专利名称：改进的现场可传送的高功率超声波换能器组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及并入超声波换能器的清洁系统的控制和结构，特另'J 针对适合使用在工业应用中的潜水型换能器组件，并且更具体地， 本发明涉及对适合于使用在高辐射现场中的并入超声波换能器的清 洁系统的改进，例如对设置在受辐射核燃料组件附近的并入超声波 换能器的清洁系统的改进。
背景技术：
在诸如加热器、冷却器、热交换器和反应堆的具有湿表面的设 备的操作期间所存在的 一 个普遍问题是在湿表面上腐蚀和/或污垢的 累积。该累积将导致减小流速、减少热传递和/或降低关联系统的性 能。因此，已经开发了各种合金和/或附加组件，用来抑制湿表面的 腐蚀和/或湿表面上的污垢累积。尽管由新材料和/或表面处理提供了 改进和/或对通过流体系统所包含和循环的组分进行了改进，但是通 常需要利用一种或者多种清洁技术来周期性地对湿表面进行清洁， 以从湿表面至少除去 一 部分所积累的材料并且恢复由于所积累的材 料而失去的一些性能。作为用于通过抑制轴向偏移异常(AOA)情况来改进设备操作的 一种手段，超声波燃料清洁方法的接受和使用继续提高，其中轴向 偏移异常(AOA)情况是一种被称为污垢诱导功率漂移(CIPS)的现象。该情况源于燃料组件上的沉积物的积累，尤其是在燃料组件的上部 上包括硼的沉积物，这导致不希望的局部流量降低。结合改进的反 应堆容器堆芯设计的燃料清洁可以使P W R和B W R反应堆以4交高辛 烷值燃料和较长周期来操作。减少燃料组件上的放射性污垢量还将导 致减少在利用燃料组件的随后操作期间工作人员所遭受或者暴露的 辐射量水平和/或量定额。发明内容本发明涉及 一 种改进的超声波清洁系统，该系统包括 一 个或者多个改进，例如包括使用永久连接的柔性电缆而不是通常连接到 潜水型换能器的传统不锈钢柔性导管；在与可拆开的柔性电缆组件 相关联的换能器上使用防水分壁式连接器；使用允许多根电缆结合 到单个柔性电缆组件中的潜水型分开组件；使用不需要单独固定装 置的硬质电缆引导管和保持器，用于与分开组件相关联的改进电缆 管理；以及使用电子切换单元，由此可通过单个超声波发生器来选 择性地驱动多个超声波换能器。
通过参考附图详尽描述本发明的示例性实施方式，本发明将变得更为显而易见，其中图1示出了根据本发明的实施方式的超声波清洁系统的例子； 图2示出了根据本发明的实施方式的超声波清洁系统的例子的一部分；图3示出了适合使用在根据本发明的实施方式的超声波清洁系 统中的连接器组件的例子的细节；图4示出了根据本发明的实施方式的超声波清洁系统的例子的一部分；图5示出了适合使用在根据本发明的实施方式的超声波清洁系 统中的电缆管理夹子的例子；据本发明的实施方式的超声波清洁系统中的伸长型换能器的例子；以及图7A和图7B示出了适合使用在根据本发明的实施方式的超声 清洁系统中的换能器和换能器阵列的可选结构。
具体实施方式
提供这些附图以帮助理解在下文中更详尽描述的本发明的示例 性实施方式，并且不应该解释为限制本发明。特别地，在附图中示 出的各种元件的相对间隔、位置、大小和尺寸未必是按比例绘制出 的，以及出于改进的清楚性目的，可能已经被扩大、缩小或者修改。本领域普通技术人员还将理解，为了改进清楚性和减少附图数 目而已经简单地忽略了多个可选的结构。本领域普通技术人员将理 解，选择性地并且独立地修改和/或组合针对示例性实施方式示出或 者描述的某些组件、子组件、固定设备和其他机构和硬件，以创建 适合使用在超声清洁系统中的其他结构。本领域普通技术人员还将 理解，在不偏离本公开的范围和精神的情况下，超声波清洁系统和 部件的灵活性允许为其它的特定应用来定制和修改示例性超声波清 洁系统。在图1中示出了根据本发明的超声波清洁系统100的示例性实施方 式。如图l所反映的，多个超声波发生器102可以通过合适的电缆104 和一个或者多个可选的切换单元106连接到多个超声波换能器118。通 过使用具有并入的切换单元106的该结构，每个超声波发生器102可以 用于以预定的、程序化的和/或随机的序列提供或者施加功率到 一个或 者多个超声波换能器118。如图1中所示，该切换单元106可以用于将功率从发生器102选择 性地交替提供给与多组换能器118相关联的一系列结合的电缆组件 108。每个电缆组件108又可以连接到分开或者分配组件112，该分开或 者分配组件112将这些导体分配或者分离成相应的一系列电缆114，每 个电缆通常与被驱动的换能器118中的一个相关联。
