устройство для измерения геометрических размеров тепловыделяющих сборок ядерного реактора

Формула изобретения

Устройство для измерения геометрических размеров тепловыделяющих сборок ядерного реактора, содержащее колонну, гнездо-калибр, вертикально закрепленные на основании, расположенном на виброизолированном фундаменте, подвижную измерительную рамку с двумя диаметрально противоположно закрепленными видеокамерами и снабженную измерительными индуктивными датчиками с пневмоприводами, и устройство формирования лучей, параллельных оси тепловыделяющей сборки, отличающееся тем, что устройство снабжено расположенным на колонне линейным электромеханическим приводом с блоком измерения величины перемещения измерительной рамки, направляющими с пневмоприводом для ориентации тепловыделяющей сборки при загрузке и баллонным цилиндром, смонтированным в гнезде-калибре, а устройство формирования лучей, параллельных оси тепловыделяющей сборки, выполнено в виде лазерных блоков и снабжено маятниковыми компенсаторами поддержания лазерных лучей в вертикальном положении.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к атомной энергетике и может найти применение на предприятиях по изготовлению и контролю тепловыделяющих сборок (ТВС), преимущественно, для водо-водяного энергетического реактора.

Известно устройство для измерения размеров тепловыделяющих сборок, содержащее телекамеры, установленные на заданном расстоянии от размещенной на основании в требуемом положении тепловыделяющей сборки, и персональный компьютер (см. патент Японии JP 6031790 В4 от 27.09.89, опубл. 27.04.94 г., МПК G21С 17/06), в котором телекамеры установлены в вертикальные ряды с обеих сторон ТВС и позволяют получать изображения определенных участков этой ТВС. Блок обработки изображения осуществляет обработку изображений, полученных с помощью телекамер, анализирует степень контрастности светотеней. Персональный компьютер считывает из блока обработки изображения точки резкого изменения яркости и определяет координаты этих точек в базовой системе координат. Телекамеры вертикально установлены с двух сторон ТВС на уровне дистанционирующих решеток и головки ТВС. Недостатком устройства является малая достоверность контроля и высокая стоимость операции контроля.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения размеров тепловыделяющих сборок (см. патент РФ №2240608) - прототип, принцип работы которого основан на определении внешних геометрических размеров дистанционирующих решеток и хвостовика ТВС с помощью измерительных индуктивных датчиков перемещения, установленных на подвижной измерительной рамке. При измерениях на различных позициях по высоте вследствие непрямолинейности направляющих, по которым перемещается измерительная рамка, она получает смещение и поворот относительно своего положения при настройке по гнезду-калибру, что вносит погрешность при построении трехмерной картины ТВС. Для исключения этой погрешности на измерительной рамке закреплены 2 видеокамеры, на которые проецируются лучи лазерных нивелиров «Лимка-зенит», смонтированных на основании устройства для измерения геометрических размеров тепловыделяющих сборок. Лазерные лучи проецируются на фотоматрицы видеокамер, и по их смещению определяется положение измерительной рамки, производится «привязка» к одной системе координат в пространстве. Информация о перемещении плунжеров с индуктивных датчиков и координатах пятен с видеокамер передается в ЭВМ, обрабатывается по специальному алгоритму, в результате чего выдаются размеры «под ключ» для каждой дистанционирующей решетки, измеряется прогиб и скручивание поверхностей ТВС.

Недостатками устройства-прототипа по патенту № 2240608 являются невозможность обеспечить позиционирование измерительной рамки на позициях измерения дистанционирующих решеток и хвостовика по бесконтактным датчикам остановки измерительной рамки по причине использования пневматического линейного привода для перемещения измерительной рамки, что требует применения упоров, установленных в точках измерения, а это, в свою очередь, требует перенастройки положения упоров при изменении конструктивного исполнения ТВС.

К недостаткам также относится конструктивное размещение лазерных нивелиров «Лимка-зенит» и гнезда-калибра на одном основании, что вызывает нарушение параллельности лучей, вызванное изменением температуры окружающей среды, в результате возрастает погрешность измерения прогиба и скручивания ТВС, поэтому требуется частая настройка нивелиров с целью обеспечения параллельности лучей.

Технической задачей изобретения является повышение точности измерения размеров тепловыделяющих сборок за счет создания устройства такой конструкции, которая не требует перенастройки при изменении количества и высоты расположения дистанционирующих решеток и концевых деталей при изменении конструктивного исполнения ТВС.

Поставленная задача решается тем, что устройство для измерения размеров тепловыделяющих сборок ядерного реактора, содержащее колонну, гнездо-калибр, вертикально закрепленные на основании, расположенном на виброизолированном фундаменте, подвижную измерительную рамку с двумя диаметрально противоположно закрепленными видеокамерами, снабженную измерительными индуктивными датчиками с пневмоприводами, и устройство формирования лучей, параллельных оси тепловыделяющей сборки, согласно изобретению устройство снабжено линейным электромеханическим приводом с блоком автоматического измерения величины перемещения измерительной рамки. Привод закреплен на колонне. Кроме того, устройство снабжено направляющими с пневмоприводом для ориентации тепловыделяющей сборки при загрузке и баллонным цилиндром, смонтированным в гнезде-калибре, а устройство формирования лучей, параллельных оси тепловыделяющей сборки, представляет из себя лазерные блоки, размещенные на фундаменте в заполненных песком коробах и снабженные маятниковыми компенсаторами для автоматического поддержания лучей в вертикальном положении.

Указанная совокупность признаков является новой, не известной из уровня техники.

