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反應(yīng)堆壓力容器接管安全端超聲檢查裝置設(shè)計(jì)研究

文檔作者：王俊濤王龍陳妹張軍文檔來源：中核武漢核電運(yùn)行技術(shù)股份有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年01月05日
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學(xué)術(shù)交流
理論/研發(fā)/設(shè)計(jì)/制造A
 OMMUNICATION
反應(yīng)堆壓力容器接管安全端超聲檢查裝置設(shè)計(jì)研究
王俊濤,王龍,陳妹,張軍
(中核武漢核電運(yùn)行技術(shù)股份有限公司,武漢430223)
摘要:針對反應(yīng)堆壓力容器接管安全端焊縫超聲檢查裝置進(jìn)行了總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)的吊裝機(jī)構(gòu)解決了偏心吊裝問
題,軸向拉伸機(jī)構(gòu)提高了設(shè)備安裝效率,軸向與周向定位方法保證了超聲檢查定位精度與重復(fù)定位精度。該檢查裝置獨(dú)
立攜帶多超聲托盤實(shí)施接管安全端超聲檢查,能與大型壓力容器檢查裝置并行工作,可為壓力容器接管安全端超聲檢
查提供一種高效安全的接管安全端焊縫超聲檢驗(yàn)方式。
關(guān)鍵詞:反應(yīng)堆壓力容器;接管安全端焊縫:超聲檢查檢查裝置
中圖分類號:TH273
文獻(xiàn)標(biāo)志碼:
文章編號:1002-233(2015)01-0071-03
 Design and Research of Ultrasonic Inspection Device for Reactor Pressure Vessel Safe End Weld
 WANG Juntao, WANG Long, CHEN Shu, ZHANG Jun
 (China Nudear Power Operation Technology Co., Wuhan 430223,China)
 Abstract: The article introduces the detailed structural design of device for ultrasonic inspection of reactor power vessel
 safe end weld. The design of the hoist device has corrected the ecentricity issue.The axial stretching device has enhanced
 the installation efficieney. The
 cireumferential and axial locating metho
 assures the precise location of the ultrason
 for multiple test phases. The ultra
 inspeetion device has the feature of multiple ultrasonic probe carriers. It is
 lear power vessel. It is a high-efficiency and
 nd weld
 Key words: reactor pressure vessel: safe end weld: ultrasonic
0引言
閉容器,是壓水堆核電站中
反應(yīng)堆壓力容器主管道是保證核電站一回路壓力邊的關(guān)鍵設(shè)備。壓力容器結(jié)構(gòu)
接管
界完整性的關(guān)鍵部件,為了確保一回路壓力邊界完整性,如圖1所示,反應(yīng)堆壓力容
安全端
及時發(fā)現(xiàn)核反應(yīng)堆壓力容器接管焊縫材料缺損及其不良器接管位于反應(yīng)堆壓力容
壓力容器
趨勢,我國核安全法規(guī)要求對上述焊縫進(jìn)行全面在役檢器上部,與壓力容器筒體焊
查或每隔固定周期需對接管安全端焊縫進(jìn)行超聲檢查。接在一起,同時與蒸發(fā)器主
目前,國內(nèi)運(yùn)行壓水堆核電廠均采用接觸式超聲技術(shù)管道焊接在一起,是反應(yīng)堆
的大型壓力容器檢查裝置對壓力容器實(shí)施檢查,包括筒體一回路的壓力邊界,其焊縫
環(huán)焊縫、筒體接管焊縫和安全端焊縫,尚無獨(dú)立的安全端完整性將影響核電站正常圖1壓力容器結(jié)構(gòu)圖
