CN109406211A - 放射性物料自动取样装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及放射性物料自动取样装置，包括气动送样收发装置、旋转机械臂组件和取样器组件；所述取样器组件、气动送样收发装置和旋转机械臂组件均设置于上箱体内部；所述旋转机械臂组件用于将取样瓶在所述气动送样收发装置和所述取样器组件之间运输。本发明的有益效果如下：本发明的自动取样装置，采用伺服电机和电缸驱动，能在程序控制下，自动完成取样瓶的接收、取样、清洗、送样等全部流程，大大提高了取样效率和操作准确性，可靠性高且便于检修，降低了操作人员受辐照的风险。

Description

放射性物料自动取样装置

技术领域

本发明属于核燃料后处理技术领域，具体涉及一种放射性物料的自动取样装置。

背景技术

核燃料后处理过程的物料大多具有可流动性，其放射性强、毒性大，必须要在有厚混凝土防护的密封室中进行，并实行远距离操作、检测及控制。为了通过取样分析及时准确的获取工艺运行信息，不仅对取样量和代表性有要求，还必须在密闭且具有生物屏蔽的环境中实现间接取样，再将放射性样品通过气动送样远距离传送到分析实验室进行分析。

我国现有核化工工程中，采用自主开发的取样柜，部分关键装置存在设计缺陷，操作困难且故障频繁，整个取送样过程均需要人员手动操作，受辐照风险高，自动化程度很低，很难达到工厂正常取送样需求。

针对以上要求，本发明提出一种具有屏蔽防护能力的自动取样装置，能在程序控制下实现对放射性料液的自动取样、送样过程，大大提高了自动化程度，并且能实现间接维修和更换，减少人员受辐照风险。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种放射性物料自动取样装置，能够实现自动取样功能减少操作人员受到的辐照风险。

本发明的技术方案如下：

放射性物料自动取样装置，包括气动送样收发装置、旋转机械臂组件和取样器组件；

所述取样器组件、气动送样收发装置和旋转机械臂组件均设置于上箱体内部；

所述旋转机械臂组件用于将取样瓶在所述气动送样收发装置和所述取样器组件之间运输及完成取样操作。

进一步地，上述的放射性物料自动取样装置，取样器组件布置在取样装置底部中央，包括圆形取样平台，所述取样平台上均布有8～10个集成式取样器，所述集成式取样器的贮槽与料液管路相连，取样针组件通过旋转卡箍结构固定在所述集成式取样器上。

进一步地，上述的放射性物料自动取样装置，所述气动送样收发装置包括第一伺服电机、第一传动机构、收发舱、舱盖、密封垫圈、送样管路和舱盖开关装置；所述送样管路与所述收发舱连接；所述收发舱和所述舱盖与所述舱盖开关装置连接；所述密封垫圈安装于所述舱盖上；所述第一伺服电机通过所述第一传动机构驱动所述舱盖开关装置以开启关闭所述舱盖。

进一步地，上述的放射性物料自动取样装置，所述舱盖开关装置包括螺杆、螺杆座、驱动支板、连杆和支座；所述收发舱的开口正对所述舱盖；所述支板和所述舱盖通过连杆连接；所述螺杆一端与所述第一传动机构连接，另一端穿过所述支板与固定于所述收发舱尾部的螺杆座连接，能够驱动所述驱动支板和所述舱盖沿着所述连杆移动。

进一步地，上述的放射性物料自动取样装置，所述第一传动机构包括密封轴套、旋转轴和万向联轴器；所述旋转轴设置于所述密封轴套内，一端与所述第一伺服电机连接，另一端通过万向联轴器输出给所述舱盖开关装置。

