Устройство для контроля цилиндрических конструкций с использованием -излучения от радиоактивного источника

 

Сущность изобретения: устройство содержит выполненную с возможностью перемещения внутри контролируемой цилиндрической конструкции (КК) вдоль оси последней первую каретку (К), на которой смонтирована защитная камера с радиоактивным источником, привод перемещения К, дистанционный блок управления, связанный с приводом перемещения К, опору, выполненную с возможностью закрепления на торце КК. На опоре смонтировано поворотное основание (ПО) с приводом поворота. Ось вращения ПО геометрически совмещена с осью КК. Концентрично оси вращения ПО с возможностью контактирования с фундаментом установлена кольцевая опора (КО) с возможностью размещения внутри нее КК. С КО через первые центрирующие элементы (ЦЭ) взаимодействует кольцевой элемент (КЭ), связанный с помощью продольных тяг с ПО. Устройство снабжено регулируемой опорой (РО), выполненной с возможностью размещения внутри КК и смонтированной с возможностью синхронного перемещения с первой К второй К, на которой смонтирован детектор излучения. РО снабжена вторыми ЦЭ, взаимодействующими с внутренней поверхностью КК. Каретки установлены с возможностью перемещения каждая по меньшей мере по одной направляющей, закрепленной верхним концом на ПО и расположенной параллельно продольной оси КК. Направляющая первой К смонтирована с возможностью поворота на РО. Направляющая второй К нижним концом закреплена на КЭ. Защитная камера выполнена с возможностью формирования радиально направленного коллимированного пучка излучения, относительно которого сориентирован детектор излучения. Технический результат заключается в том, что устройство позволяет автоматизировать процесс контроля благодаря обеспечению возможности автоматизации механического сканирования контролируемой цилиндрической конструкции. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к устройствам неразрушающего контроля с использованием проникающих ионизирующих излучений и может быть использовано, в частности, в устройствах, предназначенных для контроля радиационной защиты металлобетонных контейнеров (МБК) для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива (OЯT).

Известен гамма-дефектоскоп Гамарид-20 (гамма-дефектоскоп "Газпром"), предназначенный для контроля стыковых соединений трубопроводов (С.В.Румянцев и др. Неразрушающие методы контроля сварных соединений. М., "Машиностроение", 1976, с. 89, 92, 96). Известное устройство включает радиационную головку с источником ¹³⁷Cs, перезарядный контейнер и дистанционный ручной привод управления длиной 5 м. Устройство используется в газовой промышленности для контроля качества сварных соединений магистральных трубопроводов путем их просвечивания через две стенки. Устройство обеспечивает возможность просвечивания стальных трубопроводов с толщиной стенки 1 - 60 мм, а также трубопроводов из легких металлов и сплавов с толщиной стенки 1,5 - 120 мм.

Также известен гамма-дефектоскоп "Магистраль" ("Трасса"), предназначенный для контроля качества сварных стыковых соединений трубопроводов в процессе монтажа и эксплуатации (см. вышеупомянутую книгу с. 89, 92, 97). В этом устройстве просвечивание можно производить через стенку или через две стенки. Устройство включает радиационную головку, транспортный кожух рационной головки, ручной пульт управления, электрический пульт управления, самоходную тележку (каретку), блок электропитания, транспортно-перезарядный контейнер и комплект приспособлений. Устройство обеспечивает возможность просвечивания стальных трубопроводов с диаметром до 1620 мм и толщиной стенки до 40 мм.

Однако область применения известных устройств ограничена дефектоскопией сварных стыковых соединений трубопроводов ограниченных диаметров и толщин, и известные устройства не предполагают возможности их использования для гамма-дефектоскопии изделий большой массы и габаритов, таких как металлобетонные контейнеры для транспортировки и/или хранения OЯT, к которым предъявляются высокие требования как по качеству бетонного заполнения корпуса МБК, так и по сохранению целостности радиационной защиты после регламентированных нормативными документами МАГАТЭ испытаний, имитирующих аварийные ситуации, возможные в процессе транспортировки и хранения МБК с OЯT (падение с высоты 9 м на жесткое основание, падение на штырь диаметром 150 мм с высоты 1 м, а также тепловое воздействие при пожаре при температуре 800^oC в течение 30 минут).

Также известны устройства для гамма-дефектоскопии, использующие радиометрический метод, который основан на просвечивании последующих объектов узким коллимированным пучком излучения от радиоактивного источника и регистрации прошедшего излучения детектором излучения (например, сцинтилляционными кристаллами, газоразрядными счетчиками), связанным с регистрирующим устройством (см. вышеупомянутую книгу с. 130 - 133). Чтобы просветить всю зону, подлежащую контролю, осуществляют сканирование исследуемого объекта пучком излучения. Для этого либо одновременно перемещают источник и детектор излучения при неподвижном исследуемом объекте, либо перемещают исследуемый объект между неподвижными источником и детектором излучения.

