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Prüfmanipulator für Druckbehälterböden
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Prüfmanipulator für Druckbehälterböden
mit einer längs einer parallel zum Druckbehälterboden angeordneten Führungsschiene
verfahrbaren Prüfeinrichtung.
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Bei bekannten Einrichtungen zur Ultraschallprüfung von Druckbehälterböden,
insbesondere solchen von Druckhaltern, muß die Wärmeisolierung vor der Prüfung entfernt
und eine entsprechend gebogene Schiene in gleichbleibendem Abstand vom Druckbehälterboden
installiert werden. Sodann muß ein Trägerfahrzeug mit dem oder den Ultraschallprüfköpfen
auf die Führungsschiene aufgefädelt und bei eingeschalteten Ultraschallprüfköpfen
am Druckbehälterboden entlang verfahren werden. Diese Art der Prüfung von Druckbehälterböden
ist nicht nur sehr arbeitsintensiv, sondern liefert auch Ergebnisse, die nicht ohne
weiteres reproduzierbar sind. Letzteres allein schon deshalb, weil die Position
der jedesmal neu zu installierenden mobilen Schiene am Druckbehälterboden bei jeder
Untersuchung etwas anders ist. Somit konnte allein schon aus diesem Grunde die Position
des jeweiligen Ultraschallprüfkopfes zum Druckbehälterboden selbst an der gleichen
Stelle der Schiene von Untersuchung zu Untersuchung etwas abweichen. Darüber hinaus
ist die wiederholte Montage der mobilen Schiene am Druckbehälterboden - sie ist
bei jeder Untersuchung in etwas zwanzig verschiedenen Positionen anzubringen, um
den gesamten Druckbehälterboden abtasten zu können -äußerst zeitraubend und bei
Arbeiten im kontaminierten Bereich auch mit einer nicht unerheblichen Strahlenbe-
lastung
des Bedienungspersonals verbunden. Schließlich ist auch die vor und nach jeder Untersuchung
erforderliche Montage und Demontage der Wärmedämmung im Bereich des gesamten Druckbehälterbodens
ziemlich zeitaufwendig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Prüfmanipulator für
Druckbehälterböden zu entwickeln, dessen Meßergebnisse exakt reproduzierbar sind.
Darüber hinaus soll der Prüfmanipulator eine möglichst zeit- und kosten-sparende
Überprüfung von Druckbehälterböden ermöglichen und bei Untersuchungen an kontaminierten
Druckbehältern in einer Weise bedienbar sein, die die Strahlenbelastung des Bedienungspersonals
minimiert.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, vorteilhafte
Weiterbildungen sind in den Ansprüchen 2 bis 21 beschrieben.
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Infolge der Verwendung eines den Druckbehälterboden in gleichbleibendem
Abstand umhüllenden und starr mit diesen verbundenen Symstems sich kreuzender Führungsschienen
und eines längs der Führungsschienen verfahrbaren Rollkörpers für die Prüfeinrichtung
ist eine exakt reproduzierbare Positionierung der Prüfeinrichtung möglich. Damit
ist eine der Voraussetzungen geschaffen, um auch reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten
bzw. um frühere Messungen unmittelbar mit den neueren Messungen vergleichen zu können.
Zugleich wird durch die den Druckbehälterboden in gleichbleibendem Abstand umschließende
Ringschiene und das längs der Ringschiene verfahrbare Träger fahrzeug mit der am
Trägerfahrzeug befestigten zu je einer Führungsschiene positionierbaren Aufgleisvorrichtung
für den Rollkörper gesorgt, daß die Prüfeinrichtung fernbedienbar in jede einzelne
Führungsschiene einfahrbar ist.
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Damit ist zugleich auch die Voraussetzung geschaffen worden, um nach
Einsetzen des Rollkörpers in die Aufgleisvorrichtung sämtliche Positionen in allen
Führungsschienen ferngesteuert abzufahren. Auf diese Weise läßt sich mit dem Prüfmanipulator
der gesamte Druckbehälterboden ferngesteuert und ohne weiteren Zugang des Bedienungspersonals
überprüfen.
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Einen besonders einfachen und und den Prüfbedingungen angepaßten Rollkörper
erhält man, wenn dieser in zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung passiv über
eine von einer an der Aufgleisvorrichtung befestigten Vorschubeinrichtung in Längsrichtung
verschiebbaren Schubschlauch verstellbar ist. Hierdurch bleibt die Vorschubeinrichtung
während des ganzen Prüfvorganges von außen zugänglich und kann der antriebslose
Rollkörper kleiner und somit leichter zwischen die engen Rohrgassen des Drucks halterbodens
hindurchführbar sein.
