专利名称:核电站压力容器钢辐照后冲击试验自动化装置的制作方法
技术领域：
本发明属于样品辐照后冲击试验自动化装置领域，具体涉及一种核电站压力容器 钢随堆监督样品辐照后冲击试验自动化装置。
背景技术：
核压力容器是压水堆核电站的重要部件，由于容器钢辐照后脆化比较明显，因此 测定它的辐照脆性是涉及核电安全的重要课题。辐照脆性主要由冲击试验测定，试验的主 设备为示波冲击机。试验步骤如下，首先将标准样品放置到反应堆中进行辐照；然后将辐照 后的样品放到浴炉中进行加热或冷却，加热或冷却的温度可以事先标定；最后将加热或冷 却好的样品送到示波冲击机上进行冲击，并由示波冲击机记录各种试验数据，冲击时摆锤 在样品上的冲击点要与样品上的缺口相对应，在术语中称为“对中”。本试验的难点在于当 动态快速冲击下，必须精确满足标准规定的下列要求①温控精度在士2°C以内②摆锤冲 击点与样品缺口的对中精度在士0.2毫米内③样品从被加热或冷却用的浴炉中取出到被 冲断之间的时间间隔不能超过5秒钟④在样品被冲断前要与支座紧贴。
为了解决上述难点，日本、美国和德国也分别各有一套不完全相同的自动化装置。 美国的自动化装置如图1所示，该装置采用分开的两个浴炉分别实现对样品的加热和冷 却，即高温浴炉1用来对样品加热，低温浴炉2用来对样品冷却，在高温浴炉1和低温浴炉2 内分别设有热电偶用来监视样品的温度。当温度达到要求后将夹持样品的机械臂托起到浴 炉顶部，然后机械臂由其驱动机构带动旋转，将样品的端面与预先设置好的样品钻座3紧 贴，同时利用设置在钻座两侧的气缸芯杆对样品两端进行对中。当这些都完成后且机械臂 旋转回原来的位置，才自动松脱摆锤进行冲击试验。美国自动装置的缺点是a、在一套装置 中需要分别设置高温浴炉1和低温浴炉2，既增加了设计的复杂度使用效率又不高；b、旋转 机械臂传送样品，运动时间长，运动轨迹复杂，不利于下一步的样品对中；C、采用端面对中 的方法，端面对中属于间接对中，对中难度高，容易产生较大误差；d、该设备使用气动、电动 两套驱动系统，众多气动、电子电气设备，造价较高。日本自动化装置如图2所示，装置也采 用分开的两个浴炉分别实现对样品的加热和冷却，即高温浴炉用来对样品加热，低温浴炉 用来对样品冷却。当样品加热或冷却完成后由机械臂将样品推入一个与该机械臂运动方向 垂直的传动槽内；然后由该槽内的另一个机械臂将样品推入另一个与本机械臂运动方向垂 直即与第一个机械臂运动方向平行的传动槽内；最后由第三个机械臂将样品推动到预先设 置好的样品座，之后由旋臂进行端面对中；当对中完成后撤回机械臂进行冲击试验。该套自 动化设备的缺点与美国设备的缺点类似，也存在高低温分开的液体浴炉造价高、端面对中 难度高容易产生误差、使用气动和电子电气设备多结构复杂等缺点，同时由于日本的设备 采用由多个机械臂相互级联的“接力棒”式传送样品，与样品的接触面更大，热传导更多，运 动轨迹复杂、步骤也更多。如图3所示，德国的设备采用高低温合一的液体浴炉，当样品的 温度达到要求后机械手深入浴炉中抓住样品，然后在电机的带动下，机械臂在与地面垂直 的平面内旋转，最后将样品“放”在试验机架上，然后用设在钻座两侧的气缸芯杆进行端面对中，当送样臂对中芯杆都退回时最后进行冲击试验。该套设备采用旋转送样，端面对中， 液体浴炉的方法进行试验，其缺点也与前面所述的设备类似，即送样轨迹复杂、步骤多、送 样慢、气电两套驱动、辅助设备多。
发明内容
本发明针对现有的样品辐照后冲击试验自动化装置结构复杂、造价昂贵、间接对 中和运动轨迹复杂的缺点提供一种新的冲击试验自动化装置。
