下平台安装：利用专用吊具将无腿下平台安装在压力容器的底部支撑键上，无腿下平台的升降平台驱动上端的机械手实现在压力容器筒体轴向进行定位，升降平台驱动上端的机械手运动预定位置后，平台上的机械手实施压力容器筒体侧扫查；

步骤102，在升降平台上的机械手实施检查的同时，无腿下平台的下部两关节扫查器并行实施筒体底封头的检查，旋转关节运动与摆动关节组合运动，能够实现筒体底封头的轨迹扫查；

步骤103，安装完成下部无腿下平台后，整体安装上部检查系统，通过机架与导向筒配合定位，实现压力容器法兰面导向柱进行检验装置快速定位安装，在机架的中心上端布置升降导向筒，能够实现升降立柱沿机架中心线上下运动；

步骤104，根据检查需要，在机械手前端装载不同类型的超声托盘进行检查，机械手与超声托盘之间采用快速安装盘连接，机械也与托盘坞站层的超声托盘进行快速切换，能够实现不同超声托盘的快速换装；

步骤105，旋转层侧面布置的多个伸缩旋转部件，设备安装及标定时，伸缩旋转部件处于竖直状态，能够实现末端的超声托盘与立柱上的二次标定试块贴合，进行水下二次标定，伸缩旋转部件水平状态时，能够实现接管内区域的超声检查；

步骤106，当下部的机械手出现紧急情况需要拆装时，利用专用吊装长杆，穿过坞站层平台的缺口区域，能够对下部的机械手进行装拆操作。

本公开的有益效果在于：

(1)分布式多线程扫查工具组合方式的机械结构，实现装置一次性整体快速定位安装，托盘坞站库与旋转层之间实现水下自动快速切换，自动二次标定，多工具执行多方位多方法并行检查；

(2)自动快速换装的托盘坞站结构，可实现多类型托盘的集成搭载，在托盘坞站层设计有机械手操作长杆操作区域，实现紧急情况下，对下部机械手可手动拆装；

(3)可折叠式伸缩旋转臂结构，实现水平状态远距离伸缩检查，竖直状态可对接管超声探头进行水下二次标定，且折叠状态，节省检查装置占用空间；

(4)多级伸缩升降技术，可实现机械手在压力容器筒体轴线上下升降，实现机械手在筒体内的定位。

针对接管区域检查任务多、占堆时间长等问题，采用本公开的装置可以有效缩短检验周期，实现检查效率更高，人员劳动强度小，安全性高，占堆时间短。

附图说明

图1是根据一示例性实施例示出的一种多工具收拢集成式反应堆压力容器检查装置的剖视图。

图2是根据一示例性实施例示出的一种的托盘坞站层的俯视图。

图中：

1、机架；2、导向筒；21、升降立柱；3、接管；4、托盘坞站层；

41、缺口；5、二次标定试块；6、伸缩旋转臂；7、超声托盘；

8、旋转层；9、机械手；10、升降平台；11、无腿下平台；12、扫查器；

13、压力容器；14、底部支撑键；15、法兰面。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

图1是根据一示例性实施例示出的一种多工具收拢集成式反应堆压力容器检查装置的剖视图，如图1所示，该装置包括：机架1、升降立柱21、托盘坞站层4、旋转层8，机械手9，扫查器12，升降平台10，以及多个超声托盘7。

机架1固定安装在压力容器13的上法兰面15，机架1的尺寸特征与压力容器13的上法兰面15相匹配，机机架1包括多个支撑腿，每个支撑腿的底端螺纹安装在压力容器13上法兰面15的一个螺纹口中，这样，本公开装置可以给予压力容器13上法兰面15的螺纹口数量，通过多支撑腿机架1结构，实现整体装置在压力容器13上法兰面15的快速定位安装。在机架1的中心上端竖直设置导向筒2，导向筒2中心位置内设置能够在竖直方向伸缩的升降立柱21，升降立柱21上端与导向筒2上端固定连接，这样导向筒2对升降立柱21起到定位和导向作用，可实现升降立柱21沿机架1中心线上下运动。

升降立柱21中部按照由上到下的顺序依次设置托盘坞站层4和接管3二次标定试块5、旋转层8和机械手9，升降立柱21可以采用多节拼接结构，在升降立柱21外侧周向布置有传动齿条、导轨，与机架1上端中心的导向筒2配合，实现升降立柱21在机架1中心筒内升降运动，从而驱动升降立柱21上安装的所有部件整体升降运动。在一种可能的实现方式中，机械手9与升降立柱21采用快插连接，机械手9可搭载不同的超声托盘7，通过升降立柱21的升降运动，安装在升降立柱21下端的机械手9可运动到压力容器13法兰面15区域，实现法兰面15区域的超声视频检查。可远程手动拆装。机械手9运动端装载不同类型的超声托盘7，机械手9与超声托盘7之间采用快速安装盘连接，可实现不同超声托盘7的快速换装。与机械手9配合的所有超声托盘7采用统一的快速连接盘接口，可实现不同类型超声托盘7的快速换装动作。

