水下维修工艺研究试验平台

摘要

本发明涉及一种水下维修工艺研究试验平台，它包括由角钢、连接边板、第一脚轮、加强筋构成的水槽；由X、Y、Z轴驱动组件、X、Y、Z轴滑块支撑、Y、Z轴固定板、固定支撑板、线缆盖板、同步机构、作业支撑板、第一第二电缆保护链支架、压块构成的运动执行机构；由夹具、第二脚轮、吊环构成的工件安装组件；在所述的水槽中还包括接管、法兰盖板、接管法兰、第一、第二有机玻璃板、盖板，在所述的运动执行机构中还包括第一X轴直线模组、第二X轴直线模组、Y轴直线模组、Z轴直线模组，在所述的工件安装组件中还包括一安装板，在所述的安装板上设置有通用孔，在所述水槽上的玻璃观察窗是由设置在其上的所述第一、第二有机玻璃板、法兰盖板、接管法兰、盖板构成的；该试验平台结构紧凑，易于操作，维修维护方便，试验成本低，可缩短专用维修设备的开发时间。

说明书

技术领域

本发明涉及一种水下维修工艺研究试验平台，主要用于超声检测、水 下焊接、水下切割等水下作业的工艺研究，为上述作业过程提供试验平台， 属核电测试技术。

背景技术

在核电站中，反应堆压力容器、堆内构件、接管、乏燃料水池、换料 水池等在运行过程中，处于高温、高压及高放射性环境，部分还承受高速 水流的冲击，可能因恶劣工况而出现损伤或失效。若能及时对这些损伤或 失效部位进行维修，则可显著提高核电站的发电效率和安全性。然而，其 维修作业十分特殊，需要在高辐射的水下环境中实施，维修作业涉及超声 检测、焊接、切割、打磨、视频监控等多门类技术，需要维修设备和工艺 具有极高的稳定性和可靠性，而这一工艺研究不可能在维修现场实施，需 提前进行大量的工艺研究和试验，就需要一种小型多功能水下维修工艺研 究试验平台，用来提供工艺研究所需的水环境、运动执行机构、固定安装 等条件，缩短维修设备和工艺的开发周期。

目前，国内外用于水下工艺试验的平台一种典型案例是采用框架式结 构，整体放置在一个容积较大的水池或容器内，提供工艺研究所需的水环 境；另一种是整体为一个带压容器，内部充水，并布置运动机构、液压升 降机构、操作平台等。上述水下试验平台机构复杂，尺寸均较大，运动部 件均设置在水下，使用操作繁琐，试验时需要大量的水充满容器，开发及 工艺试验成本高。此外，还有针对某一特定试验用途，尺寸较小的水下试 验装置，该类装置功能单一，使用范围有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种水下维修工艺研究试验平台。该平台能够为 超声检测、水下焊接、水下切割等作业的工艺研究提供试验环境，三维运 动执行机构，不同试块的固定安装，以及不同管径的试验管道，还可用于 专用水下维修设备的性能验证。

本发明是这样实现的；它包括由角钢、连接边板、第一脚轮、加强筋 构成的水槽；由X、Y、Z轴驱动组件、X、Y、Z轴滑块支撑、Y、Z轴固定 板、固定支撑板、线缆盖板、同步机构、作业支撑板、第一第二电缆保护 链支架、压块构成的运动执行机构；由夹具、第二脚轮、吊环构成的工件 安装组件，在所述的水槽中还包括接管、法兰盖板、接管法兰、第一、第 二有机玻璃板、盖板，其中所述接管的一端焊接在所述水槽的端面，另一 端与所述接管法兰连接，所述法兰盖板压紧所述第二有机玻璃板安装在所 述接管法兰上，所述盖板压紧第一有机玻璃板并固定在水槽的两侧面，所 述连接边板是设置在所述水槽的上边缘；在所述的运动执行机构中还包括 第一X轴直线棋组、第二X轴直线模组、Y轴直线模组、Z轴直线模组，其 中所述第一、第二X轴直线模组通过所述压块分别安装在所述水槽两侧所 述的连接边板上，所述同步机构连接所述第一、第二X轴直线模组的一端， 所述X轴驱动组件安装在所述第一X轴直线模组端部的侧面，所述X轴滑 块支撑分别安装在所述第一、第二X轴直线模组的滑块上，所述Y轴固定 板两端安装在所述X轴滑块支撑上，所述Y轴直线模组侧向安装在所述Y 轴固定板上，所述Y轴驱动组件安装在所述Y轴直线模组的端部，其上端 部安装有所述第二电缆保护链支架，所述Y轴滑块支撑安装在所述Y轴直 线模组的滑块上，所述Z轴固定板安装在所述Y轴滑块支撑上，所述Z轴 直线模组安装在所述Z轴固定板上，所述Z轴驱动组件安装在所述Z轴直 线模组的上端部，所述Z轴滑块支撑安装在所述Z轴直线模组的滑块上， 所述固定支撑板的一端安装在所述Z轴滑块支撑上，所述线缆盖板安装在 所述固定支撑板上，所述作业支撑板安装在所述固定支撑板下端，所述第 一电缆保护链支架安装在所述水槽的一侧的连接边板的侧面上；在所述的 工件安装组件还包括一安装板、所述的夹具、吊环是安装在所述安装板的 上部，所述第二脚轮是安装在其下部的。

