CZ32983U1 - Koncový efektor pro defektoskopickou kontrolu svarů jaderného reaktoru - Google Patents

Description

Koncový efektor pro defektoskopickou kontrolu svarů jaderného reaktoru

Oblast techniky

Koncový efektor pro defektoskopickou kontrolu svarů nátrubků víka jaderného reaktoru obsahuje ultrazvukovou sondu uspořádanou ve flexibilním držáku vytvořeném pro spojení s robotickým manipulátorem. Koncový efektor je zvláště výhodný pro kontrolu svarů víka jaderného reaktoru.

Dosavadní stav techniky

V současné době není známo žádné technické řešení, které by umožňovalo robotizovanou kontrolu svarů nátrubků víka jaderného reaktoru ultrazvukem. Doposud používané technické řešení spočívá v manuálně prováděném kontrolním postupu vyžadujícím lidskou přítomnost v kontrolované oblasti. Svary jaderného reaktoru, zejména pak svary jeho víka, se kontrolují kapilárně a vizuálně, přičemž je nezbytné, aby zkušební technici provedli tyto úkony osobně přímo pod kopulí odstaveného víka. Z toho plyne největší nevýhoda stávajícího řešení-radiace, které jsou lidé po dobu pobytu pod víkem vystaveni. Existují sice ultrazvukové sondy umožňující provádět kontrolu svarů, tyto sondy jsou ale určeny v podstatě výhradně pro ruční obsluhu a není možné je používat pro robotickou kontrolu složitých povrchů, jakými je například víko jaderného reaktoru, na kterém je nutné kontrolovat různě zakřivené svary.

Podstata technického řešeni

Vyloučení lidské přítomnosti v prostoru jaderného reaktoru při provádění testů svarů jaderného reaktoru, zejména jeho víka, pak umožňuje koncový efektor pro defektoskopickou kontrolu svarů jaderného reaktoru podle tohoto technického řešení. Jeho podstatou je, že poskytuje takové uchycení ultrazvukové sondy, které umožní její pohyb i po zakřiveném povrchu víka jaderného reaktoru s případnými výstupky. Technické znaky koncového efektoru podle tohoto technického řešení, které umožňují takový pohyb ultrazvukové sondy, jsou uvedeny v nároku 1. Výhodné znaky jsou potom uvedeny v nárocích 2 až 4. Koncový efektor podle tohoto technického řešení umožňuje díky své konstrukci provádět revize svarů víka jaderného reaktoru včetně svarů nátrubků pouzder pohonů a dalších míst. Koncový efektor je spojen s robotickým manipulátorem, např. s vhodným průmyslovým robotem s robotickým ramenem, který s ultrazvukovou sondou koncového efektoru manipuluje pro provádění revize svarů. Robot při práci stojí ve středu inspekční plošiny pod víkem reaktoru. Jeho velikost je navržena tak, aby dosáhl ke všem svarům bez nutnosti jeho přesouvání. Pohyb robota je řízen automaticky bez nutné přítomnosti lidské obsluhy. Koncový efektor umožňuje dostatečné naklápění ultrazvukové sondy jak v podélném, tak v příčném směru. Rozsah pohybů sondy je s výhodou alespoň +- 15° v podélném směru.

Objasnění výkresů

Koncový efektor podle tohoto technického řešení bude snadněji pochopen na základě následujících příkladů provedení a obrázků, na kterých:

obr. 1 znázorňuje řez koncovým efektorem podle tohoto technického řešení, obr. 2 znázorňuje robotický manipulátor opatřený koncovým efektorem s ultrazvukovou sondou při defektoskopické kontrole víka reaktorové nádoby, obr. 3 potom představuje detailnější pohled na samotnou první hlavní podsestavu A z obr. 1, obr. 4 představuje pohled na samotnou druhou hlavní podsestavu B z obr. 1, obr. 5 potom představuje pohled na odpružený držák 18 druhé hlavní podsestavy B z obr. 4 a obr. 6 představuje možnou výchylku sondy koncového efektoru podle tohoto technického řešení.