焊縫超聲檢查裝置。若使用大型壓力容器檢查裝置實(shí)施運(yùn)行
接管安全端焊縫檢查時,需要大量的人力、物力,而且檢查
接管超聲檢查在水下進(jìn)行,超聲掃查方式為接觸式
設(shè)備占反應(yīng)堆時間過長,檢查響應(yīng)速度慢。鑒于此世界核檢查2條焊縫:接管與安全端連接焊縫(低合金鋼/奧氏
電國家正在開發(fā)各種接管安全端超聲檢查裝置
體不銹鋼,異種金屬焊縫);安全端與主管道連接焊縫(焊
1檢查對象描述與環(huán)境條件分析
縫兩側(cè)均為奧氏體不銹鋼,同種金屬焊縫)。檢查區(qū)域包
1.1檢查對象描述
括焊縫金屬和焊縫兩側(cè)各150mm母材。焊縫結(jié)構(gòu)示意圖
反應(yīng)堆壓力容器是放置核燃料并承受高溫高壓的密如圖2所示。
3]孔工程流體力學(xué)M]北京:水利電力出版社92
7]姜雪梅,董守平,張紅光液液旋流器中分散相液滴破碎機(jī)理
4]袁曉林,袁惠新旋流場內(nèi)液滴破碎與臨界入口雷諾數(shù)的確定
研究(]石油天然氣學(xué)報(bào),2005,27(1):306-307
]江南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2004,3(1):60-61
8 Wolber軌分析法預(yù)測液液水力旋流器的效率國外石
5]胡孟明,董守平油水乳化液中分散相液滴的力學(xué)行為初探
油機(jī)械,19978(3):52-60
流體力學(xué)試驗(yàn)與測量,200014(4):46-50
(編輯啟迪)
 [6] Listewni K. Some factors influence in the performance of de-
 oiling hydroeyelones tor marine applications
CPICKFORD作者簡介:徐繼勇(1977),男,碩士,講師,主要研究方向?yàn)闄C(jī)電一
 2nd Int Conf on Hydrocyelones. BHRA: The Fluid Eng
體化。
 Center1984:198-199
收稿日期:2014-10-27
機(jī)械工程師2015年第1期71
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理論/研發(fā)/設(shè)計(jì)/制適
同種金屬焊縫標(biāo)記異種金屬焊縫
模塊實(shí)現(xiàn)超聲檢查。通過視頻監(jiān)視模塊實(shí)時監(jiān)視探頭托
盤貼合情況及探頭托盤運(yùn)動情況。檢查裝置上布置2個
超聲托盤,超聲托盤沿接管徑向?qū)ΨQ分布,保證兩個托盤
同時掃查記錄,縮短接管超聲檢查時間。超聲探頭在直線
管
壓力容器
掃查模塊伸縮氣缸作用下頂緊,伸縮氣缸壓力可調(diào),調(diào)節(jié)
超聲探頭與被檢管道表面貼合耦合情況,探頭托盤與大
型反應(yīng)堆壓力容器檢查系統(tǒng)通用,保證超聲檢驗(yàn)一致性。
2.2檢查裝置系統(tǒng)說明
堆廠房內(nèi),檢查人員操作長桿工具將檢查設(shè)備安裝在接
鎳基堆焊層不銹鋼堆層管內(nèi),通過終端傳輸裝置,廠房外控制系統(tǒng)、超聲數(shù)據(jù)采
圖2安全端焊縫結(jié)構(gòu)示意圖
集系統(tǒng)對遠(yuǎn)端實(shí)施遠(yuǎn)程遙控,在接管內(nèi)進(jìn)行焊縫超聲掃
查。檢查系統(tǒng)連接示意圖如圖4所示。超聲檢查系統(tǒng)采用
1.2環(huán)境條件描述
多通道超聲數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng),與其配套的軟件控制
反應(yīng)堆壓力容器接管安全端位于RPV接管簡體段,系統(tǒng)采用自研的通用多軸控制器和驅(qū)動器。檢查裝置接
該區(qū)域?yàn)楦咻椛鋮^(qū),無法實(shí)施手動超聲檢查。須從接管內(nèi)管安全端檢查狀態(tài)如圖5所示
側(cè)實(shí)施檢查,設(shè)備定位安裝位置位于換料水池近15m深
的水下
集裝箱
反應(yīng)堆廠房
2接管安全端焊縫超聲檢查裝置總體設(shè)計(jì)
2.1檢查裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)采集工作站
多通道超聲
根據(jù)反應(yīng)堆壓力容器進(jìn)出水接管的管道結(jié)構(gòu)形式及
檢驗(yàn)設(shè)備
超聲檢查規(guī)范要求,檢查裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)為兩端三腳架內(nèi)
