一种放射性管材圆度误差水下测量装置及方法与流程

1.本发明涉及核工业检测技术领域，具体涉及一种放射性管材圆度误差水下测量装置及方法。


背景技术：

2.反应堆辐照生产是反应堆堆芯布置的重要评价指标，同时也是制备医用同位素、研制反应堆新型材料及生产高性能半导体材料的重要手段。反应堆辐照考验是通过将细长型的管棒状辐照考验管插入到燃料组件内部，随燃料组件一同入堆接收辐照考验。辐照考验管在受到一定程度的核辐照之后可能会产生肿胀及蠕变等效应。在某核反应堆辐照生产研究项目中，需对若干个出堆辐照考验管件的圆度误差进行水下测量，以及时掌握其包壳材料的性能数据。


技术实现要素：

3.针对需要对辐照考验管的圆度误差进行水下测量技术问题，本发明提供了一种放射性管材圆度误差水下测量装置和方法，能够实现在水下对单根辐照考验管件任意位置的直径数据进行测量，并输出相应的圆度误差，从而实现对辐照考验管件实现水下远距离精确测量圆度误差，不仅测量精度高，且操作简便。
4.本发明通过下述技术方案实现：
5.第一方面，本发明提供了一种放射性管材圆度误差水下测量装置，包括：导向柱，中部同轴设置有测量通孔，所述测量通孔能够供被测考验管穿过；旋转驱动器，与所述导向柱传动连接，用于驱动所述导向柱沿自身轴线转动；密封罩，密封罩设在所述旋转驱动器外；位移传感器，位于所述导向柱的上方，用于测量所述导向柱相对于被测考验管转动时被测考验管侧壁相对于导向柱侧壁的位移。
6.本发明提供的放射性管材圆度误差水下测量装置，在导向柱中部同轴设置供被测考验管穿过的测量通孔、在导向柱上方设置有位移传感器，当需要进行测量时，将测量装置下放到被测考验管所在的水池内，然后将被测考验管入测量通孔内，使得位移传感器的测量部分紧贴在与被测考验管侧壁，此时通过旋转驱动器驱动导向柱沿自身轴线转动，以带动位移传感器相对于导向柱转动，从而通过位移传感器的度数变化，检测被测考验管径向尺寸的变化，最终得到被测考验管的圆度误差。
7.其中，旋转驱动器外密封罩设有密封罩，以通过密封遭防止水池内的水进入到旋转驱动器的工作空间，能够确保旋转驱动器正常工作。
8.因此，本发明提供的放射性管材圆度误差水下测量装置，能够实现在水下对单根辐照考验管件任意位置的直径数据进行测量，并输出相应的圆度误差，从而实现对辐照考验管件实现水下远距离精确测量圆度误差，实现对辐照考验管出堆后圆度变化的检测，继而及时掌握相应包壳材料辐照后的数据，不仅测量精度高，且操作简便。
9.在一可选的实施例中，还包括导向块，所述导向块中部设置有为被测考验管提供
导向的导向孔，所述导向孔与所述测量通孔同轴设置，以通过导向块对被测考验管进行导向，确保被测考验管能够快速准确的出入到测量通孔内。
10.在一可选的实施例中，还包括固定支座，所述导向柱固定且贯穿的插设在所述固定支座的底部，所述导向块设置在所述固定支座顶部，以确保导向块和导向柱的相对位置精度。
11.在一可选的实施例中，所述导向柱和与所述导向块之间设置有测量块和弹性导轨；所述位移传感器与所述测量块相连，所述测量块与所述弹性导轨相连，所述弹性导轨的长度方向与所述导向柱的轴向垂直，以使得位移传感器能够正确的反应被测考验管径向尺寸的变化。
12.在一可选的实施例中，所述旋转驱动器通过传动齿轮与所述导向柱传动连接，以通过齿轮传动将旋转驱动器输出的旋转力矩传递给导向柱，可确保力矩传递的可靠性。
13.在一可选的实施例中，所述传动齿轮上端设置有手动驱动部，所述手动驱动部用于与驱动手柄传动连接，以便于在旋转驱动器失效的情况下手动驱动传动齿轮传动，进而手动带动导向柱旋转继续完成测量，避免测量过程中断。
14.在一可选的实施例中，还包括减速齿轮，所述传动齿轮通过所述减速齿轮与所述导向柱传动连接，以避免导向柱的旋转速度过快。
15.在一可选的实施例中，所述导向柱外传动套设有从动齿轮，所述从动齿轮与所述减速齿轮啮合，以确保减速齿轮与导向柱力矩传递的可靠性。
