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        VVER型反應(yīng)堆保護(hù)管組件視頻檢查裝置設(shè)計(jì)及應(yīng)用

        2021-07-01 06:59:56吳東棟管朝鵬
        科技視界 2021年15期
        關(guān)鍵詞:浮游檢查井本體

        吳東棟 管朝鵬 陳 姝 桂 亮

        (核動(dòng)力運(yùn)行研究所,湖北 武漢430223)

        0 引言

        保護(hù)管組件是VVER型反應(yīng)堆壓力容器的堆芯上部支撐構(gòu)件,是核設(shè)備中最關(guān)鍵的設(shè)備之一,對(duì)核電站的安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用[1]。按照相關(guān)法規(guī),需要對(duì)保護(hù)管組件進(jìn)行定期的視頻檢查。對(duì)保護(hù)管的檢查內(nèi)容主要包括:外筒體多條環(huán)焊縫和底部下格柵表面,如圖1所示。采用的檢查方法為視頻檢查。目前,常用的檢查設(shè)備為俄羅斯的CK54視頻檢查裝置,該檢查裝置結(jié)構(gòu)和重量比較大,調(diào)試和安裝時(shí)都需要吊環(huán)配合?,F(xiàn)場(chǎng)實(shí)施時(shí),檢查裝置可以控制檢測(cè)攝像頭沿著保護(hù)管組件筒體外表面的軸向,以及底部下格柵表面的徑向移動(dòng),然后通過(guò)環(huán)吊和專用吊具控制保護(hù)管組件原地旋轉(zhuǎn),這樣就可以完成外筒體多條環(huán)焊縫和底部下格柵表面的視頻檢查。整個(gè)檢查過(guò)程需要保護(hù)管組件旋轉(zhuǎn)10多圈。由于環(huán)吊在整個(gè)大修為主線,因此,縮短環(huán)吊占用時(shí)間即可縮短大修時(shí)間。本文設(shè)計(jì)了一種浮游式水下機(jī)器人,用于保護(hù)管組件底部下格柵表面的視頻檢查,該設(shè)備在調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)可完全擺脫環(huán)吊,因此,可大大地節(jié)約整個(gè)大修的主線時(shí)間。

        圖1 VVER型反應(yīng)堆保護(hù)管組件

        1 工作原理

        浮游式水下機(jī)器人是一種能在水下靈活運(yùn)動(dòng)的裝置[2]。工作時(shí),整個(gè)保護(hù)管組件放置于檢查井內(nèi),檢查井內(nèi)充滿水。浮游式水下機(jī)器人先游至保護(hù)管組件的下部,固定好深度后,從角上的一個(gè)下格柵表面特征孔開(kāi)始,在水平面上運(yùn)動(dòng),按照矩形軌跡逐行對(duì)每個(gè)特征孔進(jìn)行視頻檢查,如圖2所示。檢查完畢,將浮游式水下機(jī)器人游動(dòng)至檢查井的表面。

        圖2 浮游式水下機(jī)器人工作原理

        2 系統(tǒng)組成

        浮游式水下機(jī)器人系統(tǒng)主要包括:浮游機(jī)器人本體、浮游機(jī)器人控制箱、遙控手柄、監(jiān)視器和臍帶纜等,如圖3所示。每一部分作用如下:

        圖3 浮游式水下機(jī)器人系統(tǒng)組成

        1)浮游機(jī)器人本體:整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行單元,工作時(shí)位于保護(hù)管組件檢查井的水池內(nèi),水池是高輻射區(qū)。主功功能是能在水中自由運(yùn)動(dòng),能采集水下環(huán)境視頻信息和機(jī)器人本體信息(例如深度、姿態(tài)等),同時(shí)能夠提供水下輔助照明。

        2)浮游機(jī)器人控制箱:整個(gè)系統(tǒng)的控制單元,工作時(shí)放置于水池邊的低輻射區(qū)。用于控制浮游裝置的運(yùn)動(dòng),顯示浮游裝置運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)姿態(tài)和傳感器信息;控制攝像頭(云臺(tái)、燈光和鏡頭等),顯示攝像頭采集的視頻信息,并能截圖和錄像。

