專利名稱:反應堆壓力容器檢查機的探頭掃查裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及核電站反應堆壓力容器焊縫檢測設備。
技術背景
核反應堆壓力容器下方是由一個圓柱筒體100和一個半球形下封頭200焊接而成的，如圖1所示，因此，在壓力容器下方兩者的連接處有一道焊縫300，根據(jù)核電站相關檢查規(guī)范，需要對焊縫兩側50mm的區(qū)域(圖3中陰影部分所示)進行探傷檢查，同時，對其表面的堆焊層也需要以焊縫為中心線、兩側各250mm的區(qū)域進行掃查，現(xiàn)有技術中出現(xiàn)有采用超聲原理進行檢測的檢查機，其原理是將探頭伸入壓力容器底部進行掃查，由于待掃查區(qū)域為球面，而現(xiàn)有超聲探頭的安裝方式不能保證探頭與球形弧面相緊密耦合，從而導致檢測結果不可靠，而且，在壓力容器的底部還豎立有多個位于不同水平層面上的貫穿件400， 最上端的貫穿件400緊靠待檢測區(qū)域，使得超聲探頭的運動范圍受阻，從而影響待測區(qū)域的全面掃查。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術的不足而提供一種能夠與待檢測球面相緊密耦合且實現(xiàn)全面掃查的反應堆壓力容器檢查機的探頭掃查裝置。
為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是一種反應堆壓力容器檢查機的探頭掃查裝置，其用于對反應堆壓力容器筒體與下封頭環(huán)焊縫所在的球面區(qū)域進行掃查，它包括用于伸入至所述的壓力容器內部且可沿所述的筒體及下封頭周向旋轉的檢查臂、與檢查臂前端相連接的至少一個探頭組件，每個所述的探頭組件包括用于與待掃查球面區(qū)域相耦合設置的探頭機構、用于在球面半徑方向上為探頭機構提供壓緊力的彈簧緩沖臺架、連接所述的彈簧緩沖臺架與探頭機構的下伸支架，所述的探頭機構包括至少一個超聲探頭本體、用于限定超聲探頭本體位置的探頭固定架，所述的下伸支架包括與檢查臂軸心線相垂直且與彈簧緩沖臺架相固定連接的水平部、與水平部相固定連接且傾斜地伸向球面的傾斜部，所述的傾斜部與所述的探頭固定架相樞軸連接。
在根據(jù)上述技術方案所優(yōu)化實施的方式中，所述下伸支架的水平部與傾斜部之間的夾角為120 150度。
所述的探頭組件包括多個，且多個所述的探頭組件并排設置。
每個探頭組件的探頭架包括框設在相應超聲探頭本體外側的探頭支撐框架、與探頭支撐框架通過第三轉軸相轉動連接的壁面支撐架，所述的探頭支撐框架包括與超聲探頭本體相對兩側分別通過第一轉軸相轉動連接的內框、與內框相對兩側分別通過第二轉軸相轉動連接的外框，所述的第一轉軸的軸心線與第二轉軸的軸心線相垂直，所述的第二轉軸與第三轉軸的軸心線相平行，在所述的第三轉軸上還套設有扭簧，所述的扭簧的一端與壁面支撐架相連，另一端與所述的外框相連，所述的第一轉軸、第二轉軸以及扭簧為所述的超聲探頭本體在球面上提供旋轉自由度以使得超聲探頭本體與待測球面緊密耦合。[0008]所述的旋轉自由度包括所述的超聲探頭本體沿第一轉軸在球面周向上偏轉的第一自由度、所述的內框沿第二轉軸在弧面上偏轉的第二自由度、所述的外框在扭簧的作用下壓向球面半徑方向的第三自由度。
由于上述技術方案的運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有下列優(yōu)點本發(fā)明探頭掃查裝置其下伸支架采用水平部和傾斜部構成，防止了探頭機構碰到貫穿件，保證了待檢查區(qū)域的全面掃查，同時，超聲探頭本體能夠緊密耦合，保證了掃查的連續(xù)性，確保掃查結果的可靠性和精確性。


附圖1為反應堆壓力容器結構示意圖；
附圖2為本發(fā)明掃查裝置工作狀態(tài)示意圖；
附圖3為附圖2中A處放大示意圖；
附圖4為本發(fā)明多個探頭組件排列方式示意圖
附圖5為本發(fā)明單個探頭組件立體結構示意圖(初始狀態(tài))；
附圖6為本發(fā)明單個探頭組件立體結構示意圖(工作狀態(tài))；
