RU2338276C1

RU2338276C1 - Device for measurement of geometric dimensions of nuclear reactor fuel elements

Info

Publication number: RU2338276C1
Application number: RU2007104684/06A
Authority: RU
Inventors: Сергей Николаевич Федоренко (RU); Сергей Николаевич Федоренко; Валерий Николаевич Обраменко (RU); Валерий Николаевич Обраменко; Виктор Григорьевич Марченко (RU); Виктор Григорьевич Марченко; Юрий Александрович Жуков (RU); Юрий Александрович Жуков; Юрий Гаврилович Катанов (RU); Юрий Гаврилович Катанов; Владимир Дмитриевич Бачурин (RU); Владимир Дмитриевич Бачурин; Андрей Николаевич Петров (RU); Андрей Николаевич Петров
Original assignee: Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов"
Priority date: 2007-02-06
Filing date: 2007-02-06
Publication date: 2008-11-10

Abstract

FIELD: nuclear power engineering.

SUBSTANCE: device for measurement of dimensions of nuclear reactor fuel elements is equipped with linear electromechanical drive with unit of automatic measurement of metering frame displacement value. Drive is fixed on the column. Device is equipped with guides with pneumatic drive for orientation of fuel assembly during loading and balloon cylinder mounted in seat-caliper, and device for generation of beams that are parallel to axis of fuel assembly represents laser units, which are installed on the foundation in boxes filled with sand, and are equipped with pendant compensators for automatic retention of beams in vertical position.

EFFECT: obtained for measurement of dimensions of nuclear reactor fuel elements.

2 dwg

Description

Изобретение относится к атомной энергетике и может найти применение на предприятиях по изготовлению и контролю тепловыделяющих сборок (ТВС), преимущественно, для водо-водяного энергетического реактора.The invention relates to nuclear energy and may find application in enterprises for the manufacture and control of fuel assemblies (FA), mainly for a water-cooled power reactor.

Известно устройство для измерения размеров тепловыделяющих сборок, содержащее телекамеры, установленные на заданном расстоянии от размещенной на основании в требуемом положении тепловыделяющей сборки, и персональный компьютер (см. патент Японии JP 6031790 В4 от 27.09.89, опубл. 27.04.94 г., МПК G21С 17/06), в котором телекамеры установлены в вертикальные ряды с обеих сторон ТВС и позволяют получать изображения определенных участков этой ТВС. Блок обработки изображения осуществляет обработку изображений, полученных с помощью телекамер, анализирует степень контрастности светотеней. Персональный компьютер считывает из блока обработки изображения точки резкого изменения яркости и определяет координаты этих точек в базовой системе координат. Телекамеры вертикально установлены с двух сторон ТВС на уровне дистанционирующих решеток и головки ТВС. Недостатком устройства является малая достоверность контроля и высокая стоимость операции контроля.A device for measuring the size of fuel assemblies is known, comprising cameras installed at a predetermined distance from the fuel assembly located on the base in the desired position, and a personal computer (see Japanese Patent JP 6031790 B4 of 09/27/89, published on 04/27/94, IPC G21C 17/06), in which cameras are installed in vertical rows on both sides of the fuel assembly and allow you to receive images of certain sections of this fuel assembly. The image processing unit implements the processing of images obtained using television cameras, analyzes the degree of contrast of chiaroscuro. The personal computer reads out the points of a sharp change in brightness from the image processing unit and determines the coordinates of these points in the base coordinate system. Television cameras are vertically mounted on both sides of the fuel assembly at the level of the spacer grids and the head of the fuel assembly. The disadvantage of this device is the low reliability of the control and the high cost of the control operation.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения размеров тепловыделяющих сборок (см. патент РФ №2240608) - прототип, принцип работы которого основан на определении внешних геометрических размеров дистанционирующих решеток и хвостовика ТВС с помощью измерительных индуктивных датчиков перемещения, установленных на подвижной измерительной рамке. При измерениях на различных позициях по высоте вследствие непрямолинейности направляющих, по которым перемещается измерительная рамка, она получает смещение и поворот относительно своего положения при настройке по гнезду-калибру, что вносит погрешность при построении трехмерной картины ТВС. Для исключения этой погрешности на измерительной рамке закреплены 2 видеокамеры, на которые проецируются лучи лазерных нивелиров «Лимка-зенит», смонтированных на основании устройства для измерения геометрических размеров тепловыделяющих сборок. Лазерные лучи проецируются на фотоматрицы видеокамер, и по их смещению определяется положение измерительной рамки, производится «привязка» к одной системе координат в пространстве. Информация о перемещении плунжеров с индуктивных датчиков и координатах пятен с видеокамер передается в ЭВМ, обрабатывается по специальному алгоритму, в результате чего выдаются размеры «под ключ» для каждой дистанционирующей решетки, измеряется прогиб и скручивание поверхностей ТВС.The closest in technical essence and the achieved result is a device for measuring the size of fuel assemblies (see RF patent No. 2240608) - a prototype, the principle of which is based on determining the external geometric dimensions of the spacer grids and the shank of the fuel assembly using measuring inductive displacement sensors mounted on a movable measuring frame. When measuring at different positions in height due to the non-linearity of the guides along which the measuring frame moves, it receives an offset and rotation relative to its position when adjusting to the caliber socket, which introduces an error in the construction of a three-dimensional fuel assembly picture. To eliminate this error, 2 video cameras are fixed on the measuring frame, onto which the rays of laser levels "Limka Zenit" are projected, mounted on the basis of a device for measuring the geometric dimensions of fuel assemblies. Laser beams are projected onto the photomatrix of the cameras, and their position determines the position of the measuring frame, and they are “linked” to one coordinate system in space. Information about the movement of the plungers from inductive sensors and the coordinates of the spots from the cameras is transmitted to the computer, processed according to a special algorithm, as a result of which “turn-key” dimensions are provided for each distance grid, deflection and twisting of the fuel assembly surfaces are measured.

