一种高温气冷堆压力容器检查用圆周运动小车研究

0引言

核反应堆压力容器是一回路系统的重要设备,也是主回路压力边界的主要组成部分。作为被检核反应堆的关键设备,压力容器是反应堆重要的安全屏障,其主体由顶盖、筒体和底封头等部件组成。为保障核电站安全运营,压力容器一回路边界焊缝的役前和在役检测至关重要。根据检查大纲要求,需对一回路压力边界焊缝进行超声检测[1]。超声检测在无损检测领域备受青睐,因为其经济实惠、操作便捷且易于推广应用,同时,超声检测在定量和定位方面表现出色,结果直观可靠。这些优势使其在质量控制环节得到了广泛应用,成为保障产品质量的重要手段[2]。

1检查对象介绍

核电站压力容器是核岛关键设备,它包容核反应堆堆芯,工作时,需要承受高温高压。它的主要作用是为堆内所有元器件提供支撑,同时,作为辐射防护的第二道屏障防止放射性物质泄漏。制造过程中,由于其尺寸太大,需要由多段焊接而成。压力容器制造过程中由上筒体筒身、下筒体筒身、热气导管等筒体组合件、法兰、顶盖组合件及底封头焊接组成[1],不同的堆型,其筒体焊缝设计数量也有所不同,高温气冷堆示范工程压力容器上筒体设计有6条环焊缝和10条纵焊缝。本文对该压力容器筒体段焊缝进行研究,以开发其对应的检查设备。由于检测任务量大且工作环境复杂,检测装置需满足结构简洁、安装便捷、稳定性高且轻量化等要求[3]。

高温气冷堆压力容器超声自动检查装置主要由导轨、圆周运动及升降运动部件、扫查部件等组成。本文根据压力容器一回路边界焊缝自身及周边元器件支撑座分布位置和结构特点,开发了一套压力容器外表面专用检查装置,该装置导轨安装在压力容器上方外围混凝土平台上,导轨与压力容器同心布置,且导轨平面与压力容器平面平行,圆周运动小车安装于导轨上方,可以沿导轨整圈运动,升降运动轴安装于圆周运动轴上,可以携带扫查部件沿压力容器轴线方向自动升降,从而实现压力容器外表面超声自动检查,其示意图如图1所示。

圆周运动小车在该检查装置中非常关键,故本文根据圆周运动小车在该检查装置中所处位置、承担作用及和它相配组件结构特点,特开发适用于该边界焊缝检查的圆周运动小车,要求该小车运动过程中与压力容器轴线和周向两个方向有定位基准,检查过程中能实时反馈基准相对坐标,运动过程连续,根据检查要求,可以实时调节检查速度。

2高温气冷堆压力容器检查用圆周运动小车结构介绍

如图2所示,圆周运动小车由高精度定位组件、刚性支撑组件、小车机架组件、自适应防倾翻组件、防倾翻机械限位组件、自适应弹性支撑组件、弹性驱动组件等零部件组成。

3技术难点及解决方法

3.1 技术难点

1)整圈导轨已经安装至核岛外围混凝土平台上方,圆周运动小车与导轨装配过程要求简单、方便、可靠。

2)圆周运动小车需要携带检查设备沿导轨整圈运动,运动过程中要求运动速度连续传动、可控可调、实时准确反馈与压力容器之间相对坐标。

3)因导轨和混凝土平台在压力容器外围上方,该部件工作过程为偏心承载方式,需要确保支撑平稳可靠,运动过程中设备和人员安全。

3.2解决方法

3.2.1安装简单、方便、可靠的解决方法

圆周运动小车与导轨间采用滚动摩擦传动和滚动轮支撑相结合的结构形式,安装时,只需将圆周运动小车整体吊装至导轨上,前后滚轮分别与导轨前后上表面相贴合时,将自适应防倾翻组件安装至圆周运动小车部件中小车机架组件预设滑动导轨上,推到机械限位后, 自适应防倾翻组件滑块与小车机架组件预设滑动导轨孔相配,插入快插销即完成安装。安装过程中,自适应防倾翻组件中弹性元器件处于压紧状态,待快插销轴安装到位后,将弹性元器件中弹性行程释放,使弹性滚轮处于防倾翻工作状态。弹性防倾翻组件结构示意如图3所示。

3.2.2运动过程中速度可控、可调、实时准确反馈坐标的解决方法

为了确保驱动电机持续有效驱动,将驱动电机组件设计在重心侧,确保其运动过程中能始终紧贴导轨上表面。摩擦驱动组件结构示意如图4所示。同时,该组件设计有弹性元器件,当导轨表面有细小障碍物或结合面有高低差时,能利用弹性元器件的弹性功能,越过障碍物。该组件中设计有高精度定位组件,其结构示意如图5所示,该组件弹性轮始终紧贴导轨外侧圆周面,能实时反馈圆周运动小车相对起始点坐标。

3.2.3支撑平稳可靠、运动安全的解决方法

圆周运动小车与导轨间设计成多点分布式滚轮支撑结构,且刚性支撑组件与自适应弹性支撑组件相结合,外侧四组支撑为刚性支撑组件,中间四组为弹性支撑组件,二者结构示意如图6所示,设备安装完成后,确保刚性支撑组件能与导轨上表面接触。圆周运动小车外围设计有三组弹性自适应防倾翻组件,安装该组件中弹性元器件时,将两侧螺纹拧紧,使弹性元器件处于受压状态,安装到位后,调整两侧螺钉状态,直到自适应防倾翻组件中滚轮与导轨下表面接触,自适应防倾翻组件处于工作状态时,调节好螺钉接合长度,确保运动过程中余量足够即可。为了确保使用过程中足够安全,圆周运动小车前后各布置有两组防倾翻机械限位组件,正常运动过程中,该组件不工作,只有当自适应防倾翻组件失效时,防倾翻机械限位组件才开始工作,以确保自适应防倾翻组件处于失效状态时小车不会脱离导轨工作。

4调试及应用

检查装置组装完成后,需要进行单轴通电测试、整机通电测试,通过测试后在大厅模拟体上完成模拟测试和内部验收,通过后才能发往现场进行检查应用。在测试和应用过程中,圆周运动小车安装在预先布置好的导轨上,运动效果良好,持续传动,精度准确。调试示意如图7(a)所示。该圆周运动小车目前已经在高温气冷堆示范工程中完成多次役前及在役检查,应用示意如图7(b)所示。通过设计不同尺寸导轨和与导轨对应的圆周运动小车,可以满足各种不同直径高温气冷堆压力容器超声自动检查的要求。

5 结论

本文研究了核反应堆压力容器一回路边界焊缝超声检查装置用圆周运动小车,其能按照设计输入要求,携带上方升降组件、检查组件与托盘沿导轨整圈运动,最终将检查装置相对导轨坐标定位后,远程自动控制各运动轴精确运动,将检查组件移动至一回路压力容器边界焊缝检查位置,对该边界焊缝实施自动检查。调试和现场检查结果表明,该圆周运动小车能实现负载后沿导轨进行圆周运动与精确定位。

[参考文献]

[1]周文,王龙.反应堆压力容器筒体环焊缝超声检查装置直

线伸缩仿真分析[J].中国设备工程,2024(13):178-180.

[2] 曾伟,杨先明,王海涛,等.激光超声技术及其应用[J].无损检测,2013,35(12):49-52.

[3]苏会.石油钻机钢结构焊缝的无损检测应用研究[D].大庆:东北石油大学,2014.

《机电信息》2025年第12期第16篇