附圖7為本發(fā)明單個探頭組件側視圖；
附圖8為本發(fā)明探頭組件前端探頭機構結構示意圖；
其中10、檢查臂；20、探頭組件；201、彈簧緩沖臺架；2011、連桿；2012、彈簧； 2013、滑塊；202、探頭機構；203、下伸支架；2031、水平部；2032、傾斜部；204、支撐架；
1、超聲探頭本體；2、探頭支撐框架；21、內框；211、第一轉軸；22、外框；221、第二轉軸；222、翼部；3、壁面支撐架；31、第三轉軸；4、扭簧；5、第四轉軸；
100、圓柱筒體；200、下封頭；300、焊縫；400、貫穿件；
具體實施方式
下面結合附圖、舉例詳細說明本發(fā)明的具體內容
圖2和圖3示出了檢查機前端探頭掃查裝置的結構及工作狀態(tài)，由于反應堆壓力容器為大型容器，其底部位于20m的水下，同時壓力容器存在較大核輻射，人不能靠近操作，因此，為了實現(xiàn)將探頭掃查裝置伸入至容器底部，在容器的外部架設有大型檢查機(圖中未顯示)，檢查機的核心在于控制探頭掃查裝置的位置并接收探頭反饋的信息，檢查機的外部機械結構及其控制系統(tǒng)不是本發(fā)明要點，其可采用現(xiàn)有檢查機的架構，在此對其結構不再贅述。
下面將對本發(fā)明涉及的探頭掃查裝置結構進行介紹參見圖2和圖3，探頭掃查裝置主要由檢查臂10及位于檢查臂10前端的多個并排設置的探頭組件20組成，多個探頭組件20之間通過一支撐架204相支撐連接，如圖4所示，在本實施例中，探頭組件20的個數(shù)為八個，每個探頭組件20上設置有兩個超聲探頭本體1，下面對單個探頭組件20的構成進行說明
如圖5至圖7所示，每個探頭組件20由彈簧緩沖臺架201、探頭機構202以及連接在彈簧緩沖臺架201與探頭機構202之間的下伸支架203組成，其中，彈簧緩沖臺架201由與檢查臂10軸心線相平行設置的多根連桿2011、套設在至少一根所述的連桿2011上的彈簧2012以及與檢查臂10相固定連接且可滑動地設置在連桿2011上的滑塊2013組成，滑塊2013的至少一端與彈簧2012相抵觸，在檢查臂10帶動滑塊2013沿徑向往復滑動時，所述的彈簧2012在釋放與被壓縮之間變換。具體地，圖5所示的為單個探頭組件20初始狀態(tài)，此時，滑塊2013處于連桿2011的最上端，彈簧2012處于最小壓縮狀態(tài)；圖6所示的為單個探頭組件工作狀態(tài)，即在檢查臂10的推進下，滑塊2013下滑至連桿2011的中下端，彈簧2012處于最大壓縮狀態(tài)，從而彈簧2012對前端探頭機構202產生一定的彈力，該彈力決定了探頭本體在球面上的壓緊程度。
下伸支架203由與各連桿2011相垂直且固定連接的水平部2031以及與水平部 2031相傾斜連接的傾斜部2032組成，傾斜部2032與水平部2031之間的夾角可在120度 150度之間設定，具體設定需要根據(jù)探頭組件20的個數(shù)以及壓力容器內貫穿件的位置綜合考慮，本實施例中，傾斜部2032與水平部2031之間的夾角為135度，在工作狀態(tài)下，如圖3 所示，傾斜部2032向球面方向傾斜。為了使得下伸支架203與探頭機構202穩(wěn)定連接，本實施例中，傾斜部2032為由水平部2031前端平行引出的兩支分叉，即整個下伸支架大致呈 “Y” 形。
位于最前端的探頭機構202主要由超聲探頭本體1、框設在超聲探頭本體1外側的探頭支撐框架2、與探頭支撐框架2通過第三轉軸31相轉動連接的壁面支撐架3所組成， 如圖8所示，其中，探頭支撐框架2又由與超聲探頭本體1相對兩側分別通過第一轉軸211 相轉動連接的內框21、與內框21相對兩側分別通過第二轉軸221相轉動連接的外框22組成，所述的第一轉軸211的軸心線與第二轉軸221的軸心線相垂直，第二轉軸221與第三轉軸31的軸心線相平行，第一轉軸211采用螺釘實現(xiàn)。在第三轉軸31上還套設有扭簧4，扭簧4的一端與壁面支撐架3相連，另一端與外框22相連。在本實施例中，壁面支撐架3為 “工”字型支架，所述的外框22具有嵌入壁面支撐架3兩側的翼部222，第三轉軸31連接在壁面支撐架3的兩側與外框22的翼部222之間。本實施例中，在壁面支撐架3的兩側對稱地設置有上述兩個超聲探頭本體1及探頭支撐框架2。
