核电厂围辐板组件螺栓拆除装置的制作方法

本发明属于核电技术领域，更具体地说，本发明涉及一种核电厂围辐板组件螺栓拆除装置。

背景技术：

围辐板组件是核电厂反应堆堆内构件的重要组成部分，布置在堆芯燃料组件的外侧，使用多边形的围辐板将堆芯围住，在围辐板外侧的轴向位置上设有8层同吊篮筒体相连接的辐板。辐板为环形，外圆与吊篮内部通过544颗5/8”螺栓相配，多边形内侧同围辐板相配合固定，每层围辐板-辐板借助120颗5/8”水平螺栓(共计960颗)构成一个刚性的整体。

核电厂反应堆堆内构件中，围辐板组件的拆除工作是核电厂退役工程面临的一大难题。围辐板组件距离吊篮内壁10cm-40cm不等，宽阔的间隙和复杂的连接方式使得在核电厂退役工程中很难采用切割工具一次性完成围辐板的切割。迫于退役工期，在退役压水堆核电厂时，国外一些核电厂常选择将压力容器整体拆除，再将其连同内部的围辐板组件灌浆密封后运出反应堆厂房；还有一些核电厂引进大型切割设备(如火焰和磨料水射流切割机)将围辐板组件连同吊篮筒节一同切割。但是，上述两种拆除办法在减少围辐板拆除时间的同时增加了其他退役活动的工期(如工具引入、放射性废物处理处置)，并未从根本上提升退役拆除效率。

此外，核电厂反应堆堆内构件在强辐射环境下工作40年至60年不等，螺栓材料受照膨胀变形，再加上长时间腐蚀，很难将螺栓完整取出。相关技术中通常采用加力法、去除材料法强拆螺栓，但是，这些方法通常要求人员近距离安装设备，并不适用反应堆的辐射环境(堆内构件是中等水平放射性废物，会对人员造成严重伤害)。

有鉴于此，确有必要提供一种安全、高效的核电厂围辐板组件螺栓拆除装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于：克服现有技术的缺陷，提供一种安全、高效的核电厂围辐板组件螺栓拆除装置。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种核电厂围辐板组件螺栓拆除装置，其包括：

支撑底座，可安装在围辐板上，支撑底座上设有圆形轨道；

搭载平台，安装于支撑底座上并可沿着圆形轨道运动；

旋转平台，固定安装在搭载平台上并可相对于搭载平台360度旋转；

xyy双轴三联移动系统，固定安装在旋转平台上并可在xy方向自由移动；以及

镗孔机具，安装在xyy双轴三联移动系统上并可随着xyy双轴三联移动系统运动，沿螺栓孔轴向进给和周向旋转作业。

作为本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置的一种改进，所述支撑底座包括相互垂直的钢梁和围绕钢梁设置的八边形框架，支撑底座中央设有钢环，钢环和八边形框架的八个顶点通过四条对角钢梁焊接在一起，八边形框架的每条边的中部设有可在液压泵驱动下自由伸缩的液压支腿。

作为本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置的一种改进，所述四条对角钢梁延伸并汇集在支撑底座的中心。

作为本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置的一种改进，所述圆形轨道为内凹型钢轨，焊接在钢梁上。

作为本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置的一种改进，所述搭载平台的一端设有扇形钢板，扇形钢板上设有工作模块，另一端设有矩形钢板，矩形钢板上设有动力总成模块。

作为本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置的一种改进，所述工作模块包括旋转平台的固定装置和卡在圆形轨道中并可沿着圆形轨道运动的定位轮、从动轮，定位轮配置行进编码定位系统，通过读取支撑底座上钢轨的位置编码器确定搭载平台的方位；动力总成模块包括动力包和主动轮，动力包为驱动轮提供动力并根据操作指令控制主动轮运动，主动轮在动力包的驱动下带动搭载平台沿着圆形轨道运动。

作为本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置的一种改进，所述旋转平台设有液压马达，液压马达驱动旋转平台相对于所述支撑底座180-360°旋转。

作为本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置的一种改进，所述xyy双轴三联移动系统包括x轴移动系统、y轴一次移动系统、y轴二次移动系统，每套移动系统都为独立的丝杠传动系统，通过两端电机带动丝杠旋转，使得丝杠上的螺母沿丝杠轴向直线运动，带动镗孔机具运动。