一种核电站压力容器钢随堆监督样品辐照后冲击试验自动化装置，包括示波冲击 机、送样轨道、送样机构，设置在送样轨道下的对中装置、设置在送样轨道上的浴炉及高低 温控仪、自动控制仪、放射性防护系统，所述的对中装置为电磁驱动，缺口块规的自动对中 装置；浴炉为高低温合一的固体浴炉；送样轨道为正面直线送样轨道；另外该自动化装置 还设有保证样品紧贴试验支座的机构和自动卸摆装置；辐射防护系统为不用机械手和窥窗 的低铅墙防护。
一种如前所述的冲击试验自动化装置，对中装置由设在定位支柱上的对中块规、 设在定位支柱下方的长行程电磁铁及与长行程电磁铁相连接的继电器组成。
—种如前所述的冲击试验自动化装置，浴炉为高低温紫铜浴炉，由上炉体和下炉 体组成；上、下炉体的基本结构相同，下炉体由长方体形的下紫铜体、蛇形液氮管、紧贴紫铜 体外包的高压石棉板、设置在高压石棉板外面的绝热材料为高纯硅酸铝纤维和设置在绝热 材料外面的外壳钢板组成；在下紫铜体的一个侧面设有七条横截面为半圆形的纵向凹槽， 从上向下等距顺序排列；在纵向凹槽的中心轴线位置上，在下紫铜体上并排等距开有横向 孔，每条纵向凹槽内开有18个横向孔，在7条纵向凹槽中第1、3、5、7四个纵向凹槽中开的 横向孔用于缠绕电炉丝，第2、4、6三个纵向凹槽卡住蛇形液氮管；蛇形液氮管的每个平直 段的管壁上在与横向孔相对处开有液氮出气小孔18个，可使氮气喷入开在紫铜炉体上的 横向孔内；液氮气喷入的横向孔的另一端设有螺帽，用于阻止液氮气体外喷；螺帽的中央 开有孔，用于调节氮气的压力；下炉体的液氮管与一个液氮瓶相连接，上炉体的液氮管与另 一个液氮瓶相连接。
使用本发明的样品辐照后冲击试验自动化装置，将现有技术中分开的高低温液体 浴炉合并为一个固体浴炉，节约了成本，简化了送样轨迹，减少了送样步骤及其执行机构，； 通过直线轨道送样，缩减了送样的时间，减少了样品的热损失；使用缺口对中电动装置对样 品进行对中，提高了对中精度，节省了气动对中装置的两个气缸及其气动控制系统和设备； 在样品推板前端设置了弹性顶梢，保证了样品与支座的紧贴程度。另外本发明的自动化装 置，温控精度在士 1°C，对中精度误差小于0. 14mm ；样品从出炉到冲断的时间为2. 7秒，这些 参数均优于国外同类产品。
图1是美国的自动化装置结构示意图，
图2是日本的自动化装置结构示意图，
图3是德国的自动化装置结构示意图，
图4是本发明的自动化装置结构示意图，[0013]图5是浴炉的侧面剖面结构示意图，
图6是浴炉的俯视图
图7是浴炉的正面视图
图8是浴炉下炉体的下紫铜体的侧面(纵向)剖面图
图9是浴炉下炉体的下紫铜体的正面(横向)剖面图
图10是对中装置的立体图
图11是对中装置的正面结构图
图12是对中装置的侧面结构图
图13是样品推板推动样品与支座贴紧时的实物图
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明作进一步的阐述。
为了能够更好的对本发明进行叙述，下面先对本发明设备的操作及工作过程进行 说明。首先启动电子开关将示波冲击机4的摆锤提升到指定位置，并将样品送入浴炉5内； 其次根据试验的需要通过浴炉5对样品加热或者冷却；再次根据设置在浴炉内的探测器对 样品上下表面的温度进行探测，当样品表面温度达到要求并保持20分钟温控精度在士2°C 以内时可以开始冲击试验；通过操作台启动电子开关，样品推板推动样品沿导轨向前直到 与对中装置6贴紧，当样品与对中装置6贴紧后，对中装置向下降到导轨以下，同时样品推 板31 (见图13)向后收缩回到浴炉5内；最后示波冲击机4的摆锤下落将样品冲断，同时示 波冲击机4会自动记录所有的试验数据。
