DE2913742A1

DE2913742A1 - Universalmanipulator fuer die wiederholungspruefung an reaktordruckbehaeltern

Info

Publication number: DE2913742A1
Application number: DE19792913742
Authority: DE
Inventors: Hans Neugebauer; Waldemar Ing Grad Seifert
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: Alstom Energie GmbH
Priority date: 1979-04-05
Filing date: 1979-04-05
Publication date: 1980-10-09
Also published as: DE2913742C2; CH644545A5

Description

Universalmanipulator für de Wiederholungs-
prüfung an Reaktordruchbehältern DieErfindung bezieht sich auf einen Universalmanipulator für die Wiederholungsprüfung an Reaktordruckbehältern mit einem längs einer vertikalen und zur Achse des Reaktordruckbehälters parallelen Führungsschiene verfahrbaren Manipulatorgrundwagen, in welchem ein konzentrisch zur Druckbehälterwand ausgeführter Ausleger horizontal verschiebbar gelagert istn sowie der Ausleger ein Prüfsystem trägt.
Durch die DE-OS 2434 467 ist ein Manipulator für die Prüfung schwer zugänglicher Bereiche an der Außenwand von Reaktordruckgefäßen bekanntgeworden, insbesondere zur Prüfung von Schweißnähten von Rohranschlußstutzen, bei dem der Manipulatorgrundwagen auf einer vertikalen Führungsschiene mittels Seiltrieb bewegt wird. Dabei ist der Grundwagen nicht direkt, sondern unter Zwischenschaltung eines Zusatzwagens indirekt mit dem Seil verbunden, so daß diese Kombination vom Seiltrieb in den Bereich der Prüfstelle gebracht wird und der Zusatzwagen dann fest mit der Führungsschiene verbunden wird. Die genaue Positionierung des Grundwagens wird nachfolgend durch dessen Verfahren entlang einer mit dem Zusatzwagen verbundenen Gewindespindel bewerkstelligt. Die horizontale Bewegung des Prüfsystems erfolgt durch einen konzentrisch zur Wandung des Druckbehälters ausgeführten Ausleger, welcher querverschiebbar im Grundwagen geführt ist und an einem Ende das Prüfsystem trägt. Das Prüfsystem wird am Auslegerende befestIgt und ist um-- eine- Senkrechte zur Behälterwand verdrehbar. Mit einer solchen Einrichtung ist es unmög lich, mit einer Auslegerlänge, ohne zeitraubende Zwischenmontage eines kürzeren Auslegers, die halbe Umfangslänge einer Rohrstutzeneinschweißnaht zu prüfen, da durch die Nahtdicke bedingt, die konzentrischen Halbkreisprüfspuren sich bis zur Führungsschienenmitte oder auch darüber hinaus ausdehnen. Der Verschiebeweg des Auslegers, dessen Länge durch die lichte Weite der benachbarten Rohrstutzen begrenzt ist, würde durch diese Stutzen eingeschränkt werden.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, mit nur einem Prüfsystem ohne Umsetzung der Manipulatoren auf andere Führungsschienen und ohne Ummontage des Auslegers jeweils den gesamten Raum von einer Rohrstutzenmitte bis zur benachbarten Rohrstutzenmitte abfahren zu können und dies durch Verfahren des Grundwagens des Manipulators entlang bereits vorhandener Führungsschienen deren Zahnstange nicht für die Kräfte zum Verfahren der schweren Vorrichtung ausgelegt waren, sondern nur zu deren exakter Positionierung dienten.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die dem Anspruch t entnehmbaren Merkmale.