部支撐,機(jī)架布置直線、旋旋兩運(yùn)動軸結(jié)構(gòu)。檢查裝置機(jī)
彩色打印機(jī)數(shù)據(jù)分析工作站
探頭托盤
械機(jī)構(gòu)由軸向定位模塊、管道支撐頂緊模塊、直線掃查模
掃查工具
塊、旋轉(zhuǎn)掃查模塊、聯(lián)接管、視頻監(jiān)視模塊、吊裝頭、軸向
模
控制系統(tǒng)
定位指示模塊組成
掃查工具控制工作站
機(jī)械系統(tǒng)安裝操作如圖3所示,檢查實(shí)施時,長桿檢
圖4檢查裝置系統(tǒng)連接圖
查裝置吊裝頭連接,核島環(huán)形吊車吊裝長桿,將機(jī)械裝置
放入水池,檢查人員操作長桿工具,利用長桿工具將檢查
裝置裝入接管內(nèi)部,通過軸向定位模塊和軸向定位指示
模塊確定接管安全端定位精度,確定完超聲檢驗(yàn)掃查的
坐標(biāo)基準(zhǔn)后,管道支撐頂緊模塊動作,機(jī)械裝置在管道內(nèi)
安裝固定。長桿工具脫離機(jī)械裝置,反應(yīng)堆廠房外的超聲
采集人員通過遠(yuǎn)程控制器遙控直線掃查模塊和旋轉(zhuǎn)掃查
圖5設(shè)備檢查工作狀態(tài)圖
1.浮筒2.前支腿3.中支腿4.直線運(yùn)動部件5托盤
6.周向運(yùn)動部件7限位桿8吊裝機(jī)構(gòu)9筒體10.限位
機(jī)構(gòu)11接管
3主要技術(shù)研究
圖3反應(yīng)堆壓力容器接管安全端超聲檢查安裝圖
3.1設(shè)備安裝吊運(yùn)及操作實(shí)施性研究
1便橋2.長桿工具3控制電纜及氣管4電氣控制系
統(tǒng)5.反應(yīng)堆壓力容器水池平臺6壓力容器水池7接
反應(yīng)堆壓力容器接管安全端焊縫距壓力容器中心軸
管8接管超聲掃查工具9壓力容器
線大于300mm查裝置超查聲查7-300m
安全端異種焊縫距離壓力容器筒壁大于1200mm,檢查
721機(jī)械工程師2015年第1期
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理論/研發(fā)/設(shè)計(jì)/制 ACADEMIC COMMUNICATION
裝置在接管內(nèi)的長度大于1500mm,為狹長桿結(jié)構(gòu),檢
軸向定位模塊上的回拉氣缸實(shí)現(xiàn)檢查裝置在接管內(nèi)
查裝置重心與長桿重心偏離1m,檢查裝置吊裝高度要求部的軸向伸縮移動。在軸向伸縮移動和管道支撐頂緊模
大于15m,使用常規(guī)吊運(yùn)方式檢查裝置吊運(yùn)過程非常危塊相互作用下,檢查工具自移動進(jìn)入接管內(nèi)部直至軸向
險(xiǎn),考慮檢查實(shí)施困難、操作風(fēng)險(xiǎn)大等難點(diǎn),設(shè)計(jì)吊裝模定位指示模塊與基準(zhǔn)相貫線接觸停止動作。軸向定位指
塊、浮力調(diào)節(jié)裝置。
示模塊上的水下定位指示開關(guān)與壓力容器筒壁接觸,開
吊裝模塊實(shí)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)遠(yuǎn)程安全吊裝,檢查裝置定關(guān)動作指示檢查裝置的伸縮移動到位。移動到位后,軸向
位安裝完畢后長桿工具可與檢查設(shè)備水下對接、脫鉤等定位指示模塊上安裝的超聲探頭進(jìn)行水深層測距,精確
功能。吊裝模塊主要由吊裝頭、吊裝鉸鏈座鎖緊頂珠、銷測定檢查裝置軸向定位誤差,對軸向定位基準(zhǔn)糾偏。
軸等組成,吊裝頭可繞銷軸在吊裝鉸鏈座內(nèi)90范圍內(nèi)轉(zhuǎn)3.2.2檢查裝置接管周向掃查定位方法研究
動,鎖緊頂珠在長桿工具脫鉤時鎖固吊裝頭。吊裝模塊的
接管圓周方向掃查基準(zhǔn)確定,依據(jù)軸向定位指示模
翻轉(zhuǎn)鉸鏈設(shè)計(jì),避免了由于檢查工具的長桿結(jié)構(gòu),吊裝點(diǎn)塊上雙軸傾角儀測定偏轉(zhuǎn)角度,檢查工具的吊裝模塊翻
重心不均勻,需要額外增加吊裝配重塊等不足。
轉(zhuǎn)法線與檢查工具軸線平行,長桿工具與檢查工具為剛
浮力調(diào)節(jié)裝置在檢查裝置前端,吊裝模塊在檢查設(shè)備性連接;雙軸傾角儀可以測量出檢查工具相對于接管軸
末端,浮力調(diào)節(jié)裝置采用高抗壓、低吸水性的高密度浮力向、接管徑向上的角度偏差。按照傾角儀測量的角度偏
材料,浮力調(diào)節(jié)裝置入水前垂直向下,水中往上的翻轉(zhuǎn)力差,調(diào)整旋轉(zhuǎn)模塊周向零點(diǎn)旋轉(zhuǎn)模塊的周向零點(diǎn)在下壓
