控制棒导向筒导向卡孔超声检验装置的制作方法

1.本发明涉及核电站控制棒导向筒内导向卡孔的无损检测技术领域，尤其涉及一种控制棒导向筒导向卡孔超声检验装置。


背景技术：

2.核电站反应堆压力容器堆内构件是反应堆堆本体结构中的重要设备之一，其安装在反应堆压力容器内，与反应堆压力容器、控制棒驱动机构、燃料组件及相关组件等设备组合在一起实现反应堆功能。导向筒组件是堆内构件的重要组成部分，通常一个上部堆内构件包含数十根导向筒组件，其为控制棒组件在堆内上、下运动起导向和对中作用，主要由上部导向筒组件和下部导向筒组件组成。上部导向筒组件底部与下部导向筒组件顶部固定在上部支承板组件上，通过法兰连接一体，下部导向筒组件通过底部两个定位销限制在堆芯上板上，实现定位和支承。导向筒组件内部分布有9个导向板，用于控制棒束组件落棒时的定位、导向。控制棒导向筒组件顶端中心开有φ58.65圆孔用于抓取机构升降运动，底部连续段为规则开孔与滑槽结合结构。
3.导向板用于控制棒定位、导向，并提供支承，避免控制棒在水流振动造成过大变形，其根据控制棒结构开有24个φ10.725mm圆孔及中心φ61mm圆孔。
4.受反应堆运行期间控制棒频繁上下运动、高速水流导致的微震等多重因素影响，运行一定周期数的控制棒导向筒导向卡孔普遍存在磨损，该磨损可能导致控制棒出现卡棒风险，从而影响核电站的安全运行，因此在核电站运行一定周期后，通常会使用专用的控制棒导向筒导向卡孔超声检验装置对9层导向板的各个导向卡孔进行内表面直径测量，从而获取其内表面的磨损量，并根据测量结果对磨损量超标的导向筒进行更换。
5.由于在实施导向卡孔超声检验时，各检验探头只能从导向筒组件顶端中心φ58.65mm圆孔进入导向筒组件内，且24个导向卡孔径向分布尺寸均大于58.65mm，因此需设计一种控制棒导向筒导向卡孔超声检验装置。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服现有技术中所述的缺陷，从而提供一种控制棒导向筒导向卡孔超声检验装置，该控制棒导向筒导向卡孔超声检验装置实现对控制棒导向筒导向卡孔进行超声检验时，各检验探头可通过导向筒组件顶端小尺寸中心圆孔，并实现对24个导向卡孔内表面尺寸的测量。
7.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
8.一种控制棒导向筒导向卡孔超声检验装置，包括张合组件连接块、探头张合固定座、探头张合拉杆、探头张合上铰链杆和超声检验探头组件，所述张合组件连接块与所述探头张合固定座固定连接为一体并具有空腔，所述探头张合拉杆穿设于所述空腔，所述探头张合上铰链杆铰接于所述探头张合固定座的侧壁，所述探头张合上铰链杆的上铰链杆施压端伸入至所述探头张合固定座内，所述探头张合上铰链杆的上铰链杆张合端伸出至所述探
头张合固定座外，所述上铰链杆张合端上安装有所述超声检验探头组件，驱动所述探头张合拉杆轴向移动以转动所述探头张合上铰链杆。
9.作为一种可实施的方式，所述探头张合固定座上还设有可转动的探头张合下铰链杆，所述探头张合下铰链杆与所述超声检验探头组件铰接。
10.作为一种可实施的方式，所述探头张合拉杆上间隔布置有两个探头张合限位块，两个所述探头张合限位块分别位于所述上铰链杆施压端的两侧。
11.作为一种可实施的方式，所述探头张合限位块朝向所述上铰链杆施压端的一侧安装有探头张合弹性顶块。
