核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机及其操作工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机，包括支撑环、提升装置、支撑装置、拉伸组件、机器人工作平台及主螺栓旋转机器人。支撑环承载于反应堆大盖，拉伸组件包括拉伸液压缸、拉伸桥、拉伸螺母、拉伸螺母旋转装置及大盖螺母旋转装置，拉伸液压缸固定于支撑环，拉伸桥承载于拉伸液压缸的活塞，拉伸螺母与主螺栓螺纹连接，拉伸螺母旋转装置驱使拉伸螺母旋转，大盖螺母旋转装置驱使大盖螺母旋转，提升装置驱使支撑环向上，支撑装置支撑支撑环，主螺栓旋转机器人设置于机器人工作平台并旋转主螺栓。本发明不仅能够将主螺栓旋入或旋出压力容器上的螺栓孔，并能对主螺栓进行拉伸，进而将大盖螺母拧紧或旋松，其工作效率高，节省拆装时间。
【专利说明】核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机及其操作工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种螺栓拉伸机，尤其涉及一种用于紧固和拆卸核电站反应堆压力容器大盖主螺栓的整体螺栓拉伸机及其操作工艺。
【背景技术】
[0002]在造船、石油化工、电力、核电、冶金、桥梁、铁路和重型机械等工业领域中使用的压力容器一般使用主螺栓与反应堆大盖紧固连接，在安装时，需要为主螺栓提供一定的预紧力，压力容器上多个主螺栓的预紧力要求均匀一致，且控制在一定的范围内，而通过人手使用扳手来拧紧主螺栓，并不能达到使预紧力一致的目的。另外，这些领域中使用的主螺栓往往都是大型螺栓，人力难以对其进行操作，需要借助特定的装置来进行主螺栓的紧固和拆卸。更为突出的是在核电【技术领域】中，压力容器内装载的是核燃料，核燃料在高温高压及高辐射的状态下工作，任何细微的泄漏都会给周围环境及人员带来严重的损伤，因此对反应堆压力容器上主螺栓的操作更需要快速旋紧，快速松开，以减少作业时间，保证作业人员安全。
[0003]现有技术中采用螺栓液压拉伸器来实现上述主螺栓的紧固和拆卸，螺栓液压拉伸器简称螺栓拉伸器、液压拉伸器，它借助液力升压泵(超高压液压泵)提供的液压源，根据材料的抗拉强度、屈服系数和伸长率决定拉伸力，利用超高压油泵产生的伸张力，使被施加力的主螺栓在其弹性变形区内被拉长，主螺栓直径轻微变形，从而使螺母易于松动，另外也可以作为液压过盈连接施加轴向力的装置，进行顶压安装。螺栓拉伸器最大的优点是可以同时对多个主螺栓进行操作，并且布力均匀，是一种较为安全有效的主螺栓紧固及拆卸装置。
[0004]然而，现有技术中的螺栓拉伸器只能够对主螺栓进行拉伸，并对螺母进行拧紧或旋松的动作，无法在拧紧前将主螺栓旋入或在旋松后将主螺栓旋出反应堆大盖上的通孔及压力容器上的螺栓孔，因此还需要其它的装置来实现主螺栓在通孔及螺栓孔内的旋入及旋出，多种装置在反应堆大盖上交替安装使用，这就使得操作上较为复杂，且操作时间也更长。
[0005]因此，有必要提供一种能够将主螺栓旋入或旋出螺栓孔，并能对主螺栓进行拉伸，进而将主螺母进行拧紧或旋松的核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种能够将主螺栓旋入或旋出螺栓孔，并能对主螺栓进行拉伸，进而将主螺母拧紧或旋松的核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机。
[0007]本发明的另一个目的是提供一种对所述核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机进行操作的操作工艺。
[0008]为了实现上述目的，本发明提供了一种核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机，所述压力容器上罩设反应堆大盖，多个主螺栓设置于所述反应堆大盖及压力容器的外周并连接所述反应堆大盖与压力容器，所述反应堆大盖上还设置多个分别与所述主螺栓螺纹连接的大盖螺母；所述核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机包括支撑环、提升装置、支撑装置、多个拉伸组件、机器人工作平台及至少一主螺栓旋转机器人。
[0009]所述支撑环呈环状结构并承载于所述反应堆大盖，所述支撑环开设有多个与多个所述主螺栓一一对应并供所述主螺栓穿过的第一通孔，所述第一通孔的下端容纳所述大盖螺母；多个所述拉伸组件与多个所述第一通孔一一对应设置，且每一所述拉伸组件包括至少两拉伸液压缸、拉伸桥、拉伸螺母、拉伸螺母旋转装置及大盖螺母旋转装置；所述拉伸液压缸固定于所述支撑环的上端，且所述拉伸液压缸的活塞朝上设置；所述拉伸桥承载于所述拉伸液压缸的所述活塞，且所述拉伸桥开设供所述主螺栓穿过的第二通孔；所述拉伸螺母设置于所述拉伸桥上方并与所述主螺栓螺纹连接；所述拉伸螺母旋转装置设置于所述拉伸桥并驱使所述拉伸螺母在所述主螺栓上旋转；所述大盖螺母旋转装置设置于所述支撑环，所述支撑环的下端开设与所述第一通孔连通并露出所述大盖螺母的侧孔，所述大盖螺母旋转装置穿过所述侧孔并驱使所述大盖螺母在所述主螺栓上旋转；所述提升装置设置于所述支撑环的外侧面，所述提升装置包括提升机构及固定于所述支撑环的提升电机，所述提升机构抵顶于所述支撑环与所述反应堆大盖之间并在所述提升电机的驱动下顶推所述支撑环向上远离所述反应堆大盖；所述支撑装置设置于所述支撑环的外侧面，所述支撑装置包括支撑块及固定于所述支撑环的摆动机构，所述支撑块在所述摆动机构的驱使下插入所述支撑环与所述反应堆大盖之间并支撑所述支撑环；所述机器人工作平台设置于所述支撑环及拉伸组件的上方并设置有与多个所述第一通孔形成的圆形对应的机器人轨道；所述主螺栓旋转机器人滚动设置于所述机器人轨道，所述主螺栓旋转机器人包括机架、竖直移动机构、旋转驱动机构及机械手，所述竖直移动机构设置于所述机架，所述旋转驱动机构及机械手设置于所述竖直移动机构上方并由所述竖直驱动机构驱使上下移动，所述旋转驱动机构驱使所述机械手旋转，所述机械手向下移动并与所述主螺栓紧固连接。
[0010]与现有技术相比，由于本发明所述核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机在所述支撑环上方设置了所述机器人工作平台，所述主螺栓旋转机器人滚动设置于所述机器人工作平台的机器人轨道上，且所述主螺栓旋转机器人具有能与所述主螺栓紧固连接的机械手，因此当所述核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机吊装上所述反应堆大盖，且所述拉伸组件将所述大盖螺母拧松后，所述机械手与所述主螺栓锁紧并在所述旋转驱动机构的带动下驱使所述主螺栓旋转，使得所述主螺栓从所述压力容器上的螺栓孔中旋出，并藉由与所述拉伸螺母的螺纹连接而跟随所述核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机从所述反应堆大盖上拆卸移离。同样的，所述主螺栓能够跟随所述核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机的吊装而插入所述螺栓孔内并在所述机械手的驱动下拧紧。所述核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机不仅能够实现现有的螺栓拉伸机拧松或预紧所述主螺栓的功能，更可以将所述主螺栓旋入或旋出所述螺栓孔，从而无需人力或其它装置来拆装所述主螺栓，实现了开盖、关盖操作的自动化，并免去了反复安装各种装置的繁琐，大大减少了所述反应堆大盖拆装的作业时间，加大了安全保障。
