用于乏燃料水池的水下焊接修复装置

1.本发明涉及水下补板焊接修复技术领域，尤其是涉及一种用于乏燃料水池的水下焊接修复装置。


背景技术：

2.乏燃料水池是核电站或后处理厂等核设施贮存乏燃料的水池。乏燃料水池的基础结构是0.8～3m厚的钢筋混凝土，混凝土壁面包覆一层厚4～14mm的不锈钢作为衬里，称为覆面或覆板。目前在役及在建、在研的三代核电站如cap1400主要采用s32101双相不锈钢覆面，用同类的er-2209不锈钢焊丝焊接。工程实践表明，乏燃料池覆面钢板的长时间服役，容易出现点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、应力开裂等腐蚀裂纹缺陷。乏燃料水池泄漏是我国乃至世界在役核电站亟待解决问题，它不仅会造成放射性水介质外泄，严重情况下甚至危及乏燃料的安全，酿成重大的核安全事故。特别是2011年日本福岛核电站事故之后，乏燃料池不锈钢覆面因局部腐蚀而导致的泄漏问题成为核工业及学术界广泛关注的问题。一旦核电乏燃料水池发生泄漏，如何对乏燃料水池进行安全可靠的在线维修，保证乏燃料水池及乏燃料的安全，是目前国内外研究的重中之重。
3.早期设计的核电站乏燃料水池与堆内构件检查井等设施相通，以便在前者出现泄漏时，将乏燃料暂存于后者，以减少维修过程中人员和设备所承受的辐射剂量。国内现有的维修作业主要采用移除乏燃料、排空水池，人员直接进入水池内进行修复。使用该技术维修准备时间长，人员辐照风险极大。然而，包括ap/cap和大多数二代加系列机组的乏燃料水池并不相通，如果出现泄漏，无法进行上述操作，这给维修工作带来极大的危险性。当前，国内核电产业高速发展，不断有新机组投入建设和运行，乏燃料水池的安全运行是电站安全运行的保障。越来越多的乏燃料水池，面临着缺陷修复的需求，因此，乏燃料水池水下焊接维修技术的开发及应用，一方面能促进国内核电维修技术的发展，另一方面可以提高核电的安全运行。


技术实现要素：

4.有鉴于此，为了解决现有技术中存在的维修作业主要采用移除乏燃料、排空水池，人员直接进入水池内进行修复，步骤繁琐且安全性较差的技术问题，本发明的目的在于提供一种用于乏燃料水池的水下焊接修复装置。
5.为了实现上述目的，本发明提供了一种用于乏燃料水池的水下焊接修复装置，包括排水罩以及设置于所述排水罩内的焊接机构且能通过所述排水罩向其内部通入气体，其中，所述焊接机构包括动力传动结构、旋转轴、气电滑环结构、焊枪结构以及夹持结构，所述动力传动结构与所述旋转轴连接，所述焊枪结构与所述旋转轴相连接，所述动力传动结构能通过所述旋转轴带动所述焊枪结构沿待焊接方向发生转动，所述气电滑环结构套设于所述旋转轴的外围，所述夹持结构设置于所述旋转轴的端部以实现对补板的夹持。
6.作为本发明的进一步改进，所述动力传动结构包括动力结构和传动结构，其中，所
述动力结构与所述传动结构相连接，所述传动结构安装在所述气电滑环结构上且所述传动结构与所述旋转轴相连接，所述动力结构能通过所述传动结构带动所述旋转轴转动。
7.作为本发明的进一步改进，所述传动结构为齿轮啮合结构，包括第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮上设置有允许所述动力结构的输出轴穿过的第一通孔，所述动力结构的输出轴能带动所述第一齿轮转动，所述第二齿轮与所述第一齿轮相啮合且所述第二齿轮上设置有允许所述旋转轴穿过的第二通孔，所述第二齿轮能带动所述旋转轴转动。
8.作为本发明的进一步改进，所述气电滑环结构包括滑环支架和安装在所述滑环支架上的气电滑环，所述气电滑环安装在所述滑环支架的下方且所述气电滑环和所述滑环支架上均开设有允许所述旋转轴通过的穿孔，所述动力结构固定在所述滑环支架的下方，所述传动结构安装在所述滑环支架的上方，所述滑环支架通过支撑连接结构安装在所述排水罩内部。