在所述的安装板上设置有0.5cm～10cm不同规格的通用孔。

在所述水槽上的玻璃观察窗是由设置在其上的所述第一、第二有机玻 璃板、法兰盖板、接管法兰、盖板构成的。

所述的第一、第二X轴直线模组是采用同步带传动的直线模组，所述 Y、Z轴直线模组是采用集成丝杠，导轨一体式直线模组。

本发明由于采用上述的结构，故其具有通用性，能够为超声检测、水 下焊接水下切割等作业的工艺研究提供试验环境，验证维修设备的各项水 下性能；该平台搭载的运动执行机构可安装如超声探头、焊接头等作业模 块，进行不同的工艺试验，并能够满足各工艺研究所需的三维运动和行程 的要求，且该机构布置在水槽上方，避免了水对运动机构的影响；该试验 平台下部为长方形槽，一端设有接管，可连接不同直径的直管或弯管，能 够模拟维修试验的各类管径，以满足专用维修设备的开发试验要求，如反 应堆压力容器接管安全端维修装置。工件安装组件上可通过不同的夹具安 装多种类型的平板工件或管件等工艺试件，适用范围广。此外，该试验平 台结构紧凑，易于操作，维修维护方便，试验成本低，可缩短专用维修设 备的开发时间。

附图说明

图1为本发明的水下维修工艺研究试验平台的结构示意图。

图2为本发明的工件安装组件的结构示意图。

图1-图2中：1.水槽2.角钢3.连接边板4.第二X轴直线模组5.X 轴滑块支撑6.Y轴直线模组7.线缆盖板8.固定支撑板9.Z轴直线模组 10.Z轴驱动组件11.Z轴滑块支撑12.Z轴固定板13.Y轴滑块支撑14. 第二电缆保护链支架15.Y轴固定板16.接管17.第二有机玻璃板18.同 步机构19.X轴驱动组件20.运动执行机构21.法兰盖板22.接管法兰23. 第一脚轮24.第一X轴直线模组25.Y轴驱动组件26.第一有机玻璃板27. 盖板28.加强筋29.压块30.作业支撑块31.第一电缆保护链支架32.焊 接作业模块33.工件安装组件34.快速夹具35.试件36.工件安装板37. 第二脚轮38.吊环

具体实施方式

如图1所示，本发明提供一种水下维修工艺研究试验平台，主要由水 槽1、运动执行机构20、工件安装组件33组成。其中：水槽为长方形，由 不锈钢板材焊接而成，水槽1两侧和底部设有加强筋28，各转角连接处设 有角钢2，用于确保水槽的强度，水槽1下部设置六个带锁紧支撑功能的 第一脚轮23，便于整个平台的移动和固定；水槽两侧面开有方孔，方孔边 缘开设有环形槽，内设置O型圈，第一有机玻璃板26盖设方孔上，与O型 圈构成密封，盖板27压紧第一有机玻璃板26并固定在水槽1侧面，实现 通过第一有机玻璃板26实时观测水槽内的工艺试验；水槽1一端面设有圆 孔，用于连接接管16的管端，水槽1下部开有排水孔，连接开关阀门，用 于水槽1排水；水槽1上边缘焊接连接边扳3，并设置了斜撑加固，用于 安装运动执行机构20。接管16一端焊接在设有圆孔的水槽1端面，并通 过斜撑加固，另一端设有法兰，法兰内设有凹槽，内设O型圈，法兰盖板 21压紧第二有机玻璃板17，安装在法兰上，能够实现实时观测水槽1内的 工艺试验。工作时，也可将第二玻璃板17移除，直接通过法兰盖板21连 接不同管径的直管或弯管，以模拟筒体上设置接管和不同管径的工艺试验 环境，具有一定的通用性，可替代开发专用的管道维修试验环境。水槽1 结构简单、紧凑，移动方便，用水量少，能够节省工艺试验成本。

