專利名稱:反應(yīng)堆壓力容器檢查機(jī)的前端探頭機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種核電站反應(yīng)堆壓力容器焊縫檢測(cè)設(shè)備。
技術(shù)背景
核反應(yīng)堆壓力容器下方是由一個(gè)圓柱筒體100和一個(gè)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(guān)檢查規(guī)范，需要對(duì)焊縫兩側(cè)50mm的區(qū)域(圖3中陰影部分所示)進(jìn)行探傷檢查，同時(shí)，對(duì)其表面的堆焊層也需要以焊縫為中心線、兩側(cè)各250mm的區(qū)域進(jìn)行掃查，現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)有采用超聲原理進(jìn)行檢測(cè)的檢查機(jī)，其原理是將探頭伸入壓力容器底部進(jìn)行掃查，由于待掃查區(qū)域?yàn)榍蛎妫F(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(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果不可靠，而且，在壓力容器的底部還豎立有多個(gè)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(cè)區(qū)域，使得超聲探頭的運(yùn)動(dòng)范圍受阻，從而影響待測(cè)區(qū)域的全面掃查。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種能夠與待檢測(cè)球面相緊密貼合從而保證檢測(cè)結(jié)果精確可靠的探頭機(jī)構(gòu)。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種反應(yīng)堆壓力容器檢查機(jī)的前端探頭機(jī)構(gòu)，包括超聲探頭本體、框設(shè)在所述的超聲探頭本體外側(cè)的探頭支撐框架、與探頭支撐框架通過(guò)第三轉(zhuǎn)軸相轉(zhuǎn)動(dòng)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(duì)兩側(cè)分別通過(guò)第一轉(zhuǎn)軸相轉(zhuǎn)動(dòng)連接的內(nèi)框、與內(nèi)框相對(duì)兩側(cè)分別通過(guò)第二轉(zhuǎn)軸相轉(zhuǎn)動(dòng)連接的外框，所述的第一轉(zhuǎn)軸的軸心線與第二轉(zhuǎn)軸的軸心線相垂直，所述的第二轉(zhuǎn)軸與第三轉(zhuǎn)軸的軸心線相平行，在所述的第三轉(zhuǎn)軸上還套設(shè)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(zhuǎn)軸、第二轉(zhuǎn)軸以及扭簧為所述的超聲探頭本體在球面上提供旋轉(zhuǎn)自由度以使得超聲探頭本體與待測(cè)球面緊密耦合。
所述的旋轉(zhuǎn)自由度包括所述的超聲探頭本體沿第一轉(zhuǎn)軸在球面周向上偏轉(zhuǎn)的第一自由度、所述的內(nèi)框沿第二轉(zhuǎn)軸在弧面上偏轉(zhuǎn)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。
根據(jù)上述技術(shù)方案所進(jìn)一步實(shí)施的方式中，所述的壁面支撐架為“工”型支架，所述的外框具有嵌入所述的壁面支撐架兩側(cè)的翼部，所述的第三轉(zhuǎn)軸連接在壁面支撐架的兩側(cè)與外框的翼部之間。
所述的壁面支撐架上對(duì)稱地設(shè)置有兩個(gè)探頭支撐框架及超聲探頭本體。
由于上述技術(shù)方案的運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明探頭機(jī)構(gòu)在探頭本體與內(nèi)框、內(nèi)框與外框以及外框與壁面支撐架之間設(shè)置供探頭本體在球面各方向上的位置調(diào)節(jié)，從而使得探頭本體能夠與球面相緊密耦合，其尤其適用于多個(gè)探頭機(jī)構(gòu)并排使用下的調(diào)節(jié)，避免了因探頭本體與球面耦合不好而使得檢測(cè)數(shù)據(jù)丟失的缺陷，為核電站安全運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。


附圖1為反應(yīng)堆壓力容器結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖2為本發(fā)明探頭機(jī)構(gòu)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為帶有本發(fā)明探頭機(jī)構(gòu)的多個(gè)探頭組件排列方式示意圖
附圖5為帶有本發(fā)明探頭機(jī)構(gòu)的單個(gè)探頭組件立體結(jié)構(gòu)示意圖(初始狀態(tài))；
附圖6為帶有本發(fā)明探頭機(jī)構(gòu)的單個(gè)探頭組件立體結(jié)構(gòu)示意圖(工作狀態(tài))；
