高厚秀　王俊濤　韓捷　胡浩

【摘 要】對大型容器實施目視檢驗，如核電站安全殼等，因其受檢區(qū)域范圍跨度大，實施目視檢驗的環(huán)境條件多樣，無法搭建腳手架和無法隨意拆卸空氣導(dǎo)流板等組件，需要采用移動平臺搭載適用于受檢區(qū)域的鏡頭組來實現(xiàn)大型容器立壁表面的間接目視檢驗，本文針對此類應(yīng)用對象，研究了爬壁裝置的機(jī)械及控制系統(tǒng)，分析了非接觸式磁吸附的機(jī)理，并以實驗進(jìn)行驗證，該裝置的應(yīng)用加強(qiáng)了對核電站的大型容器在使用過程中的狀態(tài)監(jiān)測，從而依據(jù)檢查結(jié)果進(jìn)行預(yù)防和維護(hù)，有益于保護(hù)大型容器立壁表面狀態(tài)和涂層完整性，從而增加核電站的的整體安全性。

【關(guān)鍵詞】大型容器；目視檢查；爬壁裝置；磁吸附

中圖分類號： TP242.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）03-0233-003

Design and Research of the wall-climbing Device for Visual inspection of Nuclear Power Plant

GAO Hou-xiu WANG Jun-tao HAN Jie HU hao

（China Nuclear Power Operation Technology Co.，Ltd.，Wuhan 430223，China）

【Abstract】When a large container， such as a Nuclear Power Plant Containment， is carried out in visual inspection， the environmental conditions for visual inspection are varied because of the large span of the inspection area. It is impossible to build scaffolding and disassemble the air guide board and other components. so it is necessary to use indirect visual inspection to carry out the inspection of Containments surface， That need a wall climbing device which can carry the camera group. In this paper， the mechanical and control system of the wall climbing device is studied. And the mechanism of non-contact magnetic adsorption is analyzed. The mechanism is also verified by experiments. The application of this device is helpful for state detection of the containment. According to the results of the inspection， the surface state and coating of the Containment can be prevented and maintained. And it will increase the overall safety of the nuclear power plant.

【Key words】Containment； Visual inspection； Wall-climbing device； Magnetic absorbing

0 引言

目視檢查是無損檢測的方法之一，目視檢查相關(guān)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)需按照核電站檢查大綱要求執(zhí)行，核電站大型容器目視檢查主要是針對大型容器表面外觀情況、涂層狀態(tài)和腐蝕度進(jìn)行檢查，如反應(yīng)堆安全殼[1]。安全殼實施目視檢驗，因其受檢區(qū)域范圍跨度大，實施目視檢驗的環(huán)境條件多樣，不同的區(qū)域需要采用不同的檢驗手段。對于安全殼立壁部分的目視檢驗，因為無法搭建腳手架和無法隨意拆卸空氣導(dǎo)流板等組件，導(dǎo)致人員無法靠近進(jìn)行直接目視檢驗；又由于受檢區(qū)域的空間有限，無法使用大型攝像設(shè)備，因此采用爬壁式移動平臺搭載小型攝像設(shè)備實施間接目視檢驗。

反應(yīng)堆安全殼直徑約40m，外表面具有涂層及支撐焊縫。被檢區(qū)域被分割為若干隔斷（如圖1），檢測區(qū)域高度超過40m，容器與空氣導(dǎo)流板之間距離狹窄僅約0.3m。

目前大部分爬壁式移動平臺屬于軌道式永磁型，部分超聲檢查裝置采用了非軌道式永磁性爬行平臺，但爬行輪為硬質(zhì)永磁性材料。而在大容器目視檢驗過程中進(jìn)行爬壁動作時，考慮到受檢區(qū)域表面涂層的保護(hù)，軌道和硬質(zhì)永磁性材料的直接接觸都不是理想的選擇。另外，大型容器實施目視檢驗的過程中，爬壁式移動平臺的爬行動作需要保持豎直狀態(tài)運(yùn)動較長的距離，因此在移動過程中需要及時調(diào)整偏移的運(yùn)動方向，而目前的核電站大容器爬壁式移動平臺都沒有此類功能[2]。因此研究設(shè)計了非接觸式磁吸附目視檢查爬壁裝置，在不破壞受檢區(qū)域表面狀態(tài)的情況下實施目視檢查解決此類問題。

1 爬壁裝置的機(jī)械系統(tǒng)

1.1 爬壁裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計

爬壁裝置主要由車體框架、驅(qū)動模塊、磁力吸盤、視屏檢查模塊等組成。為盡量減輕設(shè)備的重量，方便現(xiàn)場運(yùn)輸，爬壁裝置的底盤等主要承重部件均采用超硬鋁合金加工而成。

如圖2所示，車體框架由小車外殼、底盤、防塵罩等構(gòu)成，小車外殼為驅(qū)動模塊，由磁力吸盤提供保護(hù)措施，為了方便線纜安裝，設(shè)備外殼頂端及兩側(cè)開有矩形孔，均以蓋板遮蓋，并在外殼兩端開孔，并采用線纜保護(hù)套保護(hù)線纜，確保動力和通訊線纜能夠順利通過。爬壁裝置底盤是設(shè)備主要承重部分，為磁力吸盤提供搭載平臺。由于爬壁裝置還要經(jīng)過容器穹頂?shù)幕∶?，為避免在弧面上運(yùn)行時，磁力吸盤與被檢查容器的弧面接觸，磁力吸盤需要安裝于車輪軸線附近，因此，底盤呈“H”型，兩端缺口為磁力吸盤預(yù)留的安裝位置，也減輕了底盤的重量。驅(qū)動模塊采用兩臺驅(qū)動電機(jī)提供驅(qū)動力，分別帶動小車兩側(cè)的車輪模塊轉(zhuǎn)動，每一側(cè)驅(qū)動電機(jī)通過聯(lián)軸器與同步帶輪傳動，傳遞給同側(cè)的兩只車輪模塊。車輪模塊由車輪、轉(zhuǎn)軸、安裝架、輪轂、軸承等部分構(gòu)成。另外可以通過更換不同直徑的車輪以適應(yīng)不同直徑大小的容器，避免底盤與被測面接觸而導(dǎo)致的刮蹭和設(shè)備擱淺。其中傳動運(yùn)動同步帶輪采用免鍵超高扭矩型帶輪[3]。

