一种核反应堆压力容器接管安全端焊缝射线检验系统

摘要

本发明涉及一种核反应堆压力容器接管安全端焊缝射线检验系统，其包括压力容器焊缝检查装置、长杆、射线源机；所述长杆一端与所述压力容器焊缝检查装置连接；所述射线源机固定在压力容器顶部区域；所述射线源机通过输源管与所述压力容器焊缝检查装置连接，并为压力容器焊缝检查装置提供射线源。本发明可以避免放射性物质污染人员，结构简单，可以灵活使用，无需动用大型设备，可与大型压力容器检查机配合使用减少压力容器检查占堆时间，缩短压力容器检查时间，减低射线检查风险，顺利实施了核电站核反应堆压力容器接管安全端焊缝射线检查。

说明书

技术领域

本发明涉及核电站压力容器主管道检测技术领域，具体涉及一种核反应堆 压力容器接管安全端焊缝射线检验系统。

背景技术

反应堆压力容器(reactorpressurevessel)是安置核反应堆并承受其巨大运 行压力的密闭容器，也称反应堆压力壳，是压水堆核电站中的关键设备，具有 制造技术标准高、难度大和周期长等特点，而且是不可更换的设备，必须保证 其在核电站40年寿命期内绝对安全可靠。由于核电站运行后，核一回路中的冷 却介质(水)具有了高放射性、高污染性，实施这些检查都需要辅助工具实施， 检查需要远程化、自动化。

反应堆压力容器接管是核反应堆一回路重要组成部分，接管分为进水口和 出水口两种接管，接管与压力容器焊接，接管与主管道之间采用安全端过渡焊 接。接管连接焊缝与接管安全端焊缝按照检查规范实施检查，确保核安全。

上述接管检查从内部实施主要有两种方式：一、采用大型的压力容器检查 机系统携带射线检验装置，专用射线源机放置在其内部，通过大型部件坐标轴 运动，将接管射线检验装置送入被检接管内部，通过排水装置排开水，释放射 线源进行检查，如：法国IC公司MIS机检查系统等；二、使用独立的接管安全 端焊缝射线检验装置，专用射线源机放置在检验装置内部，远程操控。检查实 施通过人员操作辅助工具安装进入接管，通过排水装置排开水，远程操控释放 射线源实现检查，如中广核检测技术有限公司引进西班牙TECHATOM的主管 道安全端焊缝射线检查工具等。

通过大型压力容器检查机实施接管射线检查，缺点在于需要使用大型设备， 占用核岛内部大量资源，由于该项检查一般处于在役检查关键路径，而且检查 时机被固定限制，需要长时间的准备调试，检查响应时间缓慢。

独立的射线检查工具结构较复杂，将射线源机放置在检查设备中，存在一 定的风险，射线检查射线源不能及时回收是很严重的事故。

发明内容

本发明的要解决的技术问题是提供一种可以避免放射性物质污染人员，结 构简单，可以灵活使用，无需动用大型设备，可与大型压力容器检查机配合使 用减少压力容器检查占堆时间，缩短压力容器检查时间，减低射线检查风险， 顺利实施了核电站核反应堆压力容器接管安全端焊缝射线检查的核反应堆压力 容器接管安全端焊缝射线检验装置。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为，一种核反应堆压力容器接 管安全端焊缝射线检验系统，包括压力容器焊缝检查装置、长杆、射线源机；

所述长杆一端与所述压力容器焊缝检查装置连接；所述射线源机固定在压 力容器顶部区域；所述射线源机通过输源管与所述压力容器焊缝检查装置连接， 并为压力容器焊缝检查装置提供射线源。

还包括设置在反应堆水池20m平台上的控制缆操纵器，其通过通用源控制 缆与所述射线源机连接，以控制射线源机释放射线源至压力容器焊缝检查装置 内部射线透照位置或者从压力容器焊缝检查装置内部透照位置回收射线源到射 线源机内部。

还包括设置在反应堆水池20m平台上的所述远程控制器，其通过远程控制 缆与压力容器焊缝检查装置连接，以控制压力容器焊缝检查装置在反应堆压力 容器接管固定支撑以及实现压力容器焊缝检查装置在接管内部的定位。

所述压力容器焊缝检查装置包括长轴结构、管道内气囊排水装置、管道径 向支撑定位机构、接管轴向定位机构、长杆抓取接口、多点变位机构；

所述管道内气囊排水装置为圆柱形气囊结构；所述长轴结构为中空直管结 构，其一端沿轴线方向与所述管道内气囊排水装置的一端平面固定，其另一端 外壁面固定着所述长杆抓取接口；所述长轴结构靠近长轴抓取接口的外壁面固 定着所述接管轴向定位机构；所述接管轴向定位机构包括两根轴线重合的直杆 和分别固定在两根直杆远离长轴结构一端的两个定位指示器，所述两个定位指 示器的信号发出端指向与所述长轴结构的轴线平行；