进一步地，上述的放射性物料自动取样装置，所述旋转机械臂组件包括第二伺服电机、伺服电缸、旋转轴、密封轴套、齿轮、悬臂和取样瓶抓取组件；

伺服电缸与旋转轴连接以驱动所述旋转轴上下运动；

所述第二伺服电机与所述齿轮连接；所述旋转轴通过花键与所述齿轮连接以便于能在第二伺服电机的驱动下实现旋转运动；所述悬臂通过万向联轴器安装于所述旋转轴上，所述取样瓶抓取组件设置于所述悬臂末端。

进一步地，上述的放射性物料自动取样装置，所述旋转轴下端通过联轴器连接有与所述旋转轴同心设置的伸缩套筒。

进一步地，上述的放射性物料自动取样装置，还包括与所述上箱体竖直布置的下箱体，所述取样器组件的料液管路设置于所述下箱体内；所述上箱体和下箱体外部设置有屏蔽层。

进一步地，上述的放射性物料自动取样装置，还包括进排风装置和去污装置；所述进排风装置设置在所述屏蔽层顶部，包括分别设置在顶部两侧的进风过滤器和排风过滤器；所述进风过滤器通过设置在上箱体内部的风管和异径头与所述上箱体内部空间连通。所述排风过滤器直接与所述上箱体(2)内部空间连通；所述去污装置包括地漏、通过管路连接的活动冲洗管接头与上水管接头；地漏设置在上箱体底板的最低处。

进一步地，上述的放射性物料自动取样装置，还包括照明装置、窥视窗、双盖转运接口、袋封密封门和小型关节机械手；所述照明装置设置于所述上箱体的顶端；所述窥视窗贯穿所述屏蔽层和上箱体；所述双盖转运接口和袋封密封门均安装在所述上箱体上；所述小型关节机械手贯穿所述屏蔽层和上箱体，可与所述双盖转运接口或袋封密封门配合，实现检修操作及将物料转运进出所述上箱体。

本发明的有益效果如下：

1)本发明的自动取样装置，采用伺服电机和电缸驱动，能在程序控制下，自动完成取样瓶的接收、取样、清洗、送样等全部流程，大大提高了取样效率和操作准确性；

2)取样装置本身具有屏蔽防护能力，密封的箱体及进排风装置提供的负压实现放射性物料的密闭包容，正常取样过程中，人员只需通过电控柜远距离控制，无需在取样装置内直接操作，避免了受辐照的风险，确保操作人员安全；

3)伺服电机和伺服电缸等驱动机构均布置在箱体外部，检修更换方便快捷，驱动设备均设置有手轮，系统出现异常时，也可手动操作完成取样流程；

4)取样针组件、取样瓶抓取组件等易损件采用模块化设计，均可使用机械手进行远距离安装和拆卸。旋转机械臂组件可在断开联轴器后，同其中的密封部件一起通过顶部袋封更换。

附图说明

图1为本发明放射性物料自动取样装置的结构示意图。

图2为图1中AA向的剖面结构示意图。

图3为取样器组件的结构示意图。

图4为气动送样收发装置的结构示意图。

图5为旋转机械臂组件的结构示意图。

上述附图中，1、下箱体；2、上箱体；3、取样器组件；4、屏蔽层；5、袋封密封门；6、风管；7、异径头；8、照明装置；9、进风过滤器；10、第二伺服电机；11、伺服电缸；12、旋转机械臂组件；13、排风过滤器；14、上水管接头；15、小型关节机械手；16、双盖转运接口；17、活动冲洗管接头；18、地漏；19、窥视窗；20、取样平台；21、气动送样收发装置；22、第一伺服电机；23、集成式取样器；24、取样针组件；25、密封轴套；26、旋转轴；27、万向联轴器；28、驱动支板；29、螺杆；30、螺杆座；31、支座；32、连杆；33、舱盖；34、收发舱；35、密封垫圈；36、送样管路；37、联轴器；38、连接组件；39、电缸支座；40、齿轮；41、电机支架；42、密封轴套；43、旋转轴；44、万向联轴器；45、悬臂；46、联轴器；47、伸缩套筒；48、取样瓶抓取组件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1和图2所示，本发明提供了提供一种放射性物料自动取样装置，包括气动送样收发装置21、旋转机械臂组件12和取样器组件3；所述取样器组件3、气动送样收发装置21和旋转机械臂组件12均设置于上箱体2内部；所述旋转机械臂组件12用于将取样瓶在所述气动送样收发装置21和所述取样器组件3之间运输及完成取样操作。

