一种控制棒导向筒导向卡孔超声、视频检查装置的制作方法

1.本专利属于无损检测领域，具体涉及一种控制棒导向筒导向卡孔超声、视频检查装置。


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。堆内构件为燃料组件和控制棒组件提供支承、定位和导向，并引导冷却剂流过堆芯、合理分配流量，其从结构上可分为上部堆内构件、下部堆内构件、压紧弹性环及导流围板组件等。
3.上部堆内构件由上部支承板组件、支承柱组件、导向筒组件、堆芯上板及堆内测量格架等组成，实现控制棒组件堆内上、下运动的导向和对中，并为堆芯中子通量、堆芯出口温度的各种测量仪表提供通道。
4.导向筒组件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。
5.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。
6.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，因此有必要研制针对控制棒导向筒导向卡孔磨损的超声、视频检验装置，形成导向卡孔磨损量检测技术能力。


技术实现要素：

7.1.目的：
8.本专利的目的在于设计一种控制棒导向筒导向卡孔超声、视频检验装置，以实现对核电站上部堆内构件内控制棒导向筒每层导向板上24导向卡孔磨损量的检测。
9.2.技术方案：
10.一种控制棒导向筒导向卡孔超声、视频检验装置，包括探头导杆组件和检验定位及驱动组件，探头导杆组件从检验定位及驱动组件上中心开孔穿过，齿轮啮合连接。
11.检验定位及驱动组件由检验定位及夹紧组件、旋转及升降固定座组件、电机密封组件、升降驱动组件四个部分组成，检验定位及驱动组件位于装置底部，上表面固定连接旋转及升降固定座组件；电机密封组件和升降驱动组件通过螺栓连接固定在旋转及升降固定
座组件上。
12.检验定位及夹紧组件包括上部定位筒、定位锁紧筒、定位锁紧斜块、定位锁紧导向条、周向驱动大齿圈、回转环、夹紧双作用气缸；上部定位筒筒体内径较被检导向筒上部外圆直径尺寸大5～20mm，被检导向筒上端防转杆凸起和两个圆周限位孔配合；定位锁紧筒安装在上部定位筒外侧，并通过安装上部定位筒外侧的两个定位锁紧导向条与其内侧的两个滑槽配合。
13.上部定位筒为下部开口的筒体结构，上部有中心开孔的盘状结构，圆盘顶部开有两个圆周限位孔；上部定位筒按圆周方向均布四个定位锁紧斜块、两个定位锁紧导向条，四个定位锁紧斜块在定位锁紧筒的作用下同步张开、收拢。
14.定位锁紧筒为下部为锥段的筒体结构；定位锁紧筒相对于上部定位筒的上、下滑动运动由夹紧双作用气缸驱动。
15.定位锁紧斜块为长条结构，其一面为平面，另一面带有一定斜度的斜面，上部开有销孔，通过销钉安装、固定在上部定位筒的外侧；定位锁紧斜块平面侧与定位锁紧筒内表面锥段筒体接触。
16.周向驱动大齿圈为中心开孔、外圈有齿的齿圈结构，通过其中心的台阶孔安装在回转环上，并通过螺栓与回转环一起被安装、固定在上部定位筒上部。
17.回转环包括外圈、内圈和滑动轴承圈；回转环外圈为环状结构，通过其上的螺栓孔与周向驱动大齿圈一起固定在上部定位筒上。
18.回转环内圈是由两块拼接而成的呈“凹”状的换装结构，其与旋转及升降固定座组件通过螺栓连接，实现相对于回转环外圈的相对转动。
19.滑动轴承圈由自润滑塑料制成。
20.旋转及升降固定座组件通过螺栓与回转环内圈连接，旋转及升降固定座组件包括旋转固定座、旋转输出轴、旋转小齿轮、旋转及升降座连接筒、升降固定座、升降导向条、升降直线轴承。
21.旋转固定座用于将旋转及升降固定座组件与回转环连接，并作为旋转输出轴、旋转及升降连接筒、升降直线轴承的安装基座；旋转输出轴通过滚动轴承安装在旋转固定座上，其下端安装旋转小齿轮。
22.旋转及升降座连接筒分别连接旋转固定座、升降固定座，并通过上、下安装的两个升降直线轴承实现探头导杆组件的升降滑动摩擦，并使探头导杆组件与被检导向筒同轴；升降固定座上安装有升降导向条。