Подобные устройства обеспечивают возможность автоматической обработки результатов контроля, однако они не предполагают автоматизации процесса контроля в целом.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков с заявляемым изобретением является устройство для контроля цилиндрических конструкций с использованием γ-излучения от радиоактивного источника, охарактеризованное в патентной заявке Великобританим N 2080080, МПК³ G 21 H 5/00, 1981 г., которое и принято в качестве ближайшего аналога-прототипа. Известное устройство содержит выполненную с возможностью перемещения внутри контролируемой цилиндрической конструкции вдоль продольной оси последней каретку, привод перемещения каретки вдоль упомянутой оси и дистанционный блок управления, связанный с приводом перемещения каретки. На каретке смонтирована защитная камера (экранирующая конструкция) с радиоактивным источником. Вдоль оси защитной камеры выполнен канал для перемещения держателя с радиоактивным источником. Для перемещения упомянутого держателя из защитной камеры (из исходного положения) в рабочее положение (положение для просвечивания) и обратно предусмотрено микропневматическое устройство, связанное с дистанционным блоком управления. Известное устройство предназначено для контроля трубопроводов и подобных сооружений и может быть использовано для контроля однородности сварных соединений в трубопроводе или с трубопроводом на основе гамма-радиографии. При проведении сеанса обследования сварного шва результат просвечивания фиксируется на рентгеновскую пленку.

Недостатком известного устройства является то, что его конструктивные особенности не предполагают обеспечения возможности гамма-дефектоскопии вертикально ориентированных конструкций. Кроме того, устройство не предполагает автоматизации процесса контроля в целом.

Задачей, решаемой изобретением, является создание устройства, обеспечивающего возможность неразрушающего контроля качества бетонного заполнения корпуса МБК для транспортировки и/или хранения OЯT, а также обеспечивающего возможность контроля радиационно-защитных свойств МБК.

Указанная задача решается благодаря тому, что известное устройство для контроля цилиндрических конструкций с использованием γ-излучения от радиоактивного источника, содержащее выполненную с возможностью перемещения внутри контролируемой цилиндрической конструкции вдоль продольной оси последней каретку, на которой смонтирована защитная камера с радиоактивным источником, привод перемещения каретки вдоль упомянутой оси и дистанционный блок управления, согласно изобретению снабжено опорой, выполненной с возможностью закрепления на торце контролируемой конструкции, смонтированным на упомянутой опоре поворотным основанием с приводом поворота, при этом ось вращения поворотного основания геометрически совмещена с продольной осью контролируемой конструкции, кольцевой опорой, установленной с возможностью контактирования с фундаментом концентрично оси поворотного основания с возможностью размещения внутри нее контролируемой конструкции, кольцевым элементом, взаимодействующим через первые центрирующие элементы с кольцевой опорой и связанным с помощью продольных тяг с поворотным основанием, регулируемой опорой, выполненной с возможностью размещения внутри контролируемой конструкции и снабженной вторыми центрирующими элементами, взаимодействующими с внутренней поверхностью последней, смонтированной с возможностью синхронного перемещения с первой кареткой второй кареткой, на которой смонтирован детектор излучения. Каретки установлены с возможностью перемещения каждая по меньшей мере по одной направляющей, закрепленной верхним концом на поворотном основании и расположенной параллельно продольной оси контролируемой конструкции. Направляющая первой каретки смонтирована с возможностью поворота на упомянутой регулируемой опоре. Направляющая второй каретки нижним концом закреплена на упомянутом кольцевом элементе. Защитная камера выполнена с возможностью формирования радиально направленного коллимированного пучка излучения, относительно которого сориентирован детектор излучения.

Вместе с этим устройство оснащено смонтированным на первой каретке средством для дистанционного открывания-закрывания, выполненного в защитной камере выходного отверстия для коллимированного пучка излучения.

Кроме того, первые центрирующие элементы выполнены в виде роликов, смонтированных с возможностью качения по кольцевой направляющей, выполненной на кольцевой опоре.

Технический результат использования изобретения состоит в том, что оно позволяет автоматизировать процесс контроля цилиндрических конструкций благодаря обеспечению возможности автоматизации механического сканирования контролируемой конструкции.

На фиг. 1 схематично показано устройство для контроля цилиндрических конструкций с использованием γ-излучения от радиоактивного источника, смонтированное на металлобетонном контейнере, общий вид (привод поворота поворотного основания условно не показан); на фиг. 2 - то же, вид А на фиг. 1.

В варианте осуществления изобретения устройство используется для контроля, например, металлобетонного контейнера для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива и представляет собой разъемную конструкцию, которая монтируется на контейнере с использованием посадочных мест, предназначенных для установки герметизирующей крышки контейнера.

