DE2733946A1 - Pruefmanipulator zur volumetrischen innenpruefung der schweissnaehte von stutzen und stutzenkanten bei druckbehaeltern - Google Patents

Description

• Prüfmanipulator zur volumetrischen Innenprufung der Schweiß-
• nähte von Stutzen und Stutzenkanten bei Druckbehlltern Die Erfindung bezieht sich auf einen Prüfmanipulator zur volumetrischen Innenprufung der Schweißnlhte von Stutzen und Stutzenkanten einschließlich der angrenzenden Wärmeeinflußzonen bei Druckbehältern, vorzugsweise zur Ultrashallprüfung bei Reaktordruckbehältern, wobei der Prüfmanipulator ei Ausleger eines Manipulators gelagert ist und - innerhalb des geöffneten Druckbehälters - mit de. Ausleger höhenverstellbar (z-Richtung) und im die Mastachse drehbar gelagert ist, wobei ferner der Ausleger in seiner Längsrichtung verschiebbar und im seine horizontale Längsachse drehbar gelagert ist, mit eine au Aasleder schwenkbar gelagerten, die Prüfköpfe tragenden Sohlrpphebel.
• Ein solcher Prüfmanipulator ist durch die DT-0S 2 557 992 bekannt. Dort sind die Stutzenkanten und der Stutzeninnenumfang frontal frei zugänglich. Dies ist Jedoch nicht inner der Fall, weshalb ian dann eine Stutzen- und Stutzenkantenprüfung von außen, d.h. von Außenumfang des Reaktordruckbehälters her, vorgonommen ob hat. Eine beschränkte Zugänglichkeit zur Innenbohrung der Stutzen ist insbesondere bei Druckgefäßen ftlr Siedewasserreaktoren gegeben, und zwar hier bei den Speisewasserleitungen, wobei ein Speisewasserverteiler bzw. Speisewasserverteilring mit einen an Innenumfang des Stutzens sitzenden Thermosleeverehr verbunden ist Es besteht Jedoch der Wunsch, auch in solchen hallen die Stutzen und Stutzenkanten von innen her zu prüfen, weil auf diese WeIse etwaige im Bereich der Innenplattierung oder der Sciweißnähte vorhandene Materialfehler -v -1 besser erkannt werden xönnen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einem Prufnanipulator der eingangs genannten Art diesen so auszubilden, daß mit ihm auch Prtlfbahnen im Bereich der Stutzen und Stutzenkanten vom Innenumfang eines Druckbehälters her abgefahren werden können, bei denen eine frontale zugenglichkeit nicht oder nur im beschränkten Maße gegeben ist. Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe bei einem Prufmanipulator der eingangs genannten Art dadurch gelost, daß ein den Schlepphebel tragender Support in radialer Richtung relativ zur Längsachse des Auslegers verstellbar an einem Radialarm des Auslegers gelagert ist und daß der Support aus einem achsparallel zur Ausleger-Längsachse orientierten Längsglied mit - bezogen auf die Stutzenlängsachse -radial einwärts gerichtetem Tragarm besteht, wobei der Tragarm mit Mitteln zur Lagerung und zum Antrieb des gleichfalls radial einwärts orientierten Schlepphebels versehen ist. Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß es nunmehr möglich ist, Druckbehältereinbauten im Bereich der Stutzenlängsachse, durch welche die frontale Zugänglichkeit zu den Stutzenkanten, zum Stutzeninnenumfang und zur Behälterinnenwand behindert ist, hinterfahren werden können, so daß nunmehr auch in diesen Fällen eine Innenprüfung ermöglicht ist.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Längsglied einen Schlitten mit verdrehungssicher, Jedoch längsverschieblich auf einer Radialspindel sitzendem Wandermutterteil auf, wobei die Radialspindel an ihren beiden Enden an dem Radialarm drehbar gelagert und mit einem am Ausleger befestigten Drehantrieb gekoppelt ist, so daß der Schlitten mit seinem Wandermutterteil durch Drehung der Spindel radial verfahrbar ist. Hierbei erfolgt die Verdrehungssicherung des Schlittens bzw. der mit diesem gekoppelten Wandermutter über FUhrungsstangen, und der zurückgelegte Weg des Schlittens in radialer Richtung wird zvockmäßig über einen elektronischen Impulsgeber abgefragt, von dem das Signal zur Positionierung an ein Steuerpult, einen zentralen Rechner o.dgl. gegeben wird. Alternativ ist es möglich, anstelle der Spindel eine Zahnstange zu verwenden, mit deren einem Ende das Längsglied verbunden ist, wobei die Zahnstange in Radialrichtung längsverschieblich in einem FUhrungskörper des Auslegers gelagert ist und mit einem Antriebsritzel des Auslegers kämmt, wobei das Ritzel in beiden Drehrichtungen antreibbar ist. Hierbei kann der Radialarm, der sUr die Spindellagerwig benötigt wird, entfallen.
