[發(fā)明專利]用于熱交換器檢查的管板步行器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380020217.2
• 申請(qǐng)日: 2013-03-28
• 公開（公告）號(hào): CN104246902B
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: L·J·彼得羅斯基;P·J·霍金斯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西屋電氣有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): G21C17/017
• 分類號(hào): G21C17/017
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所11038
• 代理人: 曾祥生

相關(guān)專利申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求2012年5月10提交的名稱為“Tubesheet Walker for Heat Exchanger Inspections(用于熱交換器檢查的管板步行器)”的美國臨時(shí)申請(qǐng)No.61/645,220的優(yōu)先權(quán)，該專利的公開內(nèi)容以引用方式并入本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)械臂系統(tǒng)，具體地，本發(fā)明涉及用于核電站的蒸汽發(fā)生器中的熱交換器管的機(jī)械臂。

背景技術(shù)

在加壓水核動(dòng)力發(fā)電系統(tǒng)中，由核反應(yīng)產(chǎn)生的熱被循環(huán)通過反應(yīng)堆芯的初級(jí)冷卻劑吸收，并且用來在蒸汽發(fā)生器中產(chǎn)生蒸汽。蒸汽發(fā)生器通常是豎式的圓柱形壓力容器，具有半球形的端部區(qū)段。橫向板被稱為管板，位于圓柱形區(qū)段的下端部處，將蒸汽發(fā)生器分為初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)，初級(jí)側(cè)是下部半球形區(qū)段，處于管板下方并且處于從管板的下側(cè)延伸到圓柱形區(qū)段中的U形管的內(nèi)側(cè)，次級(jí)側(cè)在這些管的周圍位于管板上方。豎直壁將初級(jí)側(cè)分為入口區(qū)段和出口區(qū)段。管板是具有孔陣列的厚碳鋼板，U形管的端部插入到這些孔中。蒸汽發(fā)生器管板中管的數(shù)量在從大約4,000至大約15,000的范圍內(nèi)。每個(gè)U形管的一個(gè)端部插入到與初級(jí)側(cè)的入口區(qū)段連通的管板的孔中，另一個(gè)端部插入到與出口區(qū)段連通的管板的孔中。初級(jí)冷卻劑在壓力下被引入到初級(jí)側(cè)的入口區(qū)段中，循環(huán)通過U形管，并且通過出口區(qū)段離開。引入到蒸汽發(fā)生器的次級(jí)側(cè)中的水圍繞U形管循環(huán)，并且借助于從初級(jí)冷卻劑傳遞的熱而被轉(zhuǎn)換為蒸汽。然后，蒸汽用來做有用機(jī)械功，例如以操作渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)。

在蒸汽發(fā)生器的操作期間可能出現(xiàn)管的劣化。這種劣化是不期望的，除了其它的原因之外，還在于初級(jí)冷卻劑是放射性的，因此冷卻劑的任何泄漏到發(fā)生器的次級(jí)側(cè)都會(huì)污染與渦輪機(jī)接觸的蒸汽。更換劣化的管通常是不實(shí)際的。相反，要周期性地檢查蒸汽發(fā)生器，并且修復(fù)或者在兩端堵塞受影響的管。考慮到蒸汽發(fā)生器中的數(shù)千個(gè)管，堵塞少數(shù)幾個(gè)管不會(huì)明顯影響熱傳遞的效率。

因?yàn)樵诤穗娬局惺褂玫恼羝l(fā)生器中存在輻射傷害，所以對(duì)于大多數(shù)部分而言，這種蒸汽發(fā)生器的熱交換器管必須遠(yuǎn)程地進(jìn)行服務(wù)，以避免使維護(hù)人員暴露于可能有害的輻射。因此，已經(jīng)提出了多種機(jī)械臂系統(tǒng)，以用于在這些熱交換器管上遠(yuǎn)程執(zhí)行修復(fù)和維護(hù)操作。這些機(jī)械臂系統(tǒng)通常包括某些種類的機(jī)械臂遞送臂，其與被設(shè)計(jì)成由機(jī)械臂承載的多個(gè)專門工具中的任何一個(gè)結(jié)合。