所述管道径向支撑定位机构包括两组定位装置，且该两组定位装置彼此间 隔且固定在所述接管轴向定位机构和管道内气囊排水装置之间的长轴结构的外 壁面；

所述多点变位机构固定在所述长轴结构的正下方，多点变位机构为直线伸 缩式机构。

每组所述定位装置包括两个径向支撑腿和一个顶紧气缸，且三者轴线相交 并彼此间隔120°。

所述接管轴向定位机构采用两点式定位指示，采用反应堆压力容器接管与 压力容器外壁相交的轴线作为轴向定位基准，定位装置上的定位指示器采用水 下专用的位置开关。

所述长轴结构内部设置有射线源输源管，所述气囊排水装置内部中心固定 有射线源输源管曝光头；所述通用源机控制缆沿射线源输源管穿入所述管道内 气囊排水装置与所述射线源输源管曝光头连接；所述长杆一端与所述长杆抓取 接口连接。

本发明的有益效果：

(1)两组固定支腿与可伸缩顶紧气缸组合的径向支撑定位结构，实现了检 验装置在反应堆压力容器接管内部安装固定不动，不会在水下射线检验过程中 发生错动，同时该机构具有扩展性，可用于管道内部各种检查设备的定位、固 定，支撑等；

(2)指示开关实现接管轴向定位技术，反应堆压力容器接管与压力容器连 接处的筒壁可以确定沿接管轴向方向的定位，确定水下射线检验射线源距焊缝 中心线平面的位置，保证射线检验结果的有效性；

(3)操作人员站立于便桥或换料小车桥架上实施安装长杆的操作，增加了 操作的便捷性，降低了放射性沾污的风险。核反应堆上操作时间大大低于国际 同类设备，设备操作简单、安装使用便捷，该安装方法实现了核电站核反应堆 压力容器主管道焊缝检查独立实施，检查响应及时；并可与大型压力容器检查 机配合使用可以减少压力容器检查占堆时间，经过秦山二期3、4号机组检查的 检验证明有效；

(4)辅助安全绳牵系检验装置，保证检验装置不会从反应堆压力容器接管 内部滑落，掉入容器内部，这是一个有效的防坠落措施；

(5)反应堆压力容器主管道安全端焊缝多点变位透照技术，按照相关规范 需要三位置透照时，使用伺服电机驱动可以实现精确定位；当规范需要两位置 透照时，使用气缸驱动实现精确定位，简单可靠；

(6)使用通用的射线源机，源机独立于检验装置，源机放置于水池边的楼 梯上或悬挂于便桥下，射线输源管套穿在保护管内，防止射线输源管浸泡在反 应堆压力容器一回路水中，由于射线检验具有一定的风险性，采用源机与检验 装置独立的方式，使得检验装置系统简单可靠，安全性高。不需要定做专用源 机，大大降低了设备的费用。

附图说明

图1为本发明核反应堆压力容器接管安全端焊缝射线检验系统示意图A；

图2为本发明核反应堆压力容器接管安全端焊缝射线检验系统示意图B；

图3为本发明核反应堆压力容器接管安全端焊缝射线检验系统中压力容器 焊缝检查装置立体图；

图4为本发明核反应堆压力容器接管安全端焊缝射线检验系统中压力容器 焊缝检查装置应用在压力容器接管中立体图；

图5为本发明核反应堆压力容器接管安全端焊缝射线检验系统中压力容器 焊缝检查装置应用在压力容器接管中剖视图；

图6为本发明核反应堆压力容器接管安全端焊缝射线检验系统中压力容器 焊缝检查装置应用在压力容器接管侧视图；

其中，1-控制缆操纵器；2-通用源机控制缆；3-换料小车桥架；4-长杆；5- 远程控制缆；6-远程控制器；7-反应堆水池20m平台；8-反应堆水池；9-压力容 器接管焊缝射线检验装置；10-压力容器接管；11-反应堆压力容器；12.输源管； 13-反应堆水池楼梯；14-射线源机；15-源机挂架；16-辅助安全绳；901-管道内 气囊排水装置；902-径向支撑腿；903-接管轴向定位机构；904-长杆抓取接口； 905-多点变位机构；906-顶紧气缸；907-长轴结构。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步描述。

