TW201535414A

TW201535414A - 檢視裝置及利用此裝置檢視反應器組件之方法

Info

Publication number: TW201535414A
Application number: TW104100944A
Authority: TW
Inventors: Matthew Robert Hastings; Ryan M Smith; Lenin N Benicki
Original assignee: Ge Hitachi Nucl Energy America
Priority date: 2014-01-15
Filing date: 2015-01-12
Publication date: 2015-09-16
Also published as: JP6243855B2; CH709123B1; US10311986B2; MX2015000643A; CH709123A2; TWI663607B; ES2541029R1; MX343053B; ES2541029A2; JP2015132603A; US20150200025A1; ES2541029B2

Abstract

一種檢視裝置可包含安裝平台及掃描頭。該掃描頭可被建構成進行分度移動、θ移動、腕式翻折移動及掃描移動。在掃描移動期間，該掃描頭之傳感器沿圓周路徑行進以允許檢視一表面，該表面係與於其上安裝該安裝平台之表面相對置。該檢視裝置可用以檢視在核子反應器中的反應器組件。

Description

檢視裝置及利用此裝置檢視反應器組件之方法

本發明係關於監測工具及使用該工具檢視核子反應器之方法。

圖1係習知的沸水式核子反應器(BWR)之反應器壓力容器之局部、剖開視圖。請參考圖1，噴射泵總成被設置在反應器壓力容器100及核心圍板102之間的環形空間中。噴射泵總成之噴射泵升管104藉由噴射泵升管拉條106而被牢固至反應器壓力容器100之內壁。具體而言，噴射泵升管拉條106包含一軛部分及側邊構件，該側邊構件從軛部分延伸而呈三邊式方形或矩形。噴射泵升管拉條106之軛部分係位在噴射泵升管104及核心圍板102之間。噴射泵升管拉條106之軛部分係被焊接至噴射泵升管104。噴射泵升管104係位在噴射泵升管拉條106之側邊構件之間。側邊構件之近端被連接至軛部分，而側邊構件之遠端被焊接至反應器壓力容器100之內壁。

噴射泵升管拉條106之軛部分及噴射泵升管104之間的焊縫可能會隨時間而產生裂痕。雖然致力於監測焊縫之完整性，但接達焊縫係相當困難且受限制的。例如，光學檢視技術已經用於檢查焊縫，但此技術在其精確度及可接達性上係較受限制的。這些限制使其對於反應器操作員較難以來完全地檢查及分析焊縫之完整性。因此，已產生了使調節器及反應器操作受到約束的問題。

檢視在核子反應器中之反應器組件的方法可包含將檢視裝置下降至核子反應器的反應器壓力容器中。該檢視裝置可包含安裝平台及掃描頭。該方法可額外地包含將檢視裝置之安裝平台固定至在反應器壓力容器中之反應器組件的第一表面。該方法可進一步包含圍繞反應器組件來操縱檢視裝置之掃描頭至反應器組件之相對置的第二表面。

檢視裝置可包含安裝平台及掃描頭。安裝平台可包含基座框架及連接至基座框架中之縱向定位桿。安裝平台可具有對應於x軸線之寬度、對應於y軸線之長度及對應於z軸線之厚度。縱向定位桿可沿著y軸線延伸。掃描頭可被連接至安裝平台之縱向定位桿。掃描頭可被建構以經由縱向定位桿而沿著y軸線移動。掃描頭可包含一本體部分及一掃描臂。本體部分可包含一第一端部及一第二端部。掃描臂可包含一近端部、一遠端部及設置在遠端部上之一傳感器。掃描臂之近端部可被連接至掃描頭之本體部分。掃描頭可被建構以在一縮回狀態及一延伸狀態之間轉變。傳感器可鄰近於在縮回狀態下之本體部分之第二端部，且被建構成沿著圓周路徑行進以便鄰近於在延伸狀態下之本體部分之第一端部。