-1CZ 32983 UI

Příklady uskutečnění technického řešení

Příkladné provedení koncového efektoru podle tohoto technického řešení je patrné z obr. 1, kde je znázorněn řez koncovým efektorem 17 s první podsestavou A, která je spojena s druhou podsestavou B. Obr. 3 potom představuje detailnější pohled na samotnou první podsestavu A z obr. 1, zatímco obr. 4 představuje na samotnou druhou podsestavu B z obr. 1 a obr. 5 potom představuje pohled na odpružený držák 18 druhé podsestavy B z obr. 4.

Na obr. 2 je znázorněno víko jaderného reaktoru 20, uvnitř kterého je nainstalován zařízení pro inspekci svarů, tvořené robotický manipulátorem s robotickým ramenem 19, na němž je připevněn koncový efektor 17 podle tohoto technického řešení.

Jak je vyobrazeno na obr. 1, koncový efektor 17 podle tohoto technického řešení obsahuje první podsestavu A a druhou podsestavu B, vzájemně spolupracující tak, aby se zajistilo požadované naklápění ultrazvukové sondy 1, uspořádané v první podsestavě A, i ve vysoce radioaktivním prostředí jaderného reaktoru. První podsestava A koncového efektoru 17, v detailu vyobrazená na obr. 3, obsahuje ultrazvukovou sondu 1 uchycenou v pomocném držáku la s dvěma protilehle vystupujícími osičkami 3, zatímco druhá podsestava B koncového efektoru 17 obsahuje dva v odstupu od sebe uspořádané odpružené držáky 18, které jsou osově pružně stlačitelné a jsou vytvořeny pro naklápěcí otočné uchycení osiček 3 první podsestavy A, čímž se umožní potřebné naklápění ultrazvukové sondy 1. První podsestava A je výhodně opatřena alespoň jednou tryskou (není zde znázorněna) pro podlévání ultrazvukové sondy 1 vodou pro zajištění jejího potřebného styku s kontrolovaným svarem. Zvláště výhodně je tryskou nebo tryskami opatřen pomocný držák la hlavní podsestavy A koncového efektoru 17. Ultrazvuková sonda 1 je výhodně spojena S pomocným držákem la pomocí osiček 3, které jednak drží ultrazvukovou sondu 1 S držákem la pohromadě, a jednak slouží jako rozhraní pro připojení druhé podsestavy B. Na osičkách 3 jsou dále nasazeny tlačné pružiny 5 a našroubovány matice 4. Funkce tlačných pružin 5 bude popsána dále.

Jak je vyobrazeno na obr. 4, hlavní částí druhé podsestavy B jsou dva odpružené držáky 18, uspořádané v odstupu od sebe pro uložení první podsestavy A mezi nimi, a hlavní příruba 16, na které jsou oba odpružené držáky 18 uchyceny a která slouží jako rozhraní pro připojení koncového efektoru 17 k pracovní přírubě robotického ramene 19, jak je znázorněno např. na obr. 2. Zvláště výhodně je připojení koncového efektoru 17 krobotickému rameni 19 uskutečněno pomocí šroubů 15, například u vyobrazeného provedení je to čtveřice šroubů. Odpružené držáky 18 jsou pevně přichyceny k hlavní přírubě 16. Ve zde vyobrazeném příkladu provedení je hlavní příruba 16 opatřena otvory, do nichž jsou odpružené držáky 18 vloženy a uchyceny v nich, přičemž proti vypadnutí jsou v tomto příkladu provedení zajištěny pomocí stavěčích šroubů 12.

Oba odpružené držáky 18 jsou s výhodou identického provedení a obsahují statickou a pohyblivou část. Statickou část tvoří dutý válcový korpus 11, který ve své horní části obsahuje vodící pouzdro 8. Vodící pouzdro 8 může být buď vytvořeno jako integrální součást dutého válcového korpusu nebo může být do jeho horní části vloženo a upevněno, nejvýhodněji zalisováním. V tomto vodícím pouzdru 8 je posuvně uložena pohyblivá část odpruženého držáku 18, kterou tvoří osový díl 7 s příslušným vnějším průměrem, který umožňuje vedený posuvný pohyb osového dílu 7 ve vodícím pouzdru 8. Válcový korpus 11 má ve vyobrazeném provedení vodící pouzdro 8 vytvořené jaké samostatný díl, který je zvláště výhodně vyroben z vhodného plastu. V místě předpokládaného vložení vodícího pouzdra 8 do válcového korpusu 11 má tento vytvořeno vybrání, do kterého je vodící pouzdro 8 vloženo a upevněno, v daném příkladu provedení zalisováním. Tato technika upevnění jednoho dílu v druhém je běžně v oboru známá a nebude zde detailněji popisována. Vnitřní průměr vodícího pouzdra 8 je s výhodou menší, než je vnitřní průměr válcového korpusu 11, takže vůči vnitřnímu povrchu válcového korpusu vytváří