9.作为本发明的进一步改进，所述排水罩包括顶板和侧板，所述侧板与所述顶板相连接围设成底部呈开口的方形结构；所述支撑连接结构包括连接支撑杆和连接螺栓，所述滑环支架的上方固定有所述连接支撑杆，所述顶板上开设有与所述连接支撑杆的数量和位置相对应的安装孔，所述连接支撑杆上远离所述滑环支架的端部能穿出所述安装孔后与所述连接螺栓配合。
10.作为本发明的进一步改进，所述侧板的底部开设有放置凹槽，所述放置凹槽的纵向截面形状呈倒“u”形，所述放置凹槽内设置有多孔排气密封介质。
11.作为本发明的进一步改进，所述气电滑环包括第一气电滑环本体和第二气电滑环本体，所述第一气电滑环本体与所述滑环支架上背离所述顶板的表面形成固定连接，所述第二气电滑环本体设置于所述第一气电滑环本体上远离所述滑环支架的端部，所述第二气电滑环本体与所述旋转轴相连接且所述旋转轴能带动所述第二气电滑环本体同步转动，所述第一气电滑环本体上设置有定子进气孔和定子进线口，所述第二气电滑环本体上设置转子出气孔和转子出线口。
12.作为本发明的进一步改进，所述焊枪结构包括焊枪支架、送丝管、焊枪和防水摄像部，所述焊枪支架上用于放置所述焊枪且所述焊枪支架与所述旋转轴固定连接，所述防水摄像部安装于所述焊枪支架上，所述焊枪上连接有送丝弯管，所述旋转轴的内部形成有允许送丝管穿入的送丝管通道，所述旋转轴的顶部开设有与所述送丝管通道相连通的管入口，所述旋转轴的侧部开设有与所述送丝管通道相连通的管出口，所述送丝管能从所述排水罩外部接入所述排水罩内腔，并通过所述管入口伸入所述送丝管通道内后由所述管出口伸出以与所述送丝弯管连接。
13.作为本发明的进一步改进，所述夹持结构包括压紧模块、夹爪模块和空套模块，所述压紧模块通过所述空套模块与所述旋转轴形成连接以使所述夹持结构与所述旋转轴形成空转，所述压紧模块与所述夹爪模块相连接，外力带动所述夹持结构对待修补池壁施加压力时，作用于所述压紧模块上的反作用力会使所述夹爪模块朝远离待修补池壁的方向运动，且运动至预设位置后能带动所述夹爪模块向上动作以松开补板。
14.作为本发明的进一步改进，所述压紧模块包括压紧板、凸轴、压紧弹簧、滑动顶针、顶针弹簧、压紧端盖，所述压紧板上设置有所述凸轴，所述凸轴的外围设置有所述压紧端盖，所述压紧端盖与所述压紧板之间设置有所述压紧弹簧，所述滑动顶针套设于所述凸轴
的外围且位于所述压紧端盖上方，所述压紧端盖与所述压紧板之间设置有所述压紧弹簧，所述压紧端盖与所述滑动顶针之间设置有所述顶针弹簧，所述压紧弹簧和所述顶针弹簧均套设于所述凸轴的外围，所述夹爪模块与所述滑动顶针相连接，所述滑动顶针的外围设置有套轴，所述套轴的上端通过所述空套模块与所述旋转轴形成连接，所述套轴的下端与所述压紧端盖相连接，所述套轴通过卡件结构与所述滑动顶针相连接，所述凸轴上设置有与所述卡件结构相配合的滑槽，所述压紧板与所述凸轴朝远离待修补池壁的方向运动时，所述凸轴能通过所述卡件结构使所述滑动顶针与所述套轴解除连接，所述滑动顶针在所述顶针弹簧的作用下会带动所述夹爪模块朝远离待修补池壁的方向运动。
15.本发明提供的用于乏燃料水池的水下焊接修复装置，焊接修复前，可通过夹持结构夹持补板，伴随着整体水下焊接修复装置移动至待修复缺陷位置后，补板贴紧待修复缺陷处，夹持结构便可以松开以解除对补板的抓取，然后往排水罩内通入气体，营造出局部干燥的水下环境；通过动力传动结构带动焊枪结构旋转焊接一周，即可完成乏燃料水池底面或壁面的焊接修复工作。本发明提供的用于乏燃料水池的水下焊接修复装置，结构简单，使用方便，运行可靠，适用于乏燃料水池底面和壁面的水下焊接修复。
附图说明
16.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他的附图。
17.图1是本发明实施例提供的用于乏燃料水池的水下焊接修复装置的结构示意图；
18.图2是本发明实施例提供的用于乏燃料水池的水下焊接修复装置的内部结构示意图；
19.图3是本发明实施例提供的焊接机构的结构示意图；
