Манипулятор для проведения ремонтных работ в коллекторе парогенератора ядерного реактора типа ВВЭР
MANIPULATOR FOR CARRYING OUT REPAIR WORKS IN THE COLLECTOR OF THE STEAM GENERATOR OF VVER-TYPE NUCLEAR REACTOR

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к оборудованию для проведения ремонтных работ на парогенераторах ядерных энергетических установок с реакторами типа ВВЭР.
При работе парогенератора горизонтально ориентированные трубы в месте контакта с коллектором подвергаются постепенному разрушению из-за коррозии от воздействия воды, с которой они находятся в контакте. У некоторых труб могут появиться дефекты, например, возникнуть трещины, сопровождающиеся утечками радиоактивной воды. При проведении ремонтных работ отверстия дефектных теплообменных труб в коллекторе первого контура парогенератора закрывают специальными заглушками и герметизируют сваркой.
Известно устройство для установки заглушек, которое  состоит из подставки, прикрепленной к коллектору парогенератора. Опорная часть стойки закреплена вращающимся механизмом с электроприводом и передачей зубчатого ремня, а на колонне установлена тележка на двух направляющих шкивах, которые перемещаются в вертикальном направлении с помощью электрического привода с шестерней и зубчатой рейкой. На каретке установлена опора, которая перемещается в горизонтальном направлении с помощью электрического привода и винтовой передачи и включает в себя складывающий механизм, который приводится в движение с помощью электрического привода и винтовой передачи. В конструкции предусмотрены левый и правый опорные механизмы, прикрепленные к каретке, которая может быть смещена с помощью электропривода, гаек и рычажных механизмов /SK 5650, F28F 11/00, 2011/. Известное устройство характеризуется недостаточными технологическими возможностями, связанными с некачественной подготовкой места установки заглушки, а также с недостаточной производительностью устройства.
Наиболее близким к заявляемому манипулятору является устройство, описанное в патенте фирмы Вестингхауз Электрик Корпорейшн (US) /RU 2087797,  F22B37/20, 1997/.    Это устройство отличается удлиненным опорным элементом для установки на каретке, передвигаемой в камеру вдоль опорных средств, обеспечивающих путь движения, и для перемещения на каретке с ориентацией, фактически параллельной опорным средствам, обеспечивающим путь движения. Опорный элемент имеет первые шарнирно монтажные средства, примыкающие к одному его концу для осуществления шарнирного крепления опорного элемента на упомянутой каретке, и вторые шарнирные монтажные средства, удаленные от упомянутого первого конца, к которым крепятся первые приводные средства, а вторые приводные средства крепятся к опорному элементу так, что проходят параллельно ему и несут на себе монтажные средства для крепления упомянутого инструмента. Первые приводные средства могут действовать на упомянутом удлиненном опорном элементе для его поворота из первого положения, в котором он фактически параллелен опорным средствам, обеспечивающим путь движения во второе положение, располагающееся фактически под прямым углом к первому положению, и наоборот. Вторые приводные средства действуют таким образом, чтобы сместить упомянутый инструмент по направлению к стеночной зоне внутренней камеры и от нее, когда удлиненный опорный элемент находится во втором положении. Данное устройство принято за прототип. К недостаткам прототипа можно отнести недостаточную надежность процесса закупорки повреждённых теплообменных труб, связанную с некачественной подготовкой места установки заглушек и со способом их герметизации за счет роликовой развальцовки, а также его низкую производительность. Техническая проблема заключается в создании манипулятора, лишённого указанных недостатков. Технический результат заключается в повышении надёжности и производительности.