Недостатками устройства-прототипа по патенту № 2240608 являются невозможность обеспечить позиционирование измерительной рамки на позициях измерения дистанционирующих решеток и хвостовика по бесконтактным датчикам остановки измерительной рамки по причине использования пневматического линейного привода для перемещения измерительной рамки, что требует применения упоров, установленных в точках измерения, а это, в свою очередь, требует перенастройки положения упоров при изменении конструктивного исполнения ТВС.The disadvantages of the prototype device according to patent No. 2240608 are the inability to ensure the positioning of the measuring frame at the measuring positions of the spacer grids and the shank on the non-contact sensors stopping the measuring frame due to the use of a pneumatic linear actuator to move the measuring frame, which requires the use of stops installed at the measurement points, and this , in turn, requires reconfiguration of the position of the stops when changing the design of the fuel assembly.

К недостаткам также относится конструктивное размещение лазерных нивелиров «Лимка-зенит» и гнезда-калибра на одном основании, что вызывает нарушение параллельности лучей, вызванное изменением температуры окружающей среды, в результате возрастает погрешность измерения прогиба и скручивания ТВС, поэтому требуется частая настройка нивелиров с целью обеспечения параллельности лучей.The disadvantages also include the constructive placement of Limka-Zenit laser levels and caliber nests on the same base, which causes a violation of the parallelism of the rays caused by a change in the ambient temperature, as a result, the error in measuring the deflection and twisting of the fuel assemblies increases, therefore, frequent adjustment of the levels to ensuring parallelism of the rays.

Технической задачей изобретения является повышение точности измерения размеров тепловыделяющих сборок за счет создания устройства такой конструкции, которая не требует перенастройки при изменении количества и высоты расположения дистанционирующих решеток и концевых деталей при изменении конструктивного исполнения ТВС.An object of the invention is to increase the accuracy of measuring the size of fuel assemblies by creating a device of such a design that does not require reconfiguration when changing the number and height of the spacing grids and end parts when changing the design of the fuel assembly.

