一種高溫氣冷堆壓力容器檢查用圓周運動小車研究

0 引言

核反應堆壓力容器是一回路系統的重要設備，也是主回路壓力邊界的主要組成部分。作為被檢核反應堆的關鍵設備，壓力容器是反應堆重要的安全屏障，其主體由頂蓋、筒體和底封頭等部件組成。為保障核電站安全運營，壓力容器一回路邊界焊縫的役前和在役檢測至關重要。根據檢查大綱要求，需對一回路壓力邊界焊縫進行超聲檢測[。超聲檢測在無損檢測領域備受青睞，因為其經濟實惠、操作便捷且易于推廣應用，同時，超聲檢測在定量和定位方面表現出色，結果直觀可靠。這些優勢使其在質量控制環節得到了廣泛應用，成為保障產品質量的重要手段[2]。

1檢查對象介紹

核電站壓力容器是核島關鍵設備，它包容核反應堆堆芯，工作時，需要承受高溫高壓。它的主要作用是為堆內所有元器件提供支撐，同時，作為輻射防護的第二道屏障防止放射性物質泄漏。制造過程中，由于其尺寸太大，需要由多段焊接而成。壓力容器制造過程中由上筒體筒身、下筒體筒身、熱氣導管等筒體組合件、法蘭、頂蓋組合件及底封頭焊接組成，不同的堆型，其筒體焊縫設計數量也有所不同，高溫氣冷堆示范工程壓力容器上筒體設計有6條環焊縫和10條縱焊縫。本文對該壓力容器筒體段焊縫進行研究，以開發其對應的檢查設備。由于檢測任務量大且工作環境復雜，檢測裝置需滿足結構簡潔、安裝便捷、穩定性高且輕量化等要求[3]。

高溫氣冷堆壓力容器超聲自動檢查裝置主要由導軌、圓周運動及升降運動部件、掃查部件等組成。本文根據壓力容器一回路邊界焊縫自身及周邊元器件支撐座分布位置和結構特點，開發了一套壓力容器外表面專用檢查裝置，該裝置導軌安裝在壓力容器上方外圍混凝土平臺上，導軌與壓力容器同心布置，且導軌平面與壓力容器平面平行，圓周運動小車安裝于導軌上方，可以沿導軌整圈運動，升降運動軸安裝于圓周運動軸上，可以攜帶掃查部件沿壓力容器軸線方向自動升降，從而實現壓力容器外表面超聲自動檢查，其示意圖如圖1所示。

1一升降運動組件；2一圓周運動小車；3一導軌；4一混凝土平臺；5—鋼絲繩；6—頂蓋；7—冷凝管壁；8—主螺栓；9一壓力容器法蘭；10一掃查部件。

圓周運動小車在該檢查裝置中非常關鍵，故本文根據圓周運動小車在該檢查裝置中所處位置、承擔作用及和它相配組件結構特點，特開發適用于該邊界焊縫檢查的圓周運動小車，要求該小車運動過程中與壓力容器軸線和周向兩個方向有定位基準，檢查過程中能實時反饋基準相對坐標，運動過程連續，根據檢查要求，可以實時調節檢查速度。