[0011]较佳地，所述大盖螺母的外壁设有轮齿，所述大盖螺母旋转装置包括第一齿轮系及设置于所述支撑环外侧面的第一电机，所述第一齿轮系的一端与所述第一电机传动连接，所述第一齿轮系的另一端穿过所述侧孔并与所述大盖螺母啮合。[0012]具体地，所述拉伸组件还包括直线推送机构，所述大盖螺母旋转装置还包括第一固定架及滑动架，所述第一固定架固定于所述支撑环外侧面并位于所述侧孔处，所述滑动架滑动设置于所述第一固定架，所述直线推送机构固定于所述第一固定架且所述直线推送机构的输出端与所述滑动架固定并顶推所述滑动的一端穿入或退出所述第一通孔，所述第一电机固定于所述滑动架，所述第一齿轮系设置于所述滑动架并跟随所述滑动架的滑动与所述大盖螺母啮合或脱离所述大盖螺母。所述直线推送机构的作用是在不需要操作所述大盖螺母时，将所述滑动架、第一电机及第一齿轮系向所述第一通孔以外整体推出以使所述第一齿轮系脱离与所述大盖螺母的啮合，从而使得拉伸机整体上下移动时不会受到所述第一齿轮系与所述大盖螺母的啮合关系的干扰及限制；而在需要操作所述大盖螺母时，将所述滑动架、第一电机和第一齿轮系整体向所述第一通孔以内推入以使所述第一齿轮系与所述大盖螺母啮合。
[0013]更具体地，所述直线推送机构为短行程气缸。
[0014]更具体地，所述第一固定架与所述滑动架之间设有确保所述第一齿轮系移动到位的行程限位开关。所述行程限位开关确保所述第一齿轮系向所述侧孔内移动后能刚好与所述大盖螺母啮合而不干涉所述大盖螺母的转动。
[0015]具体地，所述大盖螺母旋转装置还包括第一操作杆，所述第一操作杆可拆卸地连接于所述第一齿轮系。当所述大盖螺母旋转装置的所述第一电机出现故障或断电而无法驱动所述第一齿轮系时，可以利用所述第一操作杆来手动操作并使得所述第一齿轮系运转，因此即使在断电或其它导致所述第一电机停机的意外情况下，依然能够藉由所述第一操作杆实现所述大盖螺母旋转装置的功能。
[0016]较佳地，所述拉伸螺母包括内螺母及外齿轮，所述内螺母具有内螺纹并与所述主螺栓螺纹连接，所述外齿轮的外侧壁设有轮齿并套设且固定于所述内螺母，所述拉伸螺母旋转装置包括第二齿轮系及与所述拉伸桥固定连接的第二电机，所述第二齿轮系的一端与所述第二电机传动连接，所述第二齿轮系的另一端与所述外齿轮啮合。
[0017]具体地，所述拉伸螺母旋转装置还包括第二固定架，所述第二固定架固定于所述拉伸桥上方并向外侧延伸，所述第二电机固定于所述第二固定架，所述第二齿轮系设置于所述第二固定架。
[0018]具体地，所述拉伸螺母旋转装置还包括第二操作杆，所述第二操作杆可拆卸地连接于所述第二齿轮系。所述第二操作杆的作用同所述第一操作杆。
[0019]较佳地，所述提升机构包括第一丝杠、丝杠螺母及提升块，所述第一丝杠与所述提升电机传动连接并朝下延伸设置，所述丝杠螺母与所述第一丝杠螺纹配合，所述丝杠螺母与所述提升块连接并驱使所述提升块上下移动，所述支撑环的外侧面底部凹陷形成容纳槽，所述提升块的一端可凸伸入所述容纳槽内。所述第一丝杠在所述提升电机的驱动下旋转，与所述第一丝杠螺纹配合的所述丝杠螺母沿所述第一丝杠上下移动，并带动所述提升块上下移动，由此可顶推所述支撑环上下移动，所述支撑环的上移为所述主螺栓的旋出让出了空间，防止所述主螺栓旋出的过程中所述大盖螺母跟随上移而抵顶到所述支撑环。
[0020]较佳地，所述摆动机构为摆动气缸，所述摆动气缸具有在平行于所述支撑环的平面内摆动的输出轴，所述支撑块固定于所述输出轴。
[0021]较佳地，所述核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机还包括设置于所述支撑环的内侧面的导向对中装置，所述导向对中装置包括两相对设置的滚轮，两所述滚轮间具有间隔，所述反应堆大盖的外周面设置沿其母线延伸并与所述导向对中装置对应的导轨，两所述滚轮分别滚动抵触于所述导轨的两侧。所述导向对中装置与所述导轨配合，使所述核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机能相对所述反应堆大盖实现中心轴线的对准定位，然后利用竖直方向上的滑动准确承载于所述反应堆大盖。
[0022]较佳地，所述拉伸组件还包括伸长量测量装置，所述伸长量测量装置可拆卸地安装于所述主螺栓的顶部以测量所述主螺栓的长度变化。
[0023]较佳地，所述拉伸液压缸的进油口处设置有行程保护阀，所述行程保护阀由所述拉伸液压缸的活塞触发。当所述拉伸液压缸的活塞向上顶推一定距离后，所述行程保护阀被触发并关闭所述拉伸液压缸的进油口，以此对所述主螺栓进行保护，防止所述主螺栓被过度拉伸而损坏。
[0024]较佳地，所述支撑环上端绕其圆周开设有高压油道，所述高压油道与所述拉伸液压缸的进油口连通。
[0025]较佳地，所述支撑环的下端开设多个与多个所述第一通孔一一对应并位于所述侧孔下方的观察孔，所述观察孔与所述第一通孔连通并暴露所述大盖螺母。所述观察孔除了用于观察所述大盖螺母的位置和状态外，当所述大盖螺母卡滞时，还可以使用一定的工具通过所述观察孔对所述大盖螺母进行操作。
[0026]较佳地，所述主螺栓旋转机器人承载于所述机器人轨道上，所述机器人工作平台开设多个与多个所述第一通孔一一对应的第三通孔，所述机械手向下穿过所述第三通孔。
[0027]较佳地，所述竖直移动机构包括第三电机、第二丝杠、支撑螺母及旋转驱动机构安装架，所述第二丝杠竖直地设置于所述机架，所述第三电机固定于所述机架并驱使所述第二丝杠转动，所述支撑螺母螺纹连接于所述第二丝杠，所述旋转驱动机构安装架承载于所述支撑螺母上，所述旋转驱动机构及机械手安装于所述旋转驱动机构安装架。
[0028]具体地，所述旋转驱动机构包括第四电机、第三齿轮系、第三固定架及驱动轴，所述第四电机固定于所述第三固定架，所述驱动轴承载于所述第三固定架并竖直向下设置且与所述机械手固定连接，所述第四电机藉由所述第三齿轮系驱使所述驱动轴旋转。
[0029]更具体地，所述旋转驱动机构安装架与所述第三固定架之间设置有微调机构，所述微调机构通过多组不同方向的滑槽与滑轨的滑动配合实现所述旋转驱动机构及机械手整体的水平位置自适应调整。
[0030]较佳地，所述机械手包括连接轴、第五电机、小齿轮、内螺纹齿轮、芯杆及锁紧件；所述连接轴内沿轴向开设呈贯穿设置的空腔，所述内螺纹齿轮转动地设置于所述空腔内并相对所述连接轴轴向定位，且所述内螺纹齿轮的中心位置开设有螺孔，所述连接轴的侧壁具有露出所述内螺纹齿轮的开口，所述第五电机及小齿轮设置于所述连接轴的一侧，所述第五电机与所述小齿轮传动连接，所述小齿轮位于所述开口处并与所述内螺纹齿轮啮合，所述芯杆容置于所述空腔内，且所述芯杆的一端设有外螺纹并插设于所述螺孔中以与所述内螺纹齿轮形成螺纹连接，所述连接轴的一端藉由一螺栓适配器与所述主螺栓连接，所述连接轴的另一端与所述旋转驱动机构连接，所述螺栓适配器固定于所述主螺栓的上端，所述连接轴插入所述螺栓适配器内，所述锁紧件活动设置于所述连接轴的侧壁，所述螺栓适配器内开设供所述锁紧件部分卡入的凹槽，所述芯杆活动顶推所述锁紧件卡止于所述连接轴与所述凹槽之间。
[0031]本发明还提供了一种所述核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机的操作工艺，所述操作工艺包括开盖操作，所述开盖操作包括以下步骤:一，将所述主螺栓沿轴向拉伸，使所述主螺栓发生径向变形；二，将所述主螺栓上的所述大盖螺母拧松；三，将所述主螺栓旋出所述压力容器；四，将所述主螺栓移离。
[0032]与现有技术相比，本操作工艺不仅能够将所述主螺栓拧松，更可以将所述主螺栓从所述压力容器及反应堆大盖上旋出并拆卸，节省操作工序，减少了作业时间。
[0033]较佳地，所述步骤一包括以下步骤:将所述核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机吊装到所述反应堆大盖上，吊装时进行定位使所述主螺栓穿过所述第一通孔及第二通孔，将所述拉伸螺母套设于所述主螺栓；旋转所述拉伸螺母，使所述拉伸螺母藉由与所述拉伸桥的抵顶而拧紧在所述主螺栓上；所述拉伸液压缸加压，向上顶推所述拉伸桥，所述拉伸桥向上移动并通过所述拉伸螺母与所述主螺栓的螺纹连接而拉长所述主螺栓，所述主螺栓的拉伸量达到预定值后，停止顶推所述拉伸桥。