图4为本发明的装置的结构示意图。图中，4为示波冲击机，5为浴炉，6为对中装 置，7为送样轨道，8为送样机构。
图5为浴炉的侧面剖面结构示意图。图中，9为下炉体，10为液氮管，11为上炉体 的上紫铜体，12为上紫铜体的横向孔。
图6为浴炉的俯视图。图中，13为样品入口，14为外壳。
图7为浴炉的正面视图。图中10为液氮管。
图8为下炉体的下紫铜体的侧面(纵向)剖面图。图中，12为横向孔，15为下紫 铜体侧面上的卡液氮管的纵向凹槽，16为液氮管壁上的横向小孔，17为下紫铜体，18为设 置电炉丝的纵向凹槽。
图9为下炉体的下紫铜体的正面(横向)剖面图，12为横向孔，18为设置电炉丝 的纵向凹槽，15为卡液氮管的纵向凹槽，19为横向孔的螺帽。
图4中浴炉5为高低温紫铜浴炉，在本例中浴炉5由图5中上炉体和下炉体9组 成。上、下炉体的基本结构相同，只是图5中液氮管10的通气方向相反，并且上、下炉体的液 氮管不在同一个侧面，如下炉体的液氮管装载在长方体形的下紫铜体的一个侧面的三个凹 槽中，那么上炉体的液氮管装在下上紫铜体另一个侧面的三个凹槽中。下炉体由长方体形 的下紫铜体17 (见图8)、卡在下紫铜体17上的带有小孔的蛇形液氮管10 (见图5)、紧贴紫 铜体17 (见图8)的高压石棉板、设置在高压石棉板外面的绝热材料和设置在绝热材料外面 的外壳钢板组成。其中高压石棉板厚度为4mm、绝热材料厚度为5mm，在本例中选择的绝热 材料为高纯度硅酸铝纤维，外壳钢板厚度为1mm。整个下紫铜体17为长方体形，长135mm、宽70mm、高59. 5mm。我们称长度方向为纵向，宽度方向为横向，在下紫铜体17的一个侧面(此 处所指的侧面是指紫铜体的两个面积最大的面)设有七条横截面为半圆形的纵向凹槽，从 上向下等距顺序排列，纵向凹槽15、18的横截面的直径为5mm;在纵向凹槽15、18(见图8) 的中心轴线位置上，并排等距开有直径为5mm的横向孔12，每条纵向凹槽内开有18个横向 孔12，在7条纵向凹槽中第1、3、5、7四个纵向凹槽中开的横向孔用于缠绕电炉丝，第2、4、6 三个纵向凹槽15卡住蛇形液氮管10(见图5)；蛇形液氮管10的每个平直段的管壁上在与 横向孔12相对处开有液氮出气小孔，即每个平直段开有共计18个孔，紫铜体中部的小孔孔 径为1mm，靠近外侧孔径为1. 2mm。液氮气喷入的横向孔的另一端设有螺帽19(见图9)，用 于阻止液氮气体外喷；螺帽19的中央开有直径1mm的孔，用于调节氮气的压力；蛇形液氮 管10的直径为5mm，由紫铜管绕制成，壁厚0. 5mm ；下紫铜体17共有横向孔126个，其中液 氮横向孔54个，电炉丝横向孔72个；电炉丝为直径0. 5mm的镍鉻丝；下炉体的液氮管与一 个液氮瓶相连接，上炉体的液氮管与另一个液氮瓶相连接。
为使电炉丝绝缘，在电炉丝上套有空心圆柱形的绝缘瓷套，在平直部分用这种圆 柱形瓷套，在转弯部分用专门研制的球形瓷珠和两侧面为球形的瓷珠垫。球形瓷珠上开孔， 孔的直径以电炉丝能穿过为宜。珠形瓷珠和瓷珠垫紧密地挤在一起，保证了电炉丝不与紫 铜体接触，和电炉丝转弯的随意性，很好的解决了绝缘问题。在上、下炉体中，电炉丝与液氮 横向孔均勻、相间的穿插在紫铜体上，保证了炉体温度的均勻性和稳定性。
图10为对中装置的立体图，图中，20为对中块规，21为继电器，22为定位支柱，23 为小型强力长行程电磁铁。图11为对中装置的正面结构图。图中，20为对中块规，22为定 位支柱，24为上触点开关，25为下触点开关，26为电磁铁线圈，27电磁铁铁芯，28弹簧，33 对中挡板。图12为对中装置的侧面结构图。图中，20对中块规，21继电器，22定位支柱，23 小型强力长行程电磁铁。图13为样品推板推动样品与支座贴紧时的实物图。图中，20对中 块规，29样品，30弹性顶梢，31样品推板，32绝热板。