20.图4是本发明实施例提供的排水罩的结构示意图；
21.图5是本发明实施例提供的焊枪结构的示意图；
22.图6是本发明实施例提供的夹持结构的示意图；
23.图7是本发明实施例提供的传动结构与滑环支架的配合示意图；
24.图8是本发明实施例提供的气电滑环结构的示意图；
25.图9是本发明实施例提供的气电滑环结构的剖面图；
26.图10是本发明实施例提供的压紧模块的一张结构示意图；
27.图11是本发明实施例提供的压紧模块(未示意出主轴)的另一张结构示意图；
28.图12是本发明实施例提供的压紧模块的剖面图；
29.图13是本发明实施例提供的凸轴与压紧板的配合示意图；
30.图14是本发明实施例提供的卡件结构与滑动顶针的配合示意图。
31.附图标记：1、排水罩；110、顶板；1101、进气快插接头；120、侧板；2、动力结构；3、传动结构；31、第一齿轮；32、第二齿轮；4、旋转轴；5、气电滑环结构；51、滑环支架；52、第一气电滑环本体；521、定子进气孔；522、定子进线口；53、第二气电滑环本体；531、转子出气孔；532、转子出线口；6、连接支撑杆；7、连接螺栓；8、多孔排气密封介质；9、夹持结构；91、压紧
模块；911、压紧板；912、凸轴；9121、第一凸轴部；9122、第二凸轴部；9123、滑槽；913、压紧弹簧；914、滑动顶针；915、压紧端盖；916、顶针弹簧；917、套轴；9171、主轴；9172、外圈固定环；9173、长槽；918、卡件结构；9181、第一卡件；9182、第二卡件；9183、螺栓头部；9184、弹性元件；92、夹爪模块；921、第一拉杆；922、第二拉杆；10、焊枪结构；101、焊枪支架；102、送丝管；103、防水摄像部；104、送丝弯管；11、补板。
具体实施方式
32.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
33.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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元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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
34.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.参见图1～图14，本发明提供了一种用于乏燃料水池的水下焊接修复装置，包括排水罩1以及设置于排水罩1内部的焊接机构，排水罩1内通入气体，营造出局部干燥的水下环境。
36.其中，焊接机构包括动力传动结构3、旋转轴4、气电滑环结构5、焊枪结构10以及夹持结构9，动力传动结构3与旋转轴4连接，焊枪结构10与旋转轴4相连接，动力传动结构3能通过旋转轴4带动焊枪结构10沿待焊接方向发生转动，气电滑环结构5套设于旋转轴4的外围，夹持结构9设置于旋转轴4的端部以实现对补板11的夹持，需要说明的是，本实施例中的夹持结构9是不随旋转轴4的转动而转动的。
37.本实施例中的动力传动结构3包括动力结构2和传动结构3，其中，动力结构2与传动结构3相连接，传动结构3安装在气电滑环结构5上且传动结构3与旋转轴4相连接，动力结构2能通过传动结构3带动旋转轴4转动。
38.具体的，传动结构3为齿轮啮合结构，包括第一齿轮31和第二齿轮32，第一齿轮31上设置有允许动力结构2的输出轴穿过的第一通孔，动力结构2的输出轴能带动第一齿轮31转动，第二齿轮32与第一齿轮31相啮合且第二齿轮32上设置有允许旋转轴4穿过的第二通孔，第二齿轮32能带动旋转轴4转动，其中优选地，本实施例中的动力结构2为直流减速电机。