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Einen flexibel einsetzbaren Prüfmanipulator erhält man, wenn die Aufgleisvorrichtung
in Ausgestaltung der Erfindung dreidimensional relativ zum Träger fahrzeug schwenkbar
ist. Hierdurch kann der Rollkörper mitsamt der Prüfeinrichtung fernbedient in jede
einzelne Führungsschiene eingefädelt werden. Dies gilt insbesondere, wenn die Aufgleisvorrichtung
über drei separate Stelltriebe gegenüber dem Trägerfahrzeug dreidimensional verschwenkbar
ist. Eine Vereinfachung der Kontruktion ergibt sich jedoch, wenn die Aufgleisvorrichtung
in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung mit ihrem einen freien Ende am Umfang
des Führungsschienensystems geführt ist.
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Der Rollkörper läßt sich besonders einfach und sicher führen, wenn
die Führungsschienen in Weiterbildung der Erfindung auf den dem Behälterboden zugewandten
Kanten
von parallel zur Behälterachse ausgerichteten, sich schneidenden
und im jeweiligen Schnittpunkt auf einander zugewandten Seiten geschlitzten und
im Schlitzbereich ineinander geschobenen Tragblechen befestigt sind. Hierdurch wird
eine sehr stabile und zugleich einfache Tragkonstruktion erreicht, die infolge ihrer
Steifigkeit gleichbleibenden Abstand vom Druckbehälterboden gewährleistet und zugleich
auch Träger der Wärmeisolation sein kann.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in den Figuren
dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht
eines Druckbehälters im vorliegenden Fall eines Druckhalters, mit den am Druckbehälterboden
angebrachten erfindungsgemässen Prüfmanipulator, Fig. 2 eine Ansicht des Druckbehälterbodens
der Fig. 1 von unten, Fig. 3 eine vergrößerte Seitenansicht der Aufgleisvorrichtung
mitsamt den An- und Stelltrieben sowie einen in eine Führungsschiene eingefahrenen
Rollkörper nebst Prüfeinrichtung, Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt der Fig.
3 und Fig. 5 eine Aufsicht auf die Aufgleisvorrichtung der Fig. 3.
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Die Fig. 1 zeigt einen Druckbehälter 1, im vorliegenden Fall den Druckhalter
für ein Kernkraftwerk in dessen Bodenkalotte 2 die Positionen der einzelnen Heizstäbe
3 angedeutet sind. Am Umfang der Bodenkalotte ist eine
Ringschiene
4 befestigt, längs der ein Trägerfahrzeug 5 für den Prüfmanipulator 6 verfahrbar
ist. Am Trägerfahrzeug 5 ist die Aufgleisvorrichtung 7 angelenkt und sind die Stelltriebe
8, 9, 10 (Fig. 3, Fig. 5) zur dreidimensionalen Verschwenkung der Aufgleisvorrichtung
7 relativ zum Träger fahrzeug 5 befestigt. Die in Fig. 2 gezeigte Ansicht der Bodenkalotte
von unten veranschaulicht, die rasterartige Anordnung der Heizstäbe in der Bodenkalotte
2 des Druckhalters und das System 11 sich kreuzender Führungsschienen 12 bis 33,
das die Bodenkalotte 2 in gleichbleibendem Abstand im Bereich der Heizstabdurchführungen
umgibt.