-2CZ 32983 UI výčnělek. Osový díl 7 je na svém jednom konci opatřený kulovým kloubem 2 a na opačném konci spodním záchytem 9, jehož vnější průměr je vytvořen pro pohyb v dutině válcového korpusu 11. aleje větší než vnitřní průměr vodícího pouzdra 8, čímž vodící pouzdro 8 vytvoří doraz pro pohyblivý díl odpruženého držáku 18. Je ale možné vytvořit i jiné provedení zarážky osového dílu 7 ve válcovém korpusu, např. pomocí kolíku vystupujícího patřičně z povrchu vodícího pouzdra 8 nebo válcového korpusu 11. Takovéto vytvoření dorazu jsou známá a nebudou zde dále popisována. Výše uvedené provedení dorazu je ale zvláště výhodné, protože poskytuje spolehlivý a jednoduchý doraz pohyblivé části. Otočný kloub 2 je v osovém dílu 7 vytvořen pro zajištění naklápěcího a otočného uchycení osiček 3 první podsestavy A v odpružených držácích 18. Je ale samozřejmě možné i jiné provedení válcového korpusu 11, které bude v sobě obsahovat integrované vodící pouzdro.

Ve vyobrazeném příkladu provedení je osový díl 7 proveden jako jediný díl, který v sobě obsahuje kulový kloub 2. Je ale samozřejmě možné i jiné provedení osového dílu 7 pohyblivé části odpruženého držáku 18, než je zde vyobrazeno, např. kulový kloub 2 nemusí být integrálně obsažen v osovém dílu 7 atd.

Provedení pohyblivé části odpruženého držáku 9 z obr. 5, zejména spojení jeho jednotlivých částí, je tedy v tomto popisu příkladů provedení popsáno jen jako zvláště výhodné, díky použití existujícího kulového kloubu, který je vhodný pro použití v prostředí jaderných reaktorů, a nikoliv jako jediné možné.

Pohyblivá část odpruženého držáku 18 je vůči jeho statické části předpružena pomocí pružiny 10, která je vložena do dutiny ve válcovém korpusu 11, kde se svou jednou stranou opírá o záchyt 9 pohyblivého dílu odpruženého držáku 18. Dutina válcového korpusu 11 je uzavřena pomocí zátky 13, která zasahuje do dutiny a vytváří doraz pro záchyt 9, při stlačení pohyblivého dílu odpruženého držáku 18. Záchyt 9 tak plní zároveň funkci horního i spodního dorazu pohybu pohyblivého dílu ve statickém dílu odpruženého držáku 18 a také drží horní konec pružiny 10 na svém místě, přičemž spodní konec pružiny 10 drží zátka 13, která tak zajišťuje spodní konec pružiny proti pohybu do strany. Je zřejmé, že je ale možné vytvořit i jiné provedení dorazu pro záchyt, např. jen místní výčnělek vzniklý například čepem a podobně. Předpětí pružiny 10 je S výhodou možné regulovat pomocí zašroubovávání nebo vyšroubovávání zátky 13, která se tím posouvá po závitu ve válcovém korpusu 11. Montáž osového dílu 7 do válcového korpusu 11 je možná např. tak, že se vloží osový díl 7 do válcového korpusu 11 a spodní záchyt 9 se našroubuje otvorem nebo pokud je vodící pouzdro 8 vytvořeno jako samostatný díl, zalisuje se do válcového korpusu 11 až po vložení osového dílu 7. Jsou ale možné i další řešení vytvoření odpruženého držáku 18, zde popsané je ale obzvláště výhodné.