作为本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置的一种改进，所述y轴一次移动系统包括两个并联y轴一次传动丝杠、维持丝杠在y方向运动的导向板，以及与导向板两端完全啮合的y轴一、二次导轨，xyy双轴三联移动系统设有底板，y轴一次传动电机和丝杠螺母组装在一起，并安装在底板的中心位置。

作为本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置的一种改进，所述x轴移动系统包括一个丝杠传动系统和位于丝杠传动系统两侧的两个导轨，所述镗孔机具的底座设有安装孔和固定安装在底座中的螺母，两个导轨穿过安装孔并将镗孔机具安装在xyy双轴三联移动系统上，x轴移动系统的丝杠传动系统两端的电机驱动丝杠并带动底座中的螺母轴向运动，螺母推动底座上的镗孔机具运动。

作为本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置的一种改进，所述y轴二次移动系统包括两个并联y轴二次传动电机和丝杠、与丝杠螺母融合并连接x轴移动系统的底座。

作为本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置的一种改进，所述镗孔机具包括主机、镗杆和镗刀组件，主机包括可抵住围板表面的夹具和驱动镗杆轴向进给和周向转动的动力传动机构。

作为本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置的一种改进，所述镗孔机具设有与镗杆的轴向相同的摄像机和照明设备。

相对于现有技术，本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置通过搭载平台、旋转平台配合，一次吊装就位即可拆除同一高度的围辐板连接螺栓，通过监控录像可执行搭载平台旋转就位、旋转平台调整方向、镗孔机具作业，实现强辐射环境下无人遥控作业，可安全、高效地拆除核电厂围辐板组件螺栓。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置及其技术效果进行详细说明，其中：

图1为本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置的分解示意图。

图2为本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置的支撑底座的结构示意图。

图3为本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置的搭载平台的结构示意图。

图4为本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置的旋转平台的结构示意图。

图5为本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置的xyy双轴三联移动系统的结构示意图。

图6为本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置的镗孔机具的结构示意图。

图中，

10--支撑底座；100--钢梁；102--框架；104--液压支腿；106--钢环；108--圆形轨道；110--弧形摩擦板；

20--搭载平台；202--扇形钢板；204--工作模块；206--定位轮；208--从动轮；210--矩形钢板；212--动力总成模块；214--动力包；216--主动轮；

30--旋转平台；302--旋转机构；304--液压马达；

40--xyy双轴三联移动系统；400--y轴一次传动丝杠；402--导向板；404--y轴一、二次导轨；406--y轴一次传动电机和丝杠螺母；408--y轴二次传动电机和丝杠；410--x轴丝杠传动系统；412--x轴导轨；

50--镗孔机具；500--底座；502--主机；504--镗杆；506--镗刀组件；508--夹具；510--摄像机；512--照明设备。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案及其技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

请参照图1至6所示，本发明提供了一种核电厂围辐板组件螺栓拆除装置，其包括：

支撑底座10，可安装在围辐板上，支撑底座10上设有圆形轨道108；

搭载平台20，安装于支撑底座10上并可沿着圆形轨道108运动；

旋转平台30，固定安装在搭载平台20上并可相对于搭载平台20三百六十度旋转；

xyy双轴三联移动系统40，固定安装在旋转平台30上并可在xy方向自由移动；以及

镗孔机具50，安装在xyy双轴三联移动系统40上并可随着xyy双轴三联移动系统40运动，沿螺栓孔轴向进给和周向旋转作业。

请参照图2所示，支撑底座10包括正八边形框架102和相互垂直的钢梁100，框架102每条边中部安装一个可在液压泵驱动下自由伸缩的液压支腿104，在调整支撑底座10重心时，液压支腿104前端的弧形摩擦板110与吊篮筒壁契合相互作用提供向上的摩擦力，以供固定。支撑底座10中央设有钢环106，以避免应力集中。钢环和八边形框架102的八个顶点通过钢梁100焊接在一起，其中，四条对角钢梁100延伸并汇集在支撑底座10的中心，并焊接固定。

可以理解的是，具有正八边形框架102的支撑底座10结构简单稳定，便于工厂制造与现场安装，避免人因导致的装配失误。支撑底座10的正八边形框架102的每条边均能支撑在围板顶部，减轻对液压支腿104的摩擦力要求。在图示实施方式中，八个液压支腿104对称安装，整个工具的重量均匀分散给每个液压支腿104，液压支腿104可拆卸安装，便于维护。