图10-12为对中装置的立体图和结构图。图4中对中装置6有两种工作状态，一 是在图11中定位支柱22的支撑弹簧28的作用下，对中块规20上升至最高点，即上升到迎 合样品状态，二是当样品与对中装置紧贴后，块规在电磁铁的吸引下向下下降12. 5mm，收缩 到图4中的轨道7以下。
图4送样机构8由可逆电机、圆形齿轮、齿条和样品推板31 (见图13)组成。
送样机构8的1. 1米长的样品推板为便于进出与之匹配的炉腔体，必须平直而且 在前端设有绝热的用来顶送样品的弹性顶梢30(见图13)。
保证样品紧贴试验支座的机构为在样品推板前安装的两个弹性顶梢30，其作用 是(1)减小样品与支座迎头相撞时的反作用力；(2)在推板后撤的瞬间，顶梢30被弹簧顶 出继续压紧样品29，以防样品反弹。
自动卸摆装置是由行程为100mm的牵引电磁铁配装拉手动卸摆杆装置及复位弹 簧和固定框架等组成；在自控线路上它必须当满足了对中装置撤回原位和样品推板退回原 位后，其线包才能通电松脱摆锤。
高低温控制仪的控制方案是高温采用PID调节，执行机构是可控硅，测温元件是 钼电阻；低温冷却剂是非电量液态氮，它不能输出电信号，为了可调，在杜瓦瓶内放一小电 炉，瓶口装一低温电磁阀；前者供气化液氮产生压力唧送制冷剂，后者可调节送入炉内的液氮流量与频度；低温控制和高温控制PID调节控制由单板机完成。
自动控制仪的程序步骤是升起摆锤使控制线路被接通一按复位电钮使控制线路 处于准备工作状态一按升起对中块规电钮，块规上升到迎合样品状态一按启动电钮，马达 带动推板前进并将高低温炉中满足保温要求的样品推至试验支座并被对中块规咬合，随之 块规下降到原位一样品推板后退，当退回原位后一摆锤落下将对中好的样品冲断一至此实 验完毕，计时器显示出样品从出炉到冲断的时间。多年来的大量试验表明，自动行程步骤与 电控信号的沟通、传递、匹配和制约都正常，样品传递动作平稳、精度重复，时间显示为2. 7 秒左右。
为了简化送样过程，在本发明中对样品的传送过程被设计成直线送样，具体的方 法是样品推板与试样一同放置在浴炉5中加热或冷却，当样品温度符合要求后，样品推板 向前推动样品沿设在浴炉5前面的直线轨道向前直到与支座贴紧。为了避免刚性物质之间 碰撞可能产生的不可控制的位移情况，本发明在样品推板前端设置了弹性顶梢30，由弹性 顶梢30推动样品向前运动。这样既可以避免样品与支座接触时会产生位移，也可以避免样 品推板31后撤时样品会脱离与支座紧贴的位置。
另外，为了让对中装置6、样品推板31和示波冲击机4更好的相互配合，在对中装 置6上还设有上触点开关24和下触点开关25各两个。其具体结构及工作方法如下，在对 中挡板33上设有两个金属片，这两个金属片起导线的作用，当对中挡板33处于上升位置的 时候，上方的金属片与上触点开关24断开，下方金属片与下触点开关25相接触，此时两个 下触点开关25连通，通过电信号的控制样品推板31可以实现前推的运动，而此时示波冲击 机4的摆锤被锁死；当对中挡板33处于下降的位置的时候，上方的金属片与上触点开关24 接触，下方的金属片与下触点开关25断开，两个上触点开关24连通，此时样品推板31自动 后撤，示波冲击机4的摆锤也被解锁。
本发明的固体浴炉5的炉体，除由紫铜制成外，还可由其它金属如黄铜、铝、不锈 钢、铅合金、金、银等制成。