可計算得到電機(jī)驅(qū)動爬壁裝置需提供的功率值，其中P為功率，η為有用功效率，F(xiàn)為驅(qū)動力，N為轉(zhuǎn)速，d為輪徑。

1.2 爬壁裝置的磁吸附結(jié)構(gòu)

磁力吸盤由永磁鐵、旋轉(zhuǎn)軸、彈簧柱銷、屏蔽框，鋼套，吸盤扳手等組成（圖3所示）。屏蔽框通過旋轉(zhuǎn)軸、彈簧柱銷安裝于底盤之上。永磁鐵套在屏蔽框內(nèi)，最外層由鋼套保護(hù)?；诖私Y(jié)構(gòu)的磁力吸盤除裸露于外的磁極所在面磁力有所增強(qiáng)以外，磁鐵其他包覆面磁力均大幅降低，增加了爬壁裝置的安全性。進(jìn)行工作狀態(tài)的切換時，扳動吸盤扳手，永磁鐵繞旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，永磁鐵相對于底盤平行時，通過彈簧柱銷進(jìn)行限位保護(hù)，此時永磁鐵與被檢面產(chǎn)生磁力線閉合，產(chǎn)生正壓吸力，產(chǎn)生了大于爬壁裝置自身重力的摩擦力，因此爬壁裝置不會下墜。當(dāng)扳動吸盤扳手，永磁鐵相對于底盤豎起時，磁力線遠(yuǎn)離被檢面，無法形成回路，不會產(chǎn)生吸力，增強(qiáng)了爬壁裝置使用及運(yùn)動過程中的安全保障[4]，如圖4所示。

對不同形狀及結(jié)構(gòu)的磁鐵進(jìn)行隔空吸力測試實驗，將磁鐵置于墊板上，磁鐵連接上拉力機(jī)，啟動拉力機(jī)直至磁鐵拉脫臨界值，并改變隔空間隙距離從而獲得吸力實驗數(shù)據(jù)，如表1所示。綜合磁鐵氣隙、重量、吸力的關(guān)系，根據(jù)實驗結(jié)果，得出在使用包覆層厚度5mm的100×50×20mm自制鍋磁，氣隙10mm時磁力到達(dá)272.9N，比較適合該設(shè)備使用。

2 爬壁裝置的控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)采取兩個驅(qū)動器直接控制電機(jī)的方式來實現(xiàn)運(yùn)動控制，兩個驅(qū)動器均內(nèi)置PLC，通過內(nèi)置軟件讓驅(qū)動器隨手柄操作器動作而驅(qū)動電機(jī)動作，驅(qū)動器和手柄操作器之間采取CAN總線通訊連接控制，手柄操作器實時讀取兩個驅(qū)動的速度和負(fù)載等狀態(tài)信息，并通過搖桿的前后左右撥動來控制爬壁裝置的前后運(yùn)動和轉(zhuǎn)向，從而帶動視頻檢查模塊的攝像頭進(jìn)行目視

檢查。其控制系統(tǒng)原理圖如圖5所示。

爬壁裝置通電，檢測電氣信號正常之后，將防墜裝置安裝于容器穹頂，穹頂操作人員將防墜裝置繩索放下至容器底部，底部操作人員將爬壁裝置與防墜裝置連接牢固，將爬壁裝置貼于被檢測面容器壁（圖6所示），翻轉(zhuǎn)吸盤扳手將磁力吸盤吸附于檢測容器壁上，通過調(diào)整攝像頭的位置，尋找最佳視頻檢查范圍，操作設(shè)備開始向上運(yùn)行，同時觀察顯示器上的實時視頻圖像，如發(fā)現(xiàn)爬壁裝置路線偏移，可進(jìn)行爬壁裝置姿態(tài)調(diào)整。爬壁裝置到達(dá)頂部后，即完成一個區(qū)域的檢查，控制爬壁裝置下行至容器壁底部，斷電，翻轉(zhuǎn)磁鐵，取下爬壁裝置。轉(zhuǎn)移至下一區(qū)域檢測，直至所有容器壁檢測完畢。其控制流程圖如圖7示

3 結(jié)論

通過各項試驗驗證，該裝置可成功應(yīng)用于核電站反應(yīng)堆安全殼的目視檢查，具備磁吸附功能的爬壁裝置在大型容器壁上運(yùn)行情況良好，通過爬壁裝置所攜帶的網(wǎng)絡(luò)攝像頭視頻信號能正常傳輸?shù)讲僮髌脚_的監(jiān)視器上，從而協(xié)助無損檢測人員開展目視檢查作業(yè)。該裝置非接觸式吸附保護(hù)了大型容器立壁表面狀態(tài)和涂層完整性，鏡頭組視野范圍符合核電站目視檢查要求[5]，加強(qiáng)了對核電站的大型容器在使用過程中的狀態(tài)檢測，從而可以根據(jù)檢查結(jié)果進(jìn)行預(yù)防和維護(hù)，增加核電站的的整體安全性。

【參考文獻(xiàn)】

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