如图1中所示出的，根据本发明的超声波清洁系统的该示例性实施方式利用水密的潜水型连接器111、 116,用于在结合的电力电缆108 和分开组件112之间以及在该分开组件支线或者电缆114和^皮驱动的换 能器118或者换能器阵列之间的流体112内建立电连接。但是这些连接如图5中所示，根据所利用的特定结构，根据本发明的超声波清洁 系统可以并入一个或者多个与主框架121集成或者附着到主框架121的 电缆管理夹子120。这些示例性电缆管理夹子120由高度非柔性(即硬 质)材料制成，并且提供有一个开口，该开口的尺寸用于插入、保持和 移走电缆而基本上没有使夹子变形。由此在插入和移走电缆期间调整开 口的尺寸，通常，电缆绝缘材料的塑性变形或者柔性允许充分地修正电 缆横截面以经过开口，而没有损坏该绝缘材料或者使夹子偏斜。 一旦电 缆恢复了它的常规结构，则它的尺寸将足以实现所期望的保持。在另一个示例性实施方式中，图3所示的可移走的潜水型连接器可 以被集成的柔性电缆所代替，如图6所示。虽然通常在没有任何水下连 接器的情况下使用该设计，但它将仍与非潜水型分开组件或者连接盒相 兼容并且相结合，和/或与允许多个发生器驱动较大数目的换能器的一 个或者多个切换单元相兼容并且相结合。在另一个示例性实施方式中， 那些非金属材料(例如导线绝缘材料、O形环(o-ring)和密封材料) 被更新为能够耐受10Vad或者更大的辐射量的材料。这些辐射硬化材料 可以并入上文所述的两个主要示例性结构中的任何一 个中。示例性电子切换单元通常将包括以下特征经由操作员激活的开关、按钮或者触发器选择或者来自自动控制系 统的外部信号而在两个或者更多换能器组、集合或者阵列之间进行切换 的能力。可选地将多个发生器信号合并到较小数目的多导体电缆的能力。 切换多个数目的输入发生器的能力，该数目从单个发生器直到所冲是 供的最大数目的输入端口。检测功率是否正在从所连接的发生器流到所连接的换能器并且阻 止在这些情况下进行切换的能力。合并或者分散逻辑输入信号的能力，例如切换单元被配置为传递单 个"运行"信号到所有连接的发生器。切换和换能器操作状态(开/关)的前面板和/或远程指示。以可以通过操作员和/或自动数据采集系统监控的形式输出切换状 态和出错情况的能力。本说明书含盖了 一种改进的现场可配置的高功率超声波组件的设 计和结构，它包括超声波换能器、发生器、功率控制和切换装备、电缆 连接和潜水型连接器，用于使用在例如热交换器和受辐射核燃料组件的 工业规模的超声波现场清洗。组件100通常将包括第一多个发生器102，第二多个换能器118， 换能器的数目通常是各个发生器的数目的整数倍，例如2、 3、 4等。发 生器和换能器可以通过一个或者多个允许每个发生器用于驱动一个或 者多个换能器的切换单元连接，通常可选地，发生器功率输出对应于每 个被驱动的换能器或者换能器阵列的功率需求。发生器和一个或者多个 切换单元可以组合在单个电子壳体或者外壳中。在一个示例性实施方式中，超声波清洗组件100可以包括N个(例 如十六(16)个1500W25kHz)超声波发生器和MxN个(例如三十二 (32)个1500W 25kHz)超声波换能器，其中N个超声波发生器耦合 到M x N个超声波换能器。换能器可以被配置为N个换能器的M个单 独阵列，用于定位在M个单独的清洗腔或者单个清洗腔的不同区域内。 每个换能器可以包括水下可湿插拔的分壁式连接器116,用以允许电缆 连接到单个换能器118的功率的连接和断开。本发明不限于任何特定的 换能器结构，并且可以用于与例如层压式和平面式两者的压电换能器结 构一起使用。两个切换单元104可以用于远程或者本地地选4奪在给定时间革殳将由 发生器102向超声波换能器118的哪个阵列或者组提供功率。例如，N/2 (例如，八个)发生器可以连接到每个切换单元104,其中用于每个换 能器的信号线(通常为热、接地以及中性线)从切换单元延伸，单是切