První hlavní podsestava A je spolu s druhou hlavní podsestavou B spojena přes osičky 3 a kulové klouby 2. Díky tomuto způsobu uložení se sonda 1 může otáčet ve všech osách a tím dokonale přizpůsobit svoji polohu nerovnému povrchu testované plochy. O přenos sil vzniklých adhezí sondy 1 a její vycentrování mezi oběma pružícími držáky 18 se stará čtveřice tlačných pružin 5, uspořádaných na osičce 3, kde je vždy jedna tlačná pružina 5 uspořádána po obou stranách kulového kloubu 2 a je tak umožněno rozdělení vzniklých sil v první hlavní podsestavě A V podstatě rovnoměrně na obě pružící jednotky druhé hlavní podsestavy B.

Na obr. 6 je znázorněno možné naklopení první podsestavy A s ultrazvukovou sondou 1 v druhé podsestavě B koncového efektoru 17, kdy díky kulovým kloubům 2 a stlačení jednoho osového dílu do válcového korpusu 11 dojde k požadovanému naklopení ultrazvukové sondy 1, což umožní její činnost při požadované kontrole svarů víka jaderného reaktoru. Díky popsanému vytvoření koncového efektoru je umožněno bezproblémové kopírování ultrazvukové sondy 1 povrchu svarů i V náročném prostředí jaderného reaktoru.

-3CZ 32983 UI

Průmyslová využitelnost

Praktické použití navrhovaného technického řešení je uvažováno pro automatické defektoskopické testování materiálů bez nutnosti přítomnosti lidské obsluhy. Koncový efektor podle tohoto technického řešení je zejména vhodný k defektoskopickému zkoušení svarů víka jaderného reaktoru, zvláště výhodně pak svarů nátrubků na vnitřní straně víka tlakovodního reaktoru typu VVER, případně dalších svarů na zakřivených površích. Využití v oblasti jaderné energetiky je tedy víceméně univerzální a dáno zejména přístupností zkoušeného místa a naprogramováním.

Claims (3)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Koncový efektor pro defektoskopickou kontrolu svarů jaderného reaktoru, zejména svarů víka jaderného reaktoru, vyznačující se tím, že obsahuje první podsestavu (A) a druhou podsestavu (B) vzájemně spojené, kde první podsestava (A) obsahuje ultrazvukovou sondu (1) uchycenou v pomocném držáku (la) opatřeném dvěma proti sobě uspořádanými osičkami (3), zatímco druhá podsestava (B) obsahuje dva odpružené držáky (18), uspořádané v odstupu od sebe pro umístění první hlavní podsestavy (A) mezi nimi, a hlavní přírubu (16) vytvořenou pro spojení s robotickým ramenem robotického manipulátoru, přičemž každý odpružený držák (18) obsahuje statickou část a v něm posuvně uspořádanou pohyblivou část s kulovým kloubem (2) s otvorem, kde statická část odpruženého držáku (18) je tvořena dutým válcovým korpusem (11) s v něm upevněným vodícím pouzdrem (8), zatímco pohyblivá část odpruženého držáku (18) je tvořena osovým dílem (7) opatřeným na svém jednom konci uvedeným kulovým kloubem (2), tento osový díl (7) je kluzně uspořádán ve vodícím pouzdru (8) a je opatřen spodním záchytem (9) proti vypadnutí z vodícího pouzdra (8), který je uspořádaný na opačném konci osového dílu než kulový kloub (2) a má vnější průměr vytvořený pro pohyb v dutině válcového korpusu (11), přičemž v dutině válcového korpusu (11) je uspořádána tlačná pružina (10) pro odpružení osového dílu (7) s kulovým kloubem (2), přičemž osičky (3) první podsestavy (A) jsou příslušně uspořádány v otvoru kulových kloubů (2) obou odpružených držáků (9) pro naklánění hlavní podsestavy (A).
2. 2. Koncový efektor podle nároku 1, vyznačující se tím, že válcový korpus (11) má v místě předpokládaného vložení vodícího pouzdra (8) vybrání, do kterého je vodící pouzdro (8) vloženo a upevněno.
3. 3. Koncový efektor podle nároku 2, vyznačující se tím, že vnitřní průměr vodícího pouzdra (8) je menší, než je vnitřní průměr válcového korpusu (11) pro vytvoření kruhového výčnělku oproti vnitřnímu povrchu válcového korpusu (11), a že osový díl (7) je opatřený záchytem (9), jehož vnější průměr je větší než vnitřní průměr vodícího pouzdra (8) pro vytvoření dorazu pohyblivého dílu odpruženého držáku (18).