核反應(yīng)堆壓力容器檢查升降平臺(tái)裝置設(shè)計(jì)研究

王龍　王俊濤　張志義　張軍　周文

【摘 要】針對核反應(yīng)堆容器檢查范圍廣，檢查周期長問題，通過兩種設(shè)計(jì)方案的對比分析，并對研究難點(diǎn)進(jìn)行了分析，提出了解決方法，確定了核反應(yīng)堆壓力容器檢查升降平臺(tái)裝置的檢查方式，可實(shí)現(xiàn)多檢查區(qū)域并行檢查，實(shí)現(xiàn)壓力容器軸向的自動(dòng)升降定位。

【關(guān)鍵詞】核反應(yīng)堆；壓力容器；檢查；升降平臺(tái)

中圖分類號：TH273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）08-0266-002

Nuclear reactor pressure vessel inspection lifting platform device design

WANG Long WANG Jun-tao ZHANG Zhi-yi ZHANG Jun ZHOU Wen

（CNC Wuhan Nuclear Power Operation Technology Co.， Ltd.， Wuhan， Hubei 4300223， China）

【Abstract】Aiming at the problem of wide inspection scope and long inspection cycle of nuclear reactor containers， through the comparison and analysis of two design schemes， the difficulties in the research were analyzed， and the solution was proposed. The inspection method of the nuclear reactor pressure vessel inspection lifting platform was determined. Multiple inspection zones can be checked in parallel to achieve automatic lifting and positioning of the pressure vessel in the axial direction.

【Key words】Nuclear reactor； Pressure vessel； Inspection； Lifting platform

0 引言

壓力容器的檢查通常采用固定平臺(tái)定位固定機(jī)械臂檢查壓力容器焊縫，由于壓力容器焊縫較多，而且分布較廣，通常利用上下兩個(gè)平臺(tái)來分別定位固定機(jī)械臂。采用一臺(tái)機(jī)械臂和上下平臺(tái)裝配檢查壓力容器焊縫時(shí)間周期太長，無法滿足電廠業(yè)主要求，而且設(shè)備起水下水安裝較頻繁，被輻射風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較大，而且檢查堆型受限。設(shè)計(jì)一種高效核反應(yīng)堆壓力容器檢查升降平臺(tái)，在升降平臺(tái)上安裝兩臺(tái)機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)同時(shí)檢查，可以大大縮短反應(yīng)堆壓力容器檢查周期，降低檢查過程中對環(huán)吊的依賴性。

1 檢查對象描述

反應(yīng)堆壓力容器是放置核燃料并承受高溫高壓的密閉容器，是壓水堆核電站中的關(guān)鍵設(shè)備。壓力容器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，由接管，上筒體、下筒體以及筒體底封頭組成，反應(yīng)堆壓力容器固定和包容堆芯核燃料組件及堆內(nèi)構(gòu)建，使核燃料的裂變反應(yīng)限制在一個(gè)封閉的空間內(nèi)進(jìn)行，它和一回路管道共同組成高溫冷卻劑的壓力邊界，是防止放射性物質(zhì)外泄的第二道屏障之一[1-3]。

核反應(yīng)堆壓力容器超聲檢查需要檢查區(qū)域有：壓力容器筒體與筒體連接焊縫、壓力容器筒體與底封頭連接焊縫、壓力容器接管安全端區(qū)域檢查、壓力容器筒體與接管連接區(qū)域檢查等。檢查區(qū)域多，且分布在壓力容器軸線不同高度上，設(shè)備定位安裝位置位于換料水池近15米深的水下。

2 檢查方案設(shè)計(jì)分析

2.1 總體設(shè)計(jì)方案一：

檢查裝置主體結(jié)構(gòu)以上部支撐鍵槽支撐平臺(tái)為定位基準(zhǔn)，如圖1所示，在上平臺(tái)下端安裝升降立柱，在上平臺(tái)上正裝機(jī)械臂，在升降立柱下部掛裝機(jī)械臂。兩臺(tái)機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)同時(shí)檢查，上平臺(tái)上正裝機(jī)械臂檢查螺紋孔帶，升降立柱下部掛裝機(jī)械臂檢查壓力容器其他焊縫，檢查裝置主體結(jié)構(gòu)初步分為：上平臺(tái)、升降平臺(tái)機(jī)構(gòu)、機(jī)械臂三大部件。

2.2 總體設(shè)計(jì)方案二

檢查裝置主體結(jié)構(gòu)以現(xiàn)有的有腿下平臺(tái)為基礎(chǔ)，如圖2所示，在有腿下平臺(tái)上安裝升降立柱，在有腿下平臺(tái)上倒掛機(jī)械臂，在升降立柱上部裝機(jī)械臂。升降平臺(tái)上裝有三個(gè)輔助支撐，保證整個(gè)檢查平臺(tái)的穩(wěn)定性。整個(gè)檢查平臺(tái)一次性下水安裝，兩臺(tái)機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)同時(shí)檢查，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立分區(qū)域?qū)嵤┓植际綊卟椋O(shè)想下筒體環(huán)焊縫和接管區(qū)域掃查內(nèi)容同時(shí)進(jìn)行。升降平臺(tái)快速升降定位，實(shí)現(xiàn)所需檢查焊縫范圍全覆蓋。檢查裝置主體結(jié)構(gòu)初步分為：有腿下平臺(tái)、升降平臺(tái)機(jī)構(gòu)、平臺(tái)輔助支撐、機(jī)械臂四大部件。有腿下平臺(tái)及輔助支撐為設(shè)備支撐機(jī)構(gòu)，升降平臺(tái)機(jī)構(gòu)為中心導(dǎo)向機(jī)構(gòu)；不同掃查任務(wù)的機(jī)械臂分布在中心導(dǎo)向機(jī)構(gòu)上的不同區(qū)間，獨(dú)立運(yùn)動(dòng)在相應(yīng)的掃查區(qū)域內(nèi)，實(shí)施掃查任務(wù)；底部有腿下平臺(tái)支撐保證中心導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在容器內(nèi)穩(wěn)固，輔助支撐保證上裝機(jī)械臂在掃查接管及法蘭面時(shí)升降平臺(tái)的剛度，保證掃查質(zhì)量。