同時，下伸支架203的兩傾斜部2032跨接在壁面支撐架3的兩端側，并通過第四轉軸5與壁面支撐架3相連接，所述的第四轉軸5的軸心線與第三轉軸31的軸心線相平行。
上面對本發(fā)明探頭掃查裝置的結構組成進行了說明，下面將對其作用原理進行介紹
首先，我們對掃查裝置的運動方向進行定義，在壓力容器檢查中，業(yè)界約定俗成的坐標系統(tǒng)定義如下
A)、沿筒體和下封頭的周向旋轉方向定義為X方向(從容器口方向俯視)；
B)、沿下封頭弧面運動方向為Y方向；
C)、沿球面壁厚運動方向為Z方向。
首先我們對檢查臂的動作方式進行說明在檢查機控制系統(tǒng)的控制下，檢查臂10 實質上具有兩個旋轉自由度和一個線性自由度，當檢查臂10伸入至容器內部，首先檢查臂 10控制彈簧緩沖臺架201的滑塊2013往壁面方向運動(球體半徑方向)，此即檢查臂10 的線性運動自由度(圖7中標示為Z)，當探頭機構與反應堆壁面接觸之后，通過觀察彈簧的壓縮情況，來確定探頭機構是否與壁面已經接觸或壓緊；之后，啟動檢查臂上的旋轉自由度 (圖7中標示為Y3)，使得檢查臂往下方擺到最極限的位置，此時探頭機構與貫穿件的距離最近，但需要保留一定的安全距離，一般至少需1英寸左右，通過上述兩個自由度的控制， 使得探頭機構202定位到需要檢查的位置。在確定探頭機構202與檢查位置緊密貼合后， 控制檢查臂旋轉(另一旋轉自由度)，帶動探頭機構做周向旋轉運動，旋轉一周以后，檢查臂上的旋轉自由度再往Y負向步進，繼續(xù)反方向旋轉一周掃查，一直到旋轉自由度所步進區(qū)域覆蓋完整個焊縫所需檢查區(qū)域時為止。
在探頭機構202定位到需要檢查的位置后，控制探頭機構202與檢查位置的緊密貼合是通過設置在各探頭機構上的自由度來實現(xiàn)的，探頭機構202上主要包括三個旋轉自由度，如圖8所示，第一自由度X由連接超聲探頭本體1與內框21的第一轉軸211處實現(xiàn)， 其用于控制探頭的X方向偏轉，該方向自由度的設置是由于探頭機構202安裝有多個超聲探頭本體1，在球面檢查時，各探頭本體1的X方向偏轉角度是不相同的，因此，需要通過各自的第一轉軸211進行微調；第二自由度Yl由連接內框21與外框22的第二轉軸221實現(xiàn)，控制探頭Y方向的偏轉，保證各探頭本體與壁面的緊密耦合；第三自由度Y2由扭簧4實現(xiàn)，其用于控制的是單個探頭機構不同的偏向，且具有向球面Z方向緊貼的趨勢。以上的各個自由度，均有一定的限位范圍。
本發(fā)明探頭掃查裝置通過具有上述自由度的結構設置，保證了探頭本體與球面的較好耦合，從而保證檢測信號的連續(xù)性，不會因為接觸不好或不穩(wěn)定而丟失數(shù)據(jù)，保證了檢測結構的可靠性和精確性。
上述實施例只為說明本發(fā)明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發(fā)明的內容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍，凡根據(jù)本發(fā)明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種反應堆壓力容器檢查機的探頭掃查裝置，其用于對反應堆壓力容器筒體與下封頭環(huán)焊縫所在的球面區(qū)域進行掃查，其特征在于它包括用于伸入至所述的壓力容器內部且能夠沿所述的筒體及下封頭周向旋轉的檢查臂(10)、與檢查臂(10)前端相連接的至少一個探頭組件(20)，每個所述的探頭組件00)包括用于與待掃查球面區(qū)域相耦合設置的探頭機構002)、用于在球面半徑方向上為探頭機構提供壓緊力的彈簧緩沖臺架001)、連接所述的彈簧緩沖臺架O01)與探頭機構O02)的下伸支架003)，所述的探頭機構(202) 包括至少一個超聲探頭本體(1)、用于限定超聲探頭本體(1)位置的探頭固定架，所述的下伸支架(203)包括與檢查臂(10)軸心線相垂直且與彈簧緩沖臺架O01)相固定連接的水平部(2031)、與水平部Q031)相固定連接且傾斜地伸向球面的傾斜部(2032)，所述的傾斜部003 與所述的探頭固定架相樞軸連接。