如图3所示，取样器组件3布置在取样装置底部中央，包括圆形取样平台20，所述取样平台20上均布有8～10个集成式取样器23，所述集成式取样器23的贮槽与料液管路相连，取样针组件24通过旋转卡箍结构固定在所述集成式取样器23上，能通过机械手实现远距离快速更换。料液管路从下箱体1底部伸出取样装置，与下方设备室内对应管路相连。

如图4所示，气动送样收发装置21包括第一伺服电机22、第一传动机构、收发舱34、舱盖33、密封垫圈35、送样管路36和舱盖开关装置；所述送样管路36与所述收发舱34连接；所述收发舱34和所述舱盖33与所述舱盖开关装置连接；所述密封垫圈35安装于所述舱盖33上；所述第一伺服电机22通过所述第一传动机构驱动所述舱盖开关装置以开启关闭所述舱盖33。所述舱盖开关装置包括螺杆29、螺杆座30、驱动支板28、连杆32和支座31；所述收发舱34的开口正对所述舱盖33；所述驱动支板28和所述舱盖33通过连杆连接；所述螺杆29一端与所述第一传动机构连接，另一端穿过所述支板28与固定于所述收发舱34尾部的螺杆座30连接，能够驱动所述驱动支板28和所述舱盖33沿着所述连杆移动。所述第一传动机构包括密封轴套25、旋转轴26和万向联轴器27；所述旋转轴26设置于所述密封轴套25内，一端与所述第一伺服电机22连接，另一端通过万向联轴器27输出给所述舱盖开关装置。第一伺服电机22带有控制和反馈系统，能精确控制转速。第一伺服电机22提供动力给旋转轴26，从而带动螺杆29旋转运动。驱动支板28上有与螺杆29配合的螺孔，在螺杆29的驱动下，将螺旋运动转化为直线运动，通过连杆32带动舱盖33一起同步运动，从而实现舱盖33的开启和关闭，同时能够提供足够的压紧力给安装在舱盖33上的密封垫圈35，实现舱盖33关闭时收发舱34的密封。通过密封轴套25实现旋转轴26穿过上箱体2时的密封。收发舱34和支座31一起通过螺栓安装在上箱体2的焊接垫板上，检修时可拆下取出。

如图5所示，旋转机械臂组件12包括第二伺服电机10、伺服电缸11、旋转轴43、密封轴套42、齿轮40、悬臂45和取样瓶抓取组件48。旋转机械臂组件12安装在上箱体中部取样器组件3正上方，可在布置于取样装置顶部的伺服电缸11和第二伺服电机10驱动下实现升降运动和360°旋转运动。伺服电缸11与旋转轴43连接以驱动所述旋转轴43上下运动；所述第二伺服电机10与所述齿轮40连接；所述旋转轴43通过花键与所述齿轮40连接以便于能在第二伺服电机10的驱动下实现旋转运动；所述悬臂45安装于所述旋转轴43上，所述取样瓶抓取组件48设置于所述悬臂45末端。所述旋转轴43下端通过联轴器46连接有与所述旋转轴43同心设置的伸缩套筒47。伺服电机10和伺服电缸11均能精确控制，且设有反馈系统，能随时监测运动位置，同时设有手轮，在事故工况下，能手动操作完成取样流程。电机支架41通过螺栓固定在顶屏蔽层上，伺服电缸11与电缸支座39联接，和第二伺服电机10一起通过螺栓固定在电机支架41上。伺服电缸11通过联轴器37和连接组件38和旋转轴43连接，驱动旋转轴43实现上下运动。旋转轴43上设有花键，花键与齿轮40配合，能在伺服电机10的驱动下，实现旋转轴43的旋转运动，通过密封轴套42实现旋转轴43穿过上箱体2时的密封。在电机支架41上齿轮40正上方的位置设置位置监测传感器，能够给电机自带反馈系统校准，保证定位准确性。悬臂45通过万向联轴器44与旋转轴43连接，取样瓶抓取组件48布置在悬臂45末端，位置与集成式取样器23在取样平台20上的位置对应，保证取样瓶抓取组件48抓取取样瓶后，能在旋转轴43带动下，运动到集成式取样器23正上方，完成插针取样操作。伸缩套筒47安装在悬臂45正下方，与旋转轴43同心，通过联轴器46与悬臂45联接，能够改善旋转机械臂组件12取样时受力不均的情况，在伸缩套筒47上设有针对旋转机械臂组件12的旋转角度和轴向位置的机械限位结构，保证在控制系统和反馈系统均失灵的情况下，也不会在指定位置外进行操作损坏设备。