2.3 方案分析

核反應(yīng)堆壓力容器檢查在進(jìn)行超聲檢查同時(shí)，通常需要對壓力容器接管安全端進(jìn)行射線檢查。采用設(shè)計(jì)方案一時(shí)，由于采用的是上平臺(tái)支撐固定方式，在進(jìn)行壓力容器超聲檢查的同時(shí)無法安裝射線工具，因此無法同時(shí)實(shí)現(xiàn)壓力容器超聲射線檢查。上平臺(tái)上正裝機(jī)械臂僅能進(jìn)行螺紋孔帶檢查，與下掛機(jī)械臂同步掃查時(shí)間較短，節(jié)省掃查時(shí)間較少。采用設(shè)計(jì)方案二時(shí)，采用有腿下平臺(tái)支撐固定方式，在進(jìn)行壓力容器超聲檢查時(shí)可安裝射線工具，實(shí)現(xiàn)壓力容器接管安全端射線同時(shí)檢查。可以節(jié)省壓力容器接管安全端射線檢查時(shí)間。有腿下平臺(tái)下掛安裝的機(jī)械臂能進(jìn)行底封頭及下筒體環(huán)焊縫檢查，升降平臺(tái)上正裝的機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)上筒體環(huán)焊縫及接管掃查，兩臺(tái)機(jī)械臂同時(shí)進(jìn)行掃查的時(shí)間較方案一掃查方式長，節(jié)省較多掃查時(shí)間。綜合分析可知，設(shè)計(jì)方案二檢測方式檢查效率高，更能減少壓力容器檢查時(shí)間。

因此，在考慮壓力容器檢查周期以及設(shè)備起水次數(shù)兩方面因素，采用堆內(nèi)構(gòu)件支持面固定支撐，升降平臺(tái)實(shí)行從下向上的運(yùn)動(dòng)方式較好。

3 研究難點(diǎn)及解決方法

3.1 研究難點(diǎn)

（1）傳動(dòng)方式的實(shí)施：在保證行程能覆蓋壓力容器檢查范圍的前提下，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，不影響機(jī)械臂的安裝操作實(shí)施；

（2）在進(jìn)行壓力容器全范圍檢查過程中，如保證升降定位平臺(tái)的穩(wěn)定性。

3.2 解決方法

（1）根據(jù)壓力容器高度及焊縫分布位置，升降平臺(tái)采用三節(jié)立柱，兩節(jié)立柱升降，一節(jié)立柱固定，利用兩段鋼絲繩實(shí)現(xiàn)兩節(jié)立柱的同步升降。

（2）為了保證立柱升出時(shí)的剛性及對中性，在最外一節(jié)立柱上設(shè)計(jì)有可展開及收攏的輔助支撐裝置。當(dāng)立柱為升出時(shí)，輔助對中支撐展開并支撐壓力容器內(nèi)壁，保證設(shè)備檢查時(shí)的穩(wěn)定性。當(dāng)立柱未生出時(shí)，輔助對中支撐收攏，減小對機(jī)械臂軌跡掃查影響。

（4）檢查裝置應(yīng)用情況

研制的核反應(yīng)堆壓力容器檢查升降平臺(tái)裝置各項(xiàng)指標(biāo)滿足核反應(yīng)堆壓力容器超聲在役檢查要求。既可以應(yīng)用于M310堆型，也可以應(yīng)用于AP1000堆型，為國內(nèi)的核電站實(shí)施壓力容器檢查提供了一種高效、安全的檢查手段。目前該裝置以成功應(yīng)用于多個(gè)核電站機(jī)組的壓力容器全范圍檢查。

4 結(jié)束語

核反應(yīng)堆壓力容器檢查升降平臺(tái)裝置的研制成功，提供了一種快速有效的壓力容器并行超聲檢查方法，縮短了反應(yīng)堆壓力容器檢查時(shí)間，提高了核反應(yīng)堆壓力容器檢查效率，降低了檢查裝置對外界條件的依耐性，為核電廠安全運(yùn)行提供了有力保障。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張加軍，陳晶晶，車樹偉，等.淺析核電廠反應(yīng)堆壓力容器完整性問題[J].《壓力容器》，2014（1）：48-55.

[2]賀寅彪，曲家棣，竇一康.反應(yīng)堆壓力容器承壓熱沖擊分析[J].《壓力容器》，2004，21（10）：5-9.

[3]李承亮，張明乾.壓水堆核電站反應(yīng)堆壓力容器材料概述[J].《材料導(dǎo)報(bào)》，2008，22（9）：65-68.