Dies beinhaltet den Vorteil, daß das jeweils zwischen zwei benachbarten Stutzen befindliche Prüfsystem den gesamten Bereich von Rohrstutzenmitte bis Rohrstutzenmitte vertikal und horizontal abfahren kann, ohne daß der Manipulator zur Ummontage des Auslegers herausgefahren werden muß. Ferner können mit dem Universalmanipulator die halbkreisförmigen Prüfspuren um die Rohrstutzen die sowohl links wi auch rechts der Führungsschiene liegen, ohne Zwischenmontagen mit demselben Prüfsystem abgefahren werden, auch dann, wenn die Spuren sich über die Führungsschiene hinaus nach der anderen Seite ausdehnen. Auch das Prüfen der Bereiche hinter der Führungsschiene ist mit diesem Manipulator möglich. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß der Universalmanipulator durch Maßnahmen zur Entlastung des Antriebes auf vorhandene Schienensysteme gesetzt werden kann, die normalerweise nur eine für den Zweck der Positionierung vorgesehene Zahnstange besitzen, welche für die Kraftübertragung unterdimensioniert sind Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, daß zwischen den Prüfwagen und damit verbundenen PrUfsystem ein Winkelausleger eingeschaltet ist, Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, den Prüfbereich auch auf die ansonsten schwer zugänglichen Zonen auszuweiten. Um allen Anforderungen an die vorgegebene Geometrie der Druckbehälterwand gerecht zu werden, ist das Prüfsystem am Ausleger ebenso wie am Prüfwagen motorisch um eine zur Druckbehälterachse senkrechte Achse x-x drehbar.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, daß als Zusatzeinrichtung zwischen Antriebsmotor und der Zahnstange dem Ritzel ein zweites Ritzel parallel geschaltet ist, daß dieses Ritzel in einer Ritzelschwinge gelagert ist, welche wiederum in einer fest imrrundgagen gelagerten Zwischenzahnradwelle des Antriebmotors gelagert ist, und daß die Ritzelschwinge be eine sich gegen den Manipulatorgrundwagen abstützende Feder an die Zahnstange anpreßbar ist.
Durch diese Maßnahme ist es möglich, den schweren Manipulator mittels bereits vorhandener, aber unterdimensionierter Zahnstange (Zahnstange nur als Weggeber) auf der Führungsschiene zu verfahren5 da die Last über eine Feder einstellbar auf zwei Ritzel verteilt werden kann.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß als Zusatzeinrichtung der Manipulatorgrundwagen mit einem Zugseil verbunden ist, und daß dieses vertikal von einer Umlenkrolle geführte Seil über eine zweite Umlenkrolle mit einem Gegengewicht verbunden ist, wobei dessen Gewicht etwa dem Gewicht des Manipulatorgrundwagens entspricht.
Das Ausgleichsgewicht hält den Manipulator fast in der Schwebe, so daß die für die Vertikalbewegung vorgesehene Zahnstange bei der Bewegung des Grundwagens entlang der Führungsschiene nahezu von Bewegungskräften entlastet ist. Eine Vorrichtung genannter Art hat zudem den Vorteil, sehr anpassungsfähig bezüglich des Gewichtes-des Manipulators zu sein> da nur das Gegengewicht verändert werden muß.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen können den Unteransprüchen 5 bis 7 entnommen werden.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Ausleger und die diesen Ausleger verschiebbar aufnehmende Auslegerbasis in ihrem Querschnitt aus ineinander verschachtelten U-Profilen gebildet werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist nach Anspruch 9 darin zu sehen, daß die Antriebe von Manipulatorgrundwagen, Prüfwagen und Ausleger als Gleichstrommotoren mit Digital-Analog-Ans teuerung ausgeführt sind.
Diese Gleichstrommotoren zeichnen sich gegenüber den üblichen Schrittmotoren bei den Ausführungen aller Manipulatorbewegungen dadurch aus, daß sie eine bessere Laufdynamik und Betriebssicherheit aufweisen.
Ein Ausführungsbeispiel eines Universalmanipulators mit verschiedenen Zusatzeinrichtungen zur Entlastung der Zahnstange sowie zum Abbremsen sind in Zeichnungen dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 Draufsicht auf den Manipulator in Richtung der Achse des Reaktordruckgefäßes, Fig. 2 Ansicht des Manipulators mit teilweise ausgefahrenem Ausleger und zusätzlich auf einem Prüfwagen angebrachten Winkelausleger, Fig. 3 Schnitt III-III durch den Querschnitt der Auslegerbasis mit darin gelagertem Ausleger, Fig. 4 Zahnstangenantrieb eines Manipulatorgrundwagens mit gefederter Ritzelschwinge, Fig. 5 Manipulator mit Gegengewicht zur Entlastung der Zahnstange, Fig. 6 Manipulator mit Seiltrommel und Motor zur Entlastung der Zahnstange, Fig. 7 Einrichtung zur Notbremsung des Manipulators mit Bremsbacken, Fig. 8 Einrichtung zur Notbremsung des Manipulators mit Elektromagnetbremse.
Ein Universalmanipulator, welcher entlang einer FUhrungsschiene verfahrbar ist, ist in Fig. 1 in der Draufsicht dargestellt Ein-Manipulatorgrundwagen 1 wird auf der zwischen einer Druckbehälterwand 2 und einer Isolierung 3 befindlichen Führungsschiene 4 vertikal verfahren.