16.在一可选的实施例中，所述密封罩适配有气体加压咀，所述密封罩内设置有压力传感器，所述压力传感器用于检测所述密封罩内的气压，以通过密封罩内的压力气体提搞密封罩的防水性能，使得测量装置能够在水压较大的区域进行测量。
17.第二方面，本发明提供了一种放射性管材圆度误差水下测量方法，基于上述的放射性管材圆度误差水下测量装置，包括以下步骤：
18.s10、给放射性管材圆度误差水下测量装置的密封罩充入设定压力的气体；
19.s20、将放射性管材圆度误差水下测量装置放入被测考验管所在的水池内，并将被测考验管插入到导向柱内；
20.s30、实时监测所述密封罩内的气体压力，并确保所述密封罩内的气体压力在设定阈值范围内；
21.s40、位移传感器捕捉到被测考验管预设位置的尺寸后驱动导向柱旋转，并按照设定的步长下降被测考验管以进行测量。
22.其中，在导向柱旋转的过程中，下降被测考验管，使得位移传感器沿被测导向管的轴向移动，以对辐照考验管任意位置的直径数据进行测量，继而通过多个直径数据得出圆度误差。
23.本发明提供的放射性管材圆度误差水下测量方法，基于前述的放射性管材圆度误差水下测量装置，能够实现在水下对单根辐照考验管件任意位置的直径数据进行测量，并输出相应的圆度误差，从而实现对辐照考验管件实现水下远距离精确测量圆度误差，实现对辐照考验管出堆后圆度变化的检测，继而及时掌握相应包壳材料辐照后的数据。
24.本发明具有如下的优点和有益效果：
25.1、本发明提供的放射性管材圆度误差水下测量装置，在导向柱中部同轴设置供被
测考验管穿过的测量通孔、在导向柱上方设置有位移传感器，并通过旋转驱动器驱动导向柱沿自身轴线转动，以带动位移传感器相对于导向柱转动，从而通过位移传感器的度数变化，检测被测考验管径向尺寸的变化，最终得到被测考验管的圆度误差，并且旋转驱动器外密封罩设有密封罩，以通过密封遭防止水池内的水进入到旋转驱动器的工作空间，能够确保旋转驱动器正常工作，因此，能够实现在水下对单根辐照考验管件任意位置的直径数据进行测量，并输出相应的圆度误差，从而实现对辐照考验管件实现水下远距离精确测量圆度误差，不仅测量精度高，且操作简便。
26.2、本发明提供的放射性管材圆度误差水下测量方法，基于前述的放射性管材圆度误差水下测量装置，能够实现在水下对单根辐照考验管件任意位置的直径数据进行测量，并输出相应的圆度误差，从而实现对辐照考验管件实现水下远距离精确测量圆度误差，实现对辐照考验管出堆后圆度变化的检测，继而及时掌握相应包壳材料辐照后的数据。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
28.在附图中：
29.图1为本发明实施例放射性管材圆度误差水下测量装置的剖视结构示意图；
30.图2为本发明实施例放射性管材圆度误差水下测量装置部分拆解立体示意图。
31.附图标记：
32.1-导向柱，2-测量通孔，3-被测考验管，4-旋转驱动器，5-密封罩，6-位移传感器，7-导向块，8-导向孔，9-固定支座，10-测量块，11-弹性导轨，12-传动齿轮，13-手动驱动部，14-减速齿轮，15-从动齿轮，16-驱动齿轮，17-气体加压咀，18-压力传感器，19-安装底座，20-连接支座。
具体实施方式
33.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
34.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
35.实施例1
36.结合图1和图2，本实施例提供了一种放射性管材圆度误差水下测量装置，包括：导向柱1，中部同轴设置有测量通孔2，所述测量通孔2能够供被测考验管3穿过；旋转驱动器4，与所述导向柱1传动连接，用于驱动所述导向柱1沿自身轴线转动；密封罩5，密封罩5设在所述旋转驱动器4外；位移传感器6，位于所述导向柱1的上方，用于测量所述导向柱1相对于被
测考验管3转动时被测考验管3侧壁相对于导向柱1侧壁的位移。