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Einzelheiten der Führungsschienen 12 bis 33 zeigen die Fig. 3 und
5. Zwischen den einzelnen rasterförmig in der Bodenkalotte 2 des Druckhalters 1
angeordneten Einsatzrohren 34 bis 47 für die Heizstäbe 3 sind in Längs- und Querrichtung
zu den Rohrgassen Tragbleche 48 bis 59 angeordnet. Diese Tragbleche sind alle parallel
zur Symmetrieachse 60 des Druckhalters 2 ausgerichtet. Ihre der Bodenkalotte zugewandten
Kanten sind mit derselben Krümmung versehen, den auch die Bodenkalotte hat. Dadurch
sind ihre der Bodenkalotte zugewandten Kanten stets aequidistant zur Oberfläche
der Bodenkalotte. An der Schnittstelle zwischen zwei rechtwinklig zueinander verlaufenden
Tragblechen 48 bis 59 sind diese auf ihren einander zugewandten Seiten geschlitzt
(nicht dargestellt) und mit den beiden Schlitzen ineinandergeschoben. An den jeweiligen
Kreuzungspunkten zweier solcher Tragbleche sind diese über einen Winkel 61 bis 84
miteinander verschweißt. Außerdem stützen sie sich auf einen Tragring 85, welcher
seinerseits an Fixpunkten 86 bis 89 gehaltert ist. Auf dem so gebildeten starre
Raster aus Tragblechen 48 bis 59, sind auf den der Bodenkalotte 2 zugewandten Kanten
der Tragbleche, zwischen den Schnittpunkten sich kreuzender Tragbleche
Führungsrohre
90 bis 107 (der übersichtshalber nur 17 bezeichnet) mit den Tragblechen 48 bis 58
verschraubt.
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Diese Führungsrohre sind auf ihrer den Tragblechen abgewandten Seite
geschlitzt. Den Bereich der Schnittpunkte zweier Tragbleche lassen sie frei. Alle
auf einem Tragblech in Reihe befestigten Führungsrohre 90 bis 107 bilden zusammen
eine Führungsschiene 12 bis 33.
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Wie die vergrößerte Darstellung der Fig. 3 ebenfalls zeigt ist das
Träger fahrzeug 5 mittels Stützräder 109 bis 114 längs der Ringschiene 4 verfahrbar.
Der Antrieb des Trägerfahrzeugs erfolgt über einen von einem Motor 116 angetriebenen
Zahnritzel 117, welches mit einer an der Ringschiene 4 befestigten Zahnstange 118
kämmt. Das Trägerfahrzeug 5 trägt an seinem Gehäuse je zwei Führungsbacken 119 bis
122, längs denen ein Basiskörper 123 für die drei Stelltriebe 8, 9, 10 für die Verschwenkung
der am Basiskörper 123 dreidimensional verschwenkbar gelagerten Aufgleisvorrichtung
7 verschiebbar ist. Die Aufgleisvorrichtung 7 ist am Basiskörper 123 mittels eines
Stellmotors 124, der über ein Zahnritzel mit einem Zahnsegment 126 (Fig. 5) in Eingriff
ist, um eine horizontele Achse 127 schwenkbar. Dadurch ist das freie Ende der Aufgleisvorrichtung
7 in der Höhe an das Ende der jeweiligen Führungsschiene anpaßbar. Über einen von
einem weiteren Motor 128 antreibbaren Stelltrieb, bei dem wiederum ein Zahnsegment
129 über ein Zahnritzel (nicht dargestellt) verstellbar ist, ist die Aufgleisvorrichtung
7 außerdem um eine vertikale Achse 130 schwenkbar und somit hinsichtlich ihrer Ausrichtung
zur jeweiligen Führungsschiene verstellbar. An der Aufgleisvorrichtung 7 sind mehrere
von gegenüberliegenden Seiten an einen Schubschlauch 131 angepreßte Transportrollen
132 bis 135 drehbar gelagert, welche über einen weiteren Motor 138
antreibbar
sind. Mit diesem Antrieb kann der Schubschlauch 131 in Längsrichtung der Aufgleisvorrichtung
7 vor- und zurückgeschoben werden. Am Ende dieses Schubschlauches ist ein dreigliedriger
zylindrischer Rollkörper 108 als Träger für eine Prüfeinrichtung 139 befestigt.
Der Schubschlauch 131 enthält sowohl die Kabel 115 für die Stromversorgung der Prüfeinrichtung
139 sowie eine Schlauchleitung zur Versorgung der Ultraschallprüfeinrichtung mit
Ankopplungsflüssigkeit, im vorliegenden Fall mit Wasser. Das in Einschubrichtung
vordere Glied 140 des Rollkörpers 108 trägt eine kegelförmige Spitze. Auf seiner
Oberseite befindet sich ein Nockenschalter 141, der in den Stromkreis für den Antriebsmotor
138, für die Transportrollen 132 bis 137 geschaltet ist. Der Fühler 142 des Nockenschalters
141 ist mit seitlich an den Enden der Führungsschienen angeordneten Nocken 143 bis
148 in Eingriff bringbar. Die Prüfeinrichtung 139 ist am mittleren Glied 149 dieses
Rollkörpers 108 an einem senkrecht zur Längsachse des Rollkörpers ausgerichteten
Zapfen 150 längsverschiebbat und kardanisch gelagert.