100‧‧‧反應器壓力容器

102‧‧‧核心圍板

104‧‧‧噴射泵升管

106‧‧‧噴射泵升管拉條

108‧‧‧焊縫

200‧‧‧檢視裝置

210‧‧‧安裝平台

212‧‧‧基座框架

214‧‧‧縱向定位桿

220‧‧‧掃描頭

222‧‧‧本體部分

224‧‧‧掃描臂

226‧‧‧傳感器

228‧‧‧端部支撐件

230‧‧‧側邊支撐件

在本文中之非限制性實施例之各種特徵及優點可在結合所附之任何圖式之詳細說明的檢視而更深入瞭解。所附圖式僅具繪示的目的且不應被解釋成限制申請專利範圍之範疇。除非明確指出，否則所附圖式不應被理解成是按比例繪製。為清楚起見，圖式之各種尺寸可能被誇飾。

圖1係習知的沸水式核子反應器(BWR)之反應器壓力容器之局部、剖開視圖。

圖2係依照本發明之非限制性實施例之檢視裝置在第一位置中的透視圖。

圖3係依照本發明之非限制性實施例之檢視裝置在第二位置中的透視圖。

圖4係依照本發明之非限制性實施例之檢視裝置在第三位置中的透視圖。

圖5係依照本發明之非限制性實施例之檢視裝置在第四位置中的透視圖。

圖6係依照本發明之非限制性實施例之檢視裝置在第五位置中的透視圖。

圖7係依照本發明之非限制性實施例安裝在噴射泵升管上之檢視裝置之透視圖，其中掃描頭係處於縮回狀態中。

圖8係依照本發明之非限制性實施例安裝在噴射泵升管上之檢視裝置之透視圖，其中掃描頭係處於延伸狀態中。

圖9係依照本發明之非限制性實施例安裝在噴射泵升管上之檢視裝置之垂直橫截面視圖，其中掃描頭係處於縮回狀態中。

圖10係依照本發明之非限制性實施例安裝在噴射泵升管上之檢視裝置之垂直橫截面視圖，其中掃描頭係處於延伸狀態中。

應瞭解，當元件或層被稱為「連接至」、「耦接至」或「覆蓋」另一元件或層，其可被直接地連接至、耦接至或覆蓋其他元件或層或可存在中介元件或層。相比之下，當元件被稱為「直接地」、「直接地連接至」或「直接地耦接至」另一元件或層時，則不存在中介元件或層。在整篇說明書中，相同的元件符號標示相同元件。如本文中所使用，術語「及/或」包含相關所列項目之一或多個的任何及所有組合。

應瞭解，雖然術語第一、第二、第三等在本文中被使用以描述各種元件、組件、區域、層及/或區段，但這些元件、組件、區域、層及/或區段不應被這些術語所限制。這些術語僅用於將一個元件、組件、區域、層或區段與另一區域、層或區段區別。因此，在不違背例示性實施例之教示下，以下所述之第一元件、組件、區域、層或區段亦可以被稱為第二元件、組件、區域、層或區段。

空間上相關術語(例如「下面」、「之下」、「下方」、「之上」、「上方」等等)可在本文中被使用以易於描述在圖式中描述一個元件或特徵與另一個元件或特徵的關係。應瞭解，空間上相關術語除了在圖式中描繪的定位以外意欲包含器件在使用或操作中的不同定向。例如，若在圖式中之器件被倒置，則描述成在其他元件或特徵「之下」或「下面」之元件接著將被定向成在其他元件或特徵「之上」。因此，術語「之下」可包含之上及之下之定向。器件可以其他方式被定向(旋轉90度或其他定向)且在本文中所使用之空間上相關描述符係相應地解釋。

在本文中所使用之術語係僅用於描述各種實施例且非意欲限制例示性實施例。如在本文中所使用，除非上下文有另外指明，否則單數形式「一」及「該」意欲包含複數形式。亦應瞭解，術語「包含」及/或「包括」當在本說明書中被使用時係具體說明所陳述特徵、整體、步驟、操作、元件及/或組件之存在，但不排除一個或多個其他特徵、整體、步驟、操作、元件、組件及/或其之群組之存在或附加。