Die Führung des Manipulatorgrundwagens 1 besorgen FUhrungsrollen 5, welche eine vertikale Translatibnsbewegung gestatten, jedoch Verdrehung verhindern. Der Vortrieb des Manipulatorgrundwagens erfolgt mittels einer fest mit der Führungsschiene 4 verbundenen Zahnstange 6 Der Grundwagen 1 ist beidseitig durch eine Auslegerbasis 7 verlängert, in welcher der eigentliche Ausleger 8 beweglich gelagert ist. Der Ausleger 8 ist in seiner Krümmung der Druckbehälterwand 2 angepaßt, um bei seiner Bewegung in einer Auslegerführung 9 das mit einem Prüfwagen 10 verbundene Prüfsystem 11 entlang der Druckbehälterwand zu führen. Der Prüfwagen lo ist wiederum im Ausleger 8 beweglich geführt, so daß der Ausleger relative Bewegungen zur Auslegerbasis 7 und der Prüfwagen 1o wiederum relative Bewegungen zum Ausleger 8 ausführen kann. Zudem ist in bekannter Weise das Prüfsystem 11 um eine Achse x-x drehbar. Das Prüfsystem tt kann somit Mäanderbewegungen in horizontaler bzw.
vertikaler Richtung ausführen oder zur Prüfung von Stutzenschweißnähten, mit Hilfe einer rechnerunterstützen Steuerung, geometrische Figuren, z.B. Halbkreismäander um den Stutzen herum abfahren, wobei die Bewegungen des Grundwagens in der Vertikalen, des Auslegers bzw. des Prüfwagens in der Horizontalen und das Verdrehen des Prüfsystems auf dem Prüfwagen gleichzeitig erfolgen. Der Antrieb des Auslegers 8 geschieht über zwei symmetrisch in der Auslegerbasis 7 angeordnete Ritzel 12, welche von einem fest auf der Auslegerbasis angeordneten Motor 13 und gemeinsamer Ritzelwelle 14 angetrieben in die mit dem Ausleger eine Einheit bildende Zahnstange 15 eingreifen.
Fig. 2 zeigt den Universalmanipulator in der Ansicht vom Behälter aus. Der in der Auslegerbasis 7 horizontal geführte Ausleger 8 trägt an einem Ende den PrUfwagen 10, der wiederum mit dem Prüfsystem 11 über einen den geometrischen Verhältnissen des zu prüfenden Objektes angepaßten Winkelausleger 17 verbunden ist.
Der Grundwagen 1 des Manipulators trägt den zum Vortrieb erforderlichen Antriebsmotor 18, welcher über ein nicht näher dargestelltes Ritzel in die auf der Führungsschiene 4 fest verbundene Zahnstange 6 eingreift und die Antriebsenergie für die Vertilalbewegung überträgt.
Einen Schnitt III-III durch die Auslegerbasis 7 in Fig. 1 zeigt Fig. 3. Die Formgebung der Führungsteile (Auslegerbasis 7 und Ausleger 8) beinhaltet U-förmige Profile, welche über Ansätze zur Führung mittels Rollen verfügen. Der in der Auslegerbasis 7 mittels Rollen 19 geführte Ausleger wird über eine Zahnstange 15 in horizontaler Richtung von einem in Fig. 1 gezeigten Auslegerantrieb (Motor 13) und wiederum mit diesem verbundene Ritzel 12, welche in Zahnstange 15 eingreifen, verschoben. Im Ausleger 8 ist der mit Rollen 23 geführte Prüfwagen 1o relativ zum Ausleger ebenfalls in horizontaler Richtung verfahrbar. Auf eine Darstellung des Antriebes des Prüfwagens 1o wurde verzichtet, da dies in an sich bekannter Weise ebenso wie der Antrieb des Auslegers 8 mittels Zahnstange erfolgen kann. Ein Antriebsmotor ist dabei direkt auf dem Prüfwagen angeordnet. Sämtliche Führungsteile sind so gekrümmt, daß sie konzentrische Kreise zur Druckbehälterwand 2 bilden. Durch die relative Beweglichkeit des Prüfwagens lo zum Ausleger 8 und dessen zusätzliche Verschieblichkeit in der Auslegerbasis 7 des Grundwagens 1 kann das direkt mit dem Prüfwagen 1o oder über zwischengeschaltete Winkelausleger 17 mit diesem verbundene Prüfsystem 11 von der äußersten rechten in die äußerste linke Lage oder umgekehrt verfahren werden, ohne daß ein Umsetzen des Prüfwagens auf die jeweils andere Seite der Führungsschiene 4 oder gar ein Umsetzen des gesamten Grundwagens 1 auf eine andere Schiene notwendig wäre. Das Prüfsystem 11 auf dem Winkelausleger ist wie im Falle der Befestigung auf dem PrUfwagen motorisch um eine senkrecht zur Behälteroberfläche gerichtete Achse x-x verdrehbar.
