专利名称：管束中异物的搜索和取出装置的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及一种用于核电厂和其它具有不易接近的几何形状的结构的自动机系统。更加具体地说，它涉及这样一种系统，这种系统能够定位并移除偶然进入诸如核电厂内蒸汽发生器管束中的异物，这种管束具有不易接近的几何形状结构特点。
本申请系以Robert A.S.Lee名义于1989年1月27日在美国申请的序号为07/303，268的共同转让申请的部分继续申请。而该申请本身又是以Robert A.S.Lee名义于1987年3月18日申请的序号为07/027，810的共同转让申请(现已授予专利权，专利号4，827，953)的部分继续申请，两者的名称均为“用以去除蒸汽锅炉中二次边侧泥状沉淀的挠性矛杆”。这一申请又是以Steven K.Ruggieri，Stephen C.Jens和Robert Sykes名义于1989年2月22日申请，名为“挠性矛杆和驱动体系”，序号为07/314，091的共同转让申请的部分继续申请。
核动力发电设备包括两个主要部分，即反应堆和蒸汽发生器。蒸汽发生器包括一个热交换器，这种热交换器简单说来是由一组紧密间隔并排列成矩阵形式的薄壁管所组成。管与管间的间距小于0.5英寸，管的高度超出几英尺以上。热的反应堆冷却剂抽运通过这些管束，从而将水在高压下加热至超过沸点数百度以上，藉以产生蒸汽。
当反应堆由于重加燃料或其它原因停止工作时，维修人员进入各个不同区域，其中之一就是蒸汽发生器的外壳。在这种进入时，有可能会其在内跌落诸如焊条、垫圈、螺钉等物件。这种物件如果不取出，会对薄壁造成损坏。而修理、置换或堵塞损坏的管子，不论在使用人力方面及将反应堆停止工作都需付出昂贵代价。由于蒸汽发生器几何形状的实际限制以及辐射的存在，到目前为止，还没有办法能取出这种物件。
1987年1月27日颁发给Zimmer等人的美国专利4，638，667号中公开一种遥控探头定位装置，该装置包括一根挠性带，该带中包有贯穿全长的一条光缆，该带的末梢上具有一个回收工具。然而，对于这回收工具的结构及运用都没有详细的介绍。因此有必要做更深入的研究，以便提供一种适应核动力发电厂蒸汽发生器的几何形状及其它类似不易接近几何形状的需要的一种用以取出异物系统。
因此，本发明的一个目的就是提供一种系统，该系统用以在诸如核电厂蒸汽发生器管束区域等不易接近的几何形状中找寻和取出异物。
本发明的另一个目的是提供一种能找寻和取出异物的系统，在该系统中系统的操动是遥控的。
本发明的又一个目的是提供这样一种系统，在该系统中，系统的遥控和方法设计成能在不易接近的几何形状区域之内提供精密的控制。
这些以及相关的目的都能通过使用这里所公开的新颖的异物搜索和取出装置来达成。根据本发明的异物搜索和取出装置有一个具有一个末端的挠性件。一根光缆沿着挠性件的全长在其内部延伸。一根视频电缆和一个在挠性件末端处且连接在这视频电缆上的摄象机，用以将从挠性件末端观察到的景象形成图象用视频电缆传送出去。在挠性件的末端处装有一个回收工具。至少一根用于该回收工具上的致动缆沿着挠性件的全长在其内延伸。挠性件设计成能被驱动进入不易接近的几何形状的结构中。一个定位手柄连接在至少一根回收工具的致动缆上。在本发明的一种形式中，该定位手柄包括一个操纵杆机构，而至少为一根回收工具的致动缆则包括连接在操纵杆机构和回收工具上的多根挠性的操纵缆。
前述和相关的目的的达成，以及本发明的各种优点和特征，对于本领域的普通技术人员来说，通过下述的结合附图所作的较为详细的描述将变得易于理解。在附图中，
图1是本发明的异物搜索和取出装置的透视图;
图2是图1中所示装置中的一部分的透视图;
图3A和3B是图1和2所示装置在使用中的其它部分的透视图;
图4是本发明的异物搜索和取出装置另一实施例的一部分为透视图和一部分为方块图;
图4A是图4装置中的一部分的放大侧视图;
图5是图4和4A所示在使用中的装置的平面图;
图6A和6B分别是图4-5中装置的使用者控制器的断面和端视图;
图7A和7B分别是图4-5中装置的一部分的断面和端视图;
图8是图4-7B中装置的另一部分的断面图;
图9是图4-7B中装置的另一部分的侧视图。