23.电机密封组件外防水密封，电机密封组件包括电机座、驱动电机、电机罩；电机座分别安装在旋转固定座、升降固定座上；驱动电机通过螺栓安装在电机座上；电机罩为一端有底的薄壁空心筒状结构，与电机座通过螺栓连接，并采用o型圈径向压缩的方式实现防水密封。
24.升降驱动组件用于探头导杆组件的升降运动驱动，其通过螺栓、销钉安装在升降固定座上；升降驱动组件主要由升降驱动安装座、升降驱动齿轮、升降驱动齿轮轴、一对锥齿轮、电机密封组件齿轮轴、锥齿轮罩组成。
25.探头导杆组件主要由中心导杆、升降驱动齿条、升降导向滑槽以及检验探头组件组成，中心导杆为中心杆体，其外表面与升降直线轴承形成滑动轴承配合；中心导杆上外表
面开有升降导向滑槽，该滑槽与旋转及升降固定座组件上的升降导向条两侧面贴合；中心导杆上端安装有吊耳螺栓。
26.升降驱动齿条通过螺栓安装在中心导杆的一侧，并与升降驱动组件上的升降驱动齿轮啮合，带动探头导杆组件的升降运动。
27.在实施超声检验时，检验探头组件需位于导向卡孔内，对导向卡孔的内表面进行磨损测量；在实施视频检验时，检验探头组件位于导向卡孔的上方，对导向卡孔的内表面轮廓进行测量，获取其内表面磨损量。
28.3.效果
29.本专利通过采用气缸驱动的锁紧机构实现控制棒导向筒导向卡孔超声、视频检验装置相对于被检导向筒的同轴限位，并通过探头导杆组件的轴向运动实现超声、视频检验探头在导向筒各层导向板的上、下移动，通过探头导杆组件的周向运动实现对24个导向卡孔的检验全覆盖；
30.采用夹紧双作用气缸驱动定位锁紧筒的上、下运动，引发定位锁紧筒内表面对四个定位锁紧斜块外表面的同步、同力压紧作用，实现检验装置、探头导杆组件相对于被检导向筒轴线的定位，保证探头导杆组件可通过各层导向板间中心孔，以及各检验探头相对于导向卡孔的中心重合，提高检验精度；
31.通过旋转小齿轮与固定在检验定位及夹紧组件上的周向转动大齿圈的齿轮捏合，实现探头导杆组件及检验探头相对于被检导向筒的周向转动；
32.通过升降驱动组件上的升降驱动齿轮与探头导杆组件上的升降驱动齿条的齿轮齿条啮合，实现探头导杆组件及检验探头相对于被检导向筒的轴向升降。
附图说明
33.图1控制棒导向筒导向卡孔检验装置总图
34.图2控制棒导向筒导向卡孔检验装置透视图
35.图3检验定位及驱动组件总图
36.图4检验定位及驱动组件剖视图
37.图5检验定位及驱动组件俯视图
38.图6检验定位及夹紧组件总图
39.图7回转环结构
40.图8旋转及升降固定座组件总图
41.图9电机密封组件总图
42.图10升降驱动组件总图
43.图11探头导杆组件结构
44.图中：1.探头导杆组件；2.检验定位及驱动组件；3.控制棒导向筒；4. 检验定位及夹紧组件；5.旋转及升降固定座组件；6.电机密封组件；7.升降驱动组件；8.上部定位筒；9.定位锁紧筒；10.定位锁紧斜块；11.定位锁紧导向条；12.周向驱动大齿圈；13.回转环；14.夹紧双作用气缸；15.圆周限位孔； 16.外圈；17.内圈；18.滑动轴承块；19.旋转固定座；20.旋转输出轴；21.旋转小齿轮；22.旋转及升降座连接筒；23.升降固定座；24.升降导向条；25.升降直线轴承；26.电机座；27.驱动电机；28.电机罩；29.升降驱动安装座；30. 升降驱
动齿轮；31.升降驱动齿轮轴；32.锥齿轮；33.电机密封组件齿轮轴；34. 锥齿轮罩；35.中心导杆；36.升降驱动齿条；37.升降导向滑槽；38.检验探头组件
具体实施方式
45.控制棒导向筒导向卡孔超声、视频检验装置如图1、图2所示，主要由探头导杆组件1、检验定位及驱动组件2两部分组成。探头导杆组件1从检验定位及驱动组件2上中心开孔穿过，并由上、下布置的两个滑动直线轴承保证其径向固定，由探头导杆组件1上安装的齿条、检验定位及驱动组件2上安装的齿轮形成齿轮/齿条啮合，实现探头导杆组件1在检验定位及驱动组件的上、下升降运动。