[0034]较佳地，所述步骤三包括以下步骤:所述拉伸液压缸泄压，使所述拉伸桥回到初始位置；将所述拉伸螺母从所述主螺栓上旋出；提升所述支撑环，并将所述支撑环定位在一定高度；依次拧松多个所述主螺栓使所述主螺栓从所述压力容器上旋出。
[0035]较佳地，所述步骤四包括以下步骤:将所述拉伸螺母拧紧于所述主螺栓；将所述核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机连同多个所述主螺栓及大盖螺母从所述反应堆大盖上吊走。
[0036]进一步地，使用所述大盖螺母旋转装置拧松所述大盖螺母，所述开盖操作还包括以下步骤:在吊装所述核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机之前，将所述大盖螺母旋转装置移出所述第一通孔；在完成拉伸并停止顶推所述拉伸桥后，将所述大盖螺母旋转装置移入所述第一通孔并与所述大盖螺母啮合；在将所述拉伸螺母从所述主螺栓上旋出后，将所述大盖螺母旋转装置移出所述第一通孔。将所述大盖螺母旋转装置移出所述侧孔，是为了使所述大盖螺母在跟随所述主螺栓上下移动的时候不会受到与所述大盖螺母旋转装置的齿轮的啮合关系的限制。
[0037]具体地，使用所述拉伸螺母旋转装置旋转所述拉伸螺母。
[0038]具体地，为所述拉伸液压缸供油，使所述拉伸液压缸的活塞向上顶推所述拉伸桥，所述主螺栓的拉伸量达到预定值后，停止为所述拉伸液压缸增压。
[0039]具体地，判断所述主螺栓的拉伸量是否达到预定值的方法是:在与所述拉伸液压缸连接的液压系统内设置压力传感器，当压力传感器监测到的油压压力达到一定程度时，可认为所述主螺栓的拉伸量已经达到预定值。
[0040]具体地，在定位所述核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机时，先将所述核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机与所述反应堆大盖的中心轴线对齐，然后沿竖直方向向下移动所述核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机。
[0041]更具体地，使用所述提升装置提升所述支撑环，将所述支撑块旋入所述支撑环与所述反应堆大盖之间，将所述支撑环承载于所述支撑块。
[0042]更具体地，使用所述主螺栓旋转机器人拧松所述主螺栓。
[0043]较佳地，所述操作工艺还包括关盖操作，所述关盖操作包括以下步骤:(I)，将所述主螺栓插入所述反应堆大盖；(2)，将所述主螺栓拧入所述压力容器；(3)，将所述主螺栓沿轴向拉伸，使所述主螺栓发生径向变形；(4)，将所述大盖螺母拧紧在所述主螺栓上。
[0044]具体地，所述步骤(I)具体如下:将所述核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机连同所述主螺栓及大盖螺母吊装到所述反应堆大盖上并进行定位，使所述主螺栓插入所述反应堆大盖，并使所述支撑环相对所述反应堆大盖定位在一定高度。
[0045]具体地，所述步骤(2)包括以下步骤:下降机械手，使机械手与主螺栓连接，在所述主螺栓上旋出所述拉伸螺母；依次将多个所述主螺栓拧入所述压力容器。
[0046]具体地，所述步骤(3)包括以下步骤:使所述支撑环下移并承载于所述反应堆大盖；将所述拉伸螺母旋入所述主螺栓；所述拉伸液压缸加压，顶推所述拉伸桥直至所述主螺栓的拉伸量达到预定值。
[0047]具体地，所述步骤(4)之后还包括以下步骤:所述拉伸液压缸泄压，使所述拉伸桥回到初始位置；将所述拉伸螺母旋出所述主螺栓；将所述核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机从所述反应堆大盖上吊离，完成关盖。
【专利附图】
【附图说明】
[0048]图1是本发明核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机的俯视图。
[0049]图2是主螺栓、大盖螺母、压力容器及反应堆大盖的分解示意图。
[0050]图3是沿图1中A向的剖视图。
[0051]图4是拉伸组件在支撑环上的安装示意图。
[0052]图5是支撑环的截面示意图。
[0053]图6是拉伸桥的截面示意图。
[0054]图7是沿图1中B向的剖视图。
[0055]图8是提升装置提升支撑环后的示意图。
[0056]图9是隐藏主螺栓旋转机器人后支撑装置在支撑环上的安装示意图。
[0057]图10是隐藏主螺栓旋转机器人后支撑装置承载支撑环时的示意图。
[0058]图11是沿图1中C向视角的的平面图。
[0059]图12是导向对中装置与导轨的位置关系示意图。
[0060]图13是主螺栓旋转机器人的立体图。
[0061]图14是主螺栓旋转机器人的剖视图。
[0062]图15是主螺栓旋转机器人机械手的立体图。
[0063]图16是机械手的剖视图
[0064]图17是图16中D处的放大图。
[0065]图18是螺栓适配器的截面示意图。
[0066]图19是机械手连接螺栓适配器后的剖视图。
[0067]图20是图19中E处的放大图。
[0068]图21是本发明开盖操作的步骤I示意图。
[0069]图22是本发明开盖操作的步骤2示意图。
[0070]图23是本发明开盖操作的步骤3示意图。
[0071]图24是本发明开盖操作的步骤4及步骤5示意图。[0072]图25是本发明开盖操作的步骤6示意图。
[0073]图26是本发明开盖操作的步骤7及步骤8示意图。
[0074]图27是本发明开盖操作的步骤9示意图。
[0075]图28是本发明开盖操作的步骤10中主螺栓旋转机器人与主螺栓连接后的示意图。
[0076]图29是本发明开盖操作的步骤10中主螺栓旋转机器人将主螺栓旋出螺栓孔后的示意图。
[0077]图30是本发明开盖操作的步骤11示意图。
[0078]图31是本发明开盖操作的概要流程图。
[0079]图32是本发明关盖操作的概要流程图。
[0080]图33是本发明开盖操作的详细流程图。
[0081]图34是本发明关盖操作的详细流程图。
【具体实施方式】
[0082]下面结合给出的说明书附图对本发明的较佳实施例作出描述。
[0083]如图2所示，本发明核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机可用于在核电站反应堆压力容器9上拆装主螺栓a，压力容器9上罩设反应堆大盖8，压力容器9的外周均匀分布地开设有多个螺栓孔91，反应堆大盖8开设多个与多个螺栓孔91 一一对应的通孔81，多个主螺栓a均匀分布地设置于反应堆大盖8及压力容器9的外周，主螺栓a穿过通孔81并与螺栓孔91螺纹连接，反应堆大盖8上还设置多个分别与主螺栓a螺纹连接的大盖螺母b，大盖螺母b拧紧于主螺栓a上使反应堆大盖8被紧固安装于压力容器9上。
[0084]结合图1及图3，核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机包括支撑环1、拉伸组件2、提升装置3、支撑装置4、导向对中装置5、机器人工作平台6及至少一主螺栓旋转机器人7。
[0085]参照图4、图5，支撑环I呈环状结构并承载于反应堆大盖8，支撑环I开设有多个与多个主螺栓a—一对应并供主螺栓a穿过的第一通孔11，即多个第一通孔11在支撑环I上呈均匀分布，第一通孔11的下端径向扩张以容纳大盖螺母b。支撑环I的下端还开设与第一通孔11连通并露出大盖螺母b的侧孔12，侧孔12开设于支撑环I的外侧且侧孔12的数量与第一通孔11的数量相同。支撑环I上端绕其圆周开设有高压油道13，高压油道13设置于支撑环I上相对第一通孔11远离反应堆大盖8中心轴线的一侧，高压油道13与外部设置的液压泵等供油设备连接。