换单元可以包括一些额外的容量。信号线可以捆成一个或者多个终止于
一个或者多个探针连接器111、 116的电缆104、 108、 114,用于连接信 号线到换能器阵列托架或者换能器吊篮121。
在优选的实施方式中，可以通过操作员操纵位于切换单元前面板的 单个触发器开关(例如"本地，，开关)或者响应于从也许与电子外壳相 隔一实际距离的辅助硬件发射的逻辑输入信号(例如5 VDC TTL逻辑、
24VDC逻辑、或者切换状态改变)(例如"远程"切换)，来将发生 器输出从一组换能器切换到另 一组换能器。
换能器阵列托架或者换能器吊篮121还可以包括一个或者多个分开 或者分配单元112,用于分离针对每个换能器118的信号线。电子外壳 (优选地包括发生器和(多个)切换单元两者)可以位于基于支架的电 子外壳中，基于支架的电子外壳提供功率分配、过电流保护(即断路器) 和诸如风扇或者空调系统的冷却系统。
换能器和其它潜水型部件应该被配置为适合于在预期的操作深度 处操作，通常地到大约60英尺(18.3米)或者更深，并且温度到大约 170。F(77。C)。对于反应堆应用，诸如密封垫、O形环和其它非金属 部件的各种部件可以是适于抗辐射的，使得在高达例如10Vad/hr暴露量 的预期操作环境中实现所期望的持久性。换能器还可以被配置为与通常 对应于压电元件的电阻的辐射电阻或者加固(抗辐射)电阻器相并联， 用于诊断目的。
优选的实施方式可以利用包含三十(30)个铜制多股镀锡导体的从 电子外壳延伸到每个潜水型换能器吊篮的单个多导体屏蔽电缆。该电缆 通常包括用于每个换能器的线路、中性线以及保护接地，其将用于提供 功率。依次地，该电缆可以连接到分开或者分配单元或者组件，其将主 要电缆分开为多个屏蔽电缆，其中每一个屏蔽电缆包括三(3)个铜制 多股镀锡导体，例如用于单个换能器的线路，中性线以及保护接地。各 个电缆然后可以使用可移走的水下连接器连接对应的换能器中的每一 个。
优选的实施方式将包括IMPULSE PLPBH-3-MP可湿插拔的分壁
式连接器或者等效物116，其将在伸长型换能器118的一端处提供可移
走的潜水型连接。连接器主体可以被模制成不锈钢安装柱头螺栓，用于
附着于具有耐辐射的0形环的换能器外壳，其中0形环用于建立在连接 器和换能器转换器端盖之间基本上防水的密闭。优选的连接器将包括至 少三个铜制多股镀锡密封导线，在装配期间其可以被截断长度并且然后 被巻曲以形成到压电元件的电连接。
通常地，TEFLON⑧绝缘材料不提供在辐射现场中所期望的持久性， 其中在反应堆燃料棒清洁应用期间换能器可以被曝露于辐射现场中。可 用于提供在这种环境中的改进持久性的材料是KYNAR ( PVDF -聚偏 氟乙烯形式)，并且是用于形成诸如绝缘套管、导线绝缘、密封垫和0 形环的换能器部件的优选材料。
切换单元还可以被配置为响应于特定的本地和/或远程才莫式输入而 切换少于最大数目的发生器输出。选择器单元可以提供在电子外壳上或 者电子外壳附近，用于在"本地"或者"远程"操作模式之间进行选择。 在切换发生器输出之前，强烈地优选地是使被该切换所影响的换能器 中的每一个去除能量(de-energized)。可以^是供安全的锁定，其将阻 止操作员无意中以"本地"或者"远程"模式切换提供有功率的换能器。 电子外壳可以提供有指示器灯或者其他显示装置，用于指示超声波发生 器、切换单元和/或换能器的状态。还可以提供用于产生对应于各种部 件的状态的信号以允许远程监控组件的性能的装置。
位于电子外壳中的设备应当被配置为可容易维修的。例如，优选地， 各个部件(即发生器、(多个)切换单元、(多个)电路断路器)是可 移走的并且可替换的，而不干扰现有的电缆管理和结构。类似地，优选 地，所有电缆应当是可容易接近的(accessible)和可容易替代的，而 不必移走或者重新定位其他主要设备零件。电缆和导线将优选地安装在 导线管中，这实际上有利于容易接近和替换。