46.检验定位及驱动组件2实现导向卡孔超声、视频检验装置相对于被检导向筒的固定和定位，以及探头导杆组件在导向筒的上、下升降运动和绕导向筒轴心的周向旋转运动，从而实现对导向筒内高度方向9层导向板、每层导向板24 个导向卡孔的检验全覆盖。
47.检验定位及驱动组件由检验定位及夹紧组件4、旋转及升降固定座组件5、 2个电机密封组件6、升降驱动组件7四个部分组成，其总体结构如图3、图4、图5所示。检验定位及夹紧组件4与旋转及升降固定座组件通过螺栓连接、固定，1个电机密封组件6和升降驱动组件7也通过螺栓连接固定在旋转及升降固定座组件5上，另1个电机密封组件6通过销钉定位和螺栓连接固定在旋转及升降固定座组件5上，驱动升降运动驱动齿轮的转动。
48.检验定位及夹紧组件4实现整套检验装置在被检导向筒上部的定位和固定，其定位精度直接影响后续的探头导杆组件能否通过各层导向板中心孔，以及各检验探头是否在被检导向卡孔的中心，从而影响检验过程的顺利实施和导向卡孔磨损的测量精度，因此对其定位精确性具有较高要求。检验定位及夹紧组件4 由上部定位筒8、定位锁紧筒9、定位锁紧斜块10、定位锁紧导向条11、周向驱动大齿圈12、回转环13、夹紧双作用气缸14等零件组成，其结构如图6所示。
49.上部定位筒8为下部开口的筒体结构，上部有中心开孔的盘状结构，圆盘顶部开有两个圆周限位孔15。上部定位筒8筒体内径较被检导向筒上部外圆直径尺寸大5～20mm，从而可通过水下远程将被检导向筒插入上部定位筒8的筒体内部，然后通过两个圆周限位孔15与导向筒上端的防转杆凸起配合，实现对上部定位筒8以及整个检验装置相对于被检导向筒在圆周方向定位和固定。
50.定位锁紧筒9为下部为锥段的筒体结构，安装在上部定位筒8的外侧，并通过安装上部定位筒8外侧的两个定位锁紧导向条11与其内侧的两个滑槽配合，实现定位锁紧筒9相对于上部定位筒8的上、下滑动导向。定位锁紧筒9 相对于上部定位筒8的上、下滑动运动由夹紧双作用气缸14驱动。
51.定位锁紧斜块10为长条结构，其一面为平面，另一面带有一定斜度的斜面，上部开有销孔，通过销钉安装、固定在上部定位筒8的外侧。安装完成后，定位锁紧斜块10平面侧与定位锁紧筒9内表面锥段筒体接触，通过定位锁紧筒9 的上、下滑动实现定位锁紧斜块10绕上部销孔的摆动，进而实现其内侧斜面与上部定位筒8外表面的贴合和压紧。
52.上部定位筒8按圆周方向均布四个定位锁紧斜块10、两个定位锁紧导向条 11，四个定位锁紧斜块10在定位锁紧筒9的作用下同步张开、收拢，从而实现收拢后上部定位筒8轴线与被检导向筒轴线的同轴，保证探头导杆组件1上各检验探头与被检导向卡孔的安装
位置和检验精度。
53.周向驱动大齿圈12为中心开孔、外圈有齿的齿圈结构，通过其中心的台阶孔安装在回转环13上，并通过螺栓与回转环13一起被安装、固定在上部定位筒8上部。
54.如图7所示，回转环13实现旋转及升降固定座组件5，以及其上的探头导杆组件1相对于检验定位及夹紧组件4，以及被检导向筒的径向对中、轴向限位以及圆周转动时的滑动轴承。回转环13由外圈16、内圈17和滑动轴承圈18等组成，其结构如图7所示。回转环外圈16为环状结构，通过其上的螺栓孔与周向驱动大齿圈12一起固定在上部定位筒8上。回转环内圈17是由两块拼接而成的呈“凹”状的换装结构，其与旋转及升降固定座组件5通过螺栓连接，实现相对于回转环外圈16的相对转动。滑动轴承圈17由自润滑塑料制成，实现回转环外圈16、回转环内圈17之间的圆周转动润滑，以及轴向限位。
55.如图8所示，旋转及升降固定座组件5通过螺栓与回转环内圈17连接，实现探头导杆组件1及其上安装检验探头的升降运动导向和旋转运动的驱动，其主要由旋转固定座19、旋转输出轴20、旋转小齿轮21、旋转及升降座连接筒 22、升降固定座23、升降导向条24、升降直线轴承25等组成，其结构如图8 所示。