12.作为一种可实施的方式，所述探头张合拉杆连接探头张合气缸，所述探头张合气缸驱动所述探头张合拉杆轴向移动。
13.作为一种可实施的方式，所述超声检验探头组件包括超声检验探头支架，所述超声检验探头支架上设有同轴线的超声水浸探头、超声信号反射镜和反射镜旋转驱动电机，所述超声信号反射镜固定安装于所述反射镜旋转驱动电机并朝向所述超声水浸探头。
14.作为一种可实施的方式，所述超声检验探头支架的孔内设有动密封圈，所述动密封圈的内壁与所述超声信号反射镜贴合。
15.作为一种可实施的方式，所述超声检验探头支架的腔体下端设有静密封圈，所述静密封圈的外壁与所述腔体内壁贴合，所述静密封圈中心开有圆孔。
16.作为一种可实施的方式，所述探头张合固定座的下方连接有下部对中座，所述下部对中座上开设有方槽，所述方槽内设有支撑瓦片，所述支撑瓦片的一端连接所述下部对中座，另一端连接下部对中滑块。
17.作为一种可实施的方式，所述下部对中滑块连接下部对中气缸座的上端，所述下部对中气缸座的下端连接下部对中气缸。
18.与现有技术相比，本发明提供的控制棒导向筒导向卡孔超声检验装置具有以下有益效果：
19.实现6个超声检验探头收拢后，可顺利通过被检导向筒顶端小尺寸中心圆孔；6个超声检验探头张开后，可通过圆周转动，实现对导向板上24个导向孔的检验全覆盖。
20.超声检验探头组件通过超声信号反射镜将水浸超声探头超声信号由竖直方向反射为水平方向，从而实现在狭窄的导向卡孔内，实现对导向卡孔内表面360度全范围超声检验。
21.通过下部支撑机构实现4个支撑瓦片收拢后，可顺利通过被检导向筒顶端小尺寸中心圆孔，张开后，支撑瓦片可支撑在下层导向板中心圆孔内，从而保证超声检验时，检验设备及检验探头处于稳定状态，提高检验精度。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
23.图1为本发明实施例所提供的控制棒导向筒导向卡孔超声检验装置的结构示意
图；
24.图2为本发明实施例所提供的控制棒导向筒导向卡孔超声检验装置的沿a-a面的剖视图；
25.图3为图2的b处放大图；
26.图4为本发明实施例所提供的探头上合铰链杆的结构示意图；
27.图5为本发明实施例所提供的探头下合铰链杆的结构示意图；
28.图6为本发明实施例所提供的超声检验探头组件的结构示意图；
29.图7为本发明实施例所提供的超声检验探头组件沿d-d面的剖视图；
30.图8为本发明实施例所提供的支撑瓦片的正视图；
31.图9为本发明实施例所提供的支撑瓦片的俯视图；
32.图10为本发明实施例所提供的支撑瓦片的侧视图；
33.图11为本发明实施例所提供的为图2的c处放大图；
34.图12为本发明实施例所提供的控制棒导向筒导向卡孔超声检验装置进入导向筒时的收拢状态示意图；
35.图13为本发明实施例所提供的控制棒导向筒导向卡孔超声检验装置进入导向筒时的张开状态示意图。
36.附图标记说明：
37.1、张合组件连接块；2、探头张合固定座；3、探头张合气缸；4、探头张合拉杆；5、探头张合限位块；6、探头张合弹性顶块；7、探头张合上铰链杆；8、探头张合下铰链杆；9、超声检验探头组件；10、下部对中座；11、支撑瓦片；12、下部对中滑块；13、下部对中气缸座；14、下部对中拉杆；15、下部对中气缸；16、上铰链杆支点；17、上铰链杆铆接点；18、上铰链杆施压端；19、上铰链杆张合端；20、下铰链杆支点；21、下铰链杆铆接点；22、超声检验探头支架；23、超声水浸探头；24、超声信号反射镜；25、动密封圈；26、反射镜旋转驱动电机；27、静密封圈；28、支撑张合滑槽。