参照附图，特别是参照图1和2，图中显示一个从不易接近的几何形状结构中找到和移除异物的装置10。装置10使用了一根由多个独立的软管棒段14串接在纲索缆16上形成的挠性矛杆12，以使其结构沿着其长度方向上为挠性的，而在横向于其长度的方向上颇具刚性。关于矛杆12的结构更多的详情可以参考上面提到的共同待批的Ruggieri等人的申请，其中的内容通过引用而结合在本发明中。从矛杆12的管嘴块20的工作导槽18延伸出有一对多叉股取出器22。在管嘴块20上的两个取出器22之间安装一个微型视频探测摄象机24。每个取出器各连接在一根致动缆26上，该致动缆延伸通过该挠性矛杆12至一个手动控制器28。该摄象机24由一根电缆30连接至适当的视频处理电路(示显示)，以便在视频显示器32上显示出图象。电缆30中还包有一根光导纤维束用以将光传送到矛杆12工作的区域中。挠性矛杆12延伸通过一个运送器34，该运送器将矛杆12的管嘴块端头放置在对着蒸汽发生器的一部分的或其它不易接近的几何形状结构的位置处。该运送器34沿着一根运送轨36移动以将矛杆12的管嘴块端头输送到工作位置上。矛杆12于是由一个链轮传动器37推动使其穿过运送器34，该链轮传动器具有咬合在软管棒段14之间的齿以将管嘴块端头推向不易接近的几何形状区域内和将管嘴块端头向后缩回以便从不易接近的几何形状区域处拉出。
图3A和3B显示出当挠性矛杆12的管嘴块20端头被放置在蒸汽发生器管束40的合适位置处后，取出器22如何操作以将诸如焊条38的异物从中取出。该两取出器22中之一个取出器，其致动缆26从管嘴块20中伸出，因而使其取出器22能够抓住焊条38。然后如箭头42所示将致动缆26旋转，使焊条38竖起至图3B中所示的位置。然后将另一根致动缆26伸出，使另一个取出器22抓住焊条38。最后如箭头44所示将挠性矛杆12从管40束中缩回，从而将焊条38取出。
图4和5显示从一个例如蒸汽发生器52处等不易接近的几何形状区域找寻和移除异物的另一个系统50。在系统50中，一根具有与挠性矛杆12相同结构的挠性矛杆54延伸通过一个自动机圆筒56，自动机圆筒装在轨道58上并可沿该轨道58移动。该挠性矛杆54穿过手孔60，绕过一个卷轴62和一个调整卷轴64一直延伸至操纵把手66。卷轴62和64安装在位于手孔60处的“龙门架”支架68上。在操纵把手66处将自动机驱动电源和控制器70连接在挠性矛杆54上。一个视频监测器72安装在支架68上，该视频监测器72连接到装在挠性矛杆54的管嘴块76上的微型视频探测录象机以便接收并显示由其传来的图象。挠性矛杆54具有一个连接在一条致动缆80上的多叉股取出器78和连接在一条致动缆84上的另一个不同构形的多叉股取出器82。根据所要取出的异物的特性，可在挠性矛杆54上装配以多种不同构形的取出工具。一个携带式提桶86放置在蒸汽发生器52内邻近手孔60的地方。
在操动装置50时，在自动机控制器70处配备以一名操作人员，而在工具操纵把手66处配备以另一名操作人员。摄象机74能提供一个90°的视野。该摄象机分别供两名操作人员用，以作精确地和按顺序地定位该挠性矛杆54的管嘴块76端头并取出异物。自动机控制器70的操作人员将带有挠性矛杆54的自动机圆筒56安置在两个管88排之间的一点对面，并伸出矛杆54搜索异物，该异物例如垫圈90。如果搜索不到，就将矛杆回缩，自动机圆筒56按箭头92的方向旋转，从而在轨道58背面重复搜索的步骤。
如果找到一个异物90，掌管工具操纵把手66的人员就将合适的工具78或82引向异物90并将其取出。自动机控制器70的操作人员于是收回矛杆并旋转自动机圆筒56，以使管嘴块76朝向下面。然后将自动机圆筒56回缩至恰在提桶86之上的位置处。将异物90释放到提桶86内，然后继续搜索步骤。如有需要，上述操作也可由单独一个操作人员按顺序轮换操纵和管理控制器70和工具操纵把手66来进行。另一种方法，工具操纵把手66可用一组包括电动机和合适的控制器的系统来替代，从而使一个操作人员就能够远距离地完成搜索和取出的双重任务。这一实施例可最大程度地减少工作人员暴露于辐射线的情况。
