VVER型反应堆保护管组件视频检查装置设计及应用

吴东栋 管朝鹏 陈 姝 桂 亮

（核动力运行研究所，湖北 武汉430223）

0 引言

保护管组件是VVER型反应堆压力容器的堆芯上部支撑构件，是核设备中最关键的设备之一，对核电站的安全运行起着至关重要的作用[1]。按照相关法规，需要对保护管组件进行定期的视频检查。对保护管的检查内容主要包括：外筒体多条环焊缝和底部下格栅表面，如图1所示。采用的检查方法为视频检查。目前，常用的检查设备为俄罗斯的CK54视频检查装置，该检查装置结构和重量比较大，调试和安装时都需要吊环配合。现场实施时，检查装置可以控制检测摄像头沿着保护管组件筒体外表面的轴向，以及底部下格栅表面的径向移动，然后通过环吊和专用吊具控制保护管组件原地旋转，这样就可以完成外筒体多条环焊缝和底部下格栅表面的视频检查。整个检查过程需要保护管组件旋转10多圈。由于环吊在整个大修为主线，因此，缩短环吊占用时间即可缩短大修时间。本文设计了一种浮游式水下机器人，用于保护管组件底部下格栅表面的视频检查，该设备在调试和现场使用时可完全摆脱环吊，因此，可大大地节约整个大修的主线时间。

图1 VVER型反应堆保护管组件

1 工作原理

浮游式水下机器人是一种能在水下灵活运动的装置[2]。工作时，整个保护管组件放置于检查井内，检查井内充满水。浮游式水下机器人先游至保护管组件的下部，固定好深度后，从角上的一个下格栅表面特征孔开始，在水平面上运动，按照矩形轨迹逐行对每个特征孔进行视频检查，如图2所示。检查完毕，将浮游式水下机器人游动至检查井的表面。

图2 浮游式水下机器人工作原理

2 系统组成

浮游式水下机器人系统主要包括：浮游机器人本体、浮游机器人控制箱、遥控手柄、监视器和脐带缆等，如图3所示。每一部分作用如下：

图3 浮游式水下机器人系统组成

1）浮游机器人本体：整个系统的执行单元，工作时位于保护管组件检查井的水池内，水池是高辐射区。主功功能是能在水中自由运动，能采集水下环境视频信息和机器人本体信息（例如深度、姿态等），同时能够提供水下辅助照明。

2）浮游机器人控制箱：整个系统的控制单元，工作时放置于水池边的低辐射区。用于控制浮游装置的运动，显示浮游装置运动状态、运动姿态和传感器信息；控制摄像头（云台、灯光和镜头等），显示摄像头采集的视频信息，并能截图和录像。

3）遥控手柄：用于方便控制浮游机器人的水下运动，也可控制辅助水下灯和摄像头。

4）监视器：用于放大显示摄像头的图像信息。

5）脐带缆：用于连接浮游机器人本体和控制箱。

3 浮游机器人本体结构

浮游机器人本体是整个系统的执行单元，在结构上主要包括：机架组件、浮块组件、推进器、电子舱、摄像头和辅助水下灯[3]，如图4所示。其中，机架组件是浮游机器人本体的安装基础。浮块组件的作用为浮游机器人本体提供浮力，使整个浮游机器人在水下为零重力状态。推进器为浮游机器人的水下运动提供动力，共6个，垂直方向2个，水平方向4个。摄像头为一个带两轴云台的摄像头，用于保护管组件底部下格栅表面的视频检查，位于机器人的中间，垂直安装，摄像头的方向朝上，可以沿机器人前后摆动。辅助水下灯共两个，为浮游机器人提供额外的照明，以保证摄像头的图像采集质量。电子舱组件是浮游机器人控制系统电的下位机，用于控制摄像头、水下灯等，同时安装各种传感器，用于检测浮游机器人的姿态和深度等信息[4，5]。

图4 浮游机器人本体结构

4 调试及现场应用

浮游机器人装配后，在模拟水池进行了调试并应用于VVER型反应堆保护管组件底部下格栅表面的视频检查。现场实施中，浮游机器人可以在保护管组件检查井的水池内灵活运动，下水定深可靠，可沿着特征孔进行矩形扫查，摄像头进行视频采集质量可靠。整个检查过程完全不占用环吊，可大大地节约主线时间，如图5所示。

图5 浮游机器人现场应用

1）布置场地，连接浮游式底部配合面检查装置和长杆摄像头系统，并接线进行岸上调试；

2）通过吊装长杆将浮游装置吊到保护管组件检查井的开槽中，然后脱钩；

3）控制浮游装置浮到水表面时读深度传感器的值，测量水深，计算出浮游装置相对于保护管组件的高度位置；

4）控制浮游装置下潜到保护管组件的底部，使浮游装置的上表面与保护管组件的底部相差1 m，打开定深开关；

5）控制浮游装置水平运动，将浮游装置游到保护管组件的下方；

6）把长杆摄像头沿着保护管组件检查井的开槽下落到底部附近，同时调整云台，保证能看到浮游装置和保护管组件的底部；

7）配合长杆摄像头观察，控制浮游装置进行水平运动，使浮游装置的摄像头看到检查的开始孔，控制浮游装置旋转，并打开定航向功能，航向与将要检查的路径垂直；

8）控制浮游装置横向运动，开始对本排孔的检查；

9）检查完毕，控制浮游装置后退，对准下一排的孔，再进行横向运动，完成本排孔的检查；

10）依照此办法，对剩下的孔进行检查，直到检查完毕。