总之，由图1-4的国内外同类装置比较看出本发明的特征是，将国外复杂庞大的 自动冲击实验装置，由难化易、由繁化简、由大化小且实验精度(温度、对中、送样时间)比 国外高。该装置已完成了秦山和巴基斯坦和电站系统核压力容器港的样品的监督实验，工 程和经济效益较大。
权利要求
一种核电站压力容器钢辐照后冲击试验自动化装置，包括示波冲击机(4)、送样轨道(7)、送样机构(8)，设置在送样轨道(7)下的对中装置(6)、设置在送样轨道(7)上的浴炉(5)及高低温控仪、自动控制仪、放射性防护系统，对中装置(6)为电磁驱动缺口块规的自动对中装置；浴炉(5)为高低温合一的固体浴炉；送样轨道(7)为正面直线送样轨道；另外该自动化装置还设有保证样品紧贴试验支座的机构和自动卸摆装置(34)，辐射防护系统为不用机械手和窥窗的低铅墙防护；对中装置(6)由设在定位支柱(22)上的对中块规(20)、设在定位支柱(22)下方的长行程电磁铁(23)及与长行程电磁铁(23)相连接的继电器(21)组成，其特征在于浴炉(5)为高低温紫铜浴炉，由上炉体和下炉体(9)组成；上、下炉体的基本结构相同，下炉体由长方体形的下紫铜体(17)、蛇形液氮管(10)、紧贴下紫铜体(17)外包的高压石棉板、设置在高压石棉板外面的绝热材料高纯硅酸铝纤维和设置在绝热材料外面的外壳钢板组成；在下紫铜体(17)的一个侧面设有七条横截面为半圆形的纵向凹槽，从上向下等距顺序排列；在纵向凹槽的中心轴线位置上，在下紫铜体(17)上并排等距开有横向孔，每条纵向凹槽内开有18个横向孔(12)，在7条纵向凹槽中第1、3、5、7四个纵向凹槽中开的横向孔用于缠绕电炉丝，第2、4、6三个纵向凹槽卡住蛇形液氮管(10)；蛇形液氮管(10)的每个平直段的管壁上在与横向孔(12)相对处开有液氮出气小孔18个，可使氮气喷入横向孔；液氮气喷入的横向孔的另一端设有螺帽(19)，用于阻止液氮气体外喷；螺帽(19)的中央开有孔，用于调节氮气的压力；下炉体的液氮管与一个液氮瓶相连接，上炉体的液氮管与另一个液氮瓶相连接。
2.如权利要求
1所述的冲击试验自动化装置，其特征在于送样机构(8)由可逆电机、 与可逆电机相连接的圆形齿轮、与圆形齿轮相齿合的齿条和样品推板(31)组成。
3.如权利要求
2所述的冲击试验自动化装置，其特征在于送样机构(8)的样品推板 (31)前端设有弹性顶梢(30)。
4.如权利要求
3所述的冲击试验自动化装置，其特征在于所述的浴炉(5)的材料还 可以选择黄铜、铝、不锈钢、铅合金、金和银。
专利摘要
本发明属于冲击试验自动化装置领域，具体涉及一种核电站压力容器钢随堆监督样品辐照后冲击试验自动化装置。一种核电站压力容器钢随堆监督样品辐照后冲击试验自动化装置，包括示波冲击机、送样轨道、送样机构，设置在送样轨道下的对中装置、设置在送样轨道上的浴炉及高低温控仪、自动控制仪、放射性防护系统，所述的对中装置为电磁驱动，缺口块规的自动对中装置；浴炉为高低温合一的固体浴炉；送样轨道为正面直线送样轨道；另外该自动化装置还设有保证样品紧贴试验支座的机构和自动卸摆装置；辐射防护系统为不用机械手和窥窗的低铅墙防护。使用本发明装置，温控精度在±1℃，对中精度误差小于0.14mm；样品从出炉到冲断的时间为2.7秒。
文档编号G01N3/00GKCN101097177 B发布类型授权 专利申请号CN 200610090090
公开日2010年9月22日 申请日期2006年6月27日
发明者张亨波, 杨文斗, 梁成虎, 贾学军 申请人:中国原子能科学研究院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan专利引用 (1), 非专利引用 (4),