具体实施方式
38.虽然本发明的控制棒导向筒导向卡孔超声检验装置可以通过多种不同方式来实施，但是本文将结合附图对示例性实施方式进行详细描述，可以理解的是，本文的描述应被认为是对控制棒导向筒导向卡孔超声检验装置的结构进行举例说明，而无意将本发明的保护范围局限于示例性实施方式。因此，在本质上，附图和具体实施方式的描述应被认为用于说明而非限制本发明。
39.在本发明的描述中，需要说明的是，本文的术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“水平”、“竖直”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
40.下面通过具体实施方式进一步详细说明。
41.如图1至图3所示，本发明提供了一种控制棒导向筒导向卡孔超声检验装置，用于实现对各导向卡孔内表面的尺寸测量，以及6个检验探头通过导向筒顶端中心圆孔时的远程操控收拢和实施检验时的远程操控张开。控制棒导向筒导向卡孔超声检验装置包括张合
组件连接块1、探头张合固定座2、探头张合拉杆4、探头张合上铰链杆7和超声检验探头组件9。张合组件连接块1与探头张合固定座2固定连接为一体，它们内部具有空腔。探头张合拉杆4可滑动地设置在空腔中。探头张合上铰链杆7铰接在探头张合固定座2的侧壁的孔中，探头张合上铰链杆7的上铰链杆施压端18伸入到探头张合固定座2的内部空腔中，探头张合上铰链杆7的上铰链杆张合端19伸出到探头张合固定座2的外部，上铰链杆张合端19上安装超声检验探头组件9。驱动探头张合拉杆4轴向移动，实现探头张合上铰链杆7发生转动运动，进而使得超声检验探头组件9转动。
42.探头张合固定座2为6个超声检验探头组件9的固定机架，6个超声检验探头组件9通过探头张合上铰链杆7、探头张合下铰链杆8及其销轴安装在固定机架的上、下端面。
43.探头张合气缸3通过气动控制的方式实现超声检验探头组件9的张开和收拢，采用双作用气缸，通过气缸自带外螺纹安装在张合组件连接块1的上端部，活塞杆一端与探头张合拉杆4连接。在探头张合气缸3作用下，可实现探头张合拉杆4在张合组件连接块1、探头张合固定座2中心空腔内的相对运动。
44.如图3所示，探头张合拉杆4上间隔布置有两个探头张合限位块5，两个探头张合限位块5分别位于上铰链杆施压端18的两侧。探头张合限位块5采用硬质材料，为盘状结构，其通过销钉或螺栓实现与探头张合拉杆4的固定，在探头张合气缸3作用下，与探头张合拉杆4同步移动。
45.如图3所示，探头张合限位块5朝向上铰链杆施压端18的一侧(距离上铰链杆施压端18近的一侧)安装有探头张合弹性顶块6。探头张合弹性顶块6采用弹性材料，同样为盘状结构，其通过螺栓安装在探头张合限位块5上，与探头张合限位块5一起随着探头张合拉杆4移动。
46.如图4所示，探头张合上铰链杆7为薄片连杆，为适应导向板上各导向卡孔间的卡槽，其厚度小于3mm。探头张合上铰链杆7开有两个铰制孔，分别为上铰链杆支点16、上铰链杆铆接点17，并以上铰链杆支点16为分界点，将其分为上铰链杆施压端18和上铰链杆张合端19。