如图1所示，本实施例中还包括与所述上箱体2竖直布置的下箱体1，上箱体2和下箱体1均由不锈钢材料制造而成，耐酸碱腐蚀，且能分别实现各自箱体的密封，避免放射性物质外溢。所述取样器组件3的料液管路设置于所述下箱体1内；所述上箱体2和下箱体1外部设置有铸铁或碳钢材料的屏蔽层4，厚度由对应待取样料液性质决定，保证取样装置外操作人员不会受到辐照危害。

在所述屏蔽层4顶部设置有进排风装置，包括分别设置在顶部两侧的进风过滤器9和排风过滤器13；所述进风过滤器9通过设置在上箱体2内部的风管和异径头与所述上箱体2内部空间连通，所述排风过滤器13直接与所述上箱体2内部空间连通。排风装置用于为上箱体2提供负压，以确保放射性料液产生的放射性毒素和α气溶胶不会溢出箱体，避免对人员造成伤害。照明装置8设置于所述上箱体2的顶端，用于提供箱室内部的照明。

去污装置包括地漏18、通过管路连接的活动冲洗管接头17与上水管接头14；所述管路为耐酸碱软管，地漏18用于污水排出，设置在上箱体2底板的最低处。检修时，应先将管路内料液全部倒空，再用关节机械手15夹持活动冲洗管接头17冲洗上箱体2内壁及箱体内设备，冲洗后的污水经由地漏18排出。

窥视窗19贯穿所述屏蔽层4和上箱体2，设置在取样装置操作区一侧，由耐辐照玻璃、抗辐照玻璃和钢化玻璃按照一定的比例组合而成，能提供与屏蔽层4等效的防护能力。

本实施例中还包括物料转运装置，包括设置在上箱体2上的袋封密封门5和双盖转运接口16。袋封密封门5用密封袋对干净物料进行密封，然后转运进取样装置。双盖转运接口16可以与Padirac或DPTE对接，以实现固体废物的转出，其中使用Padirac装置转运高放固体废物，使用DPTE装置转运中低放固体废物，必要时也可通过该双盖接口转入物料，通过上述方式能实现取样装置与外界之间物料的安全转运。