37.为确保被测考验管3能够快速的插入到测量通孔2内，还包括导向块7，所述导向块7中部设置有为被测考验管3提供导向的导向孔8，所述导向孔8与所述测量通孔2同轴设置。也就是说，在导向板与导向柱1的上端均同轴开有上大小下的锥形孔，且两开孔对中，用于被测管材的定位插入。以通过导向块7对被测考验管3进行导向，确保被测考验管3能够快速准确的出入到测量通孔2内。
38.可以理解的是，还包括固定支座9，所述导向柱1固定且贯穿的插设在所述固定支座9的底部，所述导向块7设置在所述固定支座9顶部，以确保导向块7和导向柱1的相对位置精度。
39.对于位移传感器6，本实施例中采用lvdt位移传感器6。为确保位移传感器6能够正常工作，在本实施中，所述导向柱1和与所述导向块7之间设置有测量块10和弹性导轨11；所述位移传感器6与所述测量块10相连，所述测量块10与所述弹性导轨11相连，所述弹性导轨11的长度方向与所述导向柱1的轴向垂直。其中，针对相应的测试工况，弹性导轨11内的弹簧的尺寸和劲度系数是经过严格计算的，以保证在水下对应深处(如水下8米处)，直径仅有10毫米的管材被以合适的作用力压在测量块10上(测量块10是不动的)。若弹簧弹力过大，则管材无法撑开弹性导轨11与测量块10形成的测量空位；而弹簧弹力过小，则无法把测量块10可靠地压在被测考验管3的表面，导致测量数据失真。
40.对于旋转驱动器4，可以是常用的电机，也可以是气压马达等，在本实施例中，采用伺服电机作为旋转驱动器4使用。
41.为便于安装，在本实施例中还设置有安装底座19，导向柱1的上端与固定支座9转动连接的同时，其下端也贯穿插设在安装底座19内，导向柱1与安装底座19转动连接。相应的，旋转驱动器4及密封罩5也均安装在安装底座19上。
42.应当理解的是，在通常情况下测量块10、弹性导轨11、位移传感器6设置有两组，两组测量组件对称分布在导向柱1轴向的两侧，以确保测量数据的准确性。当然也可以采用其他类型的位移传感器6。
43.对于旋转驱动器4与导向柱1之间的传动连接，可以通过链轮链条机构、同步带轮机构、齿轮机构等传动机构连接，在本实施例中，优选采用齿轮传动，即：所述旋转驱动器4通过传动齿轮12与所述导向柱1传动连接，以通过齿轮传动将旋转驱动器4输出的旋转力矩传递给导向柱1，可确保力矩传递的可靠性。
44.其中，还包括减速齿轮14，所述传动齿轮12通过所述减速齿轮14与所述导向柱1传动连接，以避免导向柱1的旋转速度过快。
45.与此同时，所述导向柱1外传动套设有从动齿轮15，所述从动齿轮15与所述减速齿轮14啮合，以确保减速齿轮14与导向柱1力矩传递的可靠性。可知的是，旋转驱动器4的输出轴上套设有驱动齿轮16，驱动齿轮16与传动齿轮12啮合。
46.具体的，旋转驱动器4密封安装在密封罩5内，密封罩5通过连接支座20与安装底座19固定连接。而旋转驱动器4的输出轴通过与密封罩5密封且能转动的连轴件，与驱动齿轮16的旋转轴相连，而驱动齿轮16的旋转轴与连接支座20的顶部转动连接。传动齿轮12与减速齿轮14分别设置在传动轴的两端，而传动轴的上端与连接支座20的顶部转动连接、下端与安装底座19转动连接。
47.在此基础上，所述传动齿轮12上端设置有手动驱动部13，所述手动驱动部13用于与驱动手柄传动连接，以便于在旋转驱动器4失效的情况下手动驱动传动齿轮12传动，进而手动带动导向柱1旋转继续完成测量，避免测量过程中断。
48.并且，在驱动器4误操作，沿同一个方向持续旋转，导致控制线缆缠绕至被测考验管3，甚至绞断该管材。此时需要立即急停控制系统，通过手动驱动传动齿轮12的方式，将线缆反向旋离被测考验管3，从而保证水下操作安全以及放射性管材的安全。
49.可知的是，手动驱动部13的形状根据驱动手柄头部的形状确定，可以是内六角凹槽/通孔、一字槽/孔、十字槽/孔等槽/孔状，也可以是多方凸起、一字凸起、三角凸起等凸起形状。在本实施例中，手动驱动部13为在周向设置有多个凹缺的圆形凸起。