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Die einzelnen Glieder des dreigliedrigen Rollkörpers 108 tragen, wie
die Fig.4 zeigt, mehrere mit ihrem Umfang geringfügig vorstehende Laufrollen 151
bis 162, mit denen sie sich im Inneren der Führungsrohre 90 bis 107 abstützen. Die
Prüfeinrichtung 139 umfaßt einen Prüfsystemträger 163, der durch eine auf den Zapfen
150 aufgefädelte Feder 164 gegen die Bodenkalotte des Druckhalters gepreßt wird.
Er besitzt vier Räder 165 bis 166 mit denen er an der Oberfläche der Bodenkalotte
2 abrollt. Am Prüfsystemträger 163 sind, wie die Darstellung der Fig. 3 zeigt, zwei
kardanisch gelagerte über je eine Torsionsfeder (nicht dargestellt) gegen die Bodenkalotte
2 angel drückte Ultraschallprüfköpfe 167, 168 befestigt. Zur
besseren
Verdeutlichung ist in der Fig. 3 ein zweiter Rollkörper 169 in einer weiteren, rechtwinklig
zur vorgenannten Führungsschiene 17 ausgerichteten Führungsschiene 31 im Schnitt
dargestellt. Man erkennt hier die beiden auf der Bodenkalotte 2 laufenden Räder
170, 171, des Prüfsystemträgers 172, einen Ultraschallprüfkopf 173 mitsamt der Torsionsfeder
174, die ihn gegen die Bodenkalotte drückt. Auch die Notwendigkeit einer kardanischen
Lagerung des Prüfsystemträgers am Zapfen 175 des mittleren Gliedes des Rollkörpers
169 wird hier deutlich.
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Bei dem vorgenannten Prüfmanipulator 6 werden die sich rechtwinklig
schneidenden und mittels der Winkel 61 bis 84 zu einem starren System verschweißten
Tragbleche 48 bis 59 zwischen den Einsatzrohren 34 bis 47 für die Heizstäbe 3 bei
der Aufstellung des Druckhalters montiert und verbleiben am Druckhalter. Sie tragen
zugleich auf der dem Druckhalter zugewandten Seite der einzelnen Führungsrohre 90
bis 107 und auf der dem Druckhalter abgewandten Seite einen Teil der Wärmeisolation
176.
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Auch die die Bodenkalotte 2 umschließende Ringschiene 4 wird zusammen
mit dem Druckhalter 1 fest installiert und verbleibt am Druckhalter.
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Soll ein solchermaßen vorbereiteter Druckhalter überprüft werden,
so braucht nur noch das Träger fahrzeug 5 mit der Aufgleisvorrichtung 7 und den
Stell- und Antrieben auf die Ringschiene 4 aufgesetzt zu werden.
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Dabei befindet sich bereits der Schubschlauch 131 zwischen den Transportrollen
132 bis 135 und der dreigliedrige Rollkörper 108 mit dem Prüfsystemträger 163 auf
der Aufgleisvorrichtung 7. Nunmehr kann das Trägerfahrzeug längs der Ringschiene
durch Fernsteuerung so verfahren werden, daß das freie Ende der Aufgleisvorrichtung
vor
einer der Führungsschienen 12 bis 33 mündet. Zur exakten Ausrichtung
können zusätzlich die Stelltriebe für die Verschwenkung der Aufgleisvorrichtung
so verstellt werden, daß das freie Ende der Aufgleisvorrichtung gradlinig zum jeweiligs
nächsten Führungsrohr 90 bis 107 fluchtet. Nunmehr kann die Inspektion durch Einschalten
des Antriebsmotor 138 für den Schubschlauch 131 und Einschalten der Stromversorgung
für die Ultraschallprüfköpfe beginnen. Dabei wird der Rollkörper 108 durch die Führungsrohre
90 bis 107 geschoben und verfährt der am Zapfen 150 des mittleren Gliedes 149 des
Rollkörpers kardanisch gelagerte Prüfsysemträger 163 mit seinen Rädern 165, 166
an der Bodenkalotte 2 des Druckhalters 1 zwischen den Einsatzrohren 34 bis 47 für
die Heizstäbe entlang. Dabei werden die über die Torosionsfedern an die Bodenkalotte
gepreßten Ultraschallprüfköpfe 166, 167 längs einer definierten, jederzeit reproduzierbaren
Bahnen zwischen den Rohrgassen der Bodenkalotte 2 des Druckhalters geschoben. Die
dabei gewonnenen Meßergebnisse sind somit exakt reproduzierbar und unmittelbar mit
den Meßergebnissen früherer Inspektionsfahren vergleichbar.
