DE69114970T2

DE69114970T2 - Laser-Arbeitsgerät, insbesondere für die Reinigung einer Leitung eines Nuclearreaktors.

Info

Publication number: DE69114970T2
Application number: DE69114970T
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Cartry; Georges Clar; Alain Martin
Original assignee: Framatome SA
Current assignee: Areva NP SAS
Priority date: 1990-09-12
Filing date: 1991-08-19
Publication date: 1996-04-18
Anticipated expiration: 2011-08-20
Also published as: EP0475806A2; FR2666523B1; EP0475806B1; FI914168A; FI914168A0; JPH04289500A; ES2080923T3; ZA917213B; FR2666523A1; RU2038572C1; US5256848A; CS278691A3; FI95878C; KR920006044A; FI95878B; DE69114970D1; EP0475806A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laser-Arbeitsgerät, das vorgesehen ist, um einen Hochleistungslaserstrahl auf schwierig zu erreichende Arbeitspunkte zu lenken (WO-A 90/07988). Sie betrifft insbesondere die Reinigung einer Rohrleitung od. dgl., die Teil des Primärkreislaufs eines Dampferzeugers eines Druckwasserkernreaktors ist, oder des Wassertanks eines solchen Dampferzeugers, mit Hilfe eines Laserstrahls.
Es ist schwierig, einen Laserstrahl auf dem Luftweg zu Arbeitspunkten zu führen, die in Leitungen, insbesondere gekrümmten Leitungen liegen, und die Laservorrichtungen selber sind normalerweise zu sperrig, als daß sie in diese Leitungen eingeführt werden könnten. Es ist bekannt, optische Fasern zum Führen der Laserstrahlen zu verwenden, doch ist die Leistung, die diese Fasern führen können, zu klein für bestimmte Anwendungen wie etwa die Reinigung mittels eines Laserstrahls.
Aufgabe der Erfindung ist, ein Gerät anzugeben, mit dem hohe Laserleistungen an schwierig zu erreichende Arbeitspunkte bequem herangeführt werden können.
Zu diesem Zweck ist Gegenstand der Erfindung ein Laser- Arbeitsgerät mit:
- einer Laservorrichtung;
- einer optischen Faser, deren Eingang mit dem Ausgang der Laservorrichtung verbunden ist;
- einem Verstärker für den von der Laservorrichtung abgegebenen Laserstrahl, dessen Eingang mit dem Ausgang der optischen Faser verbunden ist, sowie
- Transportmitteln zum Transportieren des vom Verstärker abgegebenen Laserstrahls bis zu einem Arbeitspunkt auf dem Luftweg.
Gemäß anderen Ausgestaltungen der Erfindung:
- umfaßt das Gerät, wenn es für die Durchführung einer Arbeit im Inneren einer Leitung od. dgl. vorgesehen ist, eine Trägerschiene mit Mitteln zur Montage in der Leitung im wesentlichen entlang deren Achse und einen auf dieser Schiene beweglich montierten Wagen, wobei der Verstärker vom Wagen getragen wird und die Transportmittel Überstreichmittel zum Überstreichen eines Bereichs der Innenwand der Leitung mit dem Laserstrahl umfassen;
- umfaßt die Schiene einen drehbaren Umschaltabschnitt, und die Überstreichmittel sind eingerichtet, um in einer radialen Ebene einen Winkelsektor der Innenwand zu überstreichen;
- hat die Schiene einen vieleckigen Querschnitt mit n Seiten, und der drehbare Umschaltabschnitt ist eingerichtet, um sich in Schritten von 360/n Grad zu drehen;
- umfassen die Überstreichmittel ein oszillierendes Führungsrohr, durch das der verstärkte Laserstrahl zirkuliert, und einen an der Basis dieses Rohres befestigten Umlenkspiegel;
- ist eine Ansaugdüse am Ende des Führungsrohrs montiert;
- umfaßt die Vorrichtung Druckmittel zum elastischen Andrücken der Ansaugdüse auf die Innenwand.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- Fig. 1 eine Gesamtdarstellung eines in einer gekrümmten Leitung angeordneten erfindungsgemäßen Geräts in einem Schnitt entlang der Achse dieser Leitung;
- Fig. 2 in größerem Maßstab im Teilschnitt das Detail II aus Fig. 1;
- Fig. 3 eine Schnittdarstellung des Geräts entlang der Linie III-III aus Fig. 4 und
- Fig. 4 eine Darstellung in Richtung des Pfeils IV aus Fig. 3.
Das in den Zeichnungen dargestellte Gerät ist vorgesehen, um ein Leitungsstück I mit relativ großem Durchmesser zu reinigen, das zum Primärwasserkreislauf eines Dampferzeugers eines Druckwasserkernreaktors gehört. Im dargestellten Beispiel handelt es sich um ein gekrümmtes Leitungsstück.
Das Gerät besteht im wesentlichen aus einer Trägerschiene 2, einem auf der Schiene beweglich montierten Wagen 3, einer Vorrichtung 4 zum Erzeugen eines Hochleistungslaserstrahls und einer Transportvorrichtung 5 zum Transportieren dieses Laserstrahls auf dem Luftweg bis zur Innenwand des Leitungsstücks 1.