托盘坞站层4用于存放备用的超声托盘7，托盘坞站层4上周向设置多个放置位，每个放置位能够固定放置一个超声托盘7，多个放置位能够适配多种不同型号超声托盘7的存放，且托盘坞站层4位于两个放置位之间的位置开设缺口41，可以利用专用吊装长杆，从缺口41探入，对伸缩旋转臂6末端的超声托盘7或机械手9末端的超声托盘7进行安装操作或拆卸操作。

在托盘坞站层4的下端布置有二次标定试块5，二次标定试块5的下方布置有旋转层8，旋转层8侧面设置伸缩旋转臂6(例如，旋转层8侧面可以通过快速连接装置搭载多个伸缩旋转臂6)，旋转层8能够带动伸缩旋转臂6水平旋转至需要的位置，伸缩旋转臂6与旋转层8之间有液压折叠机构，通过控制液压折叠机构伸缩可实现伸缩旋转臂6处于水平状态或竖直状态。伸缩旋转臂6处于竖直状态时，可实现伸缩旋转臂6末端的超声托盘7与立柱上的二次标定试块5贴合，进行水下二次标定。伸缩旋转臂6处于水平状态时，可控制旋转层8和伸缩旋转臂6配合，可探入压力容器13的接管3内部，由此实现对压力容器13的接管3内部区域的超声检查。

在压力容器13的底部采用无腿下平台11支撑固定在压力容器13底部支撑键14的键槽上，无腿下平台11上布置有多节伸缩升降平台10，升降平台10采用钢丝绳传动或多级丝杠传动同步传动方式，可实现升降平台10沿压力容器13筒体中心轴线方向上下升降运动，在升降平台10上方安装有机械手9，机械手9与升降平台10连接方式与上部升降立柱21的下端机械手9连接方式采用统一通用的连接方式。机械手9可装载筒体超声托盘7及视频托盘，对筒体内侧进行超声机视频检查。

在无腿下平台11正下方布置有两关节扫查器12，扫查器12底端连接超声托盘7，实现对压力容器13底封头的检查。扫查器12包括旋转关节和摆动关节，旋转关节布置在无腿下平台11的正下方，旋转关节可绕无腿下平台11中心轴线旋转，在旋转的侧面布置有摆动关节，实现一定角度的摆动，摆动关节连接有伸缩臂，伸缩臂采用气缸驱动，可实现超声托盘7与筒体底封头扫查区域始终保持贴合状态。

在一种可能的实现方式中，提供一种多工具收拢集成式反应堆压力容器检查方法，所述方法基于上述的多工具收拢集成式反应堆压力容器检查装置实现，所述方法包括以下步骤：

步骤101，无腿下平台安装：利用专用吊具将无腿下平台安装在压力容器底部支撑键上，无腿下平台的升降平台驱动上端的机械手实现在压力容器筒体轴向进行定位，升降平台驱动上端的机械手运动预定位置后，平台上的机械手实施压力容器筒体侧扫查。

步骤102，在升降平台上的机械手实施检查的同时，无腿下平台的下部两关节扫查器并行实施筒体底封头的检查，旋转关节运动与摆动关节组合运动，可实现筒体底封头的轨迹扫查。

步骤103，安装完成下部无腿下平台后，整体安装上部检查系统，通过机架与导向筒配合定位，实现压力容器法兰面导向柱进行检验装置快速定位安装。在机架的中心上端布置升降导向筒，可实现升降立柱沿机架中心线上下运动。

步骤104，根据检查需要，在机械手前端装载不同类型的超声托盘进行检查。机械手与超声托盘之间采用快速安装盘连接，机械也与托盘坞站层的超声托盘进行快速切换，可实现不同超声托盘的快速换装。

步骤105，旋转层侧面布置的多个伸缩旋转部件，设备安装及标定时，伸缩旋转部件处于竖直状态，可实现末端的超声托盘与立柱上的二次标定试块贴合，进行水下二次标定。伸缩旋转部件水平状态时，可实现接管内区域的超声检查。

步骤106，当下部的机械手出现紧急情况需要拆装时，利用专用吊装长杆，穿过坞站层平台的缺口区域，可对下部的机械手进行装拆操作。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (7)

1.一种多工具收拢集成式反应堆压力容器检查装置，其特征在于，所述装置包括：机架、升降立柱、托盘坞站层、旋转层，机械手，扫查器，升降平台，以及多个超声托盘；

机架固定安装在压力容器的上法兰面，在机架的中心上端竖直设置导向筒，导向筒中心位置内设置能够在竖直方向伸缩的升降立柱，升降立柱上端与导向筒上端固定连接；

升降立柱中部按照由上到下的顺序依次设置托盘坞站层和接管二次标定试块、旋转层和机械手，升降立柱能够驱动升降立柱上安装的所有部件整体升降运动，机械手能够搭载不同的超声托盘，通过升降立柱的升降运动，安装在升降立柱下端的机械手能够运动到压力容器法兰面区域，实现法兰面区域的超声视频检查；