在图2所示的实施方式中，圆形轨道108为半封闭式内凹型钢轨，焊接在钢梁100上，在限制搭载平台20围绕其中心点做圆周运动的同时，利用圆形轨道108的下平面卡住四个轮子，不需要额外固定装置，供搭载平台20三百六十度旋转并防止搭载平台20掉落。此外，为了将支撑底座10稳定地安装在围辐板上，液压支腿104与吊篮筒壁的接触面面积加大并刻有防滑纹路。

请参照图3所示，搭载平台20上接支撑底座10，下连旋转平台30，承担拆除装置的转向与定位功能。搭载平台20的主体为焊接固定的钢架结构，钢架前端为有一扇形钢板202，扇形钢板202上设有工作模块204，钢架后端有一矩形钢板210，矩形钢板210上设有动力总成模块212。因为搭载平台20前端放置工作模块204、后端放置动力总成模块212，前后重量分布平衡，所以可以防止侧翻。

工作模块204包括旋转平台30的固定装置和卡在圆形轨道108中并可沿着圆形轨道108运动的定位轮206、从动轮208，定位轮206和从动轮208沿扇形钢板倾斜放置，为拆除装置预留工作活动空间。定位轮206配置行进编码定位系统，通过读取支撑底座10上圆形轨道108的位置编码器可确定搭载平台20的方位。定位轮206和从动轮208不具备动力系统，而是在主动轮216的带动下沿着圆形轨道108行驶，轮子卡在圆形轨道108的内部暗槽中，可防止搭载平台20脱轨。

动力总成模块212包括动力包214和主动轮216，动力包214为驱动轮提供动力并根据操作指令控制主动轮216运动，主动轮216在动力包214的驱动下带动搭载平台20沿着圆形轨道108运动，提供拆除装置的粗定位，两个主动轮216平行放置，一个负责顺时针转动，一个负责逆时针转动。

请参照图4所示，旋转平台30在搭载平台20就位后，依靠旋转机构302为拆除装置提供精确且合适的工作角度。旋转机构302可在液压马达304驱使下带动控制镗孔机具50在搭载平台20上至少完成水平180°旋转(图示实施方式为完成360°旋转)，以保证镗孔机具50的钻头灵活转动，能拆除正前、正左、正右三个方向的围板-辐板连接螺栓，使得镗孔机具50在搭载平台20固定不需要二次旋转定位即可同时镗削拆除三个方向的围板-辐板螺栓。旋转平台30与现已广泛存在的旋转平台在结构、原理上一致，不再赘述。

请参照图5所示，xyy双轴三联移动系统40可沿xy双向自由平移镗孔机具50，解决旋转平台30只能使镗孔机具50原地旋转调整进给角度而无法将镗孔机具50送往目标螺栓的问题。xyy双轴三联移动系统40包括三部分联装为一体：x轴移动系统、y轴一次移动系统、y轴二次移动系统，每套移动系统都包括一个独立的丝杠传动系统，通过电机带动丝杠旋转，使得丝杠上的螺母沿丝杠轴向直线运动，从而带动镗孔机具50运动。

y轴一次移动系统包括两个并联y轴一次传动丝杠400(冗余设计，正常情况下一个即可正常工作)、用于y轴一次传动丝杠400在y方向稳定运动的导向板402，以及与导向板402两端完全啮合的y轴一、二次导轨404。为了使镗孔机具50沿y轴正负方向运动，以适应拆除180°正对面围板上螺栓的需要，在图示方式中，y轴一次传动电机和丝杠螺母406组装在一起，并安装在y轴一次移动系统的底板的中心位置。在正常工作时，电机启动，迫使螺母旋转，y轴一次传动丝杠400带动与其固定的y轴二次移动系统一起轴向运动。

y轴二次移动系统包括两个并联y轴二次传动电机和丝杠408(位于y轴一次传动电机和丝杠螺母406之间，冗余设计，正常情况下一个即可正常工作)、与丝杠螺母融合并连接x轴移动系统的底座。y轴二次移动系统与常规的丝杠传动系统类似，电机安装在两端旋转丝杠，带动底座里的螺母轴向运动，螺母推动底座上的x轴移动系统运动。