图6A和6B显示操纵把手66的详细情况。取出工具78和82各配置有一个独立的操纵把手66。下文将对且多叉股取出器78的操纵把手66予以说明，当然应理解到，对取出工具82和其它的取出工具而言，该操纵把手66的功能作用都是一样的。操纵把手66有一个第一把手部分100和一个滑动地安装在第一把手部分100上的第二把手部分102。操纵把手66固定地连接在一块底板组件104上。底板组件本身又由轴109连接到盖罩108上的一个刚性接头106。盖罩108接合在底板组件104的突出部分110上，以防止当操纵把手66在旋转使用时，发生底板组件104转动。操纵把手66除了如箭头112所示的旋转之外，它还能如图6A中虚线所示的以操纵杆的形式动作。一个操纵杆动作限制器114接合在轴109上，并由一个中央压缩弹簧116连接到底板组件104上。四根控制缆118(其中两根显示在图6A中)连接在底板组件104的顶侧、底侧、右侧和左侧。
控制缆118延伸通过致劝缆80并连接到多叉股抓手78上。当致动缆80从管嘴块76伸出时(图4A)，操纵把手66的操纵杆动作拉动一根或多根控制缆118以使致动缆80伸出的端头朝上、下或朝左或右，从而将抓手78定位。当把手66例如已安放成如图6A中虚线所示的位置时，底板组件104就拉动底侧控制缆118，使抓手78朝下。
致动缆80和抓手78的细节显示在图7A，7B和8中。致动缆80由一个包以弹簧状套壳122内的多腔挠性塑料挤压物料120组成。控制缆118沿着挤压物料120的长度方向上延伸，并能在其中自由活动。沿着挤压物料120长度方向上延伸的还有一根弹簧韧度的工具操作钢线124和一对工具转动钢缆126。控制缆118延伸通过一个金属界面128并接合在抓手78的外壳130上。可以看出，拉动上部控制缆118将使抓手78朝下弯曲，拉动下部控制缆118将使抓手78朝上弯曲。左和右面的控制缆118以同样的方式操作。工具操作钢线124也是延伸通过界面128并连接到抓手78的叉股132上。叉股132通常处于闭合态并回缩到外壳130之内。推动工具操纵钢线124使叉股132伸出外壳130外并张开。然后将叉股132通过拉动工具操作钢线124使其围绕异物而闭合，并将叉股部分地回缩至外壳130内以使其闭合。工具转动缆126也能在致动缆80内自由活动并连接在多叉股取出器78上，以便通过拉动转动缆126而使其按顺时钟方向和逆时钟方向转动。
图9显示取出工具82的细节，包括它是如何连接到工具转动缆126上的。如图中所示，伸出的工具转动缆126部分地围绕着取出工具82上，因而拉动显示出的工具转动缆126就使取出工具82按顺时钟方向转动。另一根工具转动缆126连接在取出工具82的背面，拉动这根工具转动缆126就使取出工具82按逆时钟方向转动。图中还显示出控制缆118如何延伸通过一串铝或塑料小球138从挤压物料120中延伸出来，并固定在取出工具的外壳140上。拉动上部控制缆118迫使小球138向上，使取出工具82抬起。拉动下部转向电缆118迫使小球138向下，使取出工具82下降。左边和右边的控制缆依此同样方式操作。工具操作钢线124接合在取出工具82的抓钩叉股142上。推动或拉动工具操作钢线124使叉股142从外壳140中伸出或回缩，以使抓钩叉股142打开或闭合。当抓钩叉股142部分地回缩至外壳140时，迫使叉股142闭合，从而可使其将诸如垫圈或螺钉等异物抓住。
对于本领域的普通技术人员来说，都能立即了解到这里所提供的是一种新颖的搜索和取出异物的装置和方法，完全能达到所述的本发明的目的。这装置和方法能够在例如核电厂蒸汽发生器的管束区域等不易接近的几何形状结构找寻和取出异物。这装置和方法的操作是远距离控制的。对该装置和方法的远距离控制设计成能在不易接近的几何形状结构内部提供精密的控制。
不言而喻，本领域的普通技术人员完全能够对所叙述和显示的本发明，在形式上和细节上做出各种不同的变异。但这种变异将认为都包括在本发明权利要求的精神和范围之内。
权利要求