矩略大于檢查裝置在水下的重力下垂力矩,保持水中平力容器前人工校零,如接管安裝完畢后產(chǎn)生的徑向偏轉(zhuǎn),
衡。該浮力可以通過改變浮塊的體積或改變模塊相對鉸鏈可以通過控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)
°
的位置來調(diào)節(jié),保證檢查裝置在水下處于最佳安裝狀態(tài)。
上述設(shè)計(jì)解決了超聲檢驗(yàn)所需要的掃查基準(zhǔn)難題,
3.2檢查裝置接管軸向及周向掃查定位方法研究
使得接管安全端焊縫檢查工具實(shí)施超聲檢查可行,保證
超聲檢查需要檢查裝置在接管內(nèi)部軸向定位和圓周了超聲檢查結(jié)果的準(zhǔn)確性,為與大型壓力容器檢查系統(tǒng)
方向定位,確定記錄起始點(diǎn)保證檢查裝置掃查范圍為實(shí)相同位置超聲檢查數(shù)據(jù)結(jié)果的一致性提供了保障。
際范圍一致,并能通過其他方式復(fù)查檢查記錄的準(zhǔn)確性。4檢查裝置應(yīng)用情況
因檢查操作人員很難在15m以上的距離操作柔性的長
研制的反應(yīng)堆壓力容器接管安全端超聲檢查裝置各
桿工具將檢查工具準(zhǔn)確定位在接管內(nèi)部,且保證重復(fù)定項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足接管安全端超聲在役檢查要求,通過了
位誤差在可控范圍內(nèi),需要檢查裝置具有自動定位功能。英國驗(yàn)證中心的壓力容器接管安全端焊縫檢驗(yàn)技術(shù)的驗(yàn)
超聲掃查基準(zhǔn)的確定,是該檢查裝置能否實(shí)施超聲檢查證。既可適用于M310型,可適用于AP1000型,為國內(nèi)
的最重要環(huán)節(jié),該環(huán)節(jié)決定了超聲檢驗(yàn)的定位精度、重復(fù)核電單獨(dú)實(shí)施接管安全端超聲檢查提供了一種高效、安
定位精度。
全的檢查手段。該裝置已成功完成了多個核電機(jī)組的接
3.2.1檢查裝置接管軸向掃查定位方法研究
管安全端焊縫役前和在役超聲檢查工作。
反應(yīng)堆壓力容器接管與壓力容器筒壁連接處相貫?zāi)?結(jié)語
線作為沿接管軸向方向定位起始基準(zhǔn),以該起始基準(zhǔn)確反應(yīng)堆壓力容器接管安全端超聲檢查裝置的研制成
定接管安全端焊縫中心線距母線距離,確定反應(yīng)堆壓力功,解決了反應(yīng)堆壓力容器接管安全端獨(dú)立實(shí)施水下超
容器接管坐標(biāo),該相貫?zāi)妇€與軸向定位指示模塊接觸,軸聲檢驗(yàn)的技術(shù)難題,滿足了安全端焊縫獨(dú)立實(shí)施超聲檢
向定位指示模塊為檢查裝置上機(jī)械部件,根據(jù)檢查裝置查的要求
°
機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)位置關(guān)系,實(shí)現(xiàn)檢查裝置掃查軸的坐標(biāo)轉(zhuǎn)通過使用該安全端超聲檢查裝置,縮短了反應(yīng)堆壓
換到反應(yīng)堆壓力容器接管實(shí)際坐標(biāo)關(guān)系。軸向坐標(biāo)確定力容器檢查時間,提供了快速有效的反應(yīng)堆壓力容器
示意圖見圖6
管安全端焊縫超聲檢驗(yàn)方式,降低了核電站運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。
參考文獻(xiàn)]
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接管
壓力容器
2]劉坤管道焊縫超聲檢測掃查器機(jī)械裝置研究[D]武漢:武漢
接管與壓力容器
理工大學(xué)2002
交貫?zāi)妇€基準(zhǔn)
3]甘小明,徐濱土,董世運(yùn),等、管道機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀[]機(jī)器
接管軸向
人技術(shù)及應(yīng)用,2003(6):5-10
(編輯啟迪)
作者簡介:王俊濤(1979),男,在職碩士,高級工程師,從事無損檢
測設(shè)備研發(fā)工作
王龍(1984一),男,碩士,工程師,從事無損檢測設(shè)備研發(fā)
工作
圖6壓力容器接管坐標(biāo)
收稿日期:2014-10-09
機(jī)械工程師2015年第1期73

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