47.上铰链杆支点16通过销钉安装在探头张合固定座2上，上铰链杆铆接点17通过铆钉与超声检验探头组件9连接。探头张合气缸3驱动探头张合拉杆4、探头张合限位块5、探头张合弹性顶块6移动，进而通过探头张合弹性顶块6施加压力给上铰链杆施压端18，带动探头张合上铰链杆7绕上铰链杆支点16的转动，从而实现超声检验探头组件9的张合：当探头张合拉杆4上方的探头张合弹性顶块6施加压力给上铰链杆施压端18时，6个超声检验探头同步张开；当探头张合拉杆4下方的探头张合弹性顶块6施加压力给上铰链杆施压端18时，6个超声检验探头同步收拢。
48.如图5所示，探头张合下铰链杆8为薄片连杆，同探头张合上铰链杆7一样，为适应导向板上各导向卡孔间的狭窄卡槽，其厚度也小于3mm。探头张合下铰链杆8也开有两个铰制孔，分别为下铰链杆支点20、下铰链杆铆接点21。
49.如图3、图6和图7所示，超声检验探头组件9对导向卡孔内表面实施水浸探头检测。超声检验探头组件9通过上、下两个铆钉孔连接至探头张合上铰链杆7、探头张合下铰链杆8，其与探头张合固定座2、探头张合上铰链杆7与探头张合下铰链杆8一起形成平行四杆机构。在探头张合气缸3的作用下，超声检验探头组件9以始终平行于被检导向筒轴线的角度
张合，以保证其能顺利进入各被检导向卡孔，以及导向卡孔的测量精度。
50.如图7所示，超声检验探头组件9由超声检验探头支架22、超声水浸探头23、超声信号反射镜24、动密封圈25、反射镜旋转驱动电机26、静密封圈27等组成。
51.超声检验探头支架22是超声检验探头组件9上所有零件的安装基座，并通过上、下两个铆钉孔与探头张合上铰链杆7、探头张合下铰链杆8铆接。为满足对导向卡孔内表面测量要求，超声检验探头支架22圆柱体部分最大直径需小于导向卡孔内径，即小于10.725mm。
52.超声水浸探头23为自制的高频超声水浸探头，发射超声波信号，并接收反射后的超声波信号传递至超声仪，从而获取被检导向卡孔的内表面尺寸。超声水浸探头23安装在超声检验探头支架22上的安装孔内，并通过粘接固定在一起。
53.超声信号反射镜24安装在反射镜旋转驱动电机26上，电机输出轴与反射镜的中心孔配合，并粘接固定在一起。超声信号反射镜24通过45度镜面反射来自超声水浸探头23的超声信号，将竖直方向传递的超声波信号反射成水平方向传递，水平传递超声波信号到达导向卡孔内壁后部分反射，同时超声信号反射境接收反射的水平传递超声波信号，并反射成竖直方向传递超声波信号给超声水浸探头23。
54.动密封圈25安装在超声检验探头支架22上的孔内，采用弹性压缩结构，其内壁与超声信号反射镜24的轴贴合，从而形成密封结构，防止水下实施检验时水进入反射镜旋转驱动电机26密封腔内，对电机电气部件造成损坏。
55.反射镜旋转驱动电机26同样安装在超声检验探头支架22上的腔体内，用于实施超声检验时驱动超声信号反射镜24的高速旋转，从而实现将超声水浸探头23发射的超声波信号通过超声信号反射镜24分配至整个导向卡孔圆周内壁，实现360度检验全覆盖。
56.静密封圈27安装在超声检验探头支架22上的腔体下端，采用弹性压缩结构，其外壁与腔体内壁贴合，中心开有圆孔用于反射镜旋转驱动电机26的接线。
57.如图8至图11所示，下部对中座10通过螺栓固定在探头张合固定座2上，是下部支撑机构的安装基座，是长杆机构，其上部开有4个方槽，下端中心为内螺纹结构。4个支撑瓦片11的一端通过螺纹销安装在下部对中座10的4个方槽内，下端中心内螺纹则与下部对中拉杆14上端外螺纹形成螺纹连接。