Da der vertikale Antrieb des Manipulatorgrundwagens 1 an eine meist schon vorhandene, aber unterdimensionierte, weil-nur für die Feststellung der Position ausgelegte Zahnstange zu erfolgen hat, ist es notwendig, Zusatzeinrichtungen zu schaffen, die geeignet sind, dieses Problem zu lösen. Eine Möglichkeit stellt die in Fig. 4 gezeigte Ritzelschwinge 24 dar, welche dafür sorgt, daß sich die VortriebskrEfte vom Antriebsmotor 18 über ein Zwischenzahnrad 25 gleichmäßig auf Ritzel 26, 27 verteilen, welche ihrerseits in die mit der Führungsschiene 4 fest verbundene Zahnstange 6 eingreifen. Die Verteilung der Kräfte auf die Ritzel 26, 27 wird durch eine mit einstellbarer Federkraft an die Zahnstange 6 anpreßbare Ritzelschwinge 24 erreicht, welche an einem Ende drehbar um die mit dem Grundwagen 1 ebenfalls drehbar verbundene Zwischenzahnradwelle 28 gelagert ist und am anderen Ende das drehbar gelagerte Ritzel 27 an die Zahnstange anpreßt.
Dabei stützt sich die Feder 29 einerseits gegen den Grundwagen 1 und andererseits gegen die Ritzelschwinge 24 ab, wobei Ritzel 26 stets drehbar im Grundwagen 1 gelagert ist. Durch Variation des Federdruckes läßt sich in Anpassung an die verschiedenen Manipulatorgewichte stets eine annähernd genaue Kräfteverteilung unter den Ritzeln 26, 27 einstellen, so daß die ursprUnglich unterdimensionierte Zahnstange 6 für die Aufnahme der Kräfte ausreicht. Ohne die federnde Anpressung des Ritzels 27 würde,bedingt durch das Flankenspiel und andere Toleranzen, stets nur eines der Ritzel mit Sicherheit zum Tragen kommen.
Eine weitere Möglichkeit der Entlastung der Zahnstange 6 von den Vortriebskräften besteht in einem Ausgleich der Gewichtskraft des Manipulators durch ein Gegengewicht. Fig. 5 zeigt den durch ein Gegengewicht 30 von der Gewichtskraft entlasteten Manipulator. Die Kraftübertragung erfolgt über ein Zugseil 31, welches zur Führung und Umlenkung über die Rollen 32, 33 läuft.
Die mit der Führungsschiene 4 verbundene Zahnstange 6 ist somit zumindest von der Gewichtskraft entlastet.
Eine weitere Möglichkeit der Entlastung der Zahnstange 6 besteht, wie dies in Fig. 6-dargestellt ist, in einem Motor 34, welcher ein, dem zu entlastenden Gewicht angepaßtes, aber entgegengerichtetes konstantes Drehmoment aufweist. Der Motor wirkt auf eine Seiltrommel 35, welche der Auf- und Abspulung des Entlastungsseiles 36 dient.
Um ein Abstürzen des Manipulators bei Störung zu vermeiden, wird ein Notbremssystem vorgesehen. Fig. 7 zeigt eine Ausführung mit Bremsbacken 51. Diese sind keilförmig ausgebildet und zwischen dem Grundwagen 1 und Führungsschiene 4 vorgesehen. Beim Überschreiten einer voreingestellten Fahrgeschwindigkeit des Grundwagens wird das Notbremssystem über einen elektronischen Frequenzwächter 38 ausgelöst und die Bremsbacken werden durch Federn 39 in den keilförmigen Zwischenraum zwischen Grundwagen 1 und Führungsschiene 4 gepreßt und legen an, so daß eine weitere Bewegung verhindert wird. Der elektronische Frequenzwäehter 38 steht in Korrespondenz mit der Zahnstange 6. Wenn die Anzahl der vorbeigleitenden Zähne pro Zeiteinheit zu groß wird, d.h. die Geschwindigkeit ein vorgegebenes Maß übersteigt, löst der Frequenzwächter 38 die Notbremsung aus.