1.由一个用以接近一种具有不易接近的几何形状结构的组合体的挠性件配合组成的一种系统，该系统包括一个带有一个末端的挠性件，一根在该挠性件内并沿其长度方向延伸的光缆用以照亮一部分不易接近的几何形状结构，一根视频电缆，一个在所述挠性件末端处且连接到所述视频电缆上的摄象机，用以将从挠性件末端观察到的景象形成图象由所述视频电缆传送出去，一个装在所述挠性件末端的回收工具，和至少一根用于所述回收工具且沿着挠性件长度方向上并在其内延伸致动缆，所述挠性件设计成能驱动进入不易接近的几何形状的结构中，一个刚性导引器在纵向于所述挠性件的方向上延伸，所述挠性件在沿着所述刚性导引器的方向上可活动地安装于其上，所述刚性导引器有一端头当所述挠性件从所述刚性导引器穿过所述端头时，该刚性导引器的端头使所述挠性件相对于所述挠性件的延伸方向转动一个预定的角度，一个用于驱动所述挠性件穿过所述刚性导引器的驱动装置，一个用于所述配合组成的系统的运送器，其中所述刚性导引器组成一个所述运送器的体部，至少一个运送器驱动装置连接在所述运送器上，所述挠性件包括多个独立的棒段串接在至少一根挠性缆上，该挠性缆沿着挠性件的长度方向上延伸。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于其中所述回收工具由一个多叉股取出器组成。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于它还另外包括一个定位手柄，连接在用于所述回收工具的所述至少一根致动缆上。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于其中所述定位手柄包括一个操纵杆机构，所述用于所述回收工具的至少一根致动缆包括多根挠性控制缆连接在所述操纵杆机构上和所述回收工具上。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于其中所述回收工具由一个多叉股取出器组成，所述至少一根致动缆包括一条工具操作钢线连接在所述回收工具上，用以打开和闭合该多叉股取出器。
6.如权利要求4所述的系统，其特征在于其中所述用于所述回收工具的至少一根致动缆包括至少一根连接在所述收回工具上的回收工具控制缆。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于它还另外包括一根运送轨，所述运送器装在所述轨上，以便沿着所述运送轨移动。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于它还另外包括一个支持件安置在通向不易接近的几何形状结构的进入口处附近，一个用于所述挠性件的调整卷轴连接在所述支持件上，而所述挠性件穿过进入口伸入到不易接近的几何形状结构中。
9.一个用于在一种具有不易接近的几何形状结构的组合体中的异物搜索和取出装置，它包括一个带有一个末端的挠性件，所述挠性件包括多个独立的棒段串接在至少一对挠性缆上，所述棒段横向延伸在所述一对挠性缆之间，所述棒段彼此互相平行，一根光缆沿着所述挠性件的长度方向在其内延伸，一根视频电缆，一个在所述挠性件末端处连接在所述视频电缆上的摄象机，用以将从挠性件末端观察到的景象形成图象由所述视频电缆传送出去，一个回收工具装在所述挠性件的末端上，和至少一根用于所述回收工具的致动缆沿着所述挠性件的长度方向在其内延伸，所述挠性件设计成可驱动进入不易接近的几何形状结构中。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于其中所述回收工具由一个多叉股取出器组成。
11.如权利要求9的设备，其特征在于它还另外包括一个定位手柄，该定位手柄连接在用于所述收回工具的所述至少一根致动缆上。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于其中所述定位手柄包括一个操纵杆机构，所述用于所述回收工具的至少一根致动缆包括多根连接在所述操纵杆机构上和所述回收工具上的挠性控制缆。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于其中所述回收工具由一个多叉股取出器组成，所述至少一根致动缆包括一条连接到所述回收工具上的工具操作钢线，用以打开和闭合该多叉股取出器。
14.如权利要求11所述的装置，其特征在于其中所述用于所述回收工具的至少一根致动缆包括至少一根连接在所述回收工具上的回收工具控制缆。
15.如权利要求9所述的装置，其特征在于它还另外包括一个支持件安置在通向不易接近的几何形状结构的进入口处附近，一个用于所述挠性件的调整卷轴连接在所述支持件上，而所述挠性件穿过进入口伸入到不易接近的几何形状结构中。