[0086]继续参照图4，多个拉伸组件2与多个第一通孔11 一一对应设置，每一拉伸组件2包括大盖螺母旋转装置20、直线推送机构、两拉伸液压缸22、拉伸桥23、拉伸螺母24、拉伸螺母旋转装置25及伸长量测量装置26。
[0087]大盖螺母b的外壁设有轮齿。大盖螺母旋转装置20包括第一固定架201、滑动架202、第一电机203、第一齿轮系204及第一操作杆205。第一固定架201固定于支撑环I外侧面并位于侧孔12处，滑动架202滑动设置于第一固定架201，直线推送机构具体可以是一短行程气缸21，短行程气缸21固定于第一固定架201且短行程气缸21的输出端与滑动架202固定并顶推滑动架202在侧孔12中滑动而进入或退出第一通孔11，第一电机203固定于滑动架202,第一齿轮系204设置于滑动架202,第一齿轮系204的一端与第一电机203的输出轴通过键连接，第一齿轮系204的另一端跟随滑动架202滑动并穿过侧孔12与大盖螺母b啮合或脱离。短行程气缸21的作用是在不需要操作大盖螺母b时，将滑动架202、第一电机203和第一齿轮系204向第一通孔11以外整体推出以使第一齿轮系204脱离与大盖螺母b的啮合，从而使得拉伸机整体上下移动时不会受到第一齿轮系204与大盖螺母b的啮合关系的干扰及限制；而在需要操作大盖螺母b时，将滑动架202、第一电机203和第一齿轮系204整体向第一通孔11以内推入以使第一齿轮系204与大盖螺母b B齿合。
[0088]第一固定架201与滑动架202之间设有确保第一齿轮系204移动到位的行程限位开关206。行程限位开关206具体可以包括分别设置于第一固定架201及滑动架202的金属感应触片，当第一固定架201及滑动架202上的金属感应触片相互接触时，短行程气缸21停止推动滑动架202，通过设置并调整第一固定架201及滑动架202上的金属感应触片的相对位置，可以精确控制滑动架202的滑动范围，从而保证第一齿轮系204向第一通孔11内移动后能刚好与大盖螺母b啮合而不干涉大盖螺母b的转动，而向第一通孔11外移出后刚好脱离与大盖螺母b的啮合。行程限位开关206也可以是本领域中其它具有相同功能的结构或装置。
[0089]第一操作杆205可拆卸地连接于与第一电机203的输出轴相连接的齿轮上，该齿轮与第一电机203的输出轴通过键连接。当大盖螺母旋转装置20的第一电机203出现故障或断电而无法驱动第一齿轮系204时,可将第一操作杆205安装于第一电机203的输出轴相连接的齿轮上，然后利用第一操作杆205来手动操作并使得第一齿轮系204运转，因此即使在断电或其它导致第一电机203停机的意外情况下，依然能够借由第一操作杆205实现大盖螺母旋转装置20的功能。
[0090]两拉伸液压缸22设置于对应的主螺栓a的周围，拉伸液压缸22固定于支撑环I的上端，且拉伸液压缸22的活塞朝上设置。具体地，两拉伸液压缸22沿支撑环I的径向排列，即其中一拉伸液压缸22位于主螺栓a靠近反应堆大盖8中心轴线的一侧，而另一拉伸液压缸22位于主螺栓a背离反应堆大盖8中心轴线的一侧。从整个支撑环I上来看，多个拉伸组件2的多个拉伸液压缸22分布成与支撑环I同心的两个圆周，因此全部的拉伸液压缸22可以分为位于内侧圆周的拉伸液压缸22及位于外侧圆周的拉伸液压缸22。位于外侧圆周的拉伸液压缸22的进油口 220与高压油道13连通，而位于内侧圆周的拉伸液压缸22的进油口通过高压管路(未图示)与位于外侧的拉伸液压缸22的进油口 220连通，内侧圆周的拉伸液压缸22的出油口通过低压管路(未图示)与外侧的拉伸液压缸22的出油口连通，可见，每一拉伸组件2中内侧的拉伸液压缸22与外侧的拉伸液压缸22是并联关系，且各拉伸组件2的内外侧拉伸液压缸22均为并联关系，所以在外界提供油压时，所有拉伸缸22的活塞同时向上顶起，可同时对所有主螺栓a进行拉伸。
[0091]再结合图6，每一个拉伸桥23水平地承载于两拉伸液压缸22的活塞上，且拉伸桥23开设供主螺栓a穿过的第二通孔230。拉伸桥23的形状不做具体限定，只要能够在拉伸液压缸22的活塞的顶推下往上移动，且能够供主螺栓a穿过即可。在本实施例中，将拉伸桥23设置为元宝形，且拉伸桥23的横截面外轮廓呈梯形。拉伸桥23上端面还开设有为拉伸螺母24定位的凹槽231。
[0092]回看图4，拉伸螺母24设置于拉伸桥23上方并与主螺栓a螺纹连接。拉伸螺母24位于拉伸桥23上方且拉伸螺母24的螺孔正对第一通孔11及第二通孔230，拉伸螺母24螺纹连接到主螺栓a上。拉伸螺母24的外壁面需要设置与拉伸螺母旋转装置25传动连接的齿轮，而内壁面则要设置与主螺栓a螺纹连接的螺纹，为了降低加工难度，在本实施例中使用一内螺母241及一外齿轮242来形成拉伸螺母24，内螺母241具有内螺纹，外齿轮242的外侧壁设有轮齿并套设且固定于内螺母241，当然拉伸螺母24也可以是与大盖螺母b类似的一体成型结构。
[0093]拉伸螺母旋转装置25包括第二固定架250、第二电机251、第二齿轮系252及第二操作杆253。第二固定架250固定于拉伸桥23上方并向外侧延伸，第二电机251固定于第二固定架250,第二齿轮系252设置于第二固定架250,且第二齿轮系252的一端与第二电机251传动连接，第二齿轮系252的另一端与外齿轮242啮合。第二操作杆253可拆卸地连接于与第二电机251的输出轴相连接的齿轮上，该齿轮与第二电机251的输出轴通过键连接。第二操作杆253的作用同第一操作杆205，在此不再复述。
[0094]伸长量测量装置26可拆卸地安装于主螺栓a的顶部以测量主螺栓a的长度变化。在本实施例中，伸长量测量装置26由百分表261、百分表固定架262和安装于百分表固定架262下端的磁铁263组成，磁铁263可以牢固地将整个伸长量测量装置26吸附在主螺栓a上端。而主螺栓a的内部呈空心设置且内部容纳有主螺栓芯杆al，伸长量测量装置26和主螺栓a内部的主螺栓芯杆al配合使用，百分表261的测量杆始终和主螺栓芯杆al的上端保持接触，主螺栓a被拉伸时，主螺栓芯杆al的长度不会发生变化，主螺栓a的上端面和主螺栓芯杆al上端面的距离就会发生变化，百分表261随主螺栓a被拉伸，高度也发生变化，百分表261的读数也随之变化，即可测量出主螺栓a拉伸过程中的伸长量和关盖时拧紧大盖螺母b、拉伸液压缸22泄压后主螺栓a的残余拉伸量。伸长量测量装置26还可以使用距离传感器来测量拉伸量。
[0095]结合图1及图7、图8，三个提升装置3均匀分布地设置于支撑环I的外侧面，提升装置3与拉伸组件2相互错开，因此不影响拉伸组件2的设置及工作。提升装置3包括提升机构及固定于支撑环I的提升电机31，提升机构抵顶于支撑环I与反应堆大盖8之间并在提升电机31的驱动下顶推支撑环I向上远离反应堆大盖8。具体地，提升机构包括第一丝杠32、丝杠螺母33及提升块34，第一丝杠32与提升电机31传动连接并朝下延伸设置，丝杠螺母33与第一丝杠32螺纹配合，丝杠螺母33与提升块34连接并驱使提升块34上下移动，支撑环I的外侧面底部凹陷形成容纳槽14，容纳槽14与侧孔12互不干涉，提升块34的一端凸伸入容纳槽14内。第一丝杠32在提升电机31的驱动下旋转，带动丝杠螺母33和提升块34开始向下移动，当提升块34的凸块下表面与反应堆大盖8的上表面顶触后(此过程下降距离很小)，丝杠螺母33和提升块34不再上下移动，此后第一丝杠32继续在提升电机31的驱动下旋转，同时将向上移动顶推支承环I向上移动。支撑环I的上移为主螺栓a的旋出让出了空间，防止主螺栓a旋出的过程中大盖螺母b跟随上移而抵顶到支撑环I。支承环I的下移与以上过程反之。
[0096]如图9及图10所示，六个支撑装置4均匀分布地设置于支撑环I的外侧面，六个支撑装置4与三个提升装置3均匀地交替间隔设置，互不干涉。支撑装置4设置于支撑环I较低的位置并位于大盖螺母旋转装置20的下方，因此不受拉伸组件2的影响。支撑装置4包括支撑块40及固定于支撑环I的摆动机构，摆动机构具体的可以是摆动气缸41，摆动气缸41具有在平行于支撑环I的平面(即垂直于反应堆大盖8的中心轴线的平面)内摆动的输出轴，支撑块40固定于输出轴，当提升装置3将支撑环I提高到一定位置后，支撑块40在摆动气缸41的驱使下插入支撑环I与反应堆大盖8之间并支撑支撑环I。