        3)遙控手柄:用于方便控制浮游機(jī)器人的水下運(yùn)動(dòng),也可控制輔助水下燈和攝像頭。

        4)監(jiān)視器:用于放大顯示攝像頭的圖像信息。

        5)臍帶纜:用于連接浮游機(jī)器人本體和控制箱。

        3 浮游機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)

        浮游機(jī)器人本體是整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行單元,在結(jié)構(gòu)上主要包括:機(jī)架組件、浮塊組件、推進(jìn)器、電子艙、攝像頭和輔助水下燈[3],如圖4所示。其中,機(jī)架組件是浮游機(jī)器人本體的安裝基礎(chǔ)。浮塊組件的作用為浮游機(jī)器人本體提供浮力,使整個(gè)浮游機(jī)器人在水下為零重力狀態(tài)。推進(jìn)器為浮游機(jī)器人的水下運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力,共6個(gè),垂直方向2個(gè),水平方向4個(gè)。攝像頭為一個(gè)帶兩軸云臺(tái)的攝像頭,用于保護(hù)管組件底部下格柵表面的視頻檢查,位于機(jī)器人的中間,垂直安裝,攝像頭的方向朝上,可以沿機(jī)器人前后擺動(dòng)。輔助水下燈共兩個(gè),為浮游機(jī)器人提供額外的照明,以保證攝像頭的圖像采集質(zhì)量。電子艙組件是浮游機(jī)器人控制系統(tǒng)電的下位機(jī),用于控制攝像頭、水下燈等,同時(shí)安裝各種傳感器,用于檢測(cè)浮游機(jī)器人的姿態(tài)和深度等信息[4,5]。

        圖4 浮游機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)

        4 調(diào)試及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

        浮游機(jī)器人裝配后,在模擬水池進(jìn)行了調(diào)試并應(yīng)用于VVER型反應(yīng)堆保護(hù)管組件底部下格柵表面的視頻檢查?,F(xiàn)場(chǎng)實(shí)施中,浮游機(jī)器人可以在保護(hù)管組件檢查井的水池內(nèi)靈活運(yùn)動(dòng),下水定深可靠,可沿著特征孔進(jìn)行矩形掃查,攝像頭進(jìn)行視頻采集質(zhì)量可靠。整個(gè)檢查過(guò)程完全不占用環(huán)吊,可大大地節(jié)約主線時(shí)間,如圖5所示。

        圖5 浮游機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

        1)布置場(chǎng)地,連接浮游式底部配合面檢查裝置和長(zhǎng)桿攝像頭系統(tǒng),并接線進(jìn)行岸上調(diào)試;

        2)通過(guò)吊裝長(zhǎng)桿將浮游裝置吊到保護(hù)管組件檢查井的開(kāi)槽中,然后脫鉤;

        3)控制浮游裝置浮到水表面時(shí)讀深度傳感器的值,測(cè)量水深,計(jì)算出浮游裝置相對(duì)于保護(hù)管組件的高度位置;

        4)控制浮游裝置下潛到保護(hù)管組件的底部,使浮游裝置的上表面與保護(hù)管組件的底部相差1 m,打開(kāi)定深開(kāi)關(guān);

        5)控制浮游裝置水平運(yùn)動(dòng),將浮游裝置游到保護(hù)管組件的下方;

        6)把長(zhǎng)桿攝像頭沿著保護(hù)管組件檢查井的開(kāi)槽下落到底部附近,同時(shí)調(diào)整云臺(tái),保證能看到浮游裝置和保護(hù)管組件的底部;

        7)配合長(zhǎng)桿攝像頭觀察,控制浮游裝置進(jìn)行水平運(yùn)動(dòng),使浮游裝置的攝像頭看到檢查的開(kāi)始孔,控制浮游裝置旋轉(zhuǎn),并打開(kāi)定航向功能,航向與將要檢查的路徑垂直;

        8)控制浮游裝置橫向運(yùn)動(dòng),開(kāi)始對(duì)本排孔的檢查;

        9)檢查完畢,控制浮游裝置后退,對(duì)準(zhǔn)下一排的孔,再進(jìn)行橫向運(yùn)動(dòng),完成本排孔的檢查;

        10)依照此辦法,對(duì)剩下的孔進(jìn)行檢查,直到檢查完畢。

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