Поставленная задача решается тем, что устройство для измерения размеров тепловыделяющих сборок ядерного реактора, содержащее колонну, гнездо-калибр, вертикально закрепленные на основании, расположенном на виброизолированном фундаменте, подвижную измерительную рамку с двумя диаметрально противоположно закрепленными видеокамерами, снабженную измерительными индуктивными датчиками с пневмоприводами, и устройство формирования лучей, параллельных оси тепловыделяющей сборки, согласно изобретению устройство снабжено линейным электромеханическим приводом с блоком автоматического измерения величины перемещения измерительной рамки. Привод закреплен на колонне. Кроме того, устройство снабжено направляющими с пневмоприводом для ориентации тепловыделяющей сборки при загрузке и баллонным цилиндром, смонтированным в гнезде-калибре, а устройство формирования лучей, параллельных оси тепловыделяющей сборки, представляет из себя лазерные блоки, размещенные на фундаменте в заполненных песком коробах и снабженные маятниковыми компенсаторами для автоматического поддержания лучей в вертикальном положении.The problem is solved in that a device for measuring the size of the fuel assemblies of a nuclear reactor, containing a column, socket-gauge, vertically mounted on a base located on a vibration-insulated foundation, a movable measuring frame with two diametrically oppositely mounted cameras, equipped with measuring inductive sensors with pneumatic drives, and a beam forming device parallel to the axis of the fuel assembly, according to the invention, the device is equipped with a linear electro mechanically actuated unit with automatic measurement of the amount of movement of the measuring frame. The drive is mounted on a column. In addition, the device is equipped with guides with a pneumatic drive for orienting the fuel assembly during loading and a cylinder cylinder mounted in the caliber socket, and the device for forming beams parallel to the axis of the fuel assembly is laser blocks placed on the foundation in sand filled boxes and equipped with pendulum expansion joints to automatically keep the beams upright.

Указанная совокупность признаков является новой, не известной из уровня техники.The specified set of features is new, not known from the prior art.

Линейный электромеханический привод с блоком автоматического измерения величины перемещения измерительной рамки содержит каретку, которая перемещается по цилиндрическим направляющим, вмонтированным в корпус привода с помощью зубчатого ремня, приводимого в движение шестерней, вращаемой через муфту серводвигателем, смонтированным на линейном электромеханическом приводе. На валу серводвигателя имеется датчик угла поворота вала двигателя. Для снабжения переменным током серводвигателя и управления его крутящим моментом, скоростью и позиционированием предназначен контроллер серводвигателя, который подключен напрямую к ЭВМ и функционирует под управлением специального программного обеспечения, что позволяет задать величину перемещения и точки измерения измерительной рамки, жестко связанной с подвижной кареткой линейного электромеханического привода программно. При этом каждому конструктивному исполнению ТВС с определенным количеством и высотой расположения дистанционирующих решеток и концевых деталей соответствует свой алгоритм, задающий все величины перемещения и точки измерения. При проведении контроля сервоконтроллером выдается команда на останов измерительной рамки стояночным тормозом, встроенным в серводвигатель, что обеспечивает фиксацию измерительной рамки в точке измерения.A linear electromechanical drive with a unit for automatically measuring the displacement of the measuring frame contains a carriage that moves along cylindrical guides mounted in the drive housing using a toothed belt driven by gears rotated through a clutch by a servomotor mounted on a linear electromechanical drive. On the servomotor shaft there is a sensor for the angle of rotation of the motor shaft. To supply the servomotor with alternating current and control its torque, speed and positioning, a servomotor controller is designed, which is connected directly to the computer and operates under the control of special software, which allows you to set the displacement value and the measuring point of the measuring frame, which is rigidly connected to the movable carriage of the linear electromechanical drive programmatically. At the same time, each design of a fuel assembly with a certain number and height of the arrangement of the spacer grids and end parts has its own algorithm that sets all displacement values and measurement points. During the control, the servo controller issues a command to stop the measuring frame with the parking brake integrated in the servomotor, which ensures the fixation of the measuring frame at the measuring point.

Направляющие, которые смонтированы в верхней части устройства, при измерении геометрических размеров ориентируют ТВС при ее загрузке в устройство, а направляющие, смонтированные в нижней части устройства, ориентируют нижнюю концевую деталь - хвостовик ТВС соосно гнезду-калибру. Подвод и отвод направляющих осуществляется пневмоприводом.The guides that are mounted in the upper part of the device, when measuring geometric dimensions, orient the fuel assemblies when it is loaded into the device, and the guides mounted in the lower part of the device orient the lower end part - the fuel assembly shank coaxially to the caliber socket. The approach and retraction of the guides is carried out by a pneumatic actuator.

Другим отличием устройства от прототипа является применение баллонного цилиндра, смонтированного внутри гнезда-калибра и предназначенного для уменьшения деформации основания при загрузке ТВС в гнездо-калибр и снижения ударной нагрузки.Another difference between the device and the prototype is the use of a cylinder cylinder mounted inside the caliber socket and designed to reduce the deformation of the base when loading fuel assemblies into the caliber socket and reduce impact load.