Die Schiene 2 mit sechseckigem Querschnitt (Fig. 3) hat eine gekrümmte Form, und im Betrieb fällt ihre Längsachse mit der des Leitungsstücks 1 zusammen. Sie umfaßt zum einen eine geradlinige Verlängerung 6, die mit einer Zentriervorrichtung 7 versehen ist, die zum Zentrieren im an das Leitungsstück 1 anschließenden Leitungsstück B vorgesehen ist und mit Hilfe eines Kolbens 9 ausdehnbar ist, der am Ende der Verlängerung 6 vorgesehen ist. An der anderen Seite ist die Schiene 2 durch einen Umschaltabschnitt 10 verlängert, der ein Schienenstück mit demselben sechseckigen Querschnitt wie die Schiene 2 ist und sich um seine Achse in Schritten von 60º mit Hilfe eines nicht dargestellten, in der Schiene untergebrachten Motors drehen kann. Der Umschaltabschnitt 10 dreht sich um eine mit der Schiene 2 fest verbundene Welle, die an ihrem freien Ende die Nabe 11 einer Spinne 12 trägt, die ihrerseits einen Zentrierungsring 13 trägt. Durch Betätigung mehrerer radial an dem Ring montierter Kolben 14 kann man die Achse der Schiene 2 mit der der gekrümmten Leitung 1 ausreichend genau zur Deckung bringen.
Wie in Fig. 3 zu sehen, hat der Wagen 3 einen der Schiene 2 proportional ähnlichen sechseckigen Querschnitt, und zwischen beiden sind einerseits zwei Paare von Laufrollen 15 und andererseits ein Paar von durch einen Getriebemotor 17 angetriebenen Treibrollen 16 angeordnet. Dadurch kann der Wagen zu jedem Punkt entlang der Schiene 2 oder einer ihrer Verlängerungen 6 bzw. 10 gefahren werden.
Die Vorrichtung 4 zum Erzeugen des Laserstrahls besteht einerseits aus einem auf einen festen Träger 19 außerhalb der zu behandelnden Leitung angeordneten gepulsten YAG- Laservorrichtung 18, die mit geeigneten Versorgungs-, Steuer- und Kühleinrichtungen versehen ist, und andererseits einem am Wagen 3 befestigten Laserverstärker 20. Der Ausgang der Laservorrichtung 18 ist mit dem Eingang einer optischen Faser 21 verbunden, deren Ausgang mit dem Eingang des Verstärkers 20 verbunden ist. Letzterer ist eingerichtet, um an seinem Ausgang einen verstärkten parallelen Strahl zu liefern. Als Zahlenbeispiel kann die optische Faser zum Führen einer maximalen Leistung von 20 MW, die Laservorrichtung 18 zum Erzeugen einer Spitzenleistung dieser Größenordnung und der Verstärker 20 mit einem Verstärkungsfaktor von 5 vorgesehen sein, so daß am Ausgang dieses Verstärkers ein Laserstrahl mit einer Spitzenleistung in der Größenordnung von 100 MW erhalten wird, der für diese Anwendung geeignet ist.
Die Luftwegtransportvorrichtung 5 umf aßt ein Führungsrohr 21, dessen Basis (Fig. 2) ein Eingangsloch 22 für den verstärkten Laserstrahl aufweist, das dem Ausgang des Verstärkers 20 zugewandt ist. Ein unter 45º geneigter Umlenkspiegel 23 ist im Führungsrohr dem Loch 22 zugewandt angeordnet. Das System aus Führungsrohr und Spiegel kann durch einen vom Wagen 3 getragenen Motor 24 zu einer Hin- und Her-Winkelbewegung in einer radialen Ebene angetrieben werden.
Eine Ansaugdüse 25 ist gleitbeweglich am freien Ende des Führungsrohrs 21 montiert und wird von einer Feder 26 gegen die Innenwand der Leitung gedrückt. Das Andrücken dieser Düse auf die Leitung geschieht über ein mit Laufrollen versehenes rohrförmiges schwebendes Kopfstück 27. Eine flexible Leitung 28 verbindet die Düse 25 mit einer (nicht dargestellten) Pumpe. Wenn die angesaugten Stoffe in die Leitung selber abgegeben werden können, kann diese Pumpe am Wagen 3 befestigt sein. Andernfalls wird sie an einem festen Ort außerhalb der zu bearbeitenden Leitung montiert.
Eine flexible Nabelschnur 29 führt die optische Faser 21, die elektrischen Leitungen zur Versorgung der Motoren 17 und 24 und des Verstärkers 20 sowie eventuell (nicht dargestellte) Rohre, die Kühlwasser für den Spiegel und den Verstärker fördern, und das flexible Rohr 28 zum Wagen 3.
Im Betrieb bewegt der Motor 24 an jeder Position des Wagens 3 entlang der Schiene 2 das Führungsrohr 21 vor und zurück, so daß das Kopfstück 27 sich auf der Innenwand des Leitungsstücks 1 auf einem Kreisbogen mit einer Amplitude von etwas über 60º bewegt, und die Vorrichtung 4 zum Erzeugen des Laserstrahls wird in Gang gesetzt. Der verstärkte Laserstrahl trifft nach Reflexion auf dem Spiegel 23 auf die Wand und bewirkt die Reinigung des Auftreffpunktes und somit des gesamten überstrichenen Kreisbogens. Nach jeder Hin- und Herbewegung des Führungsrohrs wird der Wagen auf der Schiene 2 um einen Schritt vorwärtsbewegt, der vom Radius des Brennflecks des Laserstrahls abhängt, so daß ein ganzer Sektor von mehr als 60º des Leitungsstücks 1 gereinigt wird.
Anschließend wird der Wagen auf den Umschaltabschnitt 10 gefahren und letzterer wird um 60º gedreht, so daß der Wagen 3 in eine neue Winkelposition kommt, und die Reinigung des nächsten Sektors des Rohrstücks 1 wird wie oben beschrieben überlappend mit dem vorhergehenden Sektor vorgenommen.
Die Vorrichtung kann unabhängig von Form und Orientierung der zu behandelnden Leitung im Raum eingesetzt werden. Außerdem muß, da ein paralleler Laserstrahl verwendet wird, der Abstand zwischen dem Spiegel 23 und der Wand der Leitung nicht mit großer Genauigkeit geregelt werden.

