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摘要：为了便于核电站压力容器无损检测装置吊装，设计了一种新颖的长柄工具。它能满足所有待检焊缝位置要求，且能准确可靠地锁紧检测装置，大大提高了操作人员的操作简易性和可靠性，减少了操作人员在高剂量区停留时间，降低了核辐射对操作人员身体的伤害，具有很高的应用价值。
关键词：核电站，压力容器，无损检测，长柄工具
引言
核电站压力容器是包容核燃料、防止核物质泄露的关键设备，属于核一级部件。它长期处于高温、高压、强辐射的恶劣工作环境下，极易产生缺陷。因此，做好压力容器的无损检测对于保障核电站安全稳定运行、避免核事故发生具有重要意义。
压力容器中有多处待检焊缝，所处的水平高度和周向角度均不相同，距离操作人员所在的桥架十几米至二十米不等。检测人员根据这些待检焊缝的要求设计了多种自动检测装置，通常直接用环形吊车将检测装置吊装至待检位置，但这样操作不方便、装置落位精度低、吊装稳定性难以控制，有撞坏压力容器壁面的风险等。本文介绍了一种新颖的长柄工具，它的长度可根据需要自由延伸，能满足压力容器所有待检焊缝检测要求；连接可靠，从设计上杜绝零件坠落，产生事故；设计人性，方便操作人员使用。
结构介绍
长柄工具由操作柄组件、延伸杆组件和装置锁紧组件组成。
2.1操作柄组件
操作柄组件如图1所示。吊环、固定板、套筒是其主要组成零件。吊环主要有两个用途。一方面操作长柄工具时，操作人员通过转动吊环调整吊装角度，使装置顺利落位；另一方面当不操作长柄工具时，用环形吊车吊住吊环，防止长柄工具意外坠落造成事故。吊环上开有手指槽，方便人员操控。为了保证连接可靠性，套筒与支撑板直接焊接在一起。套筒为中空圆筒结构，使线缆能方便的从工具内部穿过。
2.2延伸杆组件
延伸杆组件如图2所示，由延伸杆、连接销、快卸销等零件构成。延伸杆分别有3m、2.5m、2m、1.5m四种规格，经过组合可满足所有不同高度焊缝高度，最长可延伸21m。当需要延伸时，将连接销插入延伸杆，旋转连接销，使其上的通孔与延伸杆上的通孔对齐，插入快卸销，即实现了连接。快卸销头部有个按钮，按下按钮，销杆上的弹珠收拢，即可插拔快卸销；松掉按钮，销杆上的弹珠弹出顶住延伸杆，连接被锁定。这种结构使得只有通过操作人员主动动作才可拆除连接，避免连接销意外脱落，造成意外事故的发生。延伸杆上开有小孔，用钢丝绳系住钢丝绳穿过小孔，可防止快卸销坠落造成异物坠落事件。
2.3装置锁紧组件
装置锁紧组件由锁紧气缸、驱动盘、锁紧指及定位壳组成如图3所示。定位壳上有三个凸起块，它插入装置上连接机构的凹槽里，防止装置发生转动。驱动盘通过锁紧气缸固定在定位壳的内部。气缸伸出，推动驱动盘上升，使锁紧指收回至定位壳内，长柄工具与检测装置脱开；气缸缩回，拉动驱动盘下降，使锁紧指伸出定位壳，长柄工具锁紧检测装置。
由于锁紧状态下锁紧指与驱动盘间作用力的方向垂直于重力方向，所以实现了自锁，不会发生由于装置过重导致锁定失效的情况。
3.1长柄工具重量计算
作为一个人工操作的工具，操作的便利性与工具的重量密切相关。如工具过重，则给操作人员带来了困难。在压力容器检测过程中，容器始终是充满水的状态，因此，长柄工具操作重量的计算需考虑浮力的影响。在此我们仅计算当所有延伸杆全部装上时长柄工具的重量，即最大操作重量，则：
长柄工具使用时操作柄组件在水上，而延伸杆组件及装置锁紧组件在水下，F浮=ρgV排=ρg（V延伸杆组件+V装置锁紧组件）=344N，而G操作=64.8-34.4=304N。因此，当所有延伸杆全部装上时，长柄工具重30.4kg，设检测装置重30kg，则操作人员操纵的最大总重量约为60kg，两个操作人员可轻松操纵。
3.2吊环强度校核
我们对长柄工具的关键零件进行了强度校核。以吊环为例，从上面计算可知，长柄工具的最大操作重量为60kg。此时吊环所受的力有F操作和操作重量G操作。由于长柄工具不与其它机构有刚性连接，不存在扭矩和弯矩。将用INVENTOR软件进行应力分析得到结果如图4、图5所示：
从图中可见，吊环最大应力和最大应变点均在桁车吊钩所挂位置，最大应力为6.89MPa，远低于铝6061-T6的屈服强度276Mpa；最大应变也仅为9.139*10-5，因此，吊环结构设计合理。
总结
本文介绍了一种新颖的长柄工具，它能将无损检测装置吊装至压力容器待检焊缝；通过计算校核，其使用稳定可靠，目前已经在我公司厂房得到了运用，有重要的应用价值。
参考文献
