安全保障水池清淤机器人的设计及制造.pdf
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1、中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期:2023 年 12 月 21 日 作者简介:苏志伟(1990),男,汉族,河北衡水人,工程师,中国核动力研究设计院,主要从事反应堆检修及核级设备检修。-48-安全保障水池清淤机器人的设计及制造 苏志伟1(通讯作者)苏志勇1 陈浩森1 王晔晗1 丁雪东2 1.中国核动力研究设计院第一研究所,四川 成都 610213 2.中国船舶集团渤海造船有限公司,辽宁 葫芦岛 125001 摘要:摘要:以我国压水堆的安全保障水池定期清淤为研究内容,对安全保障水池清淤机器人的结构设计、样机制造、使用方式等内容进行了详细介绍。基于 ANSYS 软件对管道内部压力分布、速度分
2、布进行了仿真分析,仿真结果符合设计要求。结合市场成熟产品及技术,确定了主要设备的选型及参数,通过实体样机加工制作及应用,对清淤机器人设计的合理性、可靠性进行了验证。关键词:关键词:压水堆;安全保障水池;清淤机器人;ANSYS 中图分类号:中图分类号:TP242 0 引言 目前,针对水池清淤,技术较为成熟并形成产品的主要有挖掘机干地开挖、抓斗挖泥船、绞吸式挖泥船,环保绞吸式挖泥船和气动泵船等。挖掘机干地开挖的操作流程为抽干水后进行挖掘式作业。其优点为污染小,工作效率高,但是其局限性限制了清淤水库的规模;抓斗挖泥船的工作流程为将船只行驶到指定淤积位置,之后绞车下放绳索,通过抓斗直接进行挖掘,其作业
3、过程中容易造成二次污染,工作效率较低,适合在浅水区且对水体环境无要求的环境中作业;绞吸式挖泥船的操作流程为将船只开往作业水域附近,开启绞刀和泥泵,通过绞和吸的过程将淤泥吸入收集池,作业污染程度中等,工作效率一般,其作业环境要求为浅水区且对水体环境要求不高的区域;气动泵船的操作流程为利用真空负压吸走淤泥,其作业的污染程度轻,工作效率尚可,工作水深最深可达 200m,可以对大多数水体进行清淤作业1-3。传统的水池清淤主要包括以下几种方式:作业人员进入池内利用泥浆泵、消防水将淤积物冲吸并排至市政污水管网;利用污水净化车的真空泵抽吸池内淤积物,并配合高压水枪冲洗,抽吸出的淤积物在污水净化车内进行分离,
4、杂物被分离、甩干并装袋后作为生活垃圾处置,污水排入市政(下游)污水管网;利用各种爬行机器人(车),利用水流冲刷及潜水泵排污原理进行水池清淤4-7。安全保障水池作为压水堆的重要安全保障设施,承担了反应堆正常运行时的供水及最终水源等重要功能。根据核电站关于安全保障水池定期检查及试验的相关规定,需要定期对安全水池进行清淤工作,以保证其稳定的使用性能8。结合安全保障水池厂外取水特点,特别是在雨季、洪水等特殊情况下,会有大量泥沙经过场外取水系统进入安全保障水池。沉降的淤泥严重影响了安全储水量的安全要求,对安全保障水池应急功能的正常使用带来了极大的隐患。同时,大量的泥沙进入系统后,对阀门、泵体、管道、设备
5、等造成磨损,降低设备的使用寿命9。针对安全保障水池的特点,传统的安全保障水池清淤主要实现方式为:完全排尽池水自然晾晒若干天消防车高压冲洗人工铲除往复清洗最终注水,具体如图 1,图 2 所示。该方式效率较低,严重制约核电站的生产进度,同时还存在耗费较大人力物力、清淤效果差等问题。极有必要加强对机械化、自动化、小型化、高通用性的清淤机器人研究,以提高核电站安全性及生产效率。图 1 人工搅拌并清淤 中国科技期刊数据库 工业 A 图 2 人工高压水冲洗 1 设计原理 考虑安全保障水池水泥底面积泥沙的特点,选用坦克式履带的行走方式。为有效解决清淤机器人灵活转向及清淤死角问题,采用每条履带独立液压缸驱动的
6、驱动方式。采用四台大功率泥沙泵对称布置,每台泥沙泵配置大功率搅拌桨的方式,解决池底泥沙较厚(约 0.5m)及池底泥沙板结较硬的问题。采用泵吸入口与底面一定高度距离的方式解决设备对安全保障水池底面误伤及污水泵入口工作效率问题。采用电磁阀液力控制及远程无线遥控方案,解决远程无线控制问题。采用全液压驱动方式,解决大扭矩稳定运行的问题。整体结构采用槽钢及标准钢管材料,解决使用、维护成本问题。2 加工制作及型号选择 表 1 使用的主要材料清单 序号 名称 规格/材质 1.泥沙泵 80NSQ70-20-7.5 2.槽钢 10a 3.立柱钢管 89*6 20#4.辅助钢管 1 34*3 20#5.辅助钢管
7、2 20*3 Q235 6.扁钢 120*12 7.花纹铝板 t=5 8.不锈钢管 76*3 304 76*3 304 9.螺纹接头 DN10 10.高压软管 DN10 11.旋入螺纹接头 DN10 12.岸接转换接头 DN65 13.焊材 CHE50 清淤机器人主要结构及尺寸如下:泥沙泵吸入口距离池底面不高于 100mm;主体平台采用槽钢制作,上部满铺钢板,四周加装踢脚板;栏杆一端加设内开门,并设置止挡防止外开;支架立柱采用钢管制作,与平台及履带底座焊接连接,并加设肘板等措施进行加强,支架立柱间进行拉撑连接;依据车体实际尺寸制作不锈钢直梯一部,安装于平台开门侧便于操作人员攀爬;平台进行打磨、
8、涂刷防锈漆;泥沙泵、履带底盘控制柜可靠固定在平台栏杆上,连接线缆、管路固定;制作完成后试运转,机器人可以自由移动,泥沙泵及液压站正常运转,无泄漏、异响、卡滞等异常现象。使用的主要材料及型号如表 1 所示。基于以上分析及加工制作要求,加工制作了一套安全保障水池清淤机器人样机,通过对样机进行调试,满足项目使用要求。具体结构如图 3 所示。1-样机侧面展示图 2-样机正面展示图 3-样机轴侧展示图 49中国科技期刊数据库 工业 A 4-电磁阀控制展示图 图 3 安全保障水池清淤机器人样机 3 实现方式 具体清淤实施步骤为:反应堆停堆后将安全水池水位排至 1.7m 以下(清淤机器人站立平台 1.7m)
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