VVER型反應堆保護管組件視頻檢查裝置設計及應用

吳東棟 管朝鵬 陳 姝 桂 亮

（核動力運行研究所，湖北 武漢430223）

0 引言

保護管組件是VVER型反應堆壓力容器的堆芯上部支撐構件，是核設備中最關鍵的設備之一，對核電站的安全運行起著至關重要的作用[1]。按照相關法規，需要對保護管組件進行定期的視頻檢查。對保護管的檢查內容主要包括：外筒體多條環焊縫和底部下格柵表面，如圖1所示。采用的檢查方法為視頻檢查。目前，常用的檢查設備為俄羅斯的CK54視頻檢查裝置，該檢查裝置結構和重量比較大，調試和安裝時都需要吊環配合。現場實施時，檢查裝置可以控制檢測攝像頭沿著保護管組件筒體外表面的軸向，以及底部下格柵表面的徑向移動，然后通過環吊和專用吊具控制保護管組件原地旋轉，這樣就可以完成外筒體多條環焊縫和底部下格柵表面的視頻檢查。整個檢查過程需要保護管組件旋轉10多圈。由于環吊在整個大修為主線，因此，縮短環吊占用時間即可縮短大修時間。本文設計了一種浮游式水下機器人，用于保護管組件底部下格柵表面的視頻檢查，該設備在調試和現場使用時可完全擺脫環吊，因此，可大大地節約整個大修的主線時間。

圖1 VVER型反應堆保護管組件

1 工作原理

浮游式水下機器人是一種能在水下靈活運動的裝置[2]。工作時，整個保護管組件放置于檢查井內，檢查井內充滿水。浮游式水下機器人先游至保護管組件的下部，固定好深度后，從角上的一個下格柵表面特征孔開始，在水平面上運動，按照矩形軌跡逐行對每個特征孔進行視頻檢查，如圖2所示。檢查完畢，將浮游式水下機器人游動至檢查井的表面。

圖2 浮游式水下機器人工作原理

2 系統組成

浮游式水下機器人系統主要包括：浮游機器人本體、浮游機器人控制箱、遙控手柄、監視器和臍帶纜等，如圖3所示。每一部分作用如下：

圖3 浮游式水下機器人系統組成

1）浮游機器人本體：整個系統的執行單元，工作時位于保護管組件檢查井的水池內，水池是高輻射區。主功功能是能在水中自由運動，能采集水下環境視頻信息和機器人本體信息（例如深度、姿態等），同時能夠提供水下輔助照明。

2）浮游機器人控制箱：整個系統的控制單元，工作時放置于水池邊的低輻射區。用于控制浮游裝置的運動，顯示浮游裝置運動狀態、運動姿態和傳感器信息；控制攝像頭（云臺、燈光和鏡頭等），顯示攝像頭采集的視頻信息，并能截圖和錄像。

3）遙控手柄：用于方便控制浮游機器人的水下運動，也可控制輔助水下燈和攝像頭。

4）監視器：用于放大顯示攝像頭的圖像信息。

5）臍帶纜：用于連接浮游機器人本體和控制箱。

3 浮游機器人本體結構

浮游機器人本體是整個系統的執行單元，在結構上主要包括：機架組件、浮塊組件、推進器、電子艙、攝像頭和輔助水下燈[3]，如圖4所示。其中，機架組件是浮游機器人本體的安裝基礎。浮塊組件的作用為浮游機器人本體提供浮力，使整個浮游機器人在水下為零重力狀態。推進器為浮游機器人的水下運動提供動力，共6個，垂直方向2個，水平方向4個。攝像頭為一個帶兩軸云臺的攝像頭，用于保護管組件底部下格柵表面的視頻檢查，位于機器人的中間，垂直安裝，攝像頭的方向朝上，可以沿機器人前后擺動。輔助水下燈共兩個，為浮游機器人提供額外的照明，以保證攝像頭的圖像采集質量。電子艙組件是浮游機器人控制系統電的下位機，用于控制攝像頭、水下燈等，同時安裝各種傳感器，用于檢測浮游機器人的姿態和深度等信息[4，5]。

圖4 浮游機器人本體結構

4 調試及現場應用

浮游機器人裝配后，在模擬水池進行了調試并應用于VVER型反應堆保護管組件底部下格柵表面的視頻檢查。現場實施中，浮游機器人可以在保護管組件檢查井的水池內靈活運動，下水定深可靠，可沿著特征孔進行矩形掃查，攝像頭進行視頻采集質量可靠。整個檢查過程完全不占用環吊，可大大地節約主線時間，如圖5所示。

圖5 浮游機器人現場應用

1）布置場地，連接浮游式底部配合面檢查裝置和長桿攝像頭系統，并接線進行岸上調試；

2）通過吊裝長桿將浮游裝置吊到保護管組件檢查井的開槽中，然后脫鉤；

3）控制浮游裝置浮到水表面時讀深度傳感器的值，測量水深，計算出浮游裝置相對于保護管組件的高度位置；

4）控制浮游裝置下潛到保護管組件的底部，使浮游裝置的上表面與保護管組件的底部相差1 m，打開定深開關；

5）控制浮游裝置水平運動，將浮游裝置游到保護管組件的下方；

6）把長桿攝像頭沿著保護管組件檢查井的開槽下落到底部附近，同時調整云臺，保證能看到浮游裝置和保護管組件的底部；

7）配合長桿攝像頭觀察，控制浮游裝置進行水平運動，使浮游裝置的攝像頭看到檢查的開始孔，控制浮游裝置旋轉，并打開定航向功能，航向與將要檢查的路徑垂直；

8）控制浮游裝置橫向運動，開始對本排孔的檢查；

9）檢查完畢，控制浮游裝置后退，對準下一排的孔，再進行橫向運動，完成本排孔的檢查；

10）依照此辦法，對剩下的孔進行檢查，直到檢查完畢。