在最近二十年，核蒸汽發(fā)生器的服務(wù)發(fā)生了戲劇性的變化。在過去，許多較老的蒸汽發(fā)生器管變得劣化，并且需要大量的堵塞、入油或整體蒸汽發(fā)生器更換。電站服務(wù)停機(jī)持續(xù)時(shí)間長，并且對(duì)蒸汽發(fā)生器的修復(fù)需要復(fù)雜的機(jī)械臂操縱器和工具，其能夠執(zhí)行各種檢查和修復(fù)，同時(shí)避免堵塞的管。

目前，工廠里的大多數(shù)設(shè)備已經(jīng)更換了其蒸汽發(fā)生器或者具有堵塞的管較少而需要最少修復(fù)的發(fā)生器。用于蒸汽發(fā)生器管的大多數(shù)工作涉及很少或不需要堵塞的渦流檢查。用于工廠維護(hù)和加燃料的停機(jī)時(shí)間(其規(guī)定了停機(jī)的長度)已經(jīng)減少，從而顯著減少用于蒸汽發(fā)生器檢查和服務(wù)的時(shí)間。顯然，需要改進(jìn)現(xiàn)有的用于服務(wù)蒸汽發(fā)生器的機(jī)械臂系統(tǒng)，以滿足現(xiàn)代維護(hù)時(shí)間表。當(dāng)前的維護(hù)機(jī)械臂通常較重(超過100lbs.)且極為復(fù)雜，其需要更多的時(shí)間和人員輻射暴露來進(jìn)行運(yùn)輸、豎立和安裝。當(dāng)前的機(jī)械臂還太大而不能夠在大多數(shù)蒸汽發(fā)生器通道頭部的給定區(qū)段上安裝多個(gè)單元。

另外，蒸汽發(fā)生器機(jī)械臂通常具有三個(gè)或更多個(gè)自由度，以及帶位置反饋的多個(gè)馬達(dá)。控制系統(tǒng)連同機(jī)械臂的復(fù)雜性一起通常購買和維護(hù)成本高昂。此外，當(dāng)安裝在蒸汽發(fā)生器中時(shí)，大多數(shù)機(jī)械臂錨固就位，并且必須移動(dòng)以便能夠在檢查期間觸及所有的管。

大多數(shù)管板步行器機(jī)械臂，例如本發(fā)明，在管板中使用孔來將機(jī)械臂與多個(gè)夾持器(例如凸輪鎖)錨固。這些機(jī)械臂使用兩組凸輪鎖，交替地利用一組進(jìn)行夾持和將另一組移動(dòng)到新的位置，由此推動(dòng)機(jī)械臂橫穿管板。這種設(shè)計(jì)的典型機(jī)械臂可見于專利No.7,314,343，其名稱為“Miniature Manipulator for Servicing the Interior of Nuclear Steam Generator Tubes(用于服務(wù)核蒸汽發(fā)生器管內(nèi)部的微型操縱器)”。參考的設(shè)計(jì)使用“X”布局，其包括保持工藝特定工具的基部構(gòu)件、中心旋轉(zhuǎn)接頭和線性滑動(dòng)接頭。此外，在中心接頭中存在少量的豎向運(yùn)動(dòng)，從而在需要時(shí)機(jī)械臂使得管板向上運(yùn)動(dòng)。所參考的設(shè)計(jì)的問題在于，該機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，具有許多錯(cuò)綜復(fù)雜的部件。另外，一次可能僅僅實(shí)現(xiàn)沿一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，從而機(jī)械臂必須執(zhí)行多個(gè)動(dòng)作以便沿著除了其當(dāng)前取向之外的任何方向運(yùn)動(dòng)。