一種高溫氣冷堆壓力容器檢查用圓周運動小車研究

0 引言

核反應(yīng)堆壓力容器是一回路系統(tǒng)的重要設(shè)備，也是主回路壓力邊界的主要組成部分。作為被檢核反應(yīng)堆的關(guān)鍵設(shè)備，壓力容器是反應(yīng)堆重要的安全屏障，其主體由頂蓋、筒體和底封頭等部件組成。為保障核電站安全運營，壓力容器一回路邊界焊縫的役前和在役檢測至關(guān)重要。根據(jù)檢查大綱要求，需對一回路壓力邊界焊縫進(jìn)行超聲檢測[。超聲檢測在無損檢測領(lǐng)域備受青睞，因為其經(jīng)濟(jì)實惠、操作便捷且易于推廣應(yīng)用，同時，超聲檢測在定量和定位方面表現(xiàn)出色，結(jié)果直觀可靠。這些優(yōu)勢使其在質(zhì)量控制環(huán)節(jié)得到了廣泛應(yīng)用，成為保障產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段[2]。

1檢查對象介紹

核電站壓力容器是核島關(guān)鍵設(shè)備，它包容核反應(yīng)堆堆芯，工作時，需要承受高溫高壓。它的主要作用是為堆內(nèi)所有元器件提供支撐，同時，作為輻射防護(hù)的第二道屏障防止放射性物質(zhì)泄漏。制造過程中，由于其尺寸太大，需要由多段焊接而成。壓力容器制造過程中由上筒體筒身、下筒體筒身、熱氣導(dǎo)管等筒體組合件、法蘭、頂蓋組合件及底封頭焊接組成，不同的堆型，其筒體焊縫設(shè)計數(shù)量也有所不同，高溫氣冷堆示范工程壓力容器上筒體設(shè)計有6條環(huán)焊縫和10條縱焊縫。本文對該壓力容器筒體段焊縫進(jìn)行研究，以開發(fā)其對應(yīng)的檢查設(shè)備。由于檢測任務(wù)量大且工作環(huán)境復(fù)雜，檢測裝置需滿足結(jié)構(gòu)簡潔、安裝便捷、穩(wěn)定性高且輕量化等要求[3]。

高溫氣冷堆壓力容器超聲自動檢查裝置主要由導(dǎo)軌、圓周運動及升降運動部件、掃查部件等組成。本文根據(jù)壓力容器一回路邊界焊縫自身及周邊元器件支撐座分布位置和結(jié)構(gòu)特點，開發(fā)了一套壓力容器外表面專用檢查裝置，該裝置導(dǎo)軌安裝在壓力容器上方外圍混凝土平臺上，導(dǎo)軌與壓力容器同心布置，且導(dǎo)軌平面與壓力容器平面平行，圓周運動小車安裝于導(dǎo)軌上方，可以沿導(dǎo)軌整圈運動，升降運動軸安裝于圓周運動軸上，可以攜帶掃查部件沿壓力容器軸線方向自動升降，從而實現(xiàn)壓力容器外表面超聲自動檢查，其示意圖如圖1所示。

1一升降運動組件；2一圓周運動小車；3一導(dǎo)軌；4一混凝土平臺；5—鋼絲繩；6—頂蓋；7—冷凝管壁；8—主螺栓；9一壓力容器法蘭；10一掃查部件。

圓周運動小車在該檢查裝置中非常關(guān)鍵，故本文根據(jù)圓周運動小車在該檢查裝置中所處位置、承擔(dān)作用及和它相配組件結(jié)構(gòu)特點，特開發(fā)適用于該邊界焊縫檢查的圓周運動小車，要求該小車運動過程中與壓力容器軸線和周向兩個方向有定位基準(zhǔn)，檢查過程中能實時反饋基準(zhǔn)相對坐標(biāo)，運動過程連續(xù)，根據(jù)檢查要求，可以實時調(diào)節(jié)檢查速度。

2高溫氣冷堆壓力容器檢查用圓周運動小車結(jié)構(gòu)介紹

如圖2所示，圓周運動小車由高精度定位組件、剛性支撐組件、小車機(jī)架組件、自適應(yīng)防傾翻組件、防傾翻機(jī)械限位組件、自適應(yīng)彈性支撐組件、彈性驅(qū)動組件等零部件組成。

1一高精度定位組件；2一剛性支撐組件；3一小車機(jī)架組件； 4一自適應(yīng)防傾翻組件；5一防傾翻機(jī)械限位組件； 6一自適應(yīng)彈性支撐組件；7一彈性驅(qū)動組件。

3技術(shù)難點及解決方法

3.1 技術(shù)難點

1）整圈導(dǎo)軌已經(jīng)安裝至核島外圍混凝土平臺上方，圓周運動小車與導(dǎo)軌裝配過程要求簡單、方便、可靠。

2）圓周運動小車需要攜帶檢查設(shè)備沿導(dǎo)軌整圈運動，運動過程中要求運動速度連續(xù)傳動、可控可調(diào)、實時準(zhǔn)確反饋與壓力容器之間相對坐標(biāo)。