• An sich weist der Mastmanipulator, insbesondere ein Zentralmastmanipulator, als Ausleger bereits ein Teleskoprohr auf, mit dem der Radialarm in Richtung der Stutzenachse Iängsverschoben werden kann. Zur noch besseren und feineren Positionierung hat es sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, wenn das Längsglied selbst ein Teleskopgestänge zum fernbedienbaren Ein- und Ausfuhren des Tragarmes bezüglich der PrEfbahnen aufweist. Zweckmißigelweise ist der Tragarm mit einem in Ulfangsrichtung der Prüfbahnen orientierten Stützrad mit dem Stutzenumfangs-Wandbereich des Behälters in Eingriff bringbar. Der Antrieb des Längsglled-Teleskopgestänges erfolgt zweckmäßig pneumatisch, so daß hierdurch eine das Stützrad immer mit dem Behälter-Innenumfang in Eingriff haltende Anfederung erzielbar ist. Im Stutzenbereich gehorcht der Verlauf der Behälterwand nämlich nicht einer einfachen Kreisform, da sich hier zwei Zylinder unterschiedlichen Durchmessers durchdringen mit einem abgerundeten Übergang im Stutzenkantenbereich. Aus diesem Grunde ist auch der Schlepphebel als eigentlicher Prüfkopfträger besonders vorteilhaft zum Abfahren der Prüfbahnen geeignet, insbesondere dann, wenn der Schlepphebel-Antrieb aus einem pneumatischen Kolben-Zylinder-System besteht, das mit seinem Zylinder an einer am Tragarm befestigten Traverse angelenkt ist. Das Stützrad überträgt die eigentlichen Andruckkräfte des gesamten Manipulators, wogegen der Schlepphebel mit seinem Anfedersystem für das satte Anliegen der Prüfköpfe an den Prüfbahnen sorgt, wobei in an sich bekannter Weise die Prüfköpfe kardanisch an dem Schlepphebel gelagert sind.
• Als besonders günstige Ausführungsform hat sich erwiesen, wenn am Schlepphebel ein am tragarm schwenkbar gelagerter Umlenkhebel angelenkt ist, an dessen der Schlepphebel-Kupplungsstelle abgewandten Ende der schon erwähnte, vorzugsweise pneumatische Si:ilPophebel-Antrieb angelenkt ist. Ein solches System läßt bei schlanker Bauform eine Auslenkung des Schlepphebels mit seinen Prüfköpfen in einem weiten Bereich ohne all zu große Ausladung des Hebelgestänges zu.
• Im folgenden wird anhand zweier in der Zeichnung dargestellter AusfUhrungsbeispiele die Erfindung noch näher erläutert und die Wirkungsweise beschrieben. Darin zeigen in schematischer Darstellung unter Fortlassung der für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Teile Fig. 1 einen Zentralmastmanipulator, in Stellung gebracht innerhalb eines Kernreaktordruckbehälters, der an seinem unteren Ende einen Prüfmanipulator nach der Erfindung trägt, im Aufriß z.T. im Schnitt; Fig. 2 vergrößert den Bereich des Speisewassereinlaßstutzens des Druckbehälters mit in Stellung gebrachtem Prtlfmanipulator, ebenfalls im Aufriß; Fig. 3 eine Seitenansicht gemäß Pfeil III aus Fig. 2; Fig. 4 das Detail IV aus Fig. 2 vergrößert und c'ig. 5 die Draufsicht auf die kardanische Lagerung eines Prüfkopfes gemäß Pfeil V aus Fig. 4.
• Fig. 6 zeigt noch einen Schnitt längs der Linie VI-VI aus Fig.2 durch den Schlitten des Supports.
• Fig. 7 eine Variante des Supports, mit Zahnstange und Ritzel anstelle des Spindel/Wandermutter-Antriebs nach Fig. 2 (2. Ausführungsbeispiel).