附圖7為單個(gè)探頭組件側(cè)視圖；
附圖8為探頭組件前端探頭機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
其中10、檢查臂；20、探頭組件；201、彈簧緩沖臺(tái)架；2011、連桿；2012、彈簧； 2013、滑塊；202、探頭機(jī)構(gòu)；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(nèi)框；211、第一轉(zhuǎn)軸；22、外框；221、第二轉(zhuǎn)軸；222、翼部；3、壁面支撐架；31、第三轉(zhuǎn)軸；4、扭簧；5、第四轉(zhuǎn)軸；
100、圓柱筒體；200、下封頭；300、焊縫；400、貫穿件；
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖、舉例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體內(nèi)容
圖2和圖3示出了檢查機(jī)前端探頭掃查裝置的結(jié)構(gòu)及工作狀態(tài)，由于反應(yīng)堆壓力容器為大型容器，其底部位于20m的水下，同時(shí)壓力容器存在較大核輻射，人不能靠近操作，因此，為了實(shí)現(xiàn)將探頭掃查裝置伸入至容器底部，在容器的外部架設(shè)有大型檢查機(jī)(圖中未顯示)，檢查機(jī)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(jī)的外部機(jī)械結(jié)構(gòu)及其控制系統(tǒng)不是本發(fā)明要點(diǎn)，其可采用現(xiàn)有檢查機(jī)的架構(gòu)，在此對(duì)其結(jié)構(gòu)不再贅述。
下面首先對(duì)探頭掃查裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹以引出本發(fā)明的探頭機(jī)構(gòu)參見(jiàn)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(gè)并排設(shè)置的探頭組件20組成，多個(gè)探頭組件20之間通過(guò)一支撐架204相支撐連接，如圖4所示，探頭組件20的個(gè)數(shù)為八個(gè)，每個(gè)探頭組件20上設(shè)置有兩個(gè)超聲探頭本體1，下面對(duì)單個(gè)探頭組件20的構(gòu)成進(jìn)行說(shuō)明
如圖5至圖7所示，每個(gè)探頭組件20由彈簧緩沖臺(tái)架201、探頭機(jī)構(gòu)202以及連接在彈簧緩沖臺(tái)架201與探頭機(jī)構(gòu)202之間的下伸支架203組成，其中，彈簧緩沖臺(tái)架201由與檢查臂10軸心線相平行設(shè)置的多根連桿2011、套設(shè)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(dòng)地設(shè)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(dòng)滑塊2013沿徑向往復(fù)滑動(dòng)時(shí)，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(gè)探頭組件20初始狀態(tài)，此時(shí)，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(gè)探頭組件工作狀態(tài)，即在檢查臂10的推進(jìn)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(duì)前端探頭機(jī)構(gòu)202產(chǎn)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(shè)定，具體設(shè)定需要根據(jù)探頭組件20的個(gè)數(shù)以及壓力容器內(nèi)貫穿件的位置綜合考慮，本實(shí)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(jī)構(gòu)202穩(wěn)定連接，本實(shí)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(gè)下伸支架大致呈 “Y” 形。
位于最前端的探頭機(jī)構(gòu)202主要由超聲探頭本體1、框設(shè)在超聲探頭本體1外側(cè)的探頭支撐框架2、與探頭支撐框架2通過(guò)第三轉(zhuǎn)軸31相轉(zhuǎn)動(dòng)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(duì)兩側(cè)分別通過(guò)第一轉(zhuǎn)軸211 相轉(zhuǎn)動(dòng)連接的內(nèi)框21、與內(nèi)框21相對(duì)兩側(cè)分別通過(guò)第二轉(zhuǎn)軸221相轉(zhuǎn)動(dòng)連接的外框22組成，所述的第一轉(zhuǎn)軸211的軸心線與第二轉(zhuǎn)軸221的軸心線相垂直，第二轉(zhuǎn)軸221與第三轉(zhuǎn)軸31的軸心線相平行，第一轉(zhuǎn)軸211采用螺釘實(shí)現(xiàn)。在第三轉(zhuǎn)軸31上還套設(shè)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(shí)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(cè)的翼部222，第三轉(zhuǎn)軸31連接在壁面支撐架3的兩側(cè)與外框22的翼部222之間。本實(shí)施例中，在壁面支撐架3的兩側(cè)對(duì)稱地設(shè)置有上述兩個(gè)超聲探頭本體1及探頭支撐框架2。
