核電站壓力容器檢測用長柄工具研究

摘要：為了便于核電站壓力容器無損檢測裝置吊裝，設(shè)計(jì)了一種新穎的長柄工具。它能滿足所有待檢焊縫位置要求，且能準(zhǔn)確可靠地鎖緊檢測裝置，大大提高了操作人員的操作簡易性和可靠性，減少了操作人員在高劑量區(qū)停留時(shí)間，降低了核輻射對操作人員身體的傷害，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：核電站，壓力容器，無損檢測，長柄工具

引言

核電站壓力容器是包容核燃料、防止核物質(zhì)泄露的關(guān)鍵設(shè)備，屬于核一級部件。它長期處于高溫、高壓、強(qiáng)輻射的惡劣工作環(huán)境下，極易產(chǎn)生缺陷。因此，做好壓力容器的無損檢測對于保障核電站安全穩(wěn)定運(yùn)行、避免核事故發(fā)生具有重要意義。

壓力容器中有多處待檢焊縫，所處的水平高度和周向角度均不相同，距離操作人員所在的橋架十幾米至二十米不等。檢測人員根據(jù)這些待檢焊縫的要求設(shè)計(jì)了多種自動檢測裝置，通常直接用環(huán)形吊車將檢測裝置吊裝至待檢位置，但這樣操作不方便、裝置落位精度低、吊裝穩(wěn)定性難以控制，有撞壞壓力容器壁面的風(fēng)險(xiǎn)等。本文介紹了一種新穎的長柄工具，它的長度可根據(jù)需要自由延伸，能滿足壓力容器所有待檢焊縫檢測要求；連接可靠，從設(shè)計(jì)上杜絕零件墜落，產(chǎn)生事故；設(shè)計(jì)人性，方便操作人員使用。

結(jié)構(gòu)介紹

長柄工具由操作柄組件、延伸桿組件和裝置鎖緊組件組成。

2.1操作柄組件

操作柄組件如圖1所示。吊環(huán)、固定板、套筒是其主要組成零件。吊環(huán)主要有兩個(gè)用途。一方面操作長柄工具時(shí)，操作人員通過轉(zhuǎn)動吊環(huán)調(diào)整吊裝角度，使裝置順利落位；另一方面當(dāng)不操作長柄工具時(shí)，用環(huán)形吊車吊住吊環(huán)，防止長柄工具意外墜落造成事故。吊環(huán)上開有手指槽，方便人員操控。為了保證連接可靠性，套筒與支撐板直接焊接在一起。套筒為中空圓筒結(jié)構(gòu)，使線纜能方便的從工具內(nèi)部穿過。

2.2延伸桿組件

延伸桿組件如圖2所示，由延伸桿、連接銷、快卸銷等零件構(gòu)成。延伸桿分別有3m、2.5m、2m、1.5m四種規(guī)格，經(jīng)過組合可滿足所有不同高度焊縫高度，最長可延伸21m。當(dāng)需要延伸時(shí)，將連接銷插入延伸桿，旋轉(zhuǎn)連接銷，使其上的通孔與延伸桿上的通孔對齊，插入快卸銷，即實(shí)現(xiàn)了連接。快卸銷頭部有個(gè)按鈕，按下按鈕，銷桿上的彈珠收攏，即可插拔快卸銷；松掉按鈕，銷桿上的彈珠彈出頂住延伸桿，連接被鎖定。這種結(jié)構(gòu)使得只有通過操作人員主動動作才可拆除連接，避免連接銷意外脫落，造成意外事故的發(fā)生。延伸桿上開有小孔，用鋼絲繩系住鋼絲繩穿過小孔，可防止快卸銷墜落造成異物墜落事件。

2.3裝置鎖緊組件

裝置鎖緊組件由鎖緊氣缸、驅(qū)動盤、鎖緊指及定位殼組成如圖3所示。定位殼上有三個(gè)凸起塊，它插入裝置上連接機(jī)構(gòu)的凹槽里，防止裝置發(fā)生轉(zhuǎn)動。驅(qū)動盤通過鎖緊氣缸固定在定位殼的內(nèi)部。氣缸伸出，推動驅(qū)動盤上升，使鎖緊指收回至定位殼內(nèi)，長柄工具與檢測裝置脫開；氣缸縮回，拉動驅(qū)動盤下降，使鎖緊指伸出定位殼，長柄工具鎖緊檢測裝置。

由于鎖緊狀態(tài)下鎖緊指與驅(qū)動盤間作用力的方向垂直于重力方向，所以實(shí)現(xiàn)了自鎖，不會發(fā)生由于裝置過重導(dǎo)致鎖定失效的情況。

3.1長柄工具重量計(jì)算

作為一個(gè)人工操作的工具，操作的便利性與工具的重量密切相關(guān)。如工具過重，則給操作人員帶來了困難。在壓力容器檢測過程中，容器始終是充滿水的狀態(tài)，因此，長柄工具操作重量的計(jì)算需考慮浮力的影響。在此我們僅計(jì)算當(dāng)所有延伸桿全部裝上時(shí)長柄工具的重量，即最大操作重量，則：

長柄工具使用時(shí)操作柄組件在水上，而延伸桿組件及裝置鎖緊組件在水下，F(xiàn)浮=ρgV排=ρg（V延伸桿組件+V裝置鎖緊組件）=344N，而G操作=64.8-34.4=304N。因此，當(dāng)所有延伸桿全部裝上時(shí)，長柄工具重30.4kg，設(shè)檢測裝置重30kg，則操作人員操縱的最大總重量約為60kg，兩個(gè)操作人員可輕松操縱。

3.2吊環(huán)強(qiáng)度校核

我們對長柄工具的關(guān)鍵零件進(jìn)行了強(qiáng)度校核。以吊環(huán)為例，從上面計(jì)算可知，長柄工具的最大操作重量為60kg。此時(shí)吊環(huán)所受的力有F操作和操作重量G操作。由于長柄工具不與其它機(jī)構(gòu)有剛性連接，不存在扭矩和彎矩。將用INVENTOR軟件進(jìn)行應(yīng)力分析得到結(jié)果如圖4、圖5所示：

從圖中可見，吊環(huán)最大應(yīng)力和最大應(yīng)變點(diǎn)均在桁車吊鉤所掛位置，最大應(yīng)力為6.89MPa，遠(yuǎn)低于鋁6061-T6的屈服強(qiáng)度276Mpa；最大應(yīng)變也僅為9.139*10-5，因此，吊環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。

總結(jié)

本文介紹了一種新穎的長柄工具，它能將無損檢測裝置吊裝至壓力容器待檢焊縫；通過計(jì)算校核，其使用穩(wěn)定可靠，目前已經(jīng)在我公司廠房得到了運(yùn)用，有重要的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]R.G.米勒，C.法倫，R.C.穆奇.模塊化長柄工具部件系統(tǒng)[P].中國專利：CN103068533A，2013 04 24

[2]張富源，曾輝.秦山核電二期工程蒸汽發(fā)生器與穩(wěn)壓器專用吊裝工具自主化設(shè)計(jì)[J].核動力工程.2003（S1）