2.根據(jù)權利要求
1所述的反應堆壓力容器檢查機的探頭掃查裝置，其特征在于所述下伸支架O03)的水平部Q031)與傾斜部O032)之間的夾角為120 150度。
3.根據(jù)權利要求
1所述的反應堆壓力容器檢查機的探頭掃查裝置，其特征在于所述的探頭組件00)包括多個，且多個所述的探頭組件OO)并排設置。
4.根據(jù)權利要求
3所述的反應堆壓力容器檢查機的探頭掃查裝置，其特征在于所述的探頭組件OO)為1 20個。
5.根據(jù)權利要求
1至4中的任一反應堆壓力容器檢查機的探頭掃查裝置，其特征在于 每個探頭組件OO)的探頭固定架包括框設在相應超聲探頭本體(1)外側的探頭支撐框架 O)、與探頭支撐框架( 通過第三轉軸(31)相轉動連接的壁面支撐架(3)，所述的探頭支撐框架( 包括與超聲探頭本體(1)相對兩側分別通過第一轉軸(211)相轉動連接的內框 (21)、與內框相對兩側分別通過第二轉軸021)相轉動連接的外框(22)，所述的第一轉軸011)的軸心線與第二轉軸021)的軸心線相垂直，所述的第二轉軸021)與第三轉軸(31)的軸心線相平行，在所述的第三轉軸(31)上還套設有扭簧G)，所述的扭簧的一端與壁面支撐架C3)相連，另一端與所述的外框0 相連，所述的第一轉軸011)、第二轉輔021)以及扭簧(4)為所述的超聲探頭本體(1)在球面上提供旋轉自由度以使得超聲探頭本體(1)與待測球面緊密耦合。
6.根據(jù)權利要求
5所述的反應堆壓力容器檢查機的探頭掃查裝置，其特征在于所述的旋轉自由度包括所述的超聲探頭本體(1)沿第一轉軸(211)在球面周向上偏轉的第一自由度、所述的內框沿第二轉軸(221)在弧面上偏轉的第二自由度、所述的外框02)在扭簧的作用下壓向球面半徑方向的第三自由度。
7.根據(jù)權利要求
6所述的反應堆壓力容器檢查機的探頭掃查裝置，其特征在于所述的壁面支撐架C3)為“工”型支架，所述的外框0 具有嵌入所述的壁面支撐架C3)兩側的翼部022)，所述的第三轉軸(31)連接在壁面支撐架(3)的兩側與外框0 的翼部(222) 之間。
8.根據(jù)權利要求
7所述的反應堆壓力容器檢查機的探頭掃查裝置，其特征在于所述的壁面支撐架( 上對稱地設置有探頭支撐框架( 及超聲探頭本體(1)。
9.根據(jù)權利要求
5所述的反應堆壓力容器檢查機的探頭掃查裝置，其特征在于所述的第一轉軸011)為螺釘。
10.根據(jù)權利要求
1所述的反應堆壓力容器檢查機的探頭掃查裝置，其特征在于多個彈簧緩沖臺架O01)固定安裝在一支撐架(204)上。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種反應堆壓力容器檢查機的探頭掃查裝置，包括檢查臂、與檢查臂前端相連接的至少一個探頭組件，每個探頭組件包括用于與待掃查球面區(qū)域相耦合設置的探頭機構、用于在球面半徑方向上為探頭機構提供壓緊力的彈簧緩沖臺架、連接彈簧緩沖臺架與探頭機構的下伸支架，探頭機構包括至少一個超聲探頭本體、用于限定超聲探頭本體位置的探頭固定架，下伸支架包括水平部、傾斜地伸向球面的傾斜部，所述的傾斜部與探頭固定架相樞軸連接。本發(fā)明探頭掃查裝置防止了探頭機構碰到貫穿件，保證了待檢查區(qū)域的全面掃查，超聲探頭本體能夠緊密耦合，保證了掃查的連續(xù)性，確保掃查結果的可靠性和精確性。
文檔編號G21C17/01GKCN101894593SQ201010208509
公開日2012年7月11日 申請日期2010年6月23日
發(fā)明者李明, 洪茂成, 肖學柱, 許偉科, 陳懷東 申請人:中國廣東核電集團有限公司, 中廣核檢測技術有限公司, 中科華核電技術研究院有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (4), 非專利引用 (1),