本发明一种核反应堆压力容器接管安全端焊缝射线检验系统，如图1、图2 所示，其包括压力容器焊缝检查装置9、长杆4、射线源机14、远程控制器6；

所述长杆4一端与所述压力容器焊缝检查装置9连接；

所述射线源机14固定在压力容器11顶部区域；一般固定在反应堆水池楼 梯13上或固定在悬挂于在反应堆水池20m平台7的换料小车桥架3上；所述射 线源机14通过输源管12与所述压力容器焊缝检查装置9连接，并为压力容器 焊缝检查装置9提供射线源；

所述控制缆操纵器1设置在反应堆水池20m平台7上，其通过通用源控制 缆2与所述射线源机14连接，以控制射线源机14释放射线源至射线透照位置， 或者从透照位置回收射线源到射线源机内部；

所述远程控制器6设置在反应堆水池20m平台7上，其通过远程控制缆与 压力容器焊缝检查装置9连接，以控制压力容器焊缝检查装置9在反应堆压力 容器接管固定支撑以及实现压力容器焊缝检查装置在接管内部的定位；

如图3至图6所示，所述压力容器焊缝检查装置9包括长轴结构907、管道 内气囊排水装置901、管道径向支撑定位机构、接管轴向定位机构903、长杆抓 取接口904、多点变位机构905；

管道内气囊排水装置901为圆柱形气囊结构；所述长轴结构907为中空直 管结构，其一端沿轴线方向通过螺钉与所述管道内气囊排水装置901的一端平 面固定，其另一端外壁面固定着所述长杆抓取接口904；所述长轴结构907靠近 长轴抓取接口904的外壁面固定着所述接管轴向定位机构903；所述接管轴向定 位机构903包括两根轴线重合的直杆和分别固定在两根直杆远离长轴结构907 一端的两个定位指示器，该定位指示器包括位置传感器，确定检查装置与压力 容器接管轴线方向的定位，所述两个定位指示器的信号发出端指向与所述长轴 结构907的轴线平行；该定位指示器通过位置传感器传输信号，位置开关是控 制定位指示器发出信号传递给远程控制器，给操作人员指示定位状态；

接管轴向定位机构903采用两点式定位指示，采用反应堆压力容器接管与 压力容器相交的轴线作为轴向定位基准，定位装置上的定位指示器采用水下专 用的位置开关；所述两个定位指示器的信号发出端均接触到核反应堆压力容器 的内侧壁面时，所述长轴结构907的中心轴线为水平，通过实时判断定位指示 器的信号情况，可以知道长轴结构907是否已经达到水平，实现轴向定位；

所述管道径向支撑定位机构包括两组定位装置，且该两组定位装置彼此间 隔且固定在所述接管轴向定位机构903和管道内气囊排水装置901之间的长轴 结构907的外壁面；每组所述定位装置包括两个径向支撑腿908和一个顶紧气 缸906，且三者轴线相交并彼此间隔120°；

所述多点变位机构905固定在所述长轴结构907的正下方，多点变位机构 905为直线伸缩式机构，其动力执行单元可以是直线气缸多点伸缩也可以是电动 马达驱动螺母丝杆的方式多点伸缩；多点变位机构905悬挂固定在长轴结构907 下方，长轴结构907在接管内固定支撑后，作为基座，多点变位机构905推动 或回拉排水气囊装置，实现排水气囊装置在被检焊缝多位置处定位，实现被检 焊缝多位置射线检查。

所述长轴结构907内部设置有射线源输源管，所述气囊排水装置901内部 中心固定有射线源输源管曝光头；

所述通用源机控制缆2沿射线源输源管穿入所述管道内气囊排水装置901 与所述射线源输源管曝光头连接；

所述长杆4一端与所述长杆抓取接口904连接；

曝光头中心与轴向定位机构定位指示器结构尺寸根据被检接管轴线焊缝尺 寸设计调整，轴向定位机构定位指示器可以沿轴线在一定范围内调节。

本发明焊缝射线检验系统的具体操作流程如下：

长杆抓取接口904配合长杆4工具使用，长杆一端伸入长杆抓取接口904， 在远程操作下，两者牢固结合在一起；

两者联接成功后，长杆4与压力容器焊缝检查装置9的的长轴结构907处 于垂直关系，这样保证检查装置可以沿着压力容器接管10轴线方向，保证检查 装置进入接管内部，实现轴向定位；

如图1所示，操作人员操纵长杆，将压力容器焊缝检查装置9推送入压力 容器接管10内部，将压力容器焊缝检查装置9上的接管轴向定位机构903上的 定位指示器抵靠在核反应堆压力容器的内侧壁面上，轴向定位机构采用两点式 定位指示，采用接管与核反应堆压力容器相交的轴线作为轴向定位基准，定位 装置上的定位指示器采用水下专用的位置开关；