• In Fig. 1 ist der Reaktordruckbehälter 1 eines Siedewasserreaktors bei geöffnetem Deckel in einem Schnitt gezeigt. Am Deckelflansch 2 ist eine in Form eines Spinnenbeinkörpers 3 ausgeführte Zentrierung für einen Mast 4 abgestützt, der von einem Kranwagen 5 nach unten in den Reaktordruckbehälter 1 hineinragt.
• Am unteren Ende des Mastes 4 ist ein Ausleger 6 befestigt, der rechtwinklig zur Längsachse des Mastes 4 verläuft und in seiner Längsachse verstellt werden kalm (Pfeil f1) sowie auch ai diese gedreht werden kann (Pfeil f2). Der Mast 4 selbst ist ebenfalls in seiner Länge verstellbar (Pfeil f3) und u seine Längsachse ziehbar (Pfeil f4). Mit 7 ist ein Speisewasserleitungsstutzen re?eichnet, weicher mittels der Schweißnaht 7a in die Wand des Lvuckbehälters 1 eingeschweißt ist. Der Bereich dieser Schweißnaht wie auch die sogenannte Stutzenkante 7b müssen von Zeit zu seit volumetrisch überprüft werden. insbesondere mittels Ultraschallprüfverfahren, wozu der Reaktordruckbehälter 1 geöffnet und seine Einbauten ausgeräumt werden. Der Behälter wird dann geflutet aus Abschirmgründen, und der Zentralmastmanipulator wird, wie dargestellt, in Stellung gebracht. Es versteht sich, daß der Stutzen 7 nur beispielsweise gezeigt ist mehrere derartiger Speisewasserleitungsstutzen sind über den Unfang des Druckbehälters verteilt zu denken. Die frontale Zugänglichkeit zu den Bereichen 7a, 7b ist Jedoch, insbesondere bei Siedewasser-Reaktordruckbehältern, durch einen bei 8 angedeuteten Speisewasser-Verteiler behindert, welcher mittels Thermosleeverohr 3 innerhalb des Stutzens 7 gehaltert ist. Durch den als Ganzes mit M bezeichneten Prüfmanipulator ist nun trotzdem das Abfahren der Priifbahnen mittels Uitraschall-Prüfköpfen im Bereich der Stutzenkanten 7b und der Schweißnaht 7a möglich, wozu zunächst suf Fig. 2 verwiesen wird.
• Bei diesem Prüfmanipulator M ist ein den Schlepphebel 9 tragender Support 10 in radialer Richtung a relativ zur Längsachse 6' des Auslegers 6 verstellbar an einem Radialarm 11 des Auslegers 6 gelagert. Der Support 10 besteht aus einem achsparallel zur Ausleger-Längsachse 6' orientierten Längsglied 12 mit - bezogen auf die Stutzenlangsachse 7' - radial einwärts gerichtatem Tragarm 13. Der Tragarm 13 wiederum ist mit Mitteln zur Lagerung und zum Antrieb des gleichfalls radial einwärts orientierten Schlepphebels 9 versehen.
• Diese Mittel bestehen, vgl.Fig. 4, aus einem Drehlager 9a für den Schlepphebel 9, einem Umlenkhebel 14 mit Drehlager 14a, der bei 15 mit dem Schlepphebel 9 gelenkig verbunden ist and on den mittels GelenkY'se IL 1U; an seinem der Schlepphebel-Kupplungsstelle 15 abgewandten Ende der Schlepphebel-Antrieb 1 angelenkt ist, der Im Cergestellçen Ausführungsbeispiel .AUL + em Druckluftzylinder 17a mit Kolbenstange 17b besteht.
• Der Zylinder 17a ist mittels der Gelenkachse 18 an dem Fortsat 19a der Traverse 19 angelenkt Die Traverse 19 ist am Tragarm ,3 achsparallel zum Längsglied 12 befestigt. Am Tragarm 13 ist ein in Umfangsrichtung der Prüfbahnen orientiertesStützad ?0 gelagert in einer entsprechenden Tragarm-Gabel 13a. Das Länsgiied 12 ist, wie ersichtlich, als Teleskopgestänge mit den Gestängeteilen 12a, 12b ausgebildet, welche vorzugsweise pneumatiscb gegeneinander verschiebbar sind, so daß der Tragarm 13 mit der Wand 1a des Druckbehälters 1 so in Eingriff gebracht werden kann, daß bei Drehung des Auslegers 6 (siehe Fig. 2) um dessen Längsachse 6' die Rolle bzw. das Rad 20 eine Kreisbahn um die Stutzenlängsachse 7' beschreibt. In Wirklichkeit handelt es sich hierbei nicht um eine exakte Kreisbahn, wie es die Innenumfang-Kontur 1a' in Fig. 2 verdeutlicht, die der Behälter in einer um 900 gemäß Pfeil b aus der dargestellten Lage verdrehten Lage des Manipulators M dem Schlepphebel 9 bzw. seinen PrUfkçpfen 21 darbietet.