在本文中所述之例示性實施例係參考橫截面繪示，其係例示性實施例之理想化實施例(及中間結構)之示意圖繪示說明。因此，可以預期由於例如製造技術及/或容差所造成的繪示之形狀差異。因此，例示性實施例不應被理解為限制在本文中所述之區域之形狀，但包含例如由製造產生之形狀上的差異。例如，被描述為矩形之植入區域在其邊緣處通常將具有修圓的或彎曲的特徵及/或植入物濃度之梯度而非植入至非植入區域的二元變化。同樣地，藉由植入所形成之埋設區域可導致在埋設區域及經由其而發生植入之表面之間的區域之一些植入。因此，在圖式中所述之區域在本質上係示意性且其形狀非意欲繪示器件之區域之實際形狀且非意欲限制例示性實施例之範疇。

除非另有定義，否則在本文中所使用之所有術語(包含技術的及科學的術語)係與熟悉例示性實施例所屬之此項技術的人員一般可瞭解的含義相同。將可進一步瞭解的是，該等術語(包含一般使用的字典所定義者)應被解釋為具有與其有關技術之內容中的含義一致的含義，且除非在本文中有明確定義，否則將不被解釋為理想化或過度正式的意含。

在一個非限制性實施例中，本發明係關於一檢視工具，其係一自動化、機電操縱器，其能夠在核子反應器中執行遙控超音波測試(UT)檢查(例如RS-8及RS-9焊縫或噴射泵升管至支柱接合部之測試)。該工具使用各種運動(例如垂直及圓周運動)以遞送多軸線矩陣式相位陣列傳感器以檢視接近在升管支柱之頂部及底部上之填角焊縫的垂直管表面。

該工具包含繫拴至運動控制器平台及UT探測系統的小型潛水自動操縱器。該工具在檢視期間可被安裝至一BWR反應器壓力容器中且暫時地安裝至噴射泵升管拉條以執行所要的依序掃描。

該工具包含一安裝平台及一掃描頭。該掃描器安裝平台(SIP)可充當用於掃描器之構架及中央核心。SIP提供用於接線盒、對準及夾持機構及運動之三軸線的基座。SIP亦將支撐掃描頭。掃描頭單元(SHU)包含具有相位陣列傳感器的徑向掃描臂，且提供圓周運動軸線。

工具可經由一系列小直徑操縫杆而被安裝至反應器壓力容器中。當附接至操縱杆時，工具可被導引至適當的噴射泵升管以用於檢視，且被手動地定位在噴射泵升管後面而接近反應器壓力容器之壁。藉由該杆垂直地懸吊工具，操作員可將工具向下設置在水平噴射泵升管拉條之頂部且垂直地對準至反應器壓力容器之中心。一系列氣動致動可接著被用於對準及夾持工具於噴射泵升管拉條、噴射泵升管及反應器壓力容器之壁之間。

藉由工具穩固地夾持在適當的位置，操作員可接著旋轉具有θ軸線之C型掃描頭直到其對準噴射泵升管之前端且面朝下。一氣動致動的腕軸線向上翻轉掃描頭直到其位在與噴射泵升管拉條相同的水平平面，且安置成與噴射泵升管之軸線同心。

一旦掃描頭與噴射泵升管之中心對準時，相位式陣列UT探針與噴射泵升管之表面接觸。操作員可移動垂直軸線(其係與SIP構架整合)直到UT探針碰觸到RS-9焊縫(在噴射泵升管拉條之頂部上)之頂部表面。操作員可接著移動在掃描頭上之圓周軸線直到UT探針係剛好超過產生RS-9之90度填角焊縫之開始點。

一旦完成工具設置，自動化掃描接著開始。自動化運動包含繞著噴射泵升管之表面從RS-9焊縫之一邊緣至該焊縫之另一側邊之表面圓周運動，且接著係遠離焊縫的垂直運動，接著藉由另一圓周運動返回至最初開始點。

一旦完成RS-9焊縫之自動化掃描，工具可被返回至針對圓周、腕式以及θ軸線之安裝位置。在掃描頭利用垂直軸線被移動於噴射泵升管拉條下方之後，依序的θ旋轉、腕式翻轉及自動化掃描運動可以類似用於RS-8焊縫(在噴射泵升管拉條之底部上)之方式重複進行。