当压力容器焊缝检查装置9在人工操作上初步抵靠在压力容器内侧壁面时， 进行以下步骤操作：步骤A，保持顶紧气缸906处于收回状态下，当气囊内部 压力达到设定标准值后，将管道内气囊排水装置901维持压力；反运动多点变 位机构，将长轴结构907回拉靠近内壁，若定位指示开关未动作，则进入步骤B， 将顶紧气缸支撑906顶紧，将管道内气囊排水装置901抽气，使其缩瘪凹陷且 与管道内壁接触时，停止抽气；进入步骤A，判定是否轴向定位完成，当接管 轴向定位机构903上的定位指示器均发出动作信号时，轴向定位完成，若未定 位重复步骤B---步骤A直至轴向定位完成；

具体的判断轴线定位是否完成是通过以下方式：

检验装置进入接管内部后使用多点定位机构的反向运动与正向运动的组 合，多点变位机构905为直线伸缩式机构，动力执行单元可以为直线气缸多点 伸缩也可以为电动马达驱动螺母丝杆的方式多点伸缩。多点变位机构905悬挂 固定在长轴结构907下方，当长轴结构907在接管内固定支撑后，作为运动基 座，多点变位机构905推动管道内气囊排水装置901至最远端点，实现管道内 气囊排水装置901在被检焊缝位置处定位正向运动；反向运动可理解为将管道 长轴结构907回拉靠近内壁运动，反向运动前提是多点变位机构905正向运动 将管道内气囊排水装置901推到最远端位置处，运动到位后，管道内气囊排水 装置901在接管内充气膨胀，依靠空气压力固定封堵在接管内部，作为运动基 座，确定气囊内空气压力后，收回径向支撑腿902，长轴结构907在长杆4的悬 吊下，处于自由状态，多点变位机构905反向运动将接管轴向支撑定位机构903 回拉靠近内壁，反向运动过程中，若定位指示器发出动作信号，表明轴向定位 到位，同时反向运动自动停止，若定位指示器未发出动作信号，则重复正向运 动后再执行反向运动，以此重复循环直至定位指示器均发出动作信号，确定轴 向定位。

径向定位实现靠径向支撑腿902与顶紧气缸906实现，由于两者处于同一 平面内，支撑腿及气缸顶紧机构的末端与管道内壁接触采用软性的垫块，垫块 外形根据轴向尺寸上的管道内壁圆截面相同，这样保证不管接管是直管道或是 锥型管道，都能实现稳固支撑在管道内部。径向支撑腿902的固定长度，根据 所处截面内径值设计，误差在1mm以内，径向误差靠机械结构保证。为了保证 检验装置在接管轴线上的水平，在沿管道六腿径向定位机构的轴线上，设置多 组径向支撑腿，保证检验装置与接管轴线近似水平，同时也增加了检验装置在 管道内部支撑牢固度。经过现场实际使用，该种方式的径向定位误差满足射线 检验要求。

当轴向定位完成后，顶紧气缸支撑贴合接管内壁，管道六腿径向支撑机构 上的支撑腿压合在接管内表面，实现径向定位。

轴向和径向定位完毕后操作人员在便桥或扶梯上通过控制缆操纵器将射线 源送入排水气囊内部中心位置，射线源的操作实施与常规的射线检查实施步骤 相同，射线源输送结构采用常规的成熟的射线源机、射线源输源管、射线源控 制缆，一方面射线检验具有通用性，另一方面大大降低了射线检验的风险性。

上述定位实现后，操作人员远程操作将长杆4从长杆抓取接口904摘除，辅 助安全绳16一端连接在所述长轴结构远离压力容器气囊排水装置901一端并锁 止，另一端连接到换料小车桥架3上，从而保证检验装置不会从反应堆压力容 器接管内部滑落。

压力容器气囊排水装置901在处于被抽气的状态下，压力容器气囊排水装置 901在伺服电机或气缸的驱动下沿长轴结构907的轴线方向多点变位到达指定的 焊缝检验位置，气囊排水装置901充气，将被检查区域水排出，气囊排水装置 901在排水完毕，保持标准压力值5-10分钟后，检验人员操作射线源机，将射 线源送入输源管曝光头，实现接管安全端焊缝水下射线检验。

检验结束后，操作人员操作长杆工具进入长杆抓取机构，长杆工具与射线 检验装置连接固定，联结固定后摘除辅助安全钢丝绳，气囊排气，顶紧气缸收 回支撑，操作人员操作长杆工具将检验装置从接管中退出来，完成整个检验过 程。