• Fig. 2 in Verbindung mit Fig. 6 zeigt, daß das Längsglied 12 des Supports 10 einen Schlitten 22 mit verdrehungssicher, jedoch längsverschieblich auf einer Radialspindel 23 sitzendem Wandermutterteil 22a aufweist. Die Radialspindel 23 ist an ihren beiden Enden bei 24 und 25 an dem Radialarm 11 gelagert, d.h. hier sind entsprechende Drehlager untergebracht. Zum Antrieb ist ein am Radialarm 11 bzw. dem Ausleger 6 befestigter Drehantriebsmotor 26 mit Getriebe 27 vorgesehen, wobei das Getriebe 27 ein Untersetzungsgetriebe ist, das mit der Spindel 23 drehbar gekuppelt ist. Den Schlitten 22 durchdringende Führungsstangen zur Verdrehungssicherung und Radialführung des Schlittens sind mit 28 bezeichnet; sie sind starr mit den bei 24 und 25 vorgesehenen Lagerflanschen des Radialarmes 11 verbunden. Mit 11a sind in Fig. 2 und 3 noch die Versteifungsrippen des Radialarmos 11 bezeichnet, im übrigen tragen in Fig. 3 die gleichen Teile auch die gleichen Bezugszeichen.
• F1. 5 zeigt noch die kardanische Lagerung der Prüfköpfe 21.
• Am Ende des Schlepphebels 9 Ist eine kabel 29 befestigt, an welcher der Rahmen 30 mittels der Achsen 21a um die Schwingachse Mi drehbar gelagert ist. Im Rahmen 30 wiederum ist der Prüfkopf 2I mittels der Drehachse 21b um die Schwingachse k2 schwenkbar gelagert, wobei die Schwingachsen k1, k2 einander unter einem rechten Winkel kreuzen. Der Prüfkopf 21 kanrw sich mithin auf etwaige Unebenheiten und insbesondere auch auf den Verlauf der Stutzenkanten 7b immer normal zur Berührungsfliche einstellen.
• Wie es Fig. 2 zeigt, werden die Prüfbahnen durch Drehung des Auslegers 6 gemäß Pfeil b abgefahren; der Radius der Jeweiligen umlaufenden Prüfbahn wird durch Verstellung des Schlittens 22 gemäß Pfeil a eingestellt, wodurch der Schlepphebel 9 die jeseifige Stutzenkontur abfährt. Das pneumatische Andrücken des Tragarms 13 über das Stützrad 20 erfolgt durch das teleskopierende Längsglied 12 gemäß Pfeil c. Das Ausrichten des Auslegers 6 auf die Stutzenrängsachse 7' erfolgt fernbedient über ein Ultraichall-Zentrierungsauge u1, das an der Frontseite des Auslegers 6 an einem Arm u2 befestigt ist und mit einem US-Strahl eine stutzenfeste Markierung u3, z.B. einen Nocken mit Bohrung u31 anpeilt, so daß aus dem Verlauf des Reflexionssignals die genaue Mitte ermittelt und der Ausleger damit mit seiner Achse 6' auf die Stutzenachse 7' ausgerichtet werden kann.
• Beim 2 Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 weist der Support 10 eine Zahnstange 31 auf, mit deren einem Ende 31a das Längsglied 12 verbunden ist. Die Zahnstange 31 mit Zahnleiste 31b ist in Radialrichtung a längsverschieblich in einem Führungskörper 32 gelagert (FührungsrolLen 33) und kämmt mit einem Antriebsritzel 34, das in einem Lagerbock 35 des Auslegers 6 drehbar gelagert und durch einen nicht dargestellten motorischen Antrieb in beiden Drehrichtungen antreibbar ist. Die Verbindung 36 des Längagliedes 12 mit der Zahnstange 31 ist starr, Jedoch könnte bei 36 auch ein Drehgelenk mit Antrieb vorgesehen werden, wenn das Längsglied 12 beim Abfahren von Prüfbahnen, die in Längs-oder Umfangsrictung des Druckbehälters verlaufen, mit seinem Stützrad 20 entsprechend aisgerichtet und damit in die Längsahse 12' gedreht werden soll.