[0097]本实施例中提升装置3的数量为三个，支撑装置4的数量为六个，但均不以此为限。
[0098]结合图1、图11及图12，两导向对中装置5分别设置于支撑环I的内侧面，导向对中装置5包括两滚轮安装板50及两滚轮51，滚轮安装板50固定于支撑环1，滚轮51枢接于滚轮安装板50且两滚轮51相对设置，两滚轮51间具有间隔，反应堆大盖8的外周面设置沿其母线延伸并与导向对中装置5对应的导轨82，两滚轮51分别滚动抵触于导轨82的两侧。导向对中装置5与导轨82配合，使核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机能相对反应堆大盖8实现中心轴线的对准定位，然后利用竖直方向上的滚动准确承载于反应堆大盖8。导向对中装置5的数量也不以两个为限。
[0099]回看图1，机器人工作平台6设置于支撑环I及拉伸组件2的上方并设置有与多个第一通孔11形成的圆形对应的机器人轨道60，机器人工作平台6具体地可以使用支撑杆固定于支撑环I的上方。机器人工作平台6开设多个与多个第一通孔11 一一对应的第三通孔61，主螺栓旋转机器人7滑动设置于机器人轨道60并承载于机器人轨道60上。
[0100]请参照图13、图14，主螺栓旋转机器人7包括机架70、竖直移动机构71、旋转驱动机构72及机械手73。机架70上设有主驱动电机701，主驱动电机701驱动主螺栓旋转机器人7在机器人轨道60上依靠机架70下滚轮的滚动而整体滑动平移。
[0101]竖直移动机构71设置于机架70，且竖直移动机构71包括第三电机710、第二丝杠711、支撑螺母712及旋转驱动机构安装架713，第二丝杠711竖直地设置于机架70，第三电机710固定于机架70并驱使第二丝杠711转动，支撑螺母712螺纹连接于第二丝杠711，旋转驱动机构安装架713承载于支撑螺母712上，旋转驱动机构72及机械手73安装于旋转驱动机构安装架713并由第二丝杠711及支撑螺母712驱使上下移动。
[0102]旋转驱动机构72包括第四电机720、微调机构723、第三固定架724、第三齿轮系721及驱动轴722，第四电机720固定于第三固定架724，其输出轴与第三齿轮系721通过键连接，驱动轴722承载于第三固定架724并竖直向下延伸，其上端与第三齿轮系721通过键连接，第三齿轮系721设置于第四电机720及驱动轴722之间并藉由第四电机720驱使驱动轴722转动。第三固定架724通过微调机构723与旋转驱动机构安装架713连接，微调机构723通过多组不同方向的滑槽与滑轨的滑动配合实现旋转驱动机构72及机械手73整体的水平位置自适应调整。
[0103]结合图15至图20所示，机械手73固定连接于驱动轴722的下端并在驱动轴722的带动下转动，旋转驱动机构72和机械手73在竖直移动机构71的驱使下整体向下移动，使机械手73穿过第三通孔61并藉由一螺栓适配器c与主螺栓a紧固连接。机械手73包括连接轴730、第五电机731、小齿轮732、内螺纹齿轮733、芯杆734及锁紧件735。连接轴730内沿轴向开设呈贯穿设置的空腔730a，内螺纹齿轮733转动地设置于空腔730a内并相对连接轴730轴向定位，且内螺纹齿轮733的中心位置开设有螺孔，连接轴730的侧壁具有露出内螺纹齿轮733的开口，第五电机731及小齿轮732设置于连接轴730的一侧，第五电机731与小齿轮732传动连接，小齿轮732位于开口处并与内螺纹齿轮733啮合，芯杆734容置于空腔730a内，且芯杆734的一端设有外螺纹并插设于螺孔中以与内螺纹齿轮733形成螺纹连接，连接轴730的一端藉由螺栓适配器c与主螺栓a连接，连接轴730的另一端与驱动轴722固定连接，螺栓适配器c固定于主螺栓a的上端，连接轴730插入螺栓适配器c内，锁紧件735活动设置于连接轴730的侧壁，螺栓适配器c内开设供锁紧件735部分卡入的凹槽Cl，芯杆734在第五电机731、小齿轮732和内螺纹齿轮733的驱动下顶推锁紧件735卡止于连接轴730与凹槽Cl之间。
[0104]具体地，连接轴730的侧壁开设与凹槽Cl对应的锁紧开口 730b，锁紧件735在锁紧开口 730b内沿连接轴730的径向滑动。芯杆734的侧壁形成有单向顶推锁紧件735的斜面734a，斜面734a与芯杆734的中心轴线间的距离沿远离内螺纹齿轮733的方向逐渐减小。芯杆734还具有沿芯杆734的轴向延伸的抵顶面734b，抵顶面734b与斜面734a相连并位于斜面734a离芯杆734的中心轴线较远的一侧，抵顶面734b与凹槽cl共同卡止锁紧件735。锁紧件735可以是一滚珠。
[0105]另外，连接轴730下端设置有外花键730c (如图13所示)，螺栓适配器c设置有内花键c2 (如图18所示)，机械手73与螺栓适配器c连接时除了通过锁紧件735保持轴向连接外，圆周方向还通过内外花键连接，从而使得机械手73可以旋转主螺栓a。
[0106]第五电机731固定在连接轴730上并通过三角法兰及轴套与小齿轮732的转动轴传动连接。内螺纹齿轮733使用深沟球轴承实现在连接轴730的转动并通过固定轴承的外周而实现内螺纹齿轮733的轴向定位，或者通过在连接轴730的一端设置轴端盖来轴向定位内螺纹齿轮733。连接轴730呈分段可拆结构并包括首尾两段及用于固定首尾两段的套筒，首尾两段分别成型后，将芯杆734置于首段内，接合上尾段，最后使用套筒进行固定。
[0107]再结合图13，需要使用主螺栓旋转机器人7对反应堆大盖8上的主螺栓a进行旋入或旋出的动作时，启动竖直移动机构71，使得机械手73向下移动穿过第三通孔61并插接于主螺栓a顶部的螺栓适配器c中，然后启动机械手73中的第五电机731，第五电机731驱动小齿轮732转动，小齿轮732藉由啮合关系使内螺纹齿轮733转动，而内螺纹齿轮733与芯杆734的螺纹配合使得芯杆734在内螺纹齿轮733的带动下转动并在连接轴730内沿轴向向螺栓适配器c移动，移动过程中，斜面734a向外顶推锁紧件735直至抵顶面734b与凹槽Cl共同容纳并卡止锁紧件735，此时螺栓适配器c与机械手73实现固定连接，然后旋转驱动机构72启动，驱动轴722带动机械手73整体转动，机械手73将旋转主螺栓a，从而将主螺栓a旋出或旋入螺栓孔91中。为了加快对多个主螺栓a操作的速度，提高拆装效率，本实施例中在机器人工作平台6上设置了两个主螺栓旋转机器人7，且每个主螺栓旋转机器人7均设置两套竖直移动机构71、旋转驱动机构72及机械手73。在其它的实施方式中，主螺栓旋转机器人7可以是其它数量。
[0108]回看图5，在另一个较优选的实施方案中，支撑环I的下端还开设有多个与多个第一通孔11 一一对应并位于侧孔12下方的观察孔15，观察孔15与第一通孔11连通并暴露大盖螺母b。观察孔15除了用于观察大盖螺母b的位置和状态外，当大盖螺母b卡滞时，还可以使用一定的工具通过观察孔15对大盖螺母b进行操作。另外，位于外侧的拉伸液压缸22的进油口 220处还设置有行程保护阀221，行程保护阀221由拉伸液压缸22的活塞触发。当拉伸液压缸22的活塞向上顶推一定距离后，行程保护阀221被触发并关闭拉伸液压缸22的进油口 220以切断油路，从而对主螺栓a进行保护，防止主螺栓a被过度拉伸而损坏。[0109]本发明核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机的操作工艺包括开盖操作及关盖操作。
[0110]如图31所示，开盖操作包括以下步骤:
[0111]SI将主螺栓沿轴向拉伸，使主螺栓发生径向变形；
[0112]S2将主螺栓上的大盖螺母拧松；
[0113]S3将主螺栓旋出压力容器；
[0114]S4将主螺栓移离。
[0115]如图32所示，关盖操作包括以下步骤:
[0116]SI'将主螺栓插入反应堆大盖；
