核電站壓力容器檢測用長柄工具研究

摘要：為了便于核電站壓力容器無損檢測裝置吊裝，設計了一種新穎的長柄工具。它能滿足所有待檢焊縫位置要求，且能準確可靠地鎖緊檢測裝置，大大提高了操作人員的操作簡易性和可靠性，減少了操作人員在高劑量區停留時間，降低了核輻射對操作人員身體的傷害，具有很高的應用價值。

關鍵詞：核電站，壓力容器，無損檢測，長柄工具

引言

核電站壓力容器是包容核燃料、防止核物質泄露的關鍵設備，屬于核一級部件。它長期處于高溫、高壓、強輻射的惡劣工作環境下，極易產生缺陷。因此，做好壓力容器的無損檢測對于保障核電站安全穩定運行、避免核事故發生具有重要意義。

壓力容器中有多處待檢焊縫，所處的水平高度和周向角度均不相同，距離操作人員所在的橋架十幾米至二十米不等。檢測人員根據這些待檢焊縫的要求設計了多種自動檢測裝置，通常直接用環形吊車將檢測裝置吊裝至待檢位置，但這樣操作不方便、裝置落位精度低、吊裝穩定性難以控制，有撞壞壓力容器壁面的風險等。本文介紹了一種新穎的長柄工具，它的長度可根據需要自由延伸，能滿足壓力容器所有待檢焊縫檢測要求；連接可靠，從設計上杜絕零件墜落，產生事故；設計人性，方便操作人員使用。

結構介紹

長柄工具由操作柄組件、延伸桿組件和裝置鎖緊組件組成。

2.1操作柄組件

操作柄組件如圖1所示。吊環、固定板、套筒是其主要組成零件。吊環主要有兩個用途。一方面操作長柄工具時，操作人員通過轉動吊環調整吊裝角度，使裝置順利落位；另一方面當不操作長柄工具時，用環形吊車吊住吊環，防止長柄工具意外墜落造成事故。吊環上開有手指槽，方便人員操控。為了保證連接可靠性，套筒與支撐板直接焊接在一起。套筒為中空圓筒結構，使線纜能方便的從工具內部穿過。

2.2延伸桿組件

延伸桿組件如圖2所示，由延伸桿、連接銷、快卸銷等零件構成。延伸桿分別有3m、2.5m、2m、1.5m四種規格，經過組合可滿足所有不同高度焊縫高度，最長可延伸21m。當需要延伸時，將連接銷插入延伸桿，旋轉連接銷，使其上的通孔與延伸桿上的通孔對齊，插入快卸銷，即實現了連接?？煨朵N頭部有個按鈕，按下按鈕，銷桿上的彈珠收攏，即可插拔快卸銷；松掉按鈕，銷桿上的彈珠彈出頂住延伸桿，連接被鎖定。這種結構使得只有通過操作人員主動動作才可拆除連接，避免連接銷意外脫落，造成意外事故的發生。延伸桿上開有小孔，用鋼絲繩系住鋼絲繩穿過小孔，可防止快卸銷墜落造成異物墜落事件。

2.3裝置鎖緊組件

裝置鎖緊組件由鎖緊氣缸、驅動盤、鎖緊指及定位殼組成如圖3所示。定位殼上有三個凸起塊，它插入裝置上連接機構的凹槽里，防止裝置發生轉動。驅動盤通過鎖緊氣缸固定在定位殼的內部。氣缸伸出，推動驅動盤上升，使鎖緊指收回至定位殼內，長柄工具與檢測裝置脫開；氣缸縮回，拉動驅動盤下降，使鎖緊指伸出定位殼，長柄工具鎖緊檢測裝置。

由于鎖緊狀態下鎖緊指與驅動盤間作用力的方向垂直于重力方向，所以實現了自鎖，不會發生由于裝置過重導致鎖定失效的情況。

3.1長柄工具重量計算

作為一個人工操作的工具，操作的便利性與工具的重量密切相關。如工具過重，則給操作人員帶來了困難。在壓力容器檢測過程中，容器始終是充滿水的狀態，因此，長柄工具操作重量的計算需考慮浮力的影響。在此我們僅計算當所有延伸桿全部裝上時長柄工具的重量，即最大操作重量，則：

長柄工具使用時操作柄組件在水上，而延伸桿組件及裝置鎖緊組件在水下，F浮=ρgV排=ρg（V延伸桿組件+V裝置鎖緊組件）=344N，而G操作=64.8-34.4=304N。因此，當所有延伸桿全部裝上時，長柄工具重30.4kg，設檢測裝置重30kg，則操作人員操縱的最大總重量約為60kg，兩個操作人員可輕松操縱。

3.2吊環強度校核

我們對長柄工具的關鍵零件進行了強度校核。以吊環為例，從上面計算可知，長柄工具的最大操作重量為60kg。此時吊環所受的力有F操作和操作重量G操作。由于長柄工具不與其它機構有剛性連接，不存在扭矩和彎矩。將用INVENTOR軟件進行應力分析得到結果如圖4、圖5所示：

從圖中可見，吊環最大應力和最大應變點均在桁車吊鉤所掛位置，最大應力為6.89MPa，遠低于鋁6061-T6的屈服強度276Mpa；最大應變也僅為9.139*10-5，因此，吊環結構設計合理。

總結

本文介紹了一種新穎的長柄工具，它能將無損檢測裝置吊裝至壓力容器待檢焊縫；通過計算校核，其使用穩定可靠，目前已經在我公司廠房得到了運用，有重要的應用價值。

參考文獻

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