本發明之檢視系統提供BWR操作員具有先前較難接近檢查的完全特徵化區域。本發明之例示性實施例在下文結合圖式來做進一步描述。

圖2係依照本發明之非限制性實施例之檢視裝置在第一位置中之透視圖。請參考圖2，檢視裝置200包含一安裝平台210及一掃描頭220。在第一位置中，掃描頭220被定向成較靠近安裝平台210且亦被定向成不會突出超過安裝平台210之寬度。圖2中所示之第一位置係較緊密且允許檢視裝置200被放置於較小空間中(例如在反應器壓力容器100之壁、噴射泵升管104及噴射泵升管拉條106之間)。儘管掃描頭220係如圖2中所示面向左邊，但應瞭解的是，掃描頭220亦可以被定向成面向右邊。

安裝平台包含一基座框架212及連接在基座框架212中之一縱向定位桿214。基座框架212可具有一矩形形狀。縱向定位桿214可以係平行於基座框架212之側邊支腿。安裝平台210具有對應於x軸線之寬度、對應於y軸線之長度及對應於z軸線之厚度。縱向定位桿214沿著y軸線延伸。當在第一位置中時，檢視裝置200之長度可大約係35英吋或更少。在第一位置中之檢視裝置200之寬度可大約係15英吋或更少。在第一位置中之檢視裝置200之厚度可大約係5英吋或更少。

掃描頭220係連接至安裝平台210之縱向定位桿214。掃描頭220被建構成經由縱向定位桿214沿著y軸線(例如向上、向下)移動(分度移動)。例如，在檢視裝置200被定位且牢固至噴射泵升管104之後，掃描頭220被建構成在噴射泵升管拉條106之側邊構件之間移動以接接其之頂部表面及/或底部表面。掃描頭220亦被建構成繞著z軸線旋轉以突出超過安裝平台之寬度(θ移動)，其將在圖3中更詳細描述。掃描頭220亦被建構成繞著x軸線旋轉以從安裝平台210垂直地突出(腕式向外翻折移動)，其將在圖4中更詳細描述。

掃描頭220包含一本體部分222及一掃描臂224(圖5)。本體部分222包含一第一端部及一第二端部。掃描臂224包含一近端部、一遠端部及設置在遠端部上之傳感器226。掃描臂224之近端部係連接至掃描頭220之本體部分222。掃描頭220被建構成在縮回狀態及延伸狀態之間轉變。傳感器226可鄰近於在縮回狀態下之本體部分222之第二端部，且被建構以沿著圓周路徑行進以鄰近於在延伸狀態下之本體部分222之第一端部(掃描移動)。傳感器226被建構成可執行一超音波測試。

在縮回狀態中，掃描臂224之近端部及遠端部分別與本體部分222之第一端部及第二端部對準。本體部分222及掃描臂224可具有大約相同的形狀及尺寸。在圖2中，掃描頭220在縮回狀態中具有一半圓形形狀。該半圓形形狀可被設計成對應於噴射泵升管104之表面的曲率。

掃描臂224之近端部被建構成從本體部分222之第一端部反向地移動至本體部分222之第二端部。因為本體部分222及掃描臂224之各者具有半圓形形狀，因此掃描頭220在延伸狀態中具有圓形形狀(圖5)。該圓形形狀之內部直徑可被設計成對應於噴射泵升管104之外部直徑。

檢視裝置200在基座框架212之相對置端部上額外地包含端部支撐件228。特定而言，一端部支撐件228可被設置在基座框架212之頂端，而另一端部支撐件228可被設置在基座框架212之底端。端部支撐件228可具有一混合U-V形狀，然而例示性實施例並未侷限於此。例如，端部支撐件228可被設計成對應於噴射泵升管104之表面的曲率。端部支撐件228被建構成繞著x軸線旋轉以便在延伸狀態中從基座框架212垂直地突出(V型塊向外翻折移動)。