16.一种用于在一种具有不易接近的几何形状结构的组合体的异物搜索和取出装置，该装置包括一个具有一个末端的挠性件，一根在该挠性件内并沿其长度方向上延伸的光缆，一根视频电缆，一个在所述挠性件末端处且连接到所述视频电缆上的摄象机，该摄象机用以将从挠性件末端观察到的景象形成图象由所述视频电缆传送出去，一个装在所述挠性件末端的回收工具，至少一根用于所述回收工具上且在挠性件内沿其长度方向延伸的致动缆，所述挠性件设计成能被驱动进入不易接近的几何形状的结构中，一个定位手柄连接在所述至少一根用于所述回收工具的致动缆上，所述定位手柄包括一个操纵杆机构，所述至少一根用于所述回收工具的致动缆包括多根连接到所述操纵杆机构上和所述回收工具上的挠性控制缆。
17.如权利要求16所述的装置，其特征在于其中所述回收工具由一个多叉股取出器组成，所述至少一根致动缆包括一条连接到所述回收工具上的工具操作钢线，用以打开和闭合该多叉股取出器。
18.如权利要求17所述的装置，其特征在于其中所述用于所述回收工具的至少一根致动缆包括至少一根连接到所述收回工具上的回收工具控制缆。
19.如权利要求16所述的装置，其特征在于该装置另外包括一个支持件安置在通向不易接近的几何形状结构的进入口处附近;一个连接到所述支持件上的用于所述挠性件的调整卷轴，而所述挠性件穿过进入口伸入到不易接近的几何形状结构中。
20.由一个用于接近管间间隙的具有一个末端的挠性件和一个用以使所述挠性件在管隙中移动的运送器相配合组成的系统，所述用以接近该间隙的挠性件包括多个独立的、形成整体的软管棒段支块，每个软管棒段支块包括由一对独立的纵向延伸的型材与相邻软管棒段支块的独立型材相咬合组成，以便共同限定多根挠性纵向延伸条带和一根连结所述成对型材的棒条，所述棒条具有至少一个对应于邻近软管棒段支块的棒条上开孔相应地安置的开孔，一对挠性支持件，每个支持件都纵向延伸通过每对相咬合的独立的纵向延伸型材中的相应型材，一根在挠性件内沿其长度方向延伸的光缆用以照亮一部分不易接近的几何形状结构，一根视频电缆，一个在所述挠性件末端处且连接在所述视频电缆上的摄象机，用以将从挠性件末端观察到的景象形成图象由所述视频电缆传送出去，一个装在所述挠性件末端的回收工具，和至少一根用于所述回收工具且在挠性件内沿其长度方向延伸的致动缆。
21.如权利要求20所述的系统，其特征在于其中所述回收工具由一个多叉股取出器组成。
22.如权利要求20所述的系统，其特征在于该系统另外包括一个连接在用于所述回收工具的所述至少一根致动缆上的定位手柄。
23.如权利要求22所述的系统，其特征在于其中所述定位手柄包括一个操纵杆机构，所述用于所述回收工具的至少一根致动缆包括多根连接在所述操纵杆机构上和所述回收工具上的挠性控制缆。
24.如权利要求23所述的系统，其特征在于其中所述回收工具由一个多叉股取出器组成，所述至少一根致动缆包括一条连接在所述收回工具上的工具操作钢线，用以打开和闭合该多叉股取出器。
25.如权利要求24所述的系统，其特征在于其中所述回收工具的至少一根致动缆包括至少一根连接在所述回收工具上的回收工具控制缆。
26.如权利要求20所述的系统，其特征在于该系统还另外包括一根运送轨，所述运送器就是装在所述轨上，以便沿着所述运送轨移动。
27.如权利要求1所述的系统，其特征在于该系统另外包括一个安置在通向不易接近的几何形状结构的进入口处附近的支持件，一个连接在所述支持件上的用于所述挠性件的调整卷轴而所述挠性件穿过进入口伸入到不易接近的几何形状结构中。
全文摘要
从不易接近形状结构中搜索和取出异物的装置，它用多个独立软管棒段串在缆上成纵向挠性而横向刚性的挠性矛杆。从矛杆的管嘴块工作导槽延伸一对多叉股取出器。视频探测摄象机装在管嘴块上两取出器间。取出器连接致动缆。该缆穿过矛杆伸至控制器。摄象机由电缆连至处理电路以显示出图象。该缆还包有光导纤维束，将光传到工作区。矛杆延伸于运送器，运送器沿轨道移动以将管嘴块端头放在不易接近形状结构用取出器夹持异物后，缩回管嘴块端头以取出异物。
文档编号F28G1/16GK1064560SQ9210107
公开日1992年9月16日 申请日期1992年2月21日 优先权日1991年2月27日
发明者S·C·延斯, M·W·奥斯本, P·F·维奥拉, C·阿萨纳修, R·A·S·李 申请人:电子研究所有限公司