39.气电滑环结构5包括滑环支架51和安装在滑环支架51上的气电滑环，气电滑环安装在滑环支架51的下方且气电滑环和滑环支架51上均开设有允许旋转轴4通过的穿孔，动
力结构2通过螺栓固定在滑环支架51的下方，传动结构3安装在滑环支架51的上方，滑环支架51通过支撑连接结构安装在排水罩1内部。
40.作为本实施例可选的实施方式，排水罩1包括顶板110和侧板120，侧板120与顶板110相连接围设成底部呈开口的方形结构。顶板110上设置有四个对称的进气快插接头1101，还设置有走线槽。支撑连接结构包括连接支撑杆6和连接螺栓7，滑环支架51的上方固定有四个连接支撑杆6，顶板110上开设有与连接支撑杆6的数量和位置相对应的安装孔，连接支撑杆6上远离滑环支架51的端部能穿出安装孔后与对应的连接螺栓7配合。
41.侧板120的底部开设有放置凹槽，放置凹槽的纵向截面形状呈倒“u”形，放置凹槽内设置有多孔排气密封介质8，多孔排气密封介质8可以采用海绵，这样气体和液体能通过多孔排气密封介质8排出至排水罩1之外，便于使排水罩1内部营造出干燥的水下环境。
42.本实施例中，气电滑环包括第一气电滑环本体52和第二气电滑环本体53，第一气电滑环本体52与滑环支架51上背离顶板110的表面形成固定连接，第二气电滑环本体53设置于第一气电滑环本体52上远离滑环支架51的端部，第二气电滑环本体53通过固定螺栓与旋转轴4相连接且旋转轴4能带动第二气电滑环本体53同步转动，第一气电滑环本体52上设置有定子进气孔521和定子进线口522，第二气电滑环本体53上设置转子出气孔531和转子出线口532。转子出线口532用于为焊枪结构10供电，转子出气孔531用于为焊枪结构10提供焊接保护气。由于焊枪结构10是随着旋转轴4转动的，因此，本实施例中优选的，也将第二气电滑环本体53设置为能随着旋转轴4的旋转而转动，这样可避免线路或管路的缠绕，保证装置的正常运行。
43.焊枪结构10包括焊枪支架101、送丝管102、焊枪和防水摄像部103，焊枪支架101上用于放置焊枪，焊枪支架101通过螺栓与旋转轴4形成可拆卸式固定连接，方便拆装，便于后期维修。防水摄像部103安装于焊枪支架101上，使用过程中，可跟随焊枪同时旋转，实时监测熔池状态。另外，焊枪上连接有送丝弯管104，旋转轴4的内部形成有允许送丝管102穿入的送丝管102通道，旋转轴4的顶部开设有与送丝管102通道相连通的管入口，旋转轴4的侧部开设有与送丝管102通道相连通的管出口，送丝管102能从排水罩1外部接入排水罩1内腔，并通过管入口伸入送丝管102通道内后由管出口伸出以与送丝弯管104连接，避免送丝管102的缠绕影响焊接工作的进行。
44.在核电站进行焊接维修时，补板11焊接是一种重要的焊接方式。一般采用圆形补板11，由于补板11形状为圆形，夹持起来存在困难，针对圆形补板11夹持的难点，本实施例提供了一种夹持结构9，包括压紧模块91、夹爪模块92和空套模块，压紧模块91通过空套模块与旋转轴4形成连接以使夹持结构9与旋转轴4形成空转，压紧模块91与夹爪模块92相连接，外力带动夹持结构9对待修补池壁施加压力时，作用于压紧模块91上的反作用力会使夹爪模块92朝远离待修补池壁的方向运动，且运动至预设位置后能带动夹爪模块92向上动作以松开补板11。
45.本实施例中，压紧模块91包括压紧板911、凸轴912、压紧弹簧913、滑动顶针914、顶针弹簧916、压紧端盖915，压紧板911上设置有凸轴912，凸轴912的外围设置有压紧端盖915，压紧板911用于与补板11接触，凸轴912包括与压紧板911连接的第一凸轴部9121和设置于第一凸轴部9121上方的第二凸轴部9122，第二凸轴部9122的外径小于第一凸轴部9121的外径，第一凸轴部9121与第二凸轴部9122的连接处为斜面平滑过渡。
