核反应堆压力容器检查升降平台装置设计研究

王龙　王俊涛　张志义　张军　周文

【摘 要】针对核反应堆容器检查范围广，检查周期长问题，通过两种设计方案的对比分析，并对研究难点进行了分析，提出了解决方法，确定了核反应堆压力容器检查升降平台装置的检查方式，可实现多检查区域并行检查，实现压力容器轴向的自动升降定位。

【关键词】核反应堆；压力容器；检查；升降平台

中图分类号：TH273 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）08-0266-002

Nuclear reactor pressure vessel inspection lifting platform device design

WANG Long WANG Jun-tao ZHANG Zhi-yi ZHANG Jun ZHOU Wen

（CNC Wuhan Nuclear Power Operation Technology Co.， Ltd.， Wuhan， Hubei 4300223， China）

【Abstract】Aiming at the problem of wide inspection scope and long inspection cycle of nuclear reactor containers， through the comparison and analysis of two design schemes， the difficulties in the research were analyzed， and the solution was proposed. The inspection method of the nuclear reactor pressure vessel inspection lifting platform was determined. Multiple inspection zones can be checked in parallel to achieve automatic lifting and positioning of the pressure vessel in the axial direction.

【Key words】Nuclear reactor； Pressure vessel； Inspection； Lifting platform

0 引言

压力容器的检查通常采用固定平台定位固定机械臂检查压力容器焊缝，由于压力容器焊缝较多，而且分布较广，通常利用上下两个平台来分别定位固定机械臂。采用一台机械臂和上下平台装配检查压力容器焊缝时间周期太长，无法满足电厂业主要求，而且设备起水下水安装较频繁，被辐射风险系数较大，而且检查堆型受限。设计一种高效核反应堆压力容器检查升降平台，在升降平台上安装两台机械臂实现同时检查，可以大大缩短反应堆压力容器检查周期，降低检查过程中对环吊的依赖性。

1 检查对象描述

反应堆压力容器是放置核燃料并承受高温高压的密闭容器，是压水堆核电站中的关键设备。压力容器的结构如图1所示，由接管，上筒体、下筒体以及筒体底封头组成，反应堆压力容器固定和包容堆芯核燃料组件及堆内构建，使核燃料的裂变反应限制在一个封闭的空间内进行，它和一回路管道共同组成高温冷却剂的压力边界，是防止放射性物质外泄的第二道屏障之一[1-3]。

核反应堆压力容器超声检查需要检查区域有：压力容器筒体与筒体连接焊缝、压力容器筒体与底封头连接焊缝、压力容器接管安全端区域检查、压力容器筒体与接管连接区域检查等。检查区域多，且分布在压力容器轴线不同高度上，设备定位安装位置位于换料水池近15米深的水下。

2 检查方案设计分析

2.1 总体设计方案一：

检查装置主体结构以上部支撑键槽支撑平台为定位基准，如图1所示，在上平台下端安装升降立柱，在上平台上正装机械臂，在升降立柱下部挂装机械臂。两台机械臂实现同时检查，上平台上正装机械臂检查螺纹孔带，升降立柱下部挂装机械臂检查压力容器其他焊缝，检查装置主体结构初步分为：上平台、升降平台机构、机械臂三大部件。

2.2 总体设计方案二

检查装置主體结构以现有的有腿下平台为基础，如图2所示，在有腿下平台上安装升降立柱，在有腿下平台上倒挂机械臂，在升降立柱上部装机械臂。升降平台上装有三个辅助支撑，保证整个检查平台的稳定性。整个检查平台一次性下水安装，两台机械臂实现同时检查，实现独立分区域实施分布式扫查，设想下筒体环焊缝和接管区域扫查内容同时进行。升降平台快速升降定位，实现所需检查焊缝范围全覆盖。检查装置主体结构初步分为：有腿下平台、升降平台机构、平台辅助支撑、机械臂四大部件。有腿下平台及辅助支撑为设备支撑机构，升降平台机构为中心导向机构；不同扫查任务的机械臂分布在中心导向机构上的不同区间，独立运动在相应的扫查区域内，实施扫查任务；底部有腿下平台支撑保证中心导向机构在容器内稳固，辅助支撑保证上装机械臂在扫查接管及法兰面时升降平台的刚度，保证扫查质量。

2.3 方案分析

核反应堆压力容器检查在进行超声检查同时，通常需要对压力容器接管安全端进行射线检查。采用设计方案一时，由于采用的是上平台支撑固定方式，在进行压力容器超声检查的同时无法安装射线工具，因此无法同时实现压力容器超声射线检查。上平台上正装机械臂仅能进行螺纹孔带检查，与下挂机械臂同步扫查时间较短，节省扫查时间较少。采用设计方案二时，采用有腿下平台支撑固定方式，在进行压力容器超声检查时可安装射线工具，实现压力容器接管安全端射线同时检查。可以节省压力容器接管安全端射线检查时间。有腿下平台下挂安装的机械臂能进行底封头及下筒体环焊缝检查，升降平台上正装的机械臂实现上筒体环焊缝及接管扫查，两台机械臂同时进行扫查的时间较方案一扫查方式长，节省较多扫查时间。综合分析可知，设计方案二检测方式检查效率高，更能减少压力容器检查时间。

因此，在考虑压力容器检查周期以及设备起水次数两方面因素，采用堆内构件支持面固定支撑，升降平台实行从下向上的运动方式较好。

3 研究难点及解决方法

3.1 研究难点

（1）传动方式的实施：在保证行程能覆盖压力容器检查范围的前提下，传动机构结构紧凑，不影响机械臂的安装操作实施；

（2）在进行压力容器全范围检查过程中，如保证升降定位平台的稳定性。

3.2 解决方法

（1）根据压力容器高度及焊缝分布位置，升降平台采用三节立柱，两节立柱升降，一节立柱固定，利用两段钢丝绳实现两节立柱的同步升降。

（2）为了保证立柱升出时的刚性及对中性，在最外一节立柱上设计有可展开及收拢的辅助支撑装置。当立柱为升出时，辅助对中支撑展开并支撑压力容器内壁，保证设备检查时的稳定性。当立柱未生出时，辅助对中支撑收拢，减小对机械臂轨迹扫查影响。

（4）检查装置应用情况

研制的核反应堆压力容器检查升降平台装置各项指标满足核反应堆压力容器超声在役检查要求。既可以应用于M310堆型，也可以应用于AP1000堆型，为国内的核电站实施压力容器检查提供了一种高效、安全的检查手段。目前该装置以成功应用于多个核电站机组的压力容器全范围检查。

4 结束语

核反应堆压力容器检查升降平台装置的研制成功，提供了一种快速有效的压力容器并行超声检查方法，缩短了反应堆压力容器检查时间，提高了核反应堆压力容器检查效率，降低了检查装置对外界条件的依耐性，为核电厂安全运行提供了有力保障。

【参考文献】

[1]张加军，陈晶晶，车树伟，等.浅析核电厂反应堆压力容器完整性问题[J].《压力容器》，2014（1）：48-55.

[2]贺寅彪，曲家棣，窦一康.反应堆压力容器承压热冲击分析[J].《压力容器》，2004，21（10）：5-9.

[3]李承亮，张明乾.压水堆核电站反应堆压力容器材料概述[J].《材料导报》，2008，22（9）：65-68.