• t deni erfindungsgemäßen Prüfmanipulator läßt sich auch eine Wirbelstromprüfung durchführen ebenso wie die Bewegung einer Fernsehkamera längs der Prüfbahnen bzw. die eines Schweißgerätes. Auch wären endoskopische Untersuchungen möglich, wobei entsprechende Lichtleiter am Gestängesystem des Manipulators M zum Kontrollpult zu führen wären.
• 8 Patentansprüche 7 Figuren

Claims (8)

1. Patentansortiche PrUfmanipulator zur voluietrischen InnenprUfung der Schweißnähte von Stutzen und Stutzenkanten einschließlich der angrenzenden Wärmeeinflußzonen bei Druckbehältern, vorzugsweise zur UltraschallprUfung bei Reaktordruckbehältern, wobei der PrUfmanipulator as Ausleger eines Mastmanipulators gelagert ist und - innerhalb des geöffneten Druckbohältors - mit dei Ausleger höhenverstellbar (z-Richtung) und ul die Mastachse drehbar gelagert ist, wobei ierner der Ausleger in seiner Längsrichtung verschiebbar und um seine horizontale Längsachse drehbar gelagert ist, mit ines als Ausleger schwenkbar gelagerten, die Prtlfköpfe tragenden Schlepphebel, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß ein den Schlepphebel (9) tragender Support (10) in radialer Richtung (a) relativ zur Längsachse (6') des Auslegers (6) verstellbar an einem Radialarm (11) des Auslegers (6) gelagert ist und daß der Support (10) aus einem achsparallel zur Ausleger-längsachse (6') orientierten Längsglied (12) mit - bezogen auf die Stutzenlängsachse (7') -radial einwärts gerichtetem Tragarm (13) besteht, wobei der Tragarm (13) mit Mitteln (9a, 15, 14a, 16, 17) zur Lagerung und zum Antrieb des gleichfalls im wesentlichen radial einwärts orientierten Schlepphebels (9) versehen ist.
2. 2. PrAfmanipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Längsglied (12) einen Schlitten (22) mit verdrehungssicher, Jedoch längsverschieblich auf einer Radialspindel (23) sitzendem Wandermutterteil (22a) aufweist, wobei die Radialspindel (23) an ihren beiden Enden an de. Radialare (11) drehbar gelagert und mit eine. am Ausleger (6) befestigten Drehantrieb (26, 27) gekoppelt ist, so daß der Schlitten (22) mit seinem Wandermutterteil (22a) durch Drehung der Spindel (23) radial verfahrbar ist.
3. 3. PrUfxanipulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Längsglied (12) ein Teleskopgestänge (12a, 12b) zui fernbedienbaren Ein- und Ausfahren des Tragarmes (13) bezüglich der PrUfbannen aufweist.
4. 4. Prtlfmanipulator nach einem der Anspruche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragarm (13) mit einem in Umfangsrichtung der PrUfbahnen orientierten Stützrad (20) mit dem Stutzenumfangs-Wandbereich des Behälters (1) in Eingriff bringbar ist.
5. 5. PrUfmanipulator nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Schlepphebel (9) ein am Tragarm (13) schwenkbar gelagerter Umlenkhebel (14) angelenkt ist, an dessen der Schlepphebel-Kupplungsstelle (15) abgewandten Ende ein Schlepphebel-Antrieb (17) angelenkt ist.
6. 6. PrUfianipulator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlepphebel-Antrieb (17) aus einem pneumatischen Kolben-Zylinder-System besteht, das mit seinem Zylinder (17a) an einer am Tragarm (13) befestigten Traverse (19, 19a) angelenkt ist.
7. 7. PrUfinanipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Support (10) eine Zahnstange (31) umfaßt, mit deren einem Ende (31a) das Längsglied (12) verbunden ist, wobei die Zahnstange (31) in Radialrichtung (a) längsverschieblich in einem Führungskörper (32) des Auslegers (6) gelagert ist und mit einem Antriebsritzel (34) des Auslegers (6) kämmt, wobei das Ritzel (34) in beiden Drehrichtungen antreibbar ist.
8. 8. Pr(lfianipulator nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der Frontseite des Auslegers (6) ein Ultraschall-Zentrierungsauge (u1) und in der Rohrhauptachse (7') des zu umfahrenden Leitungsteils außen an dessen Rohrwand eine Markierung (u3) angebracht ist, so daß der Ausleger (6) fernbedient auf die Stutzenlingsachse (7') ausrichtbar ist.