Линейный электромеханический привод с блоком автоматического измерения величины перемещения измерительной рамки содержит каретку, которая перемещается по цилиндрическим направляющим, вмонтированным в корпус привода с помощью зубчатого ремня, приводимого в движение шестерней, вращаемой через муфту серводвигателем, смонтированным на линейном электромеханическом приводе. На валу серводвигателя имеется датчик угла поворота вала двигателя. Для снабжения переменным током серводвигателя и управления его крутящим моментом, скоростью и позиционированием предназначен контроллер серводвигателя, который подключен напрямую к ЭВМ и функционирует под управлением специального программного обеспечения, что позволяет задать величину перемещения и точки измерения измерительной рамки, жестко связанной с подвижной кареткой линейного электромеханического привода программно. При этом каждому конструктивному исполнению ТВС с определенным количеством и высотой расположения дистанционирующих решеток и концевых деталей соответствует свой алгоритм, задающий все величины перемещения и точки измерения. При проведении контроля сервоконтроллером выдается команда на останов измерительной рамки стояночным тормозом, встроенным в серводвигатель, что обеспечивает фиксацию измерительной рамки в точке измерения.

Направляющие, которые смонтированы в верхней части устройства, при измерении геометрических размеров ориентируют ТВС при ее загрузке в устройство, а направляющие, смонтированные в нижней части устройства, ориентируют нижнюю концевую деталь - хвостовик ТВС соосно гнезду-калибру. Подвод и отвод направляющих осуществляется пневмоприводом.

Другим отличием устройства от прототипа является применение баллонного цилиндра, смонтированного внутри гнезда-калибра и предназначенного для уменьшения деформации основания при загрузке ТВС в гнездо-калибр и снижения ударной нагрузки.

Устройство формирования лучей, параллельных оси тепловыделяющей сборки, служащее для привязки измерений во всех точках к одной координатной системе, содержит два лазерных блока, размещенных на фундаменте в заполненных песком коробах так, чтобы лазерные лучи проецировались на фотоматрицы видеокамер, смонтированных на измерительной рамке. Каждый из лазерных блоков формирует луч, направленный вверх с автоматическим поддержанием вертикального направления при помощи маятникового компенсатора. Лазерные блоки устойчивы к колебаниям температуры окружающей среды и нагрузочным деформациям основания.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 представлен общий вид устройства для измерения размеров тепловыделяющих сборок ядерного реактора.

На фиг.2 представлено размещение элементов устройства на основании.

Устройство для измерения размеров тепловыделяющих сборок содержит колонну 1, гнездо-калибр 2 для нижней концевой детали - хвостовика тепловыделяющей сборки, вертикально закрепленные на основании 3, подвижную измерительную рамку 4 с двумя диаметрально противоположно закрепленными видеокамерами 5, снабженную индуктивными датчиками 6 с пневмоприводом 7.

На виброизолированном фундаменте 8 установлено устройство формирования лучей, параллельных оси тепловыделяющей сборки, в виде двух лазерных блоков 9, размещенных в коробах 10. Лучи, испускаемые лазерными блоками 9, вертикальны и проецируются на фотоматрицы видеокамер 5.

Внутри гнезда-калибра 2 размещен баллонный цилиндр 11, а на колонне 1 смонтирован линейный электромеханический привод 12, на подвижной каретке 13 которого установлена измерительная рамка 4, перемещаемая кареткой 13 вдоль оси тепловыделяющей сборки и фиксируемая в точках измерения.

Для правильной ориентации тепловыделяющей сборки при ее загрузке в устройство измерения предназначены направляющие 14, управляемые пневмоприводами 15. Для ориентации нижней концевой детали соосно гнезду-калибру 2 и при посадке ТВС в гнездо-калибр 2 предназначены направляющие 16. Для фиксации верхней концевой детали тепловыделяющей сборки в устройстве предназначен узел зажима 18.

Управление всеми пневмоприводами осуществляется через блок пневмораспределителей при помощи управляющего компьютера 19.

Устройство для измерения размеров тепловыделяющих сборок ядерного реактора работает следующим образом.

Тепловыделяющую сборку через направляющие 14, 16, подведенные пневмоприводами 15, 17, загружают в устройство, располагая на баллонном цилиндре 11, заполненном воздухом. Подача воздуха осуществляется через соответствующий пневмораспределитель снизу. При включении этого распределителя под действием собственного веса ТВС плавно опускается в гнездо-калибр 2 с одновременным сбросом воздуха из баллонного цилиндра 11. Сферическая поверхность нижней концевой детали - хвостовика ТВС базируется на цилиндрической поверхности гнезда-калибра 2. Верхняя концевая деталь ТВС фиксируется узлом зажима 18. Направляющие 16 с помощью пневмоприводов 17 отводятся для обеспечения беспрепятственного перемещения измерительной рамки 4 по всей длине ТВС.

Измерительная рамка 4 перемещается вдоль оси тепловыделяющей сборки и останавливается в точках измерения с помощью линейного электромеханического привода 12. Индуктивные датчики при остановке и фиксации измерительной рамки 4 в точке измерения подводятся к точкам пневмоприводами 7. С помощью вертикальных лазерных лучей, сформированных лазерными блоками 9 и видеокамерами 5, отслеживается положение измерительных индуктивных датчиков, результаты измерения которых передаются в компьютер, где анализируются, сравниваясь с параметрами пригодности тепловыделяющей сборки.

Применение устройства для измерения размеров тепловыделяющих сборок ядерного реактора предлагаемой конструкции позволяет обеспечить измерение тепловыделяющих сборок различных конструктивных исполнений, с различным количеством и высотой расположения дистанционриующих решеток и концевых деталей без проведения перенастроек, упростить обслуживание и увеличить долговечность устройства, повысить точность и достоверность измерения геометрических размеров тепловыделяющих сборок, не усложняя при этом устройство и не удорожая процесс измерения.