Устройство для контроля цилиндрических конструкций с использованием γ-излучения от радиоактивного источника содержит опору 1, выполненную в виде крестовины с возможностью закрепления на верхнем торце контролируемой цилиндрической конструкции 2. В варианте осуществления изобретения последняя представляет собой металлобетонный контейнер для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива. На опоре 1 смонтировано поворотное основание 3 с приводом поворота 4. Ось вращения поворотного основания 3 геометрически совмещена с продольной осью 5 контролируемой конструкции (контейнера) 2. Концентрично оси поворотного основания 3 на фундаменте 6 установлена кольцевая опора 7, охватывающая контролируемую конструкцию 2. С кольцевой опорой 7 через первые центрирующие элементы 8 взаимодействует кольцевой элемент 9, связанный с помощью продольных тяг 10 с поворотным основанием 3. В варианте выполнения первые центрирующие элементы выполнены в виде роликов, смонтированных с возможностью качения по кольцевой направляющей 11, выполненной на кольцевой опоре 7. Упомянутые центрирующие элементы могут быть выполнены и в другом виде, например в виде шариков, или может быть применен материал с малым коэффициентом трения.

Устройство снабжено регулируемой опорой 12, выполненной с возможностью размещения внутри контролируемой конструкции 2. Регулируемая опора 12 снабжена вторыми центрирующими элементами 13, взаимодействующими с внутренней поверхностью контролируемой конструкции 2. В варианте выполнения вторые центрирующие элементы 13 выполнены в виде распорных винтов. Устройство содержит первую и вторую каретки 14, 15, установленные с возможностью перемещения по направляющим соответственно 16, 17. Направляющие 16, 17 расположены параллельно продольной оси 5 контролируемой конструкции 2. Верхним концом направляющие 16, 17 соответственно закреплены на поворотном основании 3. При этом направляющие 16 нижним концом смонтированы на регулируемой опоре 12 с возможностью поворота вокруг оси 5, а направляющие 17 нижним концом закреплены на кольцевом элементе 9. В варианте выполнения каждая каретка имеет две направляющие. Возможен вариант выполнения кареток с одной направляющей.

Первая и вторая каретки 14, 15 смонтированы с возможностью синхронного перемещения вдоль продольной оси 5 контролируемой конструкции 2. В варианте выполнения приводы перемещения кареток вдоль упомянутой оси выполнены в виде ходовых винтов 18, 19, неподвижных в осевом направлении, соединенных соответственно с приводами вращения 20, 21. В варианте выполнения изобретения приводы вращения 20, 21 выполнены электромеханическими. В принципе привод вращения может быть и единым для обоих ходовых винтов. Ходовые винты 18, 19 снабжены ходовыми гайками (на чертеже не показаны), которые шарнирно закреплены соответственно в каретках 14, 15. Ходовые винты имеют одинаковый шаг. Каждый из ходовых винтов снабжен датчиком числа оборотов 22.

На первой каретке 14, наполненной с возможностью перемещения внутри контролируемой конструкции 2, смонтирована защитная камера 23 с радиоактивным источником, а на второй каретке 15, выполненной с возможностью перемещения снаружи контролируемой конструкции, смонтирован детектор излучения 24. Защитная камера 23 выполнена с возможностью формирования радиально направленного (относительно продольной оси 5 контролируемой конструкции 2) коллимированного пучка излучения, относительно которого сориентирован детектор излучения 24. В варианте выполнения на первой каретке 14 смонтировано средство дистанционного открывания-закрывания (на чертеже не показано), выполненного в защитной камере 23 выходного отверстия для коллимированного пучка излучения. В качестве радиоактивного источника применен паспортизированный изотоп ⁶⁰Co в виде стандартного закрытого источника типа ГИК 2 - 17 активностью 10¹¹Бк.

Приводы перемещения кареток связаны с дистанционным блоком управления (на чертеже не показан), подключенным к ЭВМ.

В варианте осуществления изобретения устройство также включает концевые выключатели, взаимодействующие соответственно с поворотным основанием и каретками, и датчик угла поворота поворотного основания (на чертеже не показано). Последние, а также датчик числа оборотов 22 через дистанционный блок управления подключены к ЭВМ.

Устройство для контроля цилиндрических конструкций с использованием γ-излучения от радиоактивного источника работает следующим образом.