[1]R.G.米勒，C.法伦，R.C.穆奇.模块化长柄工具部件系统[P].中国专利：CN103068533A，2013 04 24
[2]张富源，曾辉.秦山核电二期工程蒸汽发生器與稳压器专用吊装工具自主化设计[J].核动力工程.2003（S1）
关键词：核电站，压力容器，无损检测，长柄工具
引言
核电站压力容器是包容核燃料、防止核物质泄露的关键设备，属于核一级部件。它长期处于高温、高压、强辐射的恶劣工作环境下，极易产生缺陷。因此，做好压力容器的无损检测对于保障核电站安全稳定运行、避免核事故发生具有重要意义。
压力容器中有多处待检焊缝，所处的水平高度和周向角度均不相同，距离操作人员所在的桥架十几米至二十米不等。检测人员根据这些待检焊缝的要求设计了多种自动检测装置，通常直接用环形吊车将检测装置吊装至待检位置，但这样操作不方便、装置落位精度低、吊装稳定性难以控制，有撞坏压力容器壁面的风险等。本文介绍了一种新颖的长柄工具，它的长度可根据需要自由延伸，能满足压力容器所有待检焊缝检测要求；连接可靠，从设计上杜绝零件坠落，产生事故；设计人性，方便操作人员使用。
结构介绍
长柄工具由操作柄组件、延伸杆组件和装置锁紧组件组成。
2.1操作柄组件
操作柄组件如图1所示。吊环、固定板、套筒是其主要组成零件。吊环主要有两个用途。一方面操作长柄工具时，操作人员通过转动吊环调整吊装角度，使装置顺利落位；另一方面当不操作长柄工具时，用环形吊车吊住吊环，防止长柄工具意外坠落造成事故。吊环上开有手指槽，方便人员操控。为了保证连接可靠性，套筒与支撑板直接焊接在一起。套筒为中空圆筒结构，使线缆能方便的从工具内部穿过。
2.2延伸杆组件
延伸杆组件如图2所示，由延伸杆、连接销、快卸销等零件构成。延伸杆分别有3m、2.5m、2m、1.5m四种规格，经过组合可满足所有不同高度焊缝高度，最长可延伸21m。当需要延伸时，将连接销插入延伸杆，旋转连接销，使其上的通孔与延伸杆上的通孔对齐，插入快卸销，即实现了连接。快卸销头部有个按钮，按下按钮，销杆上的弹珠收拢，即可插拔快卸销；松掉按钮，销杆上的弹珠弹出顶住延伸杆，连接被锁定。这种结构使得只有通过操作人员主动动作才可拆除连接，避免连接销意外脱落，造成意外事故的发生。延伸杆上开有小孔，用钢丝绳系住钢丝绳穿过小孔，可防止快卸销坠落造成异物坠落事件。
2.3装置锁紧组件
装置锁紧组件由锁紧气缸、驱动盘、锁紧指及定位壳组成如图3所示。定位壳上有三个凸起块，它插入装置上连接机构的凹槽里，防止装置发生转动。驱动盘通过锁紧气缸固定在定位壳的内部。气缸伸出，推动驱动盘上升，使锁紧指收回至定位壳内，长柄工具与检测装置脱开；气缸缩回，拉动驱动盘下降，使锁紧指伸出定位壳，长柄工具锁紧检测装置。
由于锁紧状态下锁紧指与驱动盘间作用力的方向垂直于重力方向，所以实现了自锁，不会发生由于装置过重导致锁定失效的情况。
3.1长柄工具重量计算
作为一个人工操作的工具，操作的便利性与工具的重量密切相关。如工具过重，则给操作人员带来了困难。在压力容器检测过程中，容器始终是充满水的状态，因此，长柄工具操作重量的计算需考虑浮力的影响。在此我们仅计算当所有延伸杆全部装上时长柄工具的重量，即最大操作重量，则：
长柄工具使用时操作柄组件在水上，而延伸杆组件及装置锁紧组件在水下，F浮=ρgV排=ρg（V延伸杆组件+V装置锁紧组件）=344N，而G操作=64.8-34.4=304N。因此，当所有延伸杆全部装上时，长柄工具重30.4kg，设检测装置重30kg，则操作人员操纵的最大总重量约为60kg，两个操作人员可轻松操纵。
3.2吊环强度校核
我们对长柄工具的关键零件进行了强度校核。以吊环为例，从上面计算可知，长柄工具的最大操作重量为60kg。此时吊环所受的力有F操作和操作重量G操作。由于长柄工具不与其它机构有刚性连接，不存在扭矩和弯矩。将用INVENTOR软件进行应力分析得到结果如图4、图5所示：
从图中可见，吊环最大应力和最大应变点均在桁车吊钩所挂位置，最大应力为6.89MPa，远低于铝6061-T6的屈服强度276Mpa；最大应变也仅为9.139*10-5，因此，吊环结构设计合理。
总结
本文介绍了一种新颖的长柄工具，它能将无损检测装置吊装至压力容器待检焊缝；通过计算校核，其使用稳定可靠，目前已经在我公司厂房得到了运用，有重要的应用价值。
参考文献
[1]R.G.米勒，C.法伦，R.C.穆奇.模块化长柄工具部件系统[P].中国专利：CN103068533A，2013 04 24
[2]张富源，曾辉.秦山核电二期工程蒸汽发生器與稳压器专用吊装工具自主化设计[J].核动力工程.2003（S1）