托盘坞站层用于存放备用的超声托盘，托盘坞站层上周向设置多个放置位，每个放置位能够固定放置一个超声托盘；

旋转层侧面设置伸缩旋转臂，伸缩旋转臂与旋转层之间有液压折叠机构，通过控制液压折叠机构伸缩能够实现伸缩旋转臂处于水平状态或竖直状态，伸缩旋转臂处于竖直状态时，能够实现伸缩旋转臂末端的超声托盘与立柱上的二次标定试块贴合，进行水下二次标定，伸缩旋转臂处于水平状态时，能够控制旋转层和伸缩旋转臂配合，能够对压力容器的接管内部区域的超声检查；

在压力容器的底部采用无腿下平台支撑固定在压力容器下部无腿下平台上布置有多节伸缩升降平台，升降平台能够实现升降平台沿压力容器筒体中心轴线方向上下升降运动，在升降平台上方安装有机械手，机械手能够装载筒体超声托盘及视频托盘，对筒体内侧进行超声机视频检查；

在无腿下平台正下方布置有两关节扫查器，扫查器底端连接超声托盘，实现对压力容器底封头的检查；扫查器包括旋转关节和摆动关节，旋转关节布置在无腿下平台的正下方，旋转关节能够绕无腿下平台中心轴线旋转，在旋转的侧面布置有摆动关节，实现一定角度的摆动，摆动关节连接有伸缩臂，伸缩臂采用气缸驱动，能够实现超声托盘与筒体底封头扫查区域始终保持贴合状态。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，机架的尺寸特征与压力容器的上法兰面相匹配，机机架包括多个支撑腿，每个支撑腿的底端螺纹安装在压力容器上法兰面的一个螺纹口中。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，升降立柱采用多节拼接结构，在升降立柱外侧周向布置有传动齿条、导轨，与机架上端中心的导向筒配合，实现升降立柱在机架中心筒内升降运动，从而驱动升降立柱上安装的所有部件整体升降运动。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，机械手与升降立柱采用快插连接，能够远程手动拆装，机械手运动端能够装载不同类型的超声托盘，机械手与超声托盘之间采用快速安装盘连接，能够实现不同超声托盘的快速换装，与机械手配合的所有超声托盘采用统一的快速连接盘接口，能够实现不同类型超声托盘的快速换装动作。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，托盘坞站层上周向设置多个放置位，每个放置位能够固定放置一个超声托盘，多个放置位能够适配多种不同型号超声托盘的存放，且托盘坞站层位于两个放置位之间的位置开设缺口。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，升降平台采用钢丝绳传动或多级丝杠传动同步传动方式，能够实现升降平台沿压力容器筒体中心轴线方向上下升降运动。

7.一种多工具收拢集成式反应堆压力容器检查方法，其特征在于，所述方法基于上述的多工具收拢集成式反应堆压力容器检查装置实现，所述方法包括以下步骤：

步骤101，无腿下平台安装：利用专用吊具将无腿下平台安装在压力容器底部支撑键上，无腿下平台的升降平台驱动上端的机械手实现在压力容器筒体轴向进行定位，升降平台驱动上端的机械手运动预定位置后，平台上的机械手实施压力容器筒体侧扫查；

步骤102，在升降平台上的机械手实施检查的同时，无腿下平台的下部两关节扫查器并行实施筒体底封头的检查，旋转关节运动与摆动关节组合运动，能够实现筒体底封头的轨迹扫查；

步骤103，安装完成下部无腿下平台后，整体安装上部检查系统，通过机架与导向筒配合定位，实现压力容器法兰面导向柱进行检验装置快速定位安装，在机架的中心上端布置升降导向筒，能够实现升降立柱沿机架中心线上下运动；

步骤104，根据检查需要，在机械手前端装载不同类型的超声托盘进行检查，机械手与超声托盘之间采用快速安装盘连接，机械也与托盘坞站层的超声托盘进行快速切换，能够实现不同超声托盘的快速换装；

步骤105，旋转层侧面布置的多个伸缩旋转部件，设备安装及标定时，伸缩旋转部件处于竖直状态，能够实现末端的超声托盘与立柱上的二次标定试块贴合，进行水下二次标定，伸缩旋转部件水平状态时，能够实现接管内区域的超声检查；

步骤106，当下部的机械手出现紧急情况需要拆装时，利用专用吊装长杆，穿过坞站层平台的缺口区域，能够对下部的机械手进行装拆操作。