Перед началом работы каретки 14, 15 посредством дистанционного блока управления, связанного с ЭВМ, устанавливают в исходное положение, при котором они занимают крайнее верхнее положение относительно ходовых винтов соответственно 18, 19, а поворотное основание 3 взаимодействует с соответствующим концевым выключателем. С помощью средства открывания-закрывания открывают выходное отверстие в защитной камере 23. После этого устройство готово к работе. По команде оператора через ЭВМ начинают сеанс контроля. С помощью привода поворота 4 приводят во вращение поворотное основание 3, совместно с которым начинают поворачиваться относительно продольной оси 5 контролируемой конструкции закрепленные на поворотном основании направляющие 16, 17 с каретками 14, 15. При этом выходное отверстие в защитной камере 23 и детектор излучения 24 сохраняют взаимное положение относительно друг друга. Информация о текущих координатах кареток от датчика угла поворота поворотного основания 3 и датчиков числа оборотов 22 ходовых винтов 18, 19, а также о регистрируемой детектором излучения 24 плотности потока гамма-излучения, прошедшего через стенку контролируемой конструкции 2, через равные заданные интервалы времени передается в память ЭВМ. На дисплей ЭВМ информация выводится в удобном для пользователя виде. После поворота поворотного основания 3 на угол, например, 361^o оно в результате срабатывания соответствующего концевого выключателя останавливается, и ЭВМ выдает команду на перемещение первой и второй кареток 14, 15 вниз вдоль продольной оси 5 контролируемой конструкции на заданное расстояние, например, кратное шагу ходовых винтов 18, 19. После остановки кареток 14, 15 посредством ЭВМ снова приводят во вращение поворотное основание 3, но уже в обратном направлении, при этом повторяется та же процедура гамма-дефектоскопии. Таким образом, последовательно автоматически осуществляется механическое сканирование контролируемой цилиндрической конструкции (МБК) 2 коллимированным пучком γ-излучения.

По окончании гамма-дефектоскопии контролируемой цилиндрической конструкции 2 срабатывают соответствующие концевые выключатели, в результате чего посредством дистанционного блока управления каретки 14, 15 и поворотное основание 3 возвращаются в исходное положение, и закрывается выходное отверстие в защитной камере 23. На этом сеанс гамма-дефектоскопии завершается.

Наряду с работой по заданной программе в автоматическом режиме, устройство может работать в режиме ручного управления, который может быть использован, например, при настроечных, тестовых или профилактических работах, а также в случае нештатной ситуации.

Таким образом, благодаря особенностям выполнения устройства для контроля цилиндрических конструкций с использованием γ-излучения от радиоактивного источника изобретение позволяет автоматизировать процесс контроля цилиндрических конструкций, в частности изделий большой массы и габаритов, каковыми являются металлобетонные контейнеры для транспортировки и/или хранения OЯT. При этом изобретение позволяет осуществлять как контроль качества бетонного заполнения корпуса металлобетонного контейнера, так и контроль радиационно-защитных свойств контейнера в соответствии с правилами и нормами, действующими в атомной энергетике.

Формула изобретения

1. Устройство для контроля цилиндрических конструкций с использованием γ-излучения от радиоактивного источника, содержащее выполненную с возможностью перемещения внутри контролируемой цилиндрической конструкции вдоль продольной оси последней каретку, на которой смонтирована защитная камера с радиоактивным источником, привод перемещения каретки вдоль упомянутой оси и дистанционный блок управления, связанный с приводом перемещения каретки, отличающееся тем, что оно снабжено опорой, выполненной с возможностью закрепления на торце контролируемой конструкции, смонтированным на упомянутой опоре поворотным основанием с приводом поворота, при этом ось вращения поворотного основания геометрически совмещена с продольной осью контролируемой конструкции, кольцевой опорой, установленной с возможностью контактирования с фундаментом концентрично оси поворотного основания с возможностью размещения внутри нее контролируемой конструкции, кольцевым элементом, взаимодействующим через первые центрирующие элементы с кольцевой опорой и связанным с помощью продольных тяг с поворотным основанием, регулируемой опорой, выполненной возможностью размещения внутри контролируемой конструкции и снабженной вторыми центрирующими элементами, взаимодействующими с внутренней поверхностью последней, смонтированной с возможностью синхронного перемещения с первой кареткой второй кареткой, на которой смонтирован детектор излучения, каретки установлены с возможностью перемещения каждая по меньшей мере по одной направляющей, закрепленной верхним концом на поворотном основании и расположенной параллельно продольной оси контролируемой конструкции, при этом направляющая первой каретки смонтирована с возможностью поворота на упомянутой регулируемой опоре, а направляющая второй каретки нижним концом закреплена на упомянутом кольцевом элементе, причем защитная камера выполнена с возможностью формирования радиально направленного коллимированного пучка излучения, относительно которого сориентирован детектор излучения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно оснащено смонтированным на первой каретке средством для дистанционного открывания-закрывания выполненного в защитной камере выходного отверстия для коллимированного пучка излучения.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первые центрирующие элементы выполнены в виде роликов, смонтированных с возможностью качения по кольцевой направляющей, выполненной на кольцевой опоре.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2