同時(shí)，下伸支架203的兩傾斜部2032跨接在壁面支撐架3的兩端側(cè)，并通過(guò)第四轉(zhuǎn)軸5與壁面支撐架3相連接，所述的第四轉(zhuǎn)軸5的軸心線與第三轉(zhuǎn)軸31的軸心線相平行。
上面對(duì)探頭掃查裝置的結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行了說(shuō)明，下面將對(duì)其作用原理進(jìn)行介紹
首先，我們對(duì)掃查裝置的運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行定義，在壓力容器檢查中，業(yè)界約定俗成的坐標(biāo)系統(tǒng)定義如下
A)、沿筒體和下封頭的周向旋轉(zhuǎn)方向定義為X方向(從容器口方向俯視)；
B)、沿下封頭弧面運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閅方向；
C)、沿球面壁厚運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閆方向。
首先我們對(duì)檢查臂的動(dòng)作方式進(jìn)行說(shuō)明在檢查機(jī)控制系統(tǒng)的控制下，檢查臂10 實(shí)質(zhì)上具有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度和一個(gè)線性自由度，當(dāng)檢查臂10伸入至容器內(nèi)部，首先檢查臂 10控制彈簧緩沖臺(tái)架201的滑塊2013往壁面方向運(yùn)動(dòng)(球體半徑方向)，此即檢查臂10 的線性運(yùn)動(dòng)自由度(圖7中標(biāo)示為Z)，當(dāng)探頭機(jī)構(gòu)與反應(yīng)堆壁面接觸之后，通過(guò)觀察彈簧的壓縮情況，來(lái)確定探頭機(jī)構(gòu)是否與壁面已經(jīng)接觸或壓緊；之后，啟動(dòng)檢查臂上的旋轉(zhuǎn)自由度 (圖7中標(biāo)示為TO)，使得檢查臂往下方擺到最極限的位置，此時(shí)探頭機(jī)構(gòu)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(guò)上述兩個(gè)自由度的控制， 使得探頭機(jī)構(gòu)202定位到需要檢查的位置。在確定探頭機(jī)構(gòu)202與檢查位置緊密貼合后， 控制檢查臂旋轉(zhuǎn)(另一旋轉(zhuǎn)自由度)，帶動(dòng)探頭機(jī)構(gòu)做周向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)一周以后，檢查臂上的旋轉(zhuǎn)自由度再往Y負(fù)向步進(jìn)，繼續(xù)反方向旋轉(zhuǎn)一周掃查，一直到旋轉(zhuǎn)自由度所步進(jìn)區(qū)域覆蓋完整個(gè)焊縫所需檢查區(qū)域時(shí)為止。
在探頭機(jī)構(gòu)202定位到需要檢查的位置后，控制探頭機(jī)構(gòu)202與檢查位置的緊密貼合是通過(guò)設(shè)置在各探頭機(jī)構(gòu)上的自由度來(lái)實(shí)現(xiàn)的，探頭機(jī)構(gòu)202上主要包括三個(gè)旋轉(zhuǎn)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(nèi)框21的第一轉(zhuǎn)軸211處實(shí)現(xiàn)， 其用于控制探頭的X方向偏轉(zhuǎn)，該方向自由度的設(shè)置是由于探頭機(jī)構(gòu)202安裝有多個(gè)超聲探頭本體1，在球面檢查時(shí)，各探頭本體1的X方向偏轉(zhuǎn)角度是不相同的，因此，需要通過(guò)各自的第一轉(zhuǎn)軸211進(jìn)行微調(diào)；第二自由度Yl由連接內(nèi)框21與外框22的第二轉(zhuǎn)軸221實(shí)現(xiàn)，控制探頭Y方向的偏轉(zhuǎn)，保證各探頭本體與壁面的緊密貼合；第三自由度Y2由扭簧4實(shí)現(xiàn)，其用于控制的是單個(gè)探頭機(jī)構(gòu)不同的偏向，且具有向球面Z方向緊貼的趨勢(shì)。以上的各個(gè)自由度，均有一定的限位范圍。
通過(guò)在探頭機(jī)構(gòu)設(shè)置上述自由度，保證了探頭本體與球面的較好耦合，從而保證檢測(cè)信號(hào)的連續(xù)性，不會(huì)因?yàn)榻佑|不好或不穩(wěn)定而丟失數(shù)據(jù)，保證了檢測(cè)結(jié)構(gòu)的可靠性和精確性。