Для решения технической проблемы, а также для достижения технического результата предлагается манипулятор для проведения ремонтных работ в коллекторе парогенератора ядерного реактора типа ВВЭР, содержащий опорное средство с направляющими элементами, на которых установлена каретка с выдвижной платформой для размещения инструмента и заглушек, при этом опорное средство оснащено приводом перемещения каретки верх-низ по направляющим элементам и приводом поворота опорного средства вокруг оси коллектора, и приводом выдвижной платформы. Отличительной особенностью предлагаемого манипулятора является то, что на выдвижной платформе оборудовано место посадки сварочного модуля и фрезерного модуля с возможностью быстрой замены, а опорное средство оборудовано верхним и нижним силовыми центраторами для фиксации указанного опорного средства внутри коллектора, при этом силовые центраторы оснащены синхронными приводами.
Также предлагается как сварочный, так и фрезерный модуль оснастить, по меньшей мере, одной видеокамерой, соединёнными с блоком управления. В оптимальном варианте видеокамер должно быть две на каждом модуле, дающим две проекции изображения. Соединённая с блоком управления видеокамера может быть также смонтирована и на выдвижной платформе.
Дополнительно предлагается:
- на выдвижной платформе разместить модуль для обдува и предварительной очистки поверхности коллектора от налета и осадка борной кислоты;
- привод перемещения каретки по направляющим элементам и привод поворота опорного средства вокруг оси коллектора выполнить электрическими;
- привод выдвижения платформы к поверхности коллектора выполнить пневматическим;
- электропривод поворота опорного средства вокруг оси коллектора разместить в одном из силовых центраторов;
- сварочный модуль оборудовать магазином заглушек и автоматическим узлом доставки заглушки на ось сварочной головки;
- фрезерный модуль оборудовать сборником стружки;
- сборник стружки оснастить насосом разреженного воздуха.
Оборудование на выдвижной платформе места посадки  сварочного модуля и фрезерного модуля с возможностью быстрой замены позволяет повысить качество подготовки мест установки заглушек, а также повысить производительность ремонтных работ. Оборудование опорного средства верхним и нижним силовыми центраторами для фиксации указанного опорного средства внутри коллектора с одновременным оснащением, силовых центраторов синхронными приводами, позволяет быстро и точно позиционировать манипулятор внутри коллектора, а также отказаться от задних упоров на фрезерном модуле.
Размещение на выдвижной платформе модуля для обдува и предварительной очистки поверхности коллектора от налета и осадка борной кислоты позволяет повысить качество подготовки мест под установку заглушек и, тем самым, повысить надёжность их заварки.
Оснащение сварочного и фрезерного модулей видеокамерами, соединёнными с блоком управления позволяет осуществлять визуальный осмотр поверхности коллектора, контроль металла перемычек и теплообменных труб коллектора парогенератора, а также капиллярный контроль сварных швов заглушек с коллектором парогенератора. Установка видеокамеры на выдвижную платформу позволяет повысить точность наведения инструмента по двум координатам.
Выполнение приводов перемещения каретки по направляющим элементам и  поворота опорного средства вокруг оси коллектора электрическими позволяет повысить точность позиционирования инструмента.
Выполнение привода выдвижной платформы пневматическим позволяет упростить конструкцию манипулятора.
Размещение электропривода поворота опорного средства вокруг оси коллектора в одном из силовых центраторов позволяет снизить габаритные размеры манипулятора.
Оборудование сварочного модуля магазином заглушек и автоматическим узлом доставки заглушки на ось сварочной головки позволяет повысить производительность ремонтных работ за счет заварки заранее обработанных отверстий заглушками, забранными из  магазина сварочного модуля дистанционно без подъема манипулятора из коллектора парогенератора наверх.
Оборудование  фрезерного модуля позволяет получать мелкую стружку, которая собирается в сборник, оснащенный насосом разреженного воздуха, что исключает попадание стружки в коллектор ПГ.