[0117]S2/将主螺栓拧入压力容器；
[0118]S3'将主螺栓沿轴向拉伸，使主螺栓发生径向变形；
[0119]sr将大盖螺母拧紧在主螺栓上。
[0120]以下，结合附图对本发明中的开盖操作及关盖操作进行详细描述。
[0121]请结合图4、图21至图30及图33，开盖操作包括以下步骤:
[0122]Sll如图21所示，将核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机吊装到反应堆大盖8上，吊装时使用导向定位装置5进行导向定位使主螺栓a穿过第一通孔11及第二通孔230从而使支撑环I完全承载于反应堆大盖8，将拉伸螺母24套设于主螺栓a。
[0123]S12如图22所示，启动拉伸螺母旋转装置25，旋转所有拉伸螺母24，使拉伸螺母24藉由与拉伸桥23的抵顶而拧紧在主螺栓a上；并在每一主螺栓a上端放置拉伸量测量装置C。
[0124]S13如图23所示，为拉伸液压缸22供油，拉伸液压缸22的活塞向上顶推拉伸桥23，拉伸桥23向上移动并通过拉伸螺母24与主螺栓a的螺纹连接而拉长主螺栓a，主螺栓a的拉伸量达到预定值后，停止为拉伸液压缸22增压，拉伸液压缸22的活塞停止顶推拉伸桥23。
[0125]S2如图24所示，启动短行程气缸21将大盖螺母旋转装置20的齿轮移入第一通孔11并与大盖螺母b啮合；启动大盖螺母旋转装置20，拧松所有主螺栓a上的大盖螺母b。
[0126]S31如图25所示，拉伸液压缸22泄压，活塞及拉伸桥23回到初始位置。
[0127]S32如图26所示，反向启动拉伸螺母旋转装置25，将所有拉伸螺母24从主螺栓a上旋出；反向启动短行程气缸21将大盖螺母旋转装置20移出第一通孔11。
[0128]S33如图27所示，启动提升装置3，提升块34将支撑环I提升到一定高度后，启动支撑装置4，使支撑块40旋入支撑环I与反应堆大盖8之间，然后反向启动提升电机31，使支撑环I下降并承载于支撑块40。
[0129]S34如图28及图29所示，启动主螺栓旋转机器人7拧松主螺栓a使主螺栓a从压力容器9上的螺栓孔91中旋出。
[0130]S41如图30所示，再次启动拉伸螺母旋转装置25，将拉伸螺母24拧紧于主螺栓a，使主螺栓a悬挂在拉伸桥23上，解锁机械手73的锁紧件735，上升机械手73至初始位置。
[0131]S42主螺栓旋转机器人7水平移动至其他主螺栓a上方，按照步序S34至S41，旋出所有主螺栓a并悬挂在拉伸桥23上方。
[0132]S43将核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机连同多个主螺栓a及大盖螺母b从反应堆大盖8上吊走。
[0133]完成以上开盖操作后，即可将反应堆大盖8从压力容器9上拆卸离。
[0134]在步骤Sll之前，确保大盖螺母旋转装置20已经被完全移出第一通孔11，以避免第一齿轮系204接触到大盖螺母b而对支撑环I的吊装产生干扰。如果吊装前大盖螺母旋转装置20没有完全移出第一通孔11，则先反向启动短行程气缸21将其移出。
[0135]步骤Sll中对核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机的定位主要包括以下步骤:由上往下吊装核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机，将导向对中装置5的两滚轮51对齐到导轨82的两侧，使导轨82被两滚轮51夹持，从而使核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机与反应堆大盖8的中心轴线对齐,滚轮51在导轨82上向下平稳滚动从而使核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机能够沿竖直方向向下靠近反应堆大盖8。
[0136]步骤S13中判断主螺栓a的拉伸量是否达到预定值的方法可以是:在与所述拉伸液压缸22连接的液压系统内设置压力传感器，当压力传感器监测到的油压压力达到一定程度时，可认为主螺栓a的拉伸量已经达到预定值。另外也可以是:由伸长量测量装置26直接测量主螺栓a的长度改变而得到拉伸量。请参照图34，关盖操作的详细步骤如下:
[0137]Sll'将核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机连同主螺栓a及大盖螺母b吊装到反应堆大盖8上并利用导向定位装置5进行定位，使主螺栓a插入反应堆大盖8上的通孔81中，此时支撑块40承载于反应堆大盖8并支撑支撑环I。
[0138]S12'下降机械手7并与主螺栓a连接。
[0139]S21'旋出拉伸螺母24。
[0140]S22'依次将多个主螺栓a拧入螺栓孔91内。
[0141]S31'支撑块40旋出支撑环I与反应堆大盖8之间，反向启动提升电机31，支撑环I下移并承载于反应堆大盖8。
[0142]S32'将拉伸螺母24旋入主螺栓a;放入伸长量测量装置26。
[0143]S33,启动拉伸液压缸22进行拉伸。
[0144]S34'启动短行程气缸21将大盖螺母旋转装置20的齿轮推入第一通孔11。
[0145]Sr将大盖螺母b拧紧到主螺栓a上
[0146]S5/拉伸液压缸22泄压。
[0147]S6'将大盖螺母旋转装置20移出第一通孔11外。
[0148]S7'将拉伸螺母24旋出主螺栓a。
[0149]S8'将核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机吊离，完成关盖。
[0150]与现有技术相比，由于本发明核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机在支撑环I上方设置了机器人工作平台6，主螺栓旋转机器人7滑动设置于机器人工作平台6的机器人轨道60上，且主螺栓旋转机器人7具有能与主螺栓a紧固连接的机械手73，因此当核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机吊装上反应堆大盖8，且拉伸组件2将大盖螺母b拧松后，机械手73与主螺栓a锁紧并在旋转驱动机构72的带动下驱使主螺栓a旋转，使得主螺栓a从压力容器9上的螺栓孔91中旋出，并藉由与拉伸螺母24的螺纹连接而跟随核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机从反应堆大盖8上拆卸移离。同样的，主螺栓a能够跟随核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机的吊装而插入螺栓孔91内并在机械手73的驱动下拧紧。核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机不仅能够实现现有的螺栓拉伸机拧松或预紧主螺栓a的功能，更可以将主螺栓a旋入或旋出螺栓孔91，从而无需人力或其它装置来拆装主螺栓a，实现了开盖、关盖操作的自动化，并免去了反复安装各种装置的繁琐，大大减少了反应堆大盖8拆装的作业时间，加大了安全保障。
[0151]以上所揭露的仅为本发明的较佳实例而已，其作用是方便本领域的技术人员理解并据以实施，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。
【权利要求】