上述實(shí)施例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種反應(yīng)堆壓力容器檢查機(jī)的前端探頭機(jī)構(gòu)，包括超聲探頭本體(1)、框設(shè)在所述的超聲探頭本體(1)外側(cè)的探頭支撐框架O)、與探頭支撐框架( 通過(guò)第三轉(zhuǎn)軸(31)相轉(zhuǎn)動(dòng)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(duì)兩側(cè)分別通過(guò)第一轉(zhuǎn)軸(211)相轉(zhuǎn)動(dòng)連接的內(nèi)框(21)、與內(nèi)框相對(duì)兩側(cè)分別通過(guò)第二轉(zhuǎn)軸021)相轉(zhuǎn)動(dòng)連接的外框(22)，所述的第一轉(zhuǎn)軸011)的軸心線與第二轉(zhuǎn)軸021)的軸心線相垂直，所述的第二轉(zhuǎn)軸021)與第三轉(zhuǎn)軸(31)的軸心線相平行，在所述的第三轉(zhuǎn)軸 (31)上還套設(shè)有扭簧G)，所述的扭簧(4)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(zhuǎn)軸011)、第二轉(zhuǎn)軸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(zhuǎn)自由度以使得超聲探頭本體(1)與待測(cè)球面緊密耦合。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的反應(yīng)堆壓力容器檢查機(jī)的前端探頭機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的旋轉(zhuǎn)自由度包括所述的超聲探頭本體(1)沿第一轉(zhuǎn)軸(211)在球面周向上偏轉(zhuǎn)的第一自由度、所述的內(nèi)框沿第二轉(zhuǎn)軸(221)在弧面上偏轉(zhuǎn)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。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的反應(yīng)堆壓力容器檢查機(jī)的前端探頭機(jī)構(gòu)，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(3) 兩側(cè)的翼部(222)，所述的第三轉(zhuǎn)軸(31)連接在壁面支撐架C3)的兩側(cè)與外框0 的翼部 (222)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的反應(yīng)堆壓力容器檢查機(jī)的前端探頭機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的壁面支撐架( 上對(duì)稱地設(shè)置有兩個(gè)所述的探頭支撐框架以及對(duì)稱地設(shè)置有兩個(gè)所述的超聲探頭本體(1)。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的反應(yīng)堆壓力容器檢查機(jī)的前端探頭機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的第一轉(zhuǎn)軸011)為螺釘。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種反應(yīng)堆壓力容器檢查機(jī)的前端探頭機(jī)構(gòu)，包括超聲探頭本體、框設(shè)在超聲探頭本體外側(cè)的探頭支撐框架、與探頭支撐框架通過(guò)第三轉(zhuǎn)軸相轉(zhuǎn)動(dòng)連接的壁面支撐架，探頭支撐框架包括與超聲探頭本體相對(duì)兩側(cè)分別通過(guò)第一轉(zhuǎn)軸相轉(zhuǎn)動(dòng)連接的內(nèi)框、與內(nèi)框相對(duì)兩側(cè)分別通過(guò)第二轉(zhuǎn)軸相轉(zhuǎn)動(dòng)連接的外框，在第三轉(zhuǎn)軸上還套設(shè)有扭簧，扭簧的一端與壁面支撐架相連，另一端與外框相連，所述的第一轉(zhuǎn)軸、第二轉(zhuǎn)軸以及扭簧為超聲探頭本體在球面上提供旋轉(zhuǎn)自由度以使得超聲探頭本體與待測(cè)球面緊密耦合。本發(fā)明探頭機(jī)構(gòu)避免了因探頭本體與球面耦合不好而使得檢測(cè)數(shù)據(jù)丟失的缺陷，為核電站安全運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)G21C17/01GKCN101894592SQ201010208499
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年6月23日
發(fā)明者李明, 洪茂成, 肖學(xué)柱, 許偉科, 陳懷東 申請(qǐng)人:中國(guó)廣東核電集團(tuán)有限公司, 中廣核檢測(cè)技術(shù)有限公司, 中科華核電技術(shù)研究院有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (5),