运动执行机构20主要由压块29、第一X轴直线模组24、第二X轴直 线模组4、，同步机构18、X轴驱动组件19、Y轴直线模组6、Y轴驱动组 件25、X轴滑块支撑5、Y轴固定板15、Y轴滑块支撑13、Z轴直线模组9、 Z轴驱动组件10、Z轴固定板12、Z轴滑块支撑11、固定支撑板8、线缆 盖板7、作业支撑块30、第一电缆保护链支架31、、第二电缆保护链支架 14组成。所述第一X轴直线模组24、第二X轴直线模组4通过压块29分 别安装在水槽1两侧的边板3上，同步机构18连接第一X轴直线模组24、 第二X轴直线模组4，实现两个直线模组的同步运动；X轴驱动组件19安 装在第一X轴直线模组24端部的侧面，用于驱动直线模组运动；第一电缆 保护链支架31安装在一侧边板3的侧面，用于放置电缆保护链。所述X轴 滑块支撑5分别安装在所述第一X轴直线模组24、第二X轴直线模组4的 滑块上，Y轴固定板15两端安装在2个X轴滑块支撑5上，Y轴直线模组 6侧向安装在Y轴固定板15上，Y轴驱动组件25安装在Y轴直线模组6侧 向安装在Y轴固定板15上，Y轴驱动组件25安装在Y轴直线模组6端部， 用于Y轴直线模组的运动驱动，第二电缆保护链支架14安装在Y轴直线模 组6上方，用于放置电缆保护链；Y轴滑块支撑13安装在Y轴直线模组6 的滑块上，Z轴固定板12安装在Y轴滑块支撑13安装在Y轴直线模组9 安装在Z轴固定板12上，Z轴驱动组件10安装在Z轴直线模组9上端部， 用于Z轴直线模组9的运动驱件；Z轴滑块支撑11安装在Z轴直线模组9 的滑块上，固定支撑板8一端安装在Z轴滑块支撑11上，线缆盖板7安装 在固定支撑板8上，用于保护线缆；作业支撑块30安装在固定支撑板8下 端，可用于安装不同的水下作业模块，如超声探头、焊接头等。所述的X、 Y、Z轴驱动组件10均设置有连接法兰、联轴器、减速机、伺服电机；X、 Y、Z轴直线模组24、6、9上均设置有第一限位开关、第二限位开关、导 轨、限位拨块。Z轴直线模组9上的Z轴驱动组件10具有断电自锁功能， 保证了Z轴运动的安全定位。第一、第二X轴直线模组主要包括模组本体、 同步齿形带、同步带轮、导轨、滑块，滑块可在模组上滑动；X、Y轴直线 模组24、6主要包括集成导轨的模组本体、滚珠丝杠、双滑块，双滑块可 在模组本体上滑动。所述的运动执行机构20均布置在水槽1上方，避免了 丝杠、导轨、电器零部件等与水接触，安全可靠。

在工作时，首先由X轴驱动组件19带动第一X轴直线模组24，通过 同步机构18实现第二X轴直线模组4的同步运动，实现第一、第二X轴直 线模组4上滑块在X轴方向上的运动，进而实现Y轴直线模组6、Z轴直线 模组9的X轴运动；Y轴直线模组6在Y轴驱动组件25的带动下实现Z轴 直线模组9的Y轴运动；Z轴直线模组9在Z轴驱动组件10的带动下实现 水下作业模块的Z轴运动，进而实现三维的空间运动，且X、Y、Z轴可实 现单轴和多轴的联动，充分满足工艺试验中三维运动的要求。

工件安装组件33主要包括工件安装板36、第二脚轮35、快速夹具34。 工件安装板36上设有多种规格的通用标准孔，工件安装板36上部安装快 速夹具34、吊环38，下部安装带活动支撑的第二脚轮37，整个工件安装 组件33放置在水槽1底部，用于安装和固定工艺试件35。快速夹具34用 于夹持试件35，吊环38用于吊装工件安装组件33，由于在工件安装板36 上开有数个0.5cm～10cm的标准通用孔，故在工件安装板36上可快速安装 不同类型的夹具34，以夹紧不同规格的平板工件或管材等工艺试件。此外， 还可在工件安装板36上铺设直线或圆形导轨，安装驱动，进行联动控制， 以满足水下维修工艺试验复杂的轨迹运动要求。

以水下焊接为例，对水下维修工艺研究试验平台具体实施过程作进一 步阐述：首先通过各直线模组上的限位开关对运动执行机构20进行校零， 在作业支撑块30上安装焊接作业模块32，向水槽1内充水，至合适的水 位；将试件35通过快速夹具34安装在工件安装板36上，然后将工件安装 组件33吊装至水槽1底部，并定位，锁紧第二脚轮37的活动支撑；控制 运动执行机构20，将焊接作业模块32定位到设定位置处，启动焊机，然 后按照设定的轨迹实现焊接作业模块32在试件35上进行水下焊接试验， 可通过水槽1上的观察窗观测焊接过程，实验完毕后，控制运动执行机构 20回零，吊出工件安装组件33，拆下试件35，将水槽1内的水排尽。

此外，还可在水槽1内对水下维修设备进行水下密封性、稳定性等性 能的试验验证，也可借助接管16的接管端连接的不同直径的管道，为专用 的水下维修设备进行试验，如反应堆压力容器接管安全端维修装置，具体 步骤为：将反应堆压力容器接管安全端维修装置吊装送入接管端连接的管 道内，控制维修装置对该管道进行超声检测，水下焊接等试验。

综上所述，本发明水下维修工艺研究试验平台不仅能够为超声检测、 水下焊接、水下切割等作业的工艺研究提供试验环境，还能作为专用水下 维修设备的性能试验平台。该平台能够满足水下工艺研究所需的各种复杂 的轨迹运动要求，还可模拟不同管径的试验环境，安装不同规格的平板、 管材等工艺试件，通用性强，且结构紧凑，易于操作，维修维护方便，试 验成本低，可缩短专用维修设备的开发时间。因此，本发明有效克服了现 有技术中的种种缺点而具有高度利用价值。