50.进一步的，所述密封罩5适配有气体加压咀17，所述密封罩5内设置有压力传感器18，所述压力传感器18用于检测所述密封罩5内的气压，以通过密封罩5内的压力气体提搞密封罩5的防水性能，使得测量装置能够在水压较大的区域进行测量。
51.需要说明的是，密封罩5内部设置有o型密封圈及打压塞孔，为旋转驱动器4提供密封空间，工作前需要进行充压。当压力传感器18的压力值低于设置阀值时，说明密封罩5内部浸水，此时可通过系统报警，提醒操作人员及时取出装置，避免旋转驱动器4泡水失效。
52.另外，密封罩5采用金属材料制成，如采用不锈钢制成，不仅能够屏蔽水液，保证旋转驱动器4(伺服电机)的正常运转；而且不锈钢材质能够吸收射线，避免伺服电机编码器被射线干扰。最终实现利用普通伺服电机代替价格高昂的防水耐辐射电机，提升整体设备的经济性，节约设备成本及维护成本。
53.总结来说，本实施提供的放射性管材圆度误差水下测量装置，在导向柱1中部同轴设置供被测考验管3穿过的测量通孔2、在导向柱1上方设置有位移传感器6，当需要进行测量时，将测量装置下放到被测考验管3所在的水池内(在乏池装载井现有台架上)，然后将被测考验管3入测量通孔2内，使得位移传感器6的测量部分在弹性导轨11的作用下紧贴在与被测考验管3侧壁，此时通过旋转驱动器4驱动导向柱1沿自身轴线转动，以带动位移传感器6相对于导向柱1转动，从而通过位移传感器6的度数变化，检测被测考验管3径向尺寸的变化，最终得到被测考验管3的圆度误差。
54.其中，旋转驱动器4外密封罩5设有密封罩5，以通过密封遭防止水池内的水进入到旋转驱动器4的工作空间，能够确保旋转驱动器4正常工作。
55.因此，本实施提供的放射性管材圆度误差水下测量装置，能够实现在水下对单根辐照考验管件任意位置的直径数据进行测量，并输出相应的圆度误差，从而在乏池装载井现有台架上，对辐照考验管件实现水下远距离精确测量圆度误差，实现对辐照考验管出堆后圆度变化的检测，继而及时掌握相应包壳材料辐照后的数据，不仅测量精度高，且操作简便。
56.实施例2
57.本实施例提供了一种放射性管材圆度误差水下测量方法，基于实施例1所记载的放射性管材圆度误差水下测量装置，包括以下步骤：
58.s10、给放射性管材圆度误差水下测量装置的密封罩5充入设定压力的气体；
59.s20、将放射性管材圆度误差水下测量装置放入被测考验管3所在的水池内，并将被测考验管3插入到导向柱1内；
60.s30、实时监测所述密封罩5内的气体压力，并确保所述密封罩5内的气体压力在设定阈值范围内；
61.s40、位移传感器6捕捉到被测考验管3预设位置的尺寸后驱动导向柱1旋转，并按照设定的步长下降被测考验管3以进行测量。
62.具体而言，当位移传感器6捕捉到被测考验管3下端预设位置尺寸后启动旋转驱动器4，并保持被测管材持续下降，被测考验管3每下降10mm，导向柱1正向或反向旋转一周，直到采集20个直径数据。对于被测考验管3下降的步长和测量的次数，均根据实际需要设定。
63.需要注意的是，测量的旋转方式为正转一周、反转一周，如此反复，在满足整个圆周测量数据采集的基础上，能够避免沿一个方向旋转数周，导致线缆缠绕被测考验管3，甚至绞断线缆或管材的风险。
64.其中，在导向柱1旋转的过程中，下降被测考验管3，使得位移传感器6沿被测导向管的轴向移动，以对辐照考验管任意位置的直径数据进行测量。测量后的圆度数据能够被拟合为该位置的图像，同时通过预设的圆度误差计算程序，能够得到该位置的圆度误差。
65.本实施例提供的放射性管材圆度误差水下测量方法，基于前述的放射性管材圆度误差水下测量装置，能够实现在水下对单根辐照考验管件任意位置的直径数据进行测量，并输出相应的圆度误差，从而实现对辐照考验管件实现水下远距离精确测量圆度误差，实现对辐照考验管出堆后圆度变化的检测，继而及时掌握相应包壳材料辐照后的数据。
66.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。