56.旋转固定座19用于将旋转及升降固定座组件5与回转环13连接，并是旋转输出轴20、旋转及升降连接筒22、升降直线轴承25的安装基座。旋转输出轴20通过滚动轴承安装在旋转固定座19上，其下端安装旋转小齿轮21。旋转输出轴20、旋转小齿轮21通过键连接实现扭矩传递，通过轴肩及端部螺栓实现轴向固定。旋转固定座19安装至回转环13后，旋转小齿轮21与周向驱动大齿圈12形成齿轮啮合，并通过电机驱动旋转输出轴20、旋转小齿轮21转动，进而实现旋转及升降固定座组件5的周向转动，从而带动探头导杆组件1及其上检验探头的周向旋转。
57.旋转及升降座连接筒22分别连接旋转固定座19、升降固定座23，并通过上、下安装的两个升降直线轴承25实现探头导杆组件1的升降滑动摩擦，并使探头导杆组件1与被检导向筒同轴。为防止探头导杆组件1在升降直线轴承25 转动，升降固定座23上安装有升降导向条24，其通过与探头导杆组件1上滑槽配合实现探头导杆组件1升降运动的导向。
58.电机密封组件6用于驱动探头导杆组件1的轴向升降和周向转动运动。因对导向筒实施超声、视频检验时，检验装置位于反应堆水池内水面以下，因此需采取防水密封结构。如图9所示，电机密封组件由电机座26、驱动电机27、电机罩28等组成。两个电机座26分别安装在旋转固定座19、升降固定座23上，实现电机密封组件6与旋转及升降固定座组件5的连接。驱动电机27通过螺栓安装在电机座26上。电机罩28为一端有底的薄壁空心筒状结构，实现对驱动电机27的防水密封，电机罩28与电机座26通过螺栓连接，并采用o型圈径向压缩的方式实现防水密封。
59.升降驱动组件7用于探头导杆组件1的升降运动驱动，其通过螺栓、销钉安装在升降固定座23上。升降驱动组件7主要由升降驱动安装座29、升降驱动齿轮30、升降驱动齿轮轴31、一对锥齿轮32、电机密封组件齿轮轴33、锥齿轮罩34等组成，其结构如图10所示。
60.升降驱动安装座29通过螺栓、销钉安装在升降固定座23上，是升降驱动组件7上所有零部件的安装机架。升降驱动齿轮30为直齿圆柱齿轮，其安装在升降驱动齿轮轴31上，并通过键连接传递扭矩，并与探头导杆组件1上安装齿条啮合，实现探头导杆组件的升降运动。一对锥齿轮32分别安装在升降驱动齿轮轴31、电机密封组件齿轮轴33上，将电机密封组
件齿轮轴33上的运动和扭矩传递至升降驱动齿轮轴上。锥齿轮罩为薄壁腔体结构，通过螺栓安装在升降驱动安装座上，避免锥齿轮啮合运动时夹入异物。
61.探头导杆组件1主要由中心导杆35、升降驱动齿条36、升降导向滑槽37 以及检验探头组件38等组成，实现检验探头在被检导向筒内的轴线升降、周向转动以及探头张合、导向卡孔的超声和视频检验。探头导杆组件结构如图11所示。
62.如图11所示，中心导杆35为中心杆体，其外表面与升降直线轴承25形成滑动轴承配合，实现检验探头组件38在被检导向筒内的上、下升降运动。中心导杆上端安装有吊耳螺栓，用于超声、视频检验装置的整体吊装。升降驱动齿条36通过螺栓安装在中心导杆35的一侧，并与升降驱动组件7上的升降驱动齿轮30啮合，实现探头导杆组件1的升降运动。在探头导杆组件1升降时，为避免其转动，中心导杆35上外表面开有升降导向滑槽37，该滑槽与旋转及升降固定座组件5上的升降导向条24两侧面贴合，以保证探头导杆组件1的周向位置，并防止其转动。
63.检验探头组件38用于实现对被检导向筒导向卡孔的超声、视频检验，根据不用的检验需求，可选择不同的检验探头，相应的其检测位置也不相同。在实施超声检验时，检验探头需位于导向卡孔内，对导向卡孔的内表面进行磨损测量；在实施视频检验时，检验探头位于导向卡孔的上方，对导向卡孔的内表面轮廓进行测量，获取其内表面磨损量。
64.对控制棒导向筒导向卡孔实施检验时，首先通过核电站内环吊将超声、视频检验装置送至第一根被检导向筒正上方后缓缓放下，直至被检导向筒上方插入上部定位筒内孔，然后在夹紧所作用气缸作用下定位锁紧筒向下运动，压紧定位锁紧斜块内表面抵住被检导向筒外壁，保持检验装置、探头导杆组件处于被检导向筒中心。然后升降驱动组件在驱动电机作用下，带动探头导杆组件及各检验探头下降至各层导向板上方，旋转小齿轮在驱动电机作用下，带动探头导杆组件上各检验探头旋转至被检导向卡孔同轴位置，开始实施超声、视频检验。