核电站目视检查爬壁装置设计与研究

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 核电站目视检查爬壁装置设计与研 究 【摘 要】对大型容器实施目视 检验，如核电站安全壳等，因其受检区 域范围跨度大，实施目视检验的环境条 件多样，无法搭建脚手架和无法随意拆 卸空气导流板等组件，需要采用移动平 台搭载适用于受检区域的镜头组来实现 大型容器立壁表面的间接目视检验，本 文针对此类应用对象，研究了爬壁装置 的机械及控制系统，分析了非接触式磁 吸附的机理，并以实验进行验证，该装 置的应用加强了对核电站的大型容器在 使用过程中的状态监测，从而依据检查 结果进行预防和维护，有益于保护大型 容器立壁表面状态和涂层完整性，从而 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 增加核电站的的整体安全性。 中国论文网 /8/view-12933233.htm 【关键词】大型容器；目视检查； 爬壁装置；磁吸附 中图分类号： TP242.2 文献标 识码： A 文章编号： 2095- 2457（2018）03-0233-003 Design and Research of the wall- climbing Device for Visual inspection of Nuclear Power Plant GAO Hou-xiu WANG Jun-tao HAN Jie HU hao （China Nuclear Power Operation Technology Co.，Ltd.，Wuhan 430223，China） 【Abstract】When a large container， such as a Nuclear Power Plant Containment， is carried out in visual inspection， the environmental conditions for visual inspection are varied because of the large span of the inspection -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 area. It is impossible to build scaffolding and disassemble the air guide board and other components. so it is necessary to use indirect visual inspection to carry out the inspection of Containments surface， That need a wall climbing device which can carry the camera group. In this paper， the mechanical and control system of the wall climbing device is studied. And the mechanism of non- contact magnetic adsorption is analyzed. The mechanism is also verified by experiments. The application of this device is helpful for state detection of the containment. According to the results of the inspection， the surface state and coating of the Containment can be prevented and maintained. And it will increase the overall safety of the nuclear power plant. 【Key words】 Containment； -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 Visual inspection； Wall-climbing device； Magnetic absorbing 0 引言 目检查是无损检测的方法之一， 目视检查相关执行标准需按照核电站检 查大纲要求执行，核电站大型容器目视 检查主要是针对大型容器表面外观情况、 涂层状态和腐蚀度进行检查，如反应堆 安全壳1。安全壳实施目视检验，因其 受检区域范围跨度大，实施目视检验的 环境条件多样，不同的区域需要采用不 同的检验手段。对于安全壳立壁部分的 目视检验，因为无法搭建脚手架和无法 随意拆卸空气导流板等组件，导致人员 无法靠近进行直接目视检验；又由于受 检区域的空间有限，无法使用大型摄像 设备，因此采用爬壁式移动平台搭载小 型摄像设备实施间接目视检验。 反应堆安全壳直径约 40m，外表 面具有涂层及支撑焊缝。被检区域被分 割为若干隔断（如图 1） ，检测区域高度 超过 40m，容器与空气导流板之间距离 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 狭窄仅约 0.3m。 