优选地，在打开电子外壳的前门之后，用于发生器和切换单元的前 面板以及任何断路器或者主功率开关将是可接近的。优选地，当前门打 开时，将保护操作员免受所有活性部件的伤害，而向系统施加能量时当
前门通常被打开。相反地，通常在后门上存在一个联锁，所述联锁在系 统被施加能量时防止后门被打开以及在该门被打开时防止系统被施加 能量，其中当该门打开时保护或者屏蔽所有活性部件在切断点之前免受 意外接触的破坏。电子外壳优选地足够耐用，以防止或者减少与通常将在设备的运 送、装配和重新布置期间持续的接触和撞击相关联的破坏。类似地，应 该固定位于电子外壳内的部件和/或连接器，以防止或者减少由于在设 备的运送、装配和重新布置期间的震荡或者其它移动而引起的移动。电 子外壳可以提供有通常被配置在上角部的 一个或者多个旋转吊环，和/ 或其它硬化点或者吊具，其单独地或者共同地具有足够用于电子外壳的 正常安全移动的定额工作负载。电子外壳还可以提供有用以允许在相对 水平的表面上移动的小脚轮或者其他装置。优选地，用于每个发生器的单相位负载和不平衡负载将尽可能合理 地均匀分配在电源相位之间，通常利用三相电力。电子外壳还优选i也一皮配置为提供NEMA 12等效的外壳，即相对防尘和防滴的外壳，但不必 是防水的。如上文所指出的，本发明不限制于单个换能器结构，并且可以结合 例如层叠式、平面式和可配置的换能阵列。在图7B中示出了一个这种 可配置的阵列。如图所示，换能器阵列由多个如图7A所示的各个单元 122构建，在此实例中，2xl换能器模块包含一对换能器124，它们被 提供有通常对应上述那些的潜水型连接126a、 126b,由此可以通过随后 的插入和连接这些单个单元而组装较大的阵列。在接近(access)非常 受限的应用中或在期望换能器阵列的配置更紧密地符合被清洁的容器 的内表面的应用中，该换能器尤其有用。正如本领域的技术人员所理解 的，可以修改模块124的结构、连接126a、 126b的放置、以及所利用 的模块数目，以制造多种"平面"阵列128，并且提高超声波系统100 的实用性。如图7B中所提出的，为了在预定位置安装平面换能器阵列，各个 单元122的每一个可以经过甚至相对很小的手孔连接到前一个单元122,并且然后从开口移开而进入到容器中。由此，在对于传统尺寸的平面换能器不适合的或者通常不可接近的应用中、链(例如图7B中所 示的1x10链)或者焊盘(pad)(例如较小的换能器124单元的4x4阵 列(未示出))可以被组装或者利用。优选地，连接器126a、 126b被配置为以某种程度的灵活性来提供 换能器链128,这允许它们符合容器壁的曲率，其中通过单个发生器为 每个换能器链提供功率，由此减少所要求的发生器、电缆和在手孔凸缘 中电子穿透的数目，以实现所期望的功率密度。
权利要求
1. 一种超声波清洁系统，包括 第一N个发生器； 第二MxN个换能器；切换单元，用于将所述N个发生器中的每一个选择性地连接到 第一组N个换能器或者第二组N个换能器；潜水型连接器，提供在每个换能器附近，用于建立所述N个发 生器与所述第一组换能器和第二组换能器之间的电连接。
2. 根据权利要求1所述的超声波清洁系统，还包括M/N个切换单元，每个切换单元将专用的一组N/ ( M/N)个发 生器选择性地连接到相应的多组换能器。
3. 根据权利要求1所述的超声波清洁系统，还包括 切换控制系统，包括本地触发和远程触发中的至少一个，用于启动在所述切换单元内从第一组换能器到第二组换能器的功率传
全文摘要
本发明涉及一种改进的超声波清洁系统，该系统并入了一个或者多个改进，包括例如永久性连接的柔性电缆、在换能器上提供的防水分壁式连接器、潜水型分开组件、硬质电缆引导管和保持器、以及至少一个电子切换单元，由此可以通过单个超声波发生器选择性地驱动多个超声波换能器。该改进的超声波清洁系统可以被配置为具有各种换能器布置，包括例如在运送框架或者结构上提供的伸长型换能器和可以由多个换能器子组件组装的更平面的阵列结构。
文档编号B08B3/10GK101124052SQ200580036343
公开日2008年2月13日 申请日期2005年9月20日 优先权日2004年9月20日
发明者D·格罗斯, D·阿格莱斯, J·M·卢斯茨 申请人:控制工程学公司