檢視裝置200亦包含沿著x軸線從基座框架212之相對置側邊突出之側邊支撐件230。該側邊支撐件230被建構成在檢視期間可靠置在噴射泵升管拉條106之側邊構件上。側邊支撐件230之形狀並未特別地限制且可具有各種形式，只要側邊支撐件230足夠堅固以支撐檢視裝置200之整個重量。

檢視裝置200在基座框架212之各個隅角上可進一步包含頂升缸。在圖2中，其展示四個頂升缸。頂升缸(與端部支撐件228一起)在安裝步驟期間可輔助將檢視裝置200定位及固定至噴射泵升管104。儘管端部支撐件228被展示於頂升缸之間，但應瞭解的是，頂升缸亦可被配置在端部支撐件228之間。

當在圖2中所示之第一位置中時，檢視裝置200被建構成藉由一個或多個操縱杆下降至反應器壓力容器100中。檢視裝置200在頂部處可包含一或多個結構以接納及/或接合操縱杆。當檢視裝置200被定位在適當的位置中時，操縱杆可從檢視裝置200撤回。或者，操縱杆亦可保持附接至檢視裝置200。

圖3係依照本發明之非限制性實施例之檢視裝置在第二位置中之透視圖。請參考圖3，掃描頭220已繞著z軸線(θ移動)旋轉。儘管在圖3中繪示之掃描頭220已經繞著z軸線逆時針旋轉大約90度而面向下，但應瞭解的是，掃描頭220可替代地順時針旋轉大約90度而面向上。端部支撐件228亦已經繞著x軸線旋轉而從基座框架 212垂直地突出(V型塊向外翻折移動)。頂升缸亦可從基座框架212向外突出。端部支撐件228及頂升缸可液壓地及/或氣動地致動。

圖4係依照本發明之非限制性實施例之檢視裝置在第三位置中之透視圖。請參考圖4，掃描頭220已經繞著x軸線旋轉而從安裝平台210垂直地突出(腕式翻折移動)。腕式翻折移動可藉由液壓及/或氣動而致動。掃描頭220在此第三位置中亦可平行於端部支撐件228。

圖5係依照本發明之非限制性實施例之檢視裝置在第四位置中之透視圖。請參考圖5，掃描頭220從縮回狀態轉變成延伸狀態。具體而言，掃描臂224沿著本體部分222之曲率從本體部分222之第一端部移動至本體部分222之第二端部。因此，在掃描臂224之遠端部上之傳感器226沿著一圓周路徑行進以鄰近於本體部分222之第一端部(掃描移動)。

圖6係依照本發明之非限制性實施例之檢視裝置在第五位置中之透視圖。請參考圖6，掃描頭220已經經由縱向定位桿214沿著y軸線向下移動，且亦已經繞著z軸線旋轉180度以允許檢視關注的反應器組件之下方表面。在操作中，在掃描頭220沿著y軸線向下移動之前，圖5之第四位置回復至圖2之第一位置(經由圖4之第三位置及圖3之第二位置)。具體而言，當想要檢視底座結構(例如RS-8焊縫)時，圖2之第一位置允許掃描頭220通過噴射泵升管拉條106之側邊構件之間及下方。一旦掃描頭220 係在噴射泵升管拉條106下方，在圖3至5所示之順序可以相反定向來執行以到達圖6之第五位置。

如上所述，檢視裝置200可用以檢視在核子反應器中的反應器組件。方法之例示性實施例在以下結合圖式來做進一步詳細描述。在非限制性實施例中，檢視在核子反應器中之反應器組件之方法可包含將檢視裝置200下降至核子反應器之反應器壓力容器100中。檢視裝置200包含一安裝平台210及掃描頭220。在下降步驟期間，檢視裝置200可位在圖2所示之第一位置中。方法可額外地包含將檢視裝置200之安裝平台210固定至在反應器壓力容器100中之反應器組件之第一表面。該方法可進一步包含操縱檢視裝置200之掃描頭220圍繞反應器組件至反應器組件之相對置的第二表面。