На фиг. 1 представлен манипулятор без модуля, на фиг. 2 представлен манипулятор с выдвинутой платформой, на фиг. 3 представлен фрезерный модуль, на фиг. 4 представлен сварочный модуль, где 1 - опорное средство, 2 - направляющие элементы, 3 — каретка, 4 - выдвижная платформа, 5 - привод перемещения каретки по направляющим элементам, 6 - привод поворота опорного средства вокруг оси коллектора, 7 - привод выдвижной платформы, 8 - место посадки сварочного и фрезерного модулей, 9 - фрезерный модуль, 10 — сварочный модуль, 11 - верхний силовой центратор, 12 - нижний силовой центратор, 13 и 14 приводы силовых центраторов, 15 - модуль для обдува и предварительной очистки поверхности коллектора от налета и осадка борной кислоты, 16 — видеокамера, установленная на выдвижной платформе, 17 — видеокамера, установленная на фрезерном модуле, 18 — видеокамера, установленная на сварочном модуле, 19 — блок управления, 20 - магазин заглушек, 21 — узел доставки заглушки на ось сварочной головки 22 - сборник стружки, 23 - насос разреженного воздуха, 24 — коллектор парогенератора, 25 — сварочный аппарат, 26 — компрессор, 27 — персональный компьютер, 28 — тросовая электрическая лебёдка, 29 — кабели связи, 30 — воздуховоды, 31 — мониторы, 32 — эстакада, 33 — штыревой разъём фрезерного модуля, 34 — штыревой разъём сварочного модуля.
Устройство работает следующим образом. На выдвижную платформу 4 на место посадки 8 устанавливают фрезерный модуль 9 при помощи штыревого разъёма 33. Манипулятор спускают в коллектор парогенератора 24 с помощью тросовой лебедки 28, установленной на эстакаде 32. На нужном уровне перфорированной поверхности коллектора 24 включают пневмоприводы 13 и 14 центраторов рамы 11 и 12, которые центрируют и удерживают манипулятор на оси коллектора парогенератора 24. Для наведения инструмента на нужную теплообменную трубу фрезерный модуль перемещают по вертикали, азимуту и радиусу с помощью приводов 5, 6 и 7. С помощью 2-х проекций видеокамер 16 и 17 (горизонтальной и вертикальной) позиционируется ось фрезы. Проводят обдув и предварительную очистку поверхности коллектора от налета и осадка борной кислоты при помощи модуля 15, а затем механическую обработку до сорока отверстий дефектных теплообменных труб, а именно фрезеровку на требуемую глубину (4 - 5 мм). При этом стружку собирают в сборник 22 при помощи насоса разреженного воздуха 23.  Для оптимальной работы сборника 22 и насоса 23 конструкция фрезы должна  предусматривать получение мелкодисперсной стружки.  Манипулятор поднимают при помощи лебёдки 28 и фрезерный модуль 9 заменяют на сварочный 10, закрепляя последний с помощью штыревого разъема 34. Манипулятор вновь спускают в коллектор парогенератора 24 с помощью тросовой лебедки 28 и закрепляют на необходимом уровне центраторами 11 и 12. Далее проводят  заварку до двадцати обработанных отверстий заглушками, которые забираются из магазина 20 сварочного модуля 10 дистанционно при помощи узла доставки заглушки на ось сварочной головки 21 без подъема манипулятора. Заварку заглушки проводят аргонодуговой сваркой без присадочного материала. Для герметичности сварной шов выполняют за два прохода. Качество сварного шва анализируют по видеокамерам 16 и 18, которые позволяют менять масштаб и соответственно разрешение визуального контроля. Все операции осуществляют при помощи программного обеспечения, установленного на персональном компьютере 27, который через блок управления 19 воздействует на приводы 5, 6, 7, 13 и 14, сварочный аппарат 25, компрессор 26 и лебёдку 28 по кабелям связи 29 и воздуховодам 30. Процесс контролируется визуально при помощи мониторов 31 и архивируется в памяти компьютера 27.
Предлагаемый манипулятор  характеризуется небольшими габаритами (длина манипулятора менее 2-х метров) и малой массой (около 100 кг), что не требует применения мостового электрического крана кругового действия в реакторном зале. Доставка манипулятора в реакторный зал проводится ручным способом (3 - 4 человека). Спуск (подъем) манипулятора в коллектор ПГ осуществляется на тросе (цепи) с помощью лебедки, установленной на эстакаде.