2高溫氣冷堆壓力容器檢查用圓周運動小車結構介紹

如圖2所示，圓周運動小車由高精度定位組件、剛性支撐組件、小車機架組件、自適應防傾翻組件、防傾翻機械限位組件、自適應彈性支撐組件、彈性驅動組件等零部件組成。

1一高精度定位組件；2一剛性支撐組件；3一小車機架組件； 4一自適應防傾翻組件；5一防傾翻機械限位組件； 6一自適應彈性支撐組件；7一彈性驅動組件。

3技術難點及解決方法

3.1 技術難點

1）整圈導軌已經安裝至核島外圍混凝土平臺上方，圓周運動小車與導軌裝配過程要求簡單、方便、可靠。

2）圓周運動小車需要攜帶檢查設備沿導軌整圈運動，運動過程中要求運動速度連續傳動、可控可調、實時準確反饋與壓力容器之間相對坐標。

3）因導軌和混凝土平臺在壓力容器外圍上方，

該部件工作過程為偏心承載方式，需要確保支撐平穩可靠，運動過程中設備和人員安全。

3.2 解決方法

3.2.1 安裝簡單、方便、可靠的解決方法

圓周運動小車與導軌間采用滾動摩擦傳動和滾動輪支撐相結合的結構形式，安裝時，只需將圓周運動小車整體吊裝至導軌上，前后滾輪分別與導軌前后上表面相貼合時，將自適應防傾翻組件安裝至圓周運動小車部件中小車機架組件預設滑動導軌上，推到機械限位后，自適應防傾翻組件滑塊與小車機架組件預設滑動導軌孔相配，插入快插銷即完成安裝。安裝過程中，自適應防傾翻組件中彈性元器件處于壓緊狀態，待快插銷軸安裝到位后，將彈性元器件中彈性行程釋放，使彈性滾輪處于防傾翻工作狀態。彈性防傾翻組件結構示意如圖3所示。

3.2.2運動過程中速度可控、可調、實時準確反饋坐標的解決方法

為了確保驅動電機持續有效驅動，將驅動電機組件設計在重心側，確保其運動過程中能始終緊貼導軌上表面。摩擦驅動組件結構示意如圖4所示。同時，該組件設計有彈性元器件，當導軌表面有細小障礙物或結合面有高低差時，能利用彈性元器件的彈性功能，越過障礙物。該組件中設計有高精度定位組件，其結構示意如圖5所示，該組件彈性輪始終緊貼導軌外側圓周面，能實時反饋圓周運動小車相對起始點坐標。

3.2.3支撐平穩可靠、運動安全的解決方法

圓周運動小車與導軌間設計成多點分布式滾輪支撐結構，且剛性支撐組件與自適應彈性支撐組件相結合，外側四組支撐為剛性支撐組件，中間四組為彈性支撐組件，二者結構示意如圖6所示，設備安裝完成后，確保剛性支撐組件能與導軌上表面接觸。圓周運動小車外圍設計有三組彈性自適應防傾翻組件，安裝該組件中彈性元器件時，將兩側螺紋擰緊，使彈性元器件處于受壓狀態，安裝到位后，調整兩側螺釘狀態，直到自適應防傾翻組件中滾輪與導軌下表面接觸，自適應防傾翻組件處于工作狀態時，調節好螺釘接合長度，確保運動過程中余量足夠即可。為了確保使用過程中足夠安全，圓周運動小車前后各布置有兩組防傾翻機械限位組件，正常運動過程中，該組件不工作，只有當自適應防傾翻組件失效時，防傾翻機械限位組件才開始工作，以確保自適應防傾翻組件處于失效狀態時小車不會脫離導軌工作。

4 調試及應用

檢查裝置組裝完成后，需要進行單軸通電測試、整機通電測試，通過測試后在大廳模擬體上完成模擬測試和內部驗收，通過后才能發往現場進行檢查應用。在測試和應用過程中，圓周運動小車安裝在預先布置好的導軌上，運動效果良好，持續傳動，精度準確。調試示意如圖7（a）所示。該圓周運動小車目前已經在高溫氣冷堆示范工程中完成多次役前及在役檢查，應用示意如圖7（b）所示。通過設計不同尺寸導軌和與導軌對應的圓周運動小車，可以滿足各種不同直徑高溫氣冷堆壓力容器超聲自動檢查的要求。

5 結論

本文研究了核反應堆壓力容器一回路邊界焊縫超聲檢查裝置用圓周運動小車，其能按照設計輸入要求，攜帶上方升降組件、檢查組件與托盤沿導軌整圈運動，最終將檢查裝置相對導軌坐標定位后，遠程自動控制各運動軸精確運動，將檢查組件移動至一回路壓力容器邊界焊縫檢查位置，對該邊界焊縫實施自動檢查。調試和現場檢查結果表明，該圓周運動小車能實現負載后沿導軌進行圓周運動與精確定位。

[參考文獻]

[1]周文，王龍.反應堆壓力容器筒體環焊縫超聲檢查裝置直線伸縮仿真分析[J].中國設備工程，2024（13）：178-180.

[2]曾偉，楊先明，王海濤，等.激光超聲技術及其應用[J].無損檢測，2013，35（12）：49-52.

[3]蘇會.石油鉆機鋼結構焊縫的無損檢測應用研究[D].大慶：東北石油大學，2014.