1.一种核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机，所述压力容器上罩设反应堆大盖，多个主螺栓设置于所述反应堆大盖及压力容器的外周并连接所述反应堆大盖与压力容器，所述反应堆大盖上还设置多个分别与所述主螺栓螺纹连接的大盖螺母；其特征在于:所述核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机包括支撑环、提升装置、支撑装置、多个拉伸组件、机器人工作平台及至少一主螺栓旋转机器人； 所述支撑环呈环状结构并承载于所述反应堆大盖，所述支撑环开设有多个与多个所述主螺栓一一对应并供所述主螺栓穿过的第一通孔，所述第一通孔的下端容纳所述大盖螺母; 多个所述拉伸组件与多个所述第一通孔一一对应设置，且每一所述拉伸组件包括至少两拉伸液压缸、拉伸桥、拉伸螺母、拉伸螺母旋转装置及大盖螺母旋转装置；所述拉伸液压缸固定于所述支撑环的上端，且所述拉伸液压缸的活塞朝上设置；所述拉伸桥承载于所述拉伸液压缸的所述活塞，且所述拉伸桥开设供所述主螺栓穿过的第二通孔；所述拉伸螺母设置于所述拉伸桥上方并与所述主螺栓螺纹连接；所述拉伸螺母旋转装置设置于所述拉伸桥并驱使所述拉伸螺母在所述主螺栓上旋转；所述大盖螺母旋转装置设置于所述支撑环，所述支撑环的下端开设与所述第一通孔连通并露出所述大盖螺母的侧孔，所述大盖螺母旋转装置穿过所述侧孔并驱使所述大盖螺母在所述主螺栓上旋转； 所述提升装置设置于所述支撑环的外侧面，所述提升装置包括提升机构及固定于所述支撑环的提升电机，所述提升机构抵顶于所述支撑环与所述反应堆大盖之间并在所述提升电机的驱动下顶推所述支撑环向上远离所述反应堆大盖； 所述支撑装置设置于所述支撑环的外侧面，所述支撑装置包括支撑块及固定于所述支撑环的摆动机构，所述支撑块在所述摆动机构的驱使下插入所述支撑环与所述反应堆大盖之间并支撑所述支撑环； 所述机器人工作平台设置于所述支撑环及拉伸组件的上方并设置有与多个所述第一通孔形成的圆形对应的机器人轨道； 所述主螺栓旋转机器人滑动设置于所述机器人轨道，所述主螺栓旋转机器人包括机架、竖直移动机构、旋转驱动机构及机械手，所述竖直移动机构设置于所述机架，所述旋转驱动机构及机械手设置于所述竖直移动机构上方并由所述竖直驱动机构驱使上下移动，所述旋转驱动机构驱使所述机械手旋转，所述机械手向下移动并与所述主螺栓紧固连接。
2.如权利要求1所述的核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机，其特征在于:所述大盖螺母的外壁设有轮齿，所述大盖螺母旋转装置包括第一齿轮系及设置于所述支撑环外侧面的第一电机，所述第一齿轮系的一端与所述第一电机传动连接，所述第一齿轮系的另一端穿过所述侧孔并与所述大盖螺母啮合。
3.如权利要求2所述的核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机，其特征在于:所述拉伸组件还包括直线推送机构，所述大盖螺母旋转装置还包括第一固定架及滑动架，所述第一固定架固定于所述支撑环外侧面并位于所述侧孔处，所述滑动架滑动设置于所述第一固定架，所述直线推送机构固定于所述第一固定架且所述直线推送机构的输出端与所述滑动架固定并顶推所述滑动架的一端穿入或退出所述第一通孔，所述第一电机固定于所述滑动架，所述第一齿轮系设置于所述滑动架并跟随所述滑动架的滑动与所述大盖螺母啮合或脱离所述大盖螺母。
4.如权利要求3所述的核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机，其特征在于:所述直线推送机构为短行程气缸。
5.如权利要求3所述的核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机，其特征在于:所述第一固定架与所述滑动架之间设有确保所述第一齿轮系移动到位的行程限位开关。
6.如权利要求2所述的核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机，其特征在于:所述大盖螺母旋转装置还包括第一操作杆，所述第一操作杆可拆卸地连接于所述第一齿轮系。
7.如权利要求1所述的核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机，其特征在于:所述拉伸螺母包括内螺母及外齿轮，所述内螺母具有内螺纹并与所述主螺栓螺纹连接，所述外齿轮的外侧壁设有轮齿并套设且固定于所述内螺母，所述拉伸螺母旋转装置包括第二齿轮系及与所述拉伸桥固定连接的第二电机，所述第二齿轮系的一端与所述第二电机传动连接，所述第二齿轮系的另一端与所述外 齿轮啮合。
8.如权利要求7所述的核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机，其特征在于:所述拉伸螺母旋转装置还包括第二固定架，所述第二固定架固定于所述拉伸桥上方并向外侧延伸，所述第二电机固定于所述第二固定架，所述第二齿轮系设置于所述第二固定架。
9.如权利要求7所述的核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机，其特征在于:所述拉伸螺母旋转装置还包括第二操作杆，所述第二操作杆可拆卸地连接于所述第二齿轮系。
10.如权利要求1所述的核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机，其特征在于:所述提升机构包括第一丝杠、丝杠螺母及提升块，所述第一丝杠与所述提升电机传动连接并朝下延伸设置，所述丝杠螺母与所述第一丝杠螺纹配合，所述丝杠螺母与所述提升块连接并驱使所述提升块上下移动，所述支撑环的外侧面底部凹陷形成容纳槽，所述提升块的一端可凸伸入所述容纳槽内。
11.如权利要求1所述的核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机，其特征在于:所述摆动机构为摆动气缸，所述摆动气缸具有在平行于所述支撑环的平面内摆动的输出轴，所述支撑块固定于所述输出轴。
12.如权利要求1所述的核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机，其特征在于:所述核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机还包括设置于所述支撑环的内侧面的导向对中装置，所述导向对中装置包括两相对设置的滚轮，两所述滚轮间具有间隔，所述反应堆大盖的外周面设置沿其母线延伸并与所述导向对中装置对应的导轨，两所述滚轮分别滚动抵触于所述导轨的两侧。
13.如权利要求1所述的核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机，其特征在于:所述拉伸组件还包括伸长量测量装置，所述伸长量测量装置可拆卸地安装于所述主螺栓的顶部以测量所述主螺栓的长度变化。
14.如权利要求1所述的核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机，其特征在于:所述拉伸液压缸的进油口处设置有行程保护阀，所述行程保护阀由所述拉伸液压缸的活塞触发。
15.如权利要求1所述的核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机，其特征在于:所述支撑环上端绕其圆周开设有高压油道，所述高压油道与所述拉伸液压缸的进油口连通。
16.如权利要求1所述的核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机，其特征在于:所述支撑环的下端开设多个与多个所述第一通孔一一对应并位于所述侧孔下方的观察孔，所述观察孔与所述第一通孔连通并暴露所述大盖螺母。
17.如权利要求1所述的核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机，其特征在于:所述主螺栓旋转机器人承载于所述机器人轨道上，所述机器人工作平台开设多个与多个所述第一通孔一一对应的第三通孔，所述机械手向下穿过所述第三通孔。
18.如权利要求1所述的核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机，其特征在于:所述竖直移动机构包括第三电机、第二丝杠、支撑螺母及旋转驱动机构安装架，所述第二丝杠竖直地设置于所述机架，所述第三电机固定于所述机架并驱使所述第二丝杠转动，所述支撑螺母螺纹连接于所述第二丝杠，所述旋转驱动机构安装架承载于所述支撑螺母上，所述旋转驱动机构及机械手安装于所述旋转驱动机构安装架。