Claims

1. Laser-Arbeitsgerät, insbesondere für die Reinigung der Innenwand einer Leitung oder dergleichen eines Dampferzeugers eines Kernkraftwerks, mit einqr Laservorrichtung (18) und einer optischen Faser (21), deren Eingang mit dem Ausgang der Laservorrichtung verbunden ist, gekennzeichnet durch einen Verstärker (20) für den von der Laservorrichtung (18) abgegebenen Laserstrahl, dessen Eingang mit dem Ausgang der optischen Faser verbunden ist, sowie Transportmittel (5) zum Transportieren des vom Verstärker abgegebenen verstärkten Laserstrahls bis zu einem Arbeitspunkt auf dem Luftweg.

2. Gerät nach Anspruch 1, für die Durchführung einer Arbeit im Inneren einer Leitung oder dergleichen, gekennzeichnet durch eine Trägerschiene (2) mit Mitteln (7, 9, 11-14) zur Montage in der Leitung (1) im wesentlichen entlang deren Achse und einen auf dieser Schiene beweglich montierten Wagen (3), wobei der Verstärker (20) vom Wagen getragen wird und die Transportmittel (5) Überstreich-Mittel (21 bis 24) zum Überstreichen eines Bereichs der Innenwand der Leitung (1) mit dem Laserstrahl umfassen.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiene (2) einen drehbaren Umschaltabschnitt (10) umfaßt, und daß die Überstreich-Mittel (21 bis 24) eingerichtet sind, in einer radialen Ebene einen Winkelsektor der Innenwand zu überstreichen.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiene (2) einen vieleckigen Querschnitt mit n Seiten hat, und daß der drehbare Umschaltabschnitt (10) eingerichtet ist, um sich in Schritten von 360/n Grad zu drehen.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Überstreichen (21 bis 24) ein oszillierendes Führungsrohr (21), durch das der verstärkte Laserstrahl zirkuliert und einen an der Basis dieses Rohres befestigten Umlenkspiegel (23) umfassen.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ansaugdüse (25) am Ende des Führungsrohrs (21) montiert ist.

7. Gerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß es Druckmittel (25, 26) zum elastischen Andrücken der Ansaugdüse (25) auf die Innenwand umfaßt.