3）因?qū)к壓突炷疗脚_在壓力容器外圍上方，

該部件工作過程為偏心承載方式，需要確保支撐平穩(wěn)可靠，運動過程中設(shè)備和人員安全。

3.2 解決方法

3.2.1 安裝簡單、方便、可靠的解決方法

圓周運動小車與導(dǎo)軌間采用滾動摩擦傳動和滾動輪支撐相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式，安裝時，只需將圓周運動小車整體吊裝至導(dǎo)軌上，前后滾輪分別與導(dǎo)軌前后上表面相貼合時，將自適應(yīng)防傾翻組件安裝至圓周運動小車部件中小車機(jī)架組件預(yù)設(shè)滑動導(dǎo)軌上，推到機(jī)械限位后，自適應(yīng)防傾翻組件滑塊與小車機(jī)架組件預(yù)設(shè)滑動導(dǎo)軌孔相配，插入快插銷即完成安裝。安裝過程中，自適應(yīng)防傾翻組件中彈性元器件處于壓緊狀態(tài)，待快插銷軸安裝到位后，將彈性元器件中彈性行程釋放，使彈性滾輪處于防傾翻工作狀態(tài)。彈性防傾翻組件結(jié)構(gòu)示意如圖3所示。

3.2.2運動過程中速度可控、可調(diào)、實時準(zhǔn)確反饋坐標(biāo)的解決方法

為了確保驅(qū)動電機(jī)持續(xù)有效驅(qū)動，將驅(qū)動電機(jī)組件設(shè)計在重心側(cè)，確保其運動過程中能始終緊貼導(dǎo)軌上表面。摩擦驅(qū)動組件結(jié)構(gòu)示意如圖4所示。同時，該組件設(shè)計有彈性元器件，當(dāng)導(dǎo)軌表面有細(xì)小障礙物或結(jié)合面有高低差時，能利用彈性元器件的彈性功能，越過障礙物。該組件中設(shè)計有高精度定位組件，其結(jié)構(gòu)示意如圖5所示，該組件彈性輪始終緊貼導(dǎo)軌外側(cè)圓周面，能實時反饋圓周運動小車相對起始點坐標(biāo)。

3.2.3支撐平穩(wěn)可靠、運動安全的解決方法

圓周運動小車與導(dǎo)軌間設(shè)計成多點分布式滾輪支撐結(jié)構(gòu)，且剛性支撐組件與自適應(yīng)彈性支撐組件相結(jié)合，外側(cè)四組支撐為剛性支撐組件，中間四組為彈性支撐組件，二者結(jié)構(gòu)示意如圖6所示，設(shè)備安裝完成后，確保剛性支撐組件能與導(dǎo)軌上表面接觸。圓周運動小車外圍設(shè)計有三組彈性自適應(yīng)防傾翻組件，安裝該組件中彈性元器件時，將兩側(cè)螺紋擰緊，使彈性元器件處于受壓狀態(tài)，安裝到位后，調(diào)整兩側(cè)螺釘狀態(tài)，直到自適應(yīng)防傾翻組件中滾輪與導(dǎo)軌下表面接觸，自適應(yīng)防傾翻組件處于工作狀態(tài)時，調(diào)節(jié)好螺釘接合長度，確保運動過程中余量足夠即可。為了確保使用過程中足夠安全，圓周運動小車前后各布置有兩組防傾翻機(jī)械限位組件，正常運動過程中，該組件不工作，只有當(dāng)自適應(yīng)防傾翻組件失效時，防傾翻機(jī)械限位組件才開始工作，以確保自適應(yīng)防傾翻組件處于失效狀態(tài)時小車不會脫離導(dǎo)軌工作。

4 調(diào)試及應(yīng)用

檢查裝置組裝完成后，需要進(jìn)行單軸通電測試、整機(jī)通電測試，通過測試后在大廳模擬體上完成模擬測試和內(nèi)部驗收，通過后才能發(fā)往現(xiàn)場進(jìn)行檢查應(yīng)用。在測試和應(yīng)用過程中，圓周運動小車安裝在預(yù)先布置好的導(dǎo)軌上，運動效果良好，持續(xù)傳動，精度準(zhǔn)確。調(diào)試示意如圖7（a）所示。該圓周運動小車目前已經(jīng)在高溫氣冷堆示范工程中完成多次役前及在役檢查，應(yīng)用示意如圖7（b）所示。通過設(shè)計不同尺寸導(dǎo)軌和與導(dǎo)軌對應(yīng)的圓周運動小車，可以滿足各種不同直徑高溫氣冷堆壓力容器超聲自動檢查的要求。

5 結(jié)論

本文研究了核反應(yīng)堆壓力容器一回路邊界焊縫超聲檢查裝置用圓周運動小車，其能按照設(shè)計輸入要求，攜帶上方升降組件、檢查組件與托盤沿導(dǎo)軌整圈運動，最終將檢查裝置相對導(dǎo)軌坐標(biāo)定位后，遠(yuǎn)程自動控制各運動軸精確運動，將檢查組件移動至一回路壓力容器邊界焊縫檢查位置，對該邊界焊縫實施自動檢查。調(diào)試和現(xiàn)場檢查結(jié)果表明，該圓周運動小車能實現(xiàn)負(fù)載后沿導(dǎo)軌進(jìn)行圓周運動與精確定位。

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