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Bei Erreichen des gegenüberliegenden Endes eines jeden Führungsrohres
schaltet der Nockenschalter 141 des in Einschubrichtung vorderen Gliedes 140 des
Rollkörpers 108 bei Erreichen der dort befindlichen Nocke 143 bis 148. Der Rollkörper
wird nunmehr über den Antrieb für den Schubschlauch aus der jeweiligen Führungsschiene
wieder herausgezogen. Nach vollständigem Herausziehen des Rollkörpers aus der Führungsschiene
und Einfahren in die Aufgleisvorrichtung schaltet der Nockenschalter den Antrieb
über eine dort befindliche Nocke wieder ab.
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Der nunmehr auf der Aufgleisvorrichtung befindliche Rollkörper 108kann
jetzt mitsamt der Aufgleisvorrichtung 7 durch Betätigen des Antriebsmotors 116 für
das Träger-
fahrzeug 5 längs der Ringschiene 4 bis zur nächsten
Führungsschiene weitergefahren werden. Dabei besorgen die Stelltriebe für die Verschwenkung
der Aufgleisvorrichtung die exakte Feinjustierung der Aufgleisvorrichtung zur nächsten
Führungsschiene. Die exakte Einstellung kann durch eine am Basiskörper 123 befestigte,
hier nicht dargestellte, Fernsehkamera beobachtet werden.
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In der geschilderten Weise kann der gesamte Prüfvorgang ferngesteuert
und somit ohne Strahlen belastung für das Prüfpersonal ablaufen. Lediglich vor Beginn
der Prüfung und nach dem Abschluß derselben muß das Träger fahrzeug mitsamt der
Aufgleisvorrichtung und den auf der Aufgleisvorrichtung zurückgefahrenen Rollkörper
samt Prüfsystemträger auf die Ringschiene aufgesetzt bzw. wieder heruntergenommen
werden. Hierbei ist die Wärmeisolation im Bereich der Ringschiene abzunehmen. Dagegen
braucht die Wärmeisolation über dem Führungsschienensystem bei Einsatz dieses Prüfmanipulators
nicht mehr entfert zu werden. Durch bloßen Austausch der Ultraschallprüfköpfe gegen
Wirbelstromprüfköpfe kann dieser Prüfmanipulator auch zur Wirbelstromprüfung eingesetzt
werden. Durch die Befestigung des Führungsschienensystems in stets gleichem Abstand
an der Bodenkalotte eines Druckbehälters kann der übrige Teil des Prüfmanipulators
an auch unterschiedlich geformte Bodenkalotten eingesetzt werden.
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21 Patentansprüche 5 Figuren
Bezugszeichenliste Druckbehälter
1 Bodenkalotte 2 Heizstab 3 Ringschiene 4 Trägerfahrzeug 5 Prüfmanipulator 6 Aufgleisvorrichtung
7 Stelltrieb 8, 9, 10 System 11 Führungsschienen 12 bis 33 Einsatzrohr 34 bis 47
Tragblech 48 bis 59 Symmetrieachse 60 Winkel 61 bis 84 Tragring 85 Fixpunkt 86,
87, 88, 89 Führungsrohr 90 bis 107 Rollkörper 108 Stützräder 109 bis 114 Motor 116
Zahnritzel 117 Zahnstange 118 Führungsbacke 119 bis 122 Basiskörper 123 Stellmotor
124 Zahnritzel 125 Zahnsegment 126 horizontale Achse 127 Motor 128 Zahnsegment 129
vertikale Achse 130 Schubschlauch 131
Transportrollen 132 bis 135
Antriebsmotor 138 Prüfeinrichtung 139 vorderes Glied 140 Nockenschalter 141 Fühler
142 Nocke 143 bis 148 mittlere Glied 149 Zapfen 150 Laufrollen 151 bis 162 Prüfsystemträger
163 Feder 164 Rad 165, 166 Ultraschallprüfkopf 167, 168 Rollkörper 169 Rad 170,
171 Prüfsystemträger 172 Ultraschallprüfkopf 173 Torsionsfeder 174 Zapfen 175 Wärmeisolierung
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