目前大部分爬壁式移动平台属于 轨道式永磁型，部分超声检查装置采用 了非轨道式永磁性爬行平台，但爬行轮 为硬质永磁性材料。而在大容器目视检 验过程中进行爬壁动作时，考虑到受检 区域表面涂层的保护，轨道和硬质永磁 性材料的直接接触都不是理想的选择。 另外，大型容器实施目视检验的过程中， 爬壁式移动平台的爬行动作需要保持竖 直状态运动较长的距离，因此在移动过 程中需要及时调整偏移的运动方向，而 目前的核电站大容器爬壁式移动平台都 没有此类功能2。因此研究设计了非接 触式磁吸附目视检查爬壁装置，在不破 坏受检区域表面状态的情况下实施目视 检查解决此类问题。 1 爬壁装置的机械系统 1.1 爬壁装置的机械结构设计 爬壁装置主要由车体框架、驱动 模块、磁力吸盘、视屏检查模块等组成。 为尽量减轻设备的重量，方便现场运输， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 爬壁装置的底盘等主要承重部件均采用 超硬铝合金加工而成。 如图 2 所示，车体框架由小车外 壳、底盘、防尘罩等构成，小车外壳为 驱动模块，由磁力吸盘提供保护措施， 为了方便线缆安装，设备外壳顶端及两 侧开有矩形孔，均以盖板遮盖，并在外 壳两端开孔，并采用线缆保护套保护线 缆，确保动力和通讯线缆能够顺利通过。 爬壁装置底盘是设备主要承重部分，为 磁力吸盘提供搭载平台。由于爬壁装置 还要经过容器穹顶的弧面，为避免在弧 面上运行时，磁力吸盘与被检查容器的 弧面接触，磁力吸盘需要安装于车轮轴 线附近，因此，底盘呈“H”型，两端缺 口为磁力吸盘预留的安装位置，也减轻 了底盘的重量。驱动模块采用两台驱动 电机提供驱动力，分别带动小车两侧的 车轮模块转动，每一侧驱动电机通过联 轴器与同步带轮传动，传递给同侧的两 只车轮模块。车轮模块由车轮、转轴、 安装架、轮毂、轴承等部分构成。另外 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 可以通过更换不同直径的车轮以适应不 同直径大小的容器，避免底盘与被测面 接触而导致的刮蹭和设备搁浅。其中传 动运动同步带轮采用免键超高扭矩型带 轮3。 可计算得到电机驱动爬 壁装置需提供的功率值，其中 P 为功率， 为有用功效率，F 为驱动力，N 为转 速，d 为轮径。 1.2 爬壁装置的磁吸附结构 磁力吸盘由永磁铁、旋转轴、弹 簧柱销、屏蔽框，钢套，吸盘扳手等组 成（图 3 所示） 。屏蔽框通过旋转轴、 弹簧柱销安装于底盘之上。永磁铁套在 屏蔽框内，最外层由钢套保护。基于此 结构的磁力吸盘除裸露于外的磁极所在 面磁力有所增强以外，磁铁其他包覆面 磁力均大幅降低，增加了爬壁装置的安 全性。进行工作状态的切换时，扳动吸 盘扳手，永磁铁绕旋转轴转动，永磁铁 相对于底盘平行时，通过弹簧柱销进行 限位保护，此时永磁铁与被检面产生磁 力线闭合，产生正压吸力，产生了大于 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 爬壁b 置自身重力的摩擦力，因此爬 壁装置不会下坠。当扳动吸盘扳手，永 磁铁相对于底盘竖起时，磁力线远离被 检面，无法形成回路，不会产生吸力， 增强了爬壁装置使用及运动过程中的安 全保障4，如图 4 所示。 对不同形状及结构的磁铁进行隔 空吸力测试实验，将磁铁置于垫板上， 磁铁连接上拉力机，启动拉力机直至磁 铁拉脱临界值，并改变隔空间隙距离从 而获得吸力实验数据，如表 1 所示。综 合磁铁气隙、重量、吸力的关系，根据 实验结果，得出在使用包覆层厚度 5mm 的 1005020mm 自制锅磁，气隙 10mm 时磁力到达 272.9N，比较适合该 设备使用。 2 爬壁装置的控制系统 控制系统采取两个驱动器直接控 制电机的方式来实现运动控制，两个驱 动器均内置 PLC，通过内置软件让驱动 器随手柄操作器动作而驱动电机动作， 驱动器和手柄操作器之间采取 CAN 总 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 线通讯连接控制，手柄操作器实时读取 两个驱动的速度和负载等状态信息，并 通过摇杆的前后左右拨动来控制爬壁装 置的前后运动和转向，从而带动视频检 查模块的摄像头进行目视 检查。其控制系统原理图如图 5 所示。 爬壁装置通电，检测电气信号正 常之后，将防坠装置安装于容器穹顶， 穹顶操作人员将防坠装置绳索放下至容 器底部，底部操作人员将爬壁装置与防 坠装置连接牢固，将爬壁装置贴于被检 测面容器壁（图 6 所示） ，翻转吸盘扳 手将磁力吸盘吸附于检测容器壁上，通 过调整摄像头的位置，寻找最佳视频检 查范围，操作设备开始向上运行，同时 观察显示器上的实时视频图像，如发现 爬壁装置路线偏移，可进行爬壁装置姿 态调整。爬壁装置到达顶部后，即完成 一个区域的检查，控制爬壁装置下行至 容器壁底部，断电，翻转磁铁，取下爬 壁装置。转移至下一区域检测，直至所 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 有容器壁检测完毕。其控制流程图如图 7 示 3 结论 通过各项试验验证