Ein Notbremssystem mit Elektromagnetbremse ist in Fig. 8dargestellt, Der Manipulator wird von einem Tragseil 40 gehalten, welches auf einer Seiltrommel 41 aufgespult ist. Die Seiltrommel 41 ist über eine gemeinsame Welle mit der Elektromagnetbremse 42 verbunden. Um das Tragseil 40 stets in gestafftem Zustand zu halten, ist eine Spiralfeder 43 vorgesehen. Die Auslösung des Notbremssystems erfolgt ebenso wie bei der unter Fig. 7 vorgestellten Backenbremse über einen elektronischen Frequenzwächter welcher die Impulse der vorbeigleitenden Zähne der Zahnstange 6 zählt. Wird die Geschwindigkeit des Manipulators zu groß, d.h. die Impulse Je Zeiteinheit zu groß, wird die Elektromagnetbremse 42 ausgelöst.
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Claims

PatentansprUche z Universalmanipulator ftir die Wiederholungsprüfung an Reaktordruckbehältern mit einem längs eier vertikalen und zur Achse des Reaktordruckbehälters parallelen Führungsschiene verfahrbaren Manipulatorgrundwagen, in welchem ein konzentrisch zur Druckbehälterwand ausgeführter Ausleger horizontal verschiebbar gelagert ist, sowie der Ausleger ein PrUfsystem trägt, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfsystem (tl) um eine Achse x-x drehbar mit einem Prüfwagen (to) verbunden ist, daß dieser Prüfwagen mittels Antrieb und Zahnstange im Ausleger (8) von einer Auslegerendlage in die andere verfahrbar gelagert ist, sowie der Manipulatorgrundwagen (1) über einen Antriebsmotor (18) mit Ritzel (26) und Zahnstange (6) entlang einer Führungsschiene (4) verfahrbar ist, und daß der Antrieb des Manipulatorgrundwagens durch eine mit diesem verbundene Zusatzeinrichtung entlastet wird.
2. Universalmanipulator nac Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Prüfwagen (lo) und damit verbundenem Prüfsystem (11) ein Winkelausleger (17) eingeschaltet ist.
3. Universalmanipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzeinrichtung zwischen Antriebsmotor (18) und der Zahnstange (6) dem Ritzel (26) ein zweites Ritzel (27) parallel geschaltet ist, daß dieses Ritzel (27) in einer Ritzelschwinge (24) gelagert ist, welche wiederum in einer fest im Grundwagen (1) gelagerten Zwischenzahnradwelle (28) des Antriebsmotors (18) gelagert ist, und daß die Ritzelschwinge (24) über eine sich gegen den Manipulatorgrundwagen (1) abstützende Feder (29) an die Zahnstange (6) angepreßt wird.
4. Universalmanipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzeinrichtung der Manipulatorgrundwagen (I) mit einem Zugseil (31) verbunden ist, und daß dieses vertikal von einer Umlenkrolle (32) geführte Seil über eine zweite Umlenkrolle (33) mit einem Gegengewicht (30) verbunden ist, wobei dessen Gewicht etwa dem Gewicht des Manipulatorgrundwagens entspricht.
5. Universalmanipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzeinrichtung der Manipulatorgrundwagen (1) mit einem Entlastungsseil (36) verbunden ist, und daß dieses Seil auf einer mit einem Motor (34) verbundenen Seiltrommel (35) aufgespult ist, wobei der Motor ein dem Gewichtsausgleich angepaßtes konstantes Drehmoment abgibt.
6. Universalmanipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantpulatorgrundwagen (1) mit Bremsbacken (37) versehen ist, welche keilförmig ausgebildet sind, und daß diese Bremsbacken durch einen elektronisch mit der Zahnstange (6) der Führungsschiene (4) korrespondierenden Frequenzwächter (38) ausgelöst an die Führungsschiene (4) über einen Keilspalt anpreßbar sind.
7. Universalmanipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Manipulatorgrundwagen (1) mit einem auf einer Seiltrommel (41) aufgespulten Tragseil (40) verbunden ist, und daß auf einer drehfest mit der Seiltrommel verbundenen Welle an einem Ende eine Spiralfeder (43) und am anderen Ende eine Elektromagnetbremse (42) sich befindet.
8. Universalmanipulator nach Anspruch tX dadurch gekennzeichnet, daß der Ausleger (8) und die diesen Ausleger verschiebbar aufnehmende Auslegerbasis (7) in ihrem Querschnitt aus ineinander verschachtelten U-Profilen gebildet werden.
9. Universalmanipulator nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebe von Manipulatorgrundwagen (1), Prüfwagen (lo) und Ausleger (8) als Gleichstrommotoren mit Digital-Analog-Ansteuerung ausgeführt sind.