58.支撑瓦片11用于实施检验时，为避免检验探头晃动，而支撑在导向筒内被检导向板下层导向板中心孔内，从而提高检测精度。支撑瓦片11采用长条状设计，上、下开有两个支撑张合滑槽28，分别通过销钉连接至下部对中座10、下部对中滑块12上，并通过支撑张合滑槽28的高度变化，实现支撑瓦片11沿径向的运动，从而实现下部支撑结构的同步张开、收拢。
59.下部对中滑块12连接支撑瓦片11和下部对中气缸座13，为圆柱形结构，圆周方向均布四个方槽。支撑瓦片11通过销钉连接至下部对中座10的方槽内，底部开有螺纹孔，与下部对中气缸座13通过螺栓连接一体。
60.下部对中气缸座13为长杆结构，上端设计有法兰结构，通过螺栓连接至下部对中滑块12，下端中心为内螺纹结构，用于下部对中气缸15气缸座的固定，中心为孔，下部对中拉杆14从中穿过，连接至下部对中座10。
61.下部对中拉杆14为空心杆结构，其上端为外螺纹，与下部对中座10下端中心内螺纹形成螺纹连接；其下端为内螺纹结构，与下部对中气缸15活塞杆外螺纹形成螺纹连接。
62.下部对中气缸15用于驱动下部支撑结构的张合，其活塞杆与下部对中拉杆14通过螺纹连接固定不动，其缸体则安装在下部对中气缸座13上。下部对中气缸15作用时，活塞杆不动，缸体在气压作用下运动，进而使下部对中气缸座13、下部对中滑块12的运动，下部对中滑块12上销钉对支撑瓦片11上的支撑张合滑槽28施加压力，从而实现4个支撑瓦片11的同步张开和收拢：当下部对中气缸15缸体向上运动时，缸体通过螺纹连接带动下部对中气缸座13、下部对中滑块12向上运动，下部对中滑块12上销钉对支撑瓦片11上的支撑张合滑槽28施加向上的压力，销钉在支撑张合滑槽28高度接近的同时，沿径向向内滑动，实现4个支撑瓦片11同步收拢；当下部对中气缸15缸体向下运动时，缸体通过螺纹连接带动下部对中气缸座13、下部对中滑块12向下运动，下部对中滑块12上销钉对支撑瓦片11上的支撑张合滑槽28施加向下的压力，销钉在支撑张合滑槽28高度远离的同时，沿径向向外滑动，实现4个支撑瓦片11同步张开。
63.对控制棒导向筒导向卡孔实施超声检验时，在将超声检验设备安装至被检导向筒后，探头张合气缸活塞杆收缩，驱动6个探头张合上铰链杆7、超声检验探头组件9、探头张合下铰链杆8收拢至探头张合固定座2上的开槽内，使6个检验探头包络圆直径小于58.65mm；下部对中气缸缸体伸开，驱动4个支撑瓦片11同步收拢，使4个支撑瓦片包络圆直径同样小于58.65mm，从而使整个控制棒导向筒导向卡孔超声检验装置能够顺利通过导向筒顶端中心小尺寸圆孔。控制棒导向筒导向卡孔超声检验装置进入导向筒时收拢状态如图12所示。
64.当整个控制棒导向筒导向卡孔超声检验装置通过导向筒顶端中心小尺寸圆孔后，准备实施超声检验时，探头张合气缸活塞杆伸开，通过探头张合拉杆4、探头张合弹性顶块6下压上铰链杆施压端，使探头张合上铰链杆7张开，并通过探头张合上铰链杆7、超声检验探头组件9、探头张合下铰链杆8、探头张合固定座2构成的平行四杆机构，实现6个超声检验探头的同步张开，到达导向卡孔的径向位置，并通过周向转动实现对24个导向卡孔的检验全覆盖；下部对中座气缸缸体收缩，驱动4个支撑瓦片同步张开，并支撑至下层导向板中心圆孔，保证检验时检验设备、检验探头处于稳定状态，提高导向卡孔内表面的检测精度。控制棒导向筒导向卡孔超声检验装置进入导向筒时张开状态如图13所示。
65.以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。