本实施例中的检修装置主要包括小型关节机械手15、顶部袋封装置、袋封密封门5。本技术领域的关节机械手包括有大小两种尺寸形式，本实施例中的小型关节机械手为本领域的小尺寸关节机械手。取样装置最主要的易损件为取样针组件24，该组件采用旋转卡箍模块化设计，检修时可使用小型关节机械手15直接远距离拆卸更换，废弃取样针通过双盖转运接口16转出，新取样针通过袋封5或双盖转运接口16转入。同理，取样瓶抓取组件48等小型易损部件，也可通过上述方式检修更换。电机等驱动设备均布置在屏蔽层4外侧，可直接实现检修操作。旋转机械臂组件12检修时，需先将顶部的第二伺服电机10、伺服电缸11、传动机构，固定机构等部件都拆卸移走，断开旋转轴43和悬臂45之间的联轴器44，再将旋转轴43连同密封结构一起抽出，通过顶部袋封装置转移至检修场所，新的旋转轴和密封结构一起通过上述过程的逆步骤装回取样装置。其他非易损设备出现故障时，可在撤源并充分冲洗去污后，人员通过袋封检修门5，进入上箱体2内直接维修。

正常运行时，该自动取样装置的具体操作方法如下

1)后处理厂控制中心发出取样指令，通过位于分析中心的空样品瓶供给装置，将预处理过的空取样瓶通过气动送样系统送入取样装置内的气动送样收发装置21。

2)开启料液循环系统，待取样料液通过真空辅助空气提升系统从贮槽提升到取样装置内的集成式取样器23内，并在取样器中通过溢流循环一定时间以保证待取样料液具有代表性。

3)悬臂45在伺服电缸11驱动下提升至上极限位置，第二伺服电机10通过齿轮40传动，带动旋转轴43转动到气动送样收发装置21所在位置。

4)第一伺服电机22驱动螺杆29转动，驱动气动送样收发装置舱盖33开启，最终位置与集成式取样器23布置的分度圆直径一致。伺服电缸11驱动机械臂下降到指定位置，取样瓶抓取组件48抓取取样瓶，然后悬臂45上升到上极限位置，舱盖33复位，回到关闭位置。

5)悬臂45带动取样瓶一起旋转到指定取样器正上方，伺服电缸11驱动悬臂45快速下降，迫使取样瓶插到正下方的取样针组件24上，料液经由取样针被吸到事先抽真空的空取样瓶内。待取样瓶内充入足够料液后，悬臂45上升至上极限位置，使取样瓶与取样针分离，并旋转至气动送样收发装置21所在位置。

6)气动送样收发装置舱盖33开启至指定位置，悬臂45下降至抓取位置，取样瓶抓取组件48松开取样瓶，使取样瓶落回舱盖33上的凹槽内，悬臂45上升至上极限位置，舱盖33关闭保证收发舱34密封，启动气动送样系统，将取样瓶送往相应分析线。

7)停止料液循环系统，待料液自行回流至贮槽，整个取样流程结束。

整个流程均可由程序控制自动完成，取样装置的控制程序要和气动送样系统密切配合，并入后处理厂全厂综合控制系统中。取样过程可以在控制中心监控下全自动进行，为保证安全可靠，也可以由操作人员在现场操控电控柜，在通过窥视窗19监视的情况下，用半自动方式逐步进行上述操作流程。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.放射性物料自动取样装置，其特征在于：包括气动送样收发装置(21)、旋转机械臂组件(12)和取样器组件(3)；

所述取样器组件(3)、气动送样收发装置(21)和旋转机械臂组件(12)均设置于上箱体(2)内部；

所述旋转机械臂组件(12)用于将取样瓶在所述气动送样收发装置(21)和所述取样器组件(3)之间运输及完成取样操作。

2.如权利要求1所述的放射性物料自动取样装置，其特征在于：取样器组件(3)布置在取样装置底部中央，包括圆形取样平台(20)，所述取样平台(20)上均布有8～10个集成式取样器(23)，所述集成式取样器(23)的贮槽与料液管路相连，取样针组件(24)通过旋转卡箍结构固定在所述集成式取样器(23)上。