Устройство формирования лучей, параллельных оси тепловыделяющей сборки, служащее для привязки измерений во всех точках к одной координатной системе, содержит два лазерных блока, размещенных на фундаменте в заполненных песком коробах так, чтобы лазерные лучи проецировались на фотоматрицы видеокамер, смонтированных на измерительной рамке. Каждый из лазерных блоков формирует луч, направленный вверх с автоматическим поддержанием вертикального направления при помощи маятникового компенсатора. Лазерные блоки устойчивы к колебаниям температуры окружающей среды и нагрузочным деформациям основания.A device for generating beams parallel to the axis of the fuel assembly, which serves to link measurements at all points to one coordinate system, contains two laser units placed on a foundation in sand-filled boxes so that laser beams are projected onto the photomatrix of cameras mounted on the measuring frame. Each of the laser blocks forms a beam directed upward with automatic maintenance of the vertical direction using a pendulum compensator. Laser blocks are resistant to fluctuations in ambient temperature and load deformations of the base.

Сущность изобретения поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 представлен общий вид устройства для измерения размеров тепловыделяющих сборок ядерного реактора.Figure 1 presents a General view of a device for measuring the size of the fuel assemblies of a nuclear reactor.

На фиг.2 представлено размещение элементов устройства на основании.Figure 2 shows the placement of the elements of the device on the basis.

Устройство для измерения размеров тепловыделяющих сборок содержит колонну 1, гнездо-калибр 2 для нижней концевой детали - хвостовика тепловыделяющей сборки, вертикально закрепленные на основании 3, подвижную измерительную рамку 4 с двумя диаметрально противоположно закрепленными видеокамерами 5, снабженную индуктивными датчиками 6 с пневмоприводом 7.A device for measuring the dimensions of fuel assemblies contains a column 1, a caliber socket 2 for the lower end part — a shank of the fuel assembly, vertically mounted on the base 3, a movable measuring frame 4 with two diametrically oppositely mounted cameras 5, equipped with inductive sensors 6 with pneumatic actuator 7.

На виброизолированном фундаменте 8 установлено устройство формирования лучей, параллельных оси тепловыделяющей сборки, в виде двух лазерных блоков 9, размещенных в коробах 10. Лучи, испускаемые лазерными блоками 9, вертикальны и проецируются на фотоматрицы видеокамер 5.A device for generating beams parallel to the axis of the fuel assembly in the form of two laser units 9 located in the boxes 10 is installed on the vibration-insulated foundation 8. The rays emitted by the laser units 9 are vertical and projected onto the photomatrixes of the cameras 5.

Внутри гнезда-калибра 2 размещен баллонный цилиндр 11, а на колонне 1 смонтирован линейный электромеханический привод 12, на подвижной каретке 13 которого установлена измерительная рамка 4, перемещаемая кареткой 13 вдоль оси тепловыделяющей сборки и фиксируемая в точках измерения.A cylinder 11 is placed inside the caliber socket 2, and a linear electromechanical actuator 12 is mounted on the column 1, on the movable carriage 13 of which a measuring frame 4 is mounted, which is moved by the carriage 13 along the axis of the fuel assembly and fixed at the measurement points.

Для правильной ориентации тепловыделяющей сборки при ее загрузке в устройство измерения предназначены направляющие 14, управляемые пневмоприводами 15. Для ориентации нижней концевой детали соосно гнезду-калибру 2 и при посадке ТВС в гнездо-калибр 2 предназначены направляющие 16. Для фиксации верхней концевой детали тепловыделяющей сборки в устройстве предназначен узел зажима 18.For proper orientation of the fuel assembly when it is loaded into the measuring device, guides 14, controlled by pneumatic actuators 15, are designed. Orientations 16 are used to orient the lower end part coaxially to the caliber socket 2 and when the fuel assemblies fit into the caliber socket 2. To fix the upper end part of the fuel assembly in The device is intended for the clamping unit 18.

Управление всеми пневмоприводами осуществляется через блок пневмораспределителей при помощи управляющего компьютера 19.Management of all pneumatic actuators is carried out through the block of pneumatic valves using the control computer 19.