19.如权利要求18所述的核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机，其特征在于:所述旋转驱动机构包括第四电机、第三齿轮系、第三固定架及驱动轴，所述第四电机固定于所述第三固定架，所述驱动轴承载于所述第三固定架并竖直向下设置且与所述机械手固定连接，所述第四电机藉由所述第三齿轮系驱使所述驱动轴旋转。
20.如权利要求19所述的核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机，其特征在于:所述旋转驱动机构安装架与所述第三固定架之间设置有微调机构，所述微调机构通过多组不同方向的滑槽与滑轨的滑动配合实现所述旋转驱动机构及机械手整体的水平位置自适应调整。
21.如权利要求1所述的核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机，其特征在于:所述机械手包括连接轴、第五电机、小齿轮、内螺纹齿轮、芯杆及锁紧件；所述连接轴内沿轴向开设呈贯穿设置的空腔，所述内螺纹齿轮转动地设置于所述空腔内并相对所述连接轴轴向定位，且所述内螺纹齿轮的中心位置开设有螺孔，所述连接轴的侧壁具有露出所述内螺纹齿轮的开口，所述第五电机及小齿轮设置于所述连接轴的一侧，所述第五电机与所述小齿轮传动连接，所述小齿轮位于所述开口处并与所述内螺纹齿轮啮合，所述芯杆容置于所述空腔内，且所述芯杆的一端设 有外螺纹并插设于所述螺孔中以与所述内螺纹齿轮形成螺纹连接，所述连接轴的一端藉由一螺栓适配器与所述主螺栓连接，所述连接轴的另一端与所述旋转驱动机构连接，所述螺栓适配器固定于所述主螺栓的上端，所述连接轴插入所述螺栓适配器内，所述锁紧件活动设置于所述连接轴的侧壁，所述螺栓适配器内开设供所述锁紧件部分卡入的凹槽，所述芯杆活动顶推所述锁紧件卡止于所述连接轴与所述凹槽之间。
22.一种核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机的操作工艺，所述核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机如权利要求1-21任一项所述，其特征在于，所述操作工艺包括开盖操作，所述开盖操作包括以下步骤: 一，将所述主螺栓沿轴向拉伸，使所述主螺栓发生径向变形； 二，将所述主螺栓上的所述大盖螺母拧松； 三，将所述主螺栓旋出所述压力容器； 四，将所述主螺栓移离。
23.如权利要求22所述的操作工艺，其特征在于，所示步骤一包括以下步骤: 将所述核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机吊装到所述反应堆大盖上，吊装时进行定位使所述主螺栓穿过所述第一通孔及第二通孔，将所述拉伸螺母套设于所述主螺栓； 旋转所述拉伸螺母，使所述拉伸螺母藉由与所述拉伸桥的抵顶而拧紧在所述主螺栓上； 所述拉伸液压缸加压，向上顶推所述拉伸桥，所述拉伸桥向上移动并通过所述拉伸螺母与所述主螺栓的螺纹连接而拉长所述主螺栓，所述主螺栓的拉伸量达到预定值后，停止顶推所述拉伸桥。
24.如权利要求22所述的操作工艺，其特征在于，所述步骤三包括以下步骤: 所述拉伸液压缸泄压，使所述拉伸桥回到初始位置； 将所述拉伸螺母从所述主螺栓上旋出； 提升所述支撑环，并将所述支撑环定位在一定高度； 依次拧松多个所述主螺栓使所述主螺栓从所述压力容器上旋出。
25.如权利要求22所述的操作工艺，其特征在于，所述步骤四包括以下步骤: 将所述拉伸螺母拧紧于所述主螺栓； 将所述核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机连同多个所述主螺栓及大盖螺母从所述反应堆大盖上吊走。
26.如权利要求24所述的操作工艺，其特征在于，使用所述大盖螺母旋转装置拧松所述大盖螺母，所述开盖操作还包括以下步骤: 在吊装所述核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机之前，将所述大盖螺母旋转装置移出所述第一通孔； 在完成拉伸并停止顶推所述拉伸桥后，将所述大盖螺母旋转装置移入所述第一通孔并与所述大盖螺母啮合； 在将所述拉伸螺母从所述主螺栓上旋出后，将所述大盖螺母旋转装置移出所述第一通孔。
27.如权利要求23所述的操作工艺，其特征在于:使用所述拉伸螺母旋转装置旋转所述拉伸螺母。
28.如权利要求23所述的操作工艺，其特征在于:为所述拉伸液压缸供油，使所述拉伸液压缸的活塞向上顶推所述拉伸桥，所述主螺栓的拉伸量达到预定值后，停止为所述拉伸液压缸增压。
29.如权利要求23所述的操作工艺，其特征在于，判断所述主螺栓的拉伸量是否达到预定值的方法是:在与所述拉伸液压缸连接的液压系统内设置压力传感器，当压力传感器监测到的油压压力达到一定程度时，可认为所述主螺栓的拉伸量已经达到预定值。
30.如权利要求23所述的操作工艺，其特征在于:在定位所述核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机时，先将所述核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机与所述反应堆大盖的中心轴线对齐，然后沿竖直方向向下移动所述核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机。
31.如权利要求24所述的操作工艺，其特征在于:使用所述提升装置提升所述支撑环，将所述支撑块旋入所述支撑环与所述反应堆大盖之间，将所述支撑环承载于所述支撑块。
32.如权利要求24所述的操作工艺，其特征在于:使用所述主螺栓旋转机器人拧松所述主螺栓。
33.如权利要求22所述的操作工艺，其特征在于:所述操作工艺还包括关盖操作，所述关盖操作包括以下步骤: (1)，将所述主螺栓插入所述反应堆大盖； (2)，将所述主螺栓拧入所述压力容器； (3)，将所述主螺栓沿轴向拉伸，使所述主螺栓发生径向变形；(4)，将所述大盖螺母拧紧在所述主螺栓上。
34.如权利要求33所述的操作工艺，其特征在于，所述步骤(1)具体如下: 将所述核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机连同所述主螺栓及大盖螺母吊装到所述反应堆大盖上并进行定位，使所述主螺栓插入所述反应堆大盖，并使所述支撑环相对所述反应堆大盖定位在一定高度。
35.如权利要求33所述的操作工艺，其特征在于，所述步骤(2)包括以下步骤: 下降机械手，使机械手与主螺栓连接； 在所述主螺栓上旋出所述拉伸螺母； 依次将多个所述主螺栓拧入所述压力容器。
36.如权利要求33所述的操作工艺，其特征在于，所述步骤(3)包括以下步骤: 使所述支撑环下移并承载于所述反应堆大盖； 将所述拉伸螺母旋 入所述主螺栓； 所述拉伸液压缸加压，顶推所述拉伸桥直至所述主螺栓的拉伸量达到预定值。
37.如权利要求33所述的操作工艺，其特征在于，所述步骤(4)之后还包括以下步骤: 所述拉伸液压缸泄压，使所述拉伸桥回到初始位置； 将所述拉伸螺母旋出所述主螺栓； 将所述核反应堆压力容器用整体螺栓拉伸机从所述反应堆大盖上吊离，完成关盖。
【文档编号】B23P19/06GK104029007SQ201410264262
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月13日 优先权日:2014年6月13日
【发明者】吴玉, 张涛, 刘青松, 张一心, 黄文有, 周国丰, 向文元, 赵月扬, 刘治, 王爱丽, 李志 , 袁任重, 孙绮林, 刘士心, 李晓, 袁杰, 余冰, 陈嘉杰, 朱健林 申请人:中科华核电技术研究院有限公司, 中国广核集团有限公司