3.如权利要求1所述的放射性物料自动取样装置，其特征在于：

所述气动送样收发装置(21)包括第一伺服电机(22)、第一传动机构、收发舱(34)、舱盖(33)、密封垫圈(35)、送样管路(36)和舱盖开关装置；所述送样管路(36)与所述收发舱(34)连接；所述收发舱(34)和所述舱盖(33)与所述舱盖开关装置连接；所述密封垫圈(35)安装于所述舱盖(33)上；所述第一伺服电机(22)通过所述第一传动机构驱动所述舱盖开关装置以开启关闭所述舱盖(33)。

4.如权利要求3所述的放射性物料自动取样装置，其特征在于：所述舱盖开关装置包括螺杆(29)、螺杆座(30)、驱动支板(28)、连杆(32)和支座(31)；所述收发舱(34)的开口正对所述舱盖(33)；所述驱动支板(28)和所述舱盖(33)通过连杆连接；所述螺杆(29)一端与所述第一传动机构连接，另一端穿过所述驱动支板(28)与固定于所述收发舱(34)尾部的螺杆座(30)连接，能够驱动所述驱动支板(28)和所述舱盖(33)沿着所述连杆移动。

5.如权利要求3所述的放射性物料自动取样装置，其特征在于：所述第一传动机构包括密封轴套(25)、旋转轴(26)和万向联轴器(27)；所述旋转轴(26)设置于所述密封轴套(25)内，一端与所述第一伺服电机(22)连接，另一端通过万向联轴器(27)输出给所述舱盖开关装置。

6.如权利要求1所述的放射性物料自动取样装置，其特征在于：所述旋转机械臂组件(12)包括第二伺服电机(10)、伺服电缸(11)、旋转轴(43)、密封轴套(42)、齿轮(40)、悬臂(45)和取样瓶抓取组件(48)；

伺服电缸(11)与旋转轴(43)连接以驱动所述旋转轴(43)上下运动；

所述第二伺服电机(10)与所述齿轮(40)连接；所述旋转轴(43)通过花键与所述齿轮(40)连接以便于能在第二伺服电机(10)的驱动下实现旋转运动；所述悬臂(45)通过万向联轴器(44)安装于所述旋转轴(43)上，所述取样瓶抓取组件(48)设置于所述悬臂(45)末端。

7.如权利要求6所述的放射性物料自动取样装置，其特征在于：所述旋转轴(43)下端通过联轴器(46)连接有与所述旋转轴(43)同心设置的伸缩套筒(47)。

8.如权利要求1-7任一所述的放射性物料自动取样装置，其特征在于：还包括与所述上箱体(2)竖直布置的下箱体(1)，所述取样器组件(3)的料液管路设置于所述下箱体(1)内；所述上箱体(2)和下箱体(1)外部设置有屏蔽层(4)。

9.如权利要求8所述的放射性物料自动取样装置，其特征在于：还包括进排风装置和去污装置；所述进排风装置设置在所述屏蔽层(4)顶部，包括分别设置在顶部两侧的进风过滤器(9)和排风过滤器(13)；所述进风过滤器(9)通过设置在上箱体(2)内部的风管(6)和异径头(7)与所述上箱体(2)内部空间连通；所述排风过滤器(13)直接与所述上箱体(2)内部空间连通；所述去污装置包括地漏(18)、通过管路连接的活动冲洗管接头(17)与上水管接头(14)；地漏(18)设置在上箱体(2)底板的最低处。

10.如权利要求9所述的放射性物料自动取样装置，其特征在于：还包括照明装置(8)、窥视窗(19)、双盖转运接口(16)、袋封密封门(5)和小型关节机械手(15)；所述照明装置(8)设置于所述上箱体(2)的顶端；所述窥视窗(19)贯穿所述屏蔽层(4)和上箱体(2)；所述双盖转运接口(16)和袋封密封门(5)均安装在所述上箱体(2)上；所述小型关节机械手(15)贯穿所述屏蔽层(4)和上箱体(2)，可与所述双盖转运接口(16)或袋封密封门(5)配合，实现检修操作及将物料转运进出所述上箱体(2)。