Устройство для измерения размеров тепловыделяющих сборок ядерного реактора работает следующим образом.A device for measuring the size of the fuel assemblies of a nuclear reactor works as follows.

Тепловыделяющую сборку через направляющие 14, 16, подведенные пневмоприводами 15, 17, загружают в устройство, располагая на баллонном цилиндре 11, заполненном воздухом. Подача воздуха осуществляется через соответствующий пневмораспределитель снизу. При включении этого распределителя под действием собственного веса ТВС плавно опускается в гнездо-калибр 2 с одновременным сбросом воздуха из баллонного цилиндра 11. Сферическая поверхность нижней концевой детали - хвостовика ТВС базируется на цилиндрической поверхности гнезда-калибра 2. Верхняя концевая деталь ТВС фиксируется узлом зажима 18. Направляющие 16 с помощью пневмоприводов 17 отводятся для обеспечения беспрепятственного перемещения измерительной рамки 4 по всей длине ТВС.The fuel assembly through the guides 14, 16, summed up by the pneumatic actuators 15, 17, is loaded into the device, located on the cylinder cylinder 11 filled with air. Air supply is carried out through the corresponding pneumatic distributor from below. When this distributor is turned on under the action of its own weight, the fuel assembly smoothly lowers into the caliber socket 2 with the simultaneous discharge of air from the cylinder cylinder 11. The spherical surface of the lower end part - the fuel assembly shank is based on the cylindrical surface of the caliber socket 2. The upper end part of the fuel assembly is fixed by the clamp assembly 18 Guides 16 with the help of pneumatic actuators 17 are retracted to ensure unimpeded movement of the measuring frame 4 along the entire length of the fuel assembly.

Измерительная рамка 4 перемещается вдоль оси тепловыделяющей сборки и останавливается в точках измерения с помощью линейного электромеханического привода 12. Индуктивные датчики при остановке и фиксации измерительной рамки 4 в точке измерения подводятся к точкам пневмоприводами 7. С помощью вертикальных лазерных лучей, сформированных лазерными блоками 9 и видеокамерами 5, отслеживается положение измерительных индуктивных датчиков, результаты измерения которых передаются в компьютер, где анализируются, сравниваясь с параметрами пригодности тепловыделяющей сборки.The measuring frame 4 moves along the axis of the fuel assembly and stops at the measuring points using a linear electromechanical drive 12. Inductive sensors when stopping and fixing the measuring frame 4 at the measuring point are led to the points by pneumatic actuators 7. Using vertical laser beams formed by the laser units 9 and video cameras 5, the position of the measuring inductive sensors is monitored, the measurement results of which are transmitted to a computer, where they are analyzed, compared with the parameters suitable fuel assembly assembly.

Применение устройства для измерения размеров тепловыделяющих сборок ядерного реактора предлагаемой конструкции позволяет обеспечить измерение тепловыделяющих сборок различных конструктивных исполнений, с различным количеством и высотой расположения дистанционриующих решеток и концевых деталей без проведения перенастроек, упростить обслуживание и увеличить долговечность устройства, повысить точность и достоверность измерения геометрических размеров тепловыделяющих сборок, не усложняя при этом устройство и не удорожая процесс измерения.The use of a device for measuring the size of the fuel assemblies of a nuclear reactor of the proposed design allows for the measurement of fuel assemblies of various designs, with different numbers and heights of spacer grids and end parts without reconfiguration, to simplify maintenance and increase the durability of the device, to increase the accuracy and reliability of measuring the geometric dimensions of the fuel assemblies without complicating the device and not costing the process Measurements.

Claims

A device for measuring the geometric dimensions of fuel assemblies of a nuclear reactor, comprising a column, socket-gauge, vertically mounted on a base located on a vibration-insulated foundation, a movable measuring frame with two diametrically oppositely mounted cameras and equipped with measuring inductive sensors with pneumatic actuators, and a device for generating beams parallel to axis of the fuel assembly, characterized in that the device is equipped with a linear electric element located on the column with a mechanical drive with a unit for measuring the displacement of the measuring frame, guides with a pneumatic drive for orienting the fuel assembly during loading and a cylinder cylinder mounted in a caliber socket, and the device for generating beams parallel to the axis of the fuel assembly is made in the form of laser blocks and equipped with pendulum compensators for maintaining laser rays in an upright position.