出于减重考虑，x轴移动系统只有一个x轴丝杠传动系统410。但是，由于其承担镗孔机具50最后一步定位功能，对精度要求高，因此搭配两个x轴导轨412。镗孔机具50的底座500设有安装孔和固定安装在底座中的螺母，两个x轴导轨410穿过安装孔并将镗孔机具50安装在xyy双轴三联移动系统40上。x轴移动系统的丝杠传动系统410与常规的丝杠传动系统类似，两端的电机旋转丝杠，带动底座里的螺母轴向运动，螺母推动底座上的镗孔机具50运动。

请参照图6所示，镗孔机具50负责螺栓的实际粉碎拆除工作，是本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置的直接工作载荷。镗孔机具50包括底座500，以及安装在底座500上的主机502、镗杆504和镗刀组件506，主机502包括可抵住围板表面的夹具508和驱动镗杆504轴向进给和周向转动的动力传动机构。夹具508抵住围板表面，负责微调镗杆504的进给角度和旋转过程的稳定性，防止镗杆504损坏。动力传动机构驱动镗杆504轴向进给和周向转动，使镗刀组件506能够边粉碎螺栓边向前推进，最后退回原位，准备下一次操作。需要说明的是，镗孔机具50与现已广泛存在的镗孔机具在方法、原理上一致，本说明书不再赘述。

镗杆504将镗孔机具50输出扭矩传送到镗刀组件506，其后端有锁紧部件与主机502的动力传动机构锁紧，杆体穿过夹具508以夹持稳定定向，前端设有莫氏锥孔用于安装镗刀组件506。镗刀组件506与现已广泛存在的镗刀组件在结构、原理上一致，本说明书不再赘述。镗刀通过莫氏锥柄与镗杆504上的莫氏锥孔配合，借助摩擦力随莫氏锥孔转动。

根据本发明的一个实施方式，镗孔机具50设有与镗杆504的轴向相同的摄像机510和照明设备512。摄像机510便于监视镗刀组件506的实时作业情况，照明设备512为摄像机510提供照明。

围板-辐板螺栓为避免冷却剂冲击，在设计之初便埋入围板，因此无需像常规方法那样增加将螺栓头切除的步骤。

以下结合附图，详细描述本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置的安装和使用方法：

在安装台架上将支撑底座10、搭载平台20、旋转平台30、xyy双轴三联移动系统40和镗孔机具50从下到上组装完成；

将组装完毕的螺栓拆除装置翻转，保持支撑底座10在上、搭载平台20在下、旋转平台30更下、镗孔机具50最下的顺序，接通电源，测试各部件是否正常；

使用环吊将螺栓拆除装置吊装就位，调整好吊装角度，注意控制水平，将镗刀组件506下降至第一层围辐板螺栓高度后，启动液压支腿104，液压支腿104底面贴合吊篮筒壁，断开环吊连接；

螺栓拆除装置就位后，螺栓拆除装置只需要按照设定程序依次拆除螺栓即可：搭载平台20首先水平旋转一圈，寻找设定好的工作方位角并固定，其次旋转平台30根据围板的范围调整镗孔机具50的指向角度。根据目标围板的不同，调整好y方向的偏移量，确定镗刀组件506与螺栓孔处于同一条轴线上(y轴二次移动系统工作，如行程不够，则y轴一次移动系统启动，补足剩余行程)，然后x轴移动系统工作，使镗孔工具50的夹具508抵住围板表面；

操作员通过同轴摄像机510输出的影像确认待拆除螺栓位于屏幕中央，且镗刀组件506的旋转轨迹覆盖整个螺栓表面，即镗孔机具50能够完全镗削螺栓；设定镗刀进给速度、进给距离和旋转速后，接通主机驱动镗杆504周向旋转和轴向进给的电源，正式开机运行；随着镗刀不断深入螺栓孔，螺栓的碎屑不断被镗刀上螺旋沟槽带出，直至完成整个螺栓的镗削；

完成一次镗削后，镗刀组件506在主机502的带动下退回原位，操作员确认镗削效果后，输入新的螺栓拆除参数，开始下个拆除过程。

结合以上对本发明实施方式的详细描述可以看出，相对于现有技术，本发明核电厂围辐板组件螺栓拆除装置通过搭载平台20、旋转平台30配合，一次吊装就位即可拆除同一高度的围辐板连接螺栓，通过监控录像可执行搭载平台20旋转就位、旋转平台30调整方向、镗孔机具50作业，实现强辐射环境下无人遥控作业，可安全、高效地拆除核电厂围辐板组件螺栓。

根据上述原理，本发明还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。