在下降步驟期間，檢視裝置200可向下至環形空間，該環形空間係由反應器壓力容器100及位在反應器壓力容器100中之核心圍板102所界定。一噴射泵總成可被設置在該環形空間中。檢視裝置200可被設置在反應器壓力容器100及反應器組件之間，其可以係噴射泵總成之噴射泵升管104。噴射泵升管104可藉由噴射泵升管拉條106而被牢固至反應器壓力容器100。在固定步驟期間，檢視裝置200之安裝平台210可被安裝在反應器壓力容器100、噴射泵升管104及噴射泵升管拉條106之間。

操縱步驟可包含操縱掃描頭220以進入在噴射泵升管104及噴射泵升管拉條106之間之接面。該接面可以呈在噴射泵升管104之相對置的第二表面上之焊縫的形式(其中安裝平台210係位在噴射泵升管104之第一表面上)。該焊縫可以係RS-8焊縫及/或RS-9焊縫。如由BWRVIP-41所指示，RS-8焊縫係底部焊縫(其位在噴射泵升管拉條106之底部表面及噴射泵升管104之間)，而RS-9焊縫係頂部焊縫(其位在噴射泵升管拉條106之頂部表面及噴射泵升管104之間)。

具體而言，操縱步驟可包含執行掃描頭220繞著第一軸線之之第一旋轉(θ移動)且執行掃描頭220繞著第二軸線之第二旋轉(腕式翻折移動)，使得掃描頭220之形狀對應於反應器組件之表面，其中第一軸線係垂直於第二軸線。操縱步驟可額外地包含將掃描頭220沿圓周路徑移動至反應器組件之相對置的第二表面(掃描移動)。操縱步驟可進一步包含執行在反應器組件之相對置的第二表面上之超音波測試。

圖7係依照本發明之非限制性實施例安裝在噴射泵升管上之檢視裝置之透視圖，其中掃描頭係處於縮回狀態中。請參考圖7，檢視裝置200係位在由圖4所描繪之第三位置中，然而應理解的是，在轉變至圖3中所示之第二位置且接著至圖4所示之第三位置之前，檢視裝置200最初係在圖2所示之第一位置中。檢視裝置200之側邊支撐件230被設置在噴射泵升管拉條106之側邊構件上。端部支撐件228及頂升缸被壓抵在噴射泵升管104上以輔助定位及固定檢視裝置200以進行操作。掃描頭220亦被定位成接近噴射泵升管104之第一表面。

圖8係依照本發明之非限制性實施例安裝在噴射泵升管上之檢視裝置之透視圖，其中該掃描頭係處於延伸狀態中。請參考圖8，檢視裝置200係位在由圖5所描繪之第四位置中。具體而言，具有傳感器226之掃描臂224已沿著一圓周路徑移動(掃描移動)以進入噴射泵升管104之相對置的第二表面。

圖9係依照本發明之非限制性實施例安裝在噴射泵升管上之檢視裝置之垂直橫截面視圖，其中該掃描頭係處於縮回狀態中。圖10係依照本發明之非限制性實施例安裝在噴射泵升管上之檢視裝置之垂直橫截面視圖，其中該掃描頭係處於延伸狀態中。請參考圖9至10，噴射泵升管拉條106之軛部分經由焊縫108而被牢固至噴射泵升管104。就檢視裝置200而言，其可以從噴射泵升管104之相對置側邊進入及檢查焊縫108。該掃描可以係對噴射泵升管104之第二表面進行大約155度掃描。傳感器226可被建構成在焊縫108上(及周圍區域)執行超音波測試以測定其完整性。在檢視焊縫108(例如RS-9焊縫)之後，掃描頭220可被操縱以檢視在噴射泵升管拉條106之相對置表面上之焊縫(例如RS-8焊縫)而不需要重新定位檢視裝置200。

雖然若干例示性實施例已在本文中被揭示，但應瞭解的是，亦可以有其他的變化形式。此變化形式不被視為違背本發明之精神及範疇，且對於熟悉此項技術者將顯而易見的是，所有此修改意欲包含在以下申請專利範圍之範疇中。