46.压紧端盖915与压紧板911之间设置有压紧弹簧913，滑动顶针914套设于凸轴912的外围且位于压紧端盖915上方，压紧端盖915与压紧板911之间设置有压紧弹簧913，压紧端盖915与滑动顶针914之间设置有顶针弹簧916，压紧弹簧913和顶针弹簧916均套设于凸轴912的外围，夹爪模块92与滑动顶针914的上部通过螺钉固定连接，滑动顶针914的外围设置有套轴917。
47.套轴917包括主轴9171以及套设在主轴9171外围的外圈固定环9172，主轴9171的上端通过空套模块与旋转轴4形成连接，主轴9171与旋转轴4之间可用轴承组件连接，在现有技术中比较成熟，使得旋转轴4转动时，主轴9171是不转的。主轴9171套设在滑动顶针914的外围。主轴9171的下端与压紧端盖915相连接，套轴917通过卡件结构918与滑动顶针914相连接。具体的，卡件结构918包括螺栓头部9183、第一卡件9181、第二卡件9182和弹性元件9184，螺栓头部9183安装在外圈固定环9172上，弹性元件9184为弹簧，设置在螺栓头部9183内，第一卡件9181安装在滑动顶针914内部，凸轴912上设置有滑槽9123，第一卡件9181的端部与滑槽9123相配合，第二卡件9182设置在弹性元件9184与第一卡件9181之间，且第二卡件9182的一端能伸入螺栓头部9183内以与弹性元件9184形成抵接，第二卡件9182的另一端能伸入滑动顶针914内部与第一卡件9181形成抵接，沿着滑动顶针914的圆周方向设置有三组卡件结构918。
48.具体的，当外力带动该水下焊接修复装置整体施力压紧补板11与待修复的乏燃料水池底面和壁面时，会有反作用力作用在压紧板911上，需要注意的是，第二凸轴部9122与旋转轴4的底部之间是留有间隙的，当反作用力作用在压紧板911上时，会使压紧板911及其上的凸轴912向上运动，也就是朝靠近旋转轴4的方向运动，这时第一凸轴部9121与第二凸轴部9122连接处的斜面变会撑着卡件结构918向外运动，具体的是第一卡件9181始终与第一凸轴部9121和第二凸轴部9122上的滑槽9123配合，随着凸轴912的向上运动便会使得第二卡件9182脱离从滑动顶针914内脱离，即与第一卡件9181分开，同时第二卡接件向外运动时会挤压螺栓头部9183内的弹性元件9184。当第二卡件9182与滑动顶针914脱离时，滑动顶针914在其下面的顶针弹簧916的作用力下便能向上运动，滑动顶针914向上运动便会带动夹爪模块92一起向上运动，这时能解除夹爪模块92对补板11的抓取动作。
49.其中，本实施例中，夹爪模块92包括有三个夹爪，三个夹爪沿滑动顶针914的圆周方向均匀间隔设置。每个夹爪包括第一拉杆921和第二拉杆922，第一拉杆921的一端与滑动顶针914固定连接，第一拉杆921的另一端与第二拉杆922通过连接轴形成活动连接。主轴9171上开设有沿其轴线方向的长槽9173，第一拉杆921的一端能穿过长槽9173与滑动顶针914连接，且第一拉杆921能在长槽9173内沿长槽9173的长度方向进行移动。第二拉杆922上与第一拉杆921相连接的端部呈u型，连接轴穿过第一拉杆921和第二拉杆922形成连接，且连接轴上设置有弹簧，在弹簧作用下使得夹爪松开补板11时能向内运动，这样避免对后面焊枪的焊接造成干扰。
50.本发明提供的用于乏燃料水池的水下焊接修复装置，焊接修复前，可通过夹持结构9夹持补板11，伴随着整体水下焊接修复装置移动至待修复缺陷位置后，补板11贴紧待修复缺陷处，夹持结构9便可以松开以解除对补板11的抓取，然后往排水罩1内通入气体，营造出局部干燥的水下环境；通过动力传动结构3带动焊枪结构10旋转焊接一周，即可完成乏燃料水池底面或壁面的焊接修复工作。本发明提供的用于乏燃料水池的水下焊接修复装置，
结构简单，使用方便，运行可靠，适用于乏燃料水池底面和壁面的水下焊接修复。
51.以上，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权利要求的保护范围为准。