江苏省城市放射性废物库的主要任务是解决本省科研、教学、医疗及其他放射性同位素和核技术应用过程中产生的废物(不包括液体废物)和废放射源的暂时贮存, 使其不影响环境安全。这些废物装在直径385mm, 高450mm的玻璃钢结构的圆桶中, 由专门的废物收贮运输车运至废物库, 按长方形分层堆放。工作人员在库房内直接操作行车对废物桶进行人工吊装。废物库房内存在放射性, 工作人员受到一定剂量的辐射照射; 人工吊装操作的劳动强度较大、精确性较低。

为了尽量降低吊装废物桶工作人员所受到的辐射照射, 减轻工作人员的劳动强度, 提高吊装的自动化程度, 实现远程控制操作^[1], 用纯机械自动吊具、钢性伸缩机构、变频调速技术以及远程控制设备对江苏省城市放射性废物库房行车进行了技术改造。

1 概述

江苏省城市放射性废物库房行车为3.2t电动双梁行车, 变频提升速度0.2 ~ 2m/min, 大车运行速度0.8 ~ 10m/min, 小车运行速度0.8 ~ 6m/min。对系统相关运行参数进行安全监控。

1.1 改造要求

针对原行车使用中的不足, 对改造的要求如下: ①在与库房隔离的操作室内, 实现废物桶的远程吊装过程; ②大小车启动、停止及行走平稳, 实现吊具的精确定位; ③自动吊具可以较方便地进行更换, 以适应今后使用的变化。

1.2 改造方案

通过对几个其他放射性废物库的考察, 形成如下的技术方案: ①库房外设操作室, 工作人员在操作室内实现吊装远程控制, 减少进入库房时间; ②保留原地面操作系统, 是远程控制失效时的备用方案; ③大小车采用变频调速技术, 使启动与停止平稳, 通过对控制器的设置实现精确定位; ④工作人员借助视频监视系统进行操作, 并从各个方向实时观察行车、吊具的工况。

1.3 远程吊装方式

目前来看, 远程控制吊装放射性废物桶有以下几种方式。

1.3.1 自控行车

此方式由PLC与测量仪(如磁栅尺、旋转编码器、激光测距仪等)组成行车自控系统, 通过计算机对行车的运行作精确定位, 然后对吊具动力设备(液压、气压、电动、电磁等)进行自动操作, 实现远程自动控制吊装废物桶。这种方式适用于较强放射性且使用频率较高的场所, 不足之处是需较高的投入。核电站废物库大多使用自控行车。

1.3.2 自控移载车

此方式将自控行车的功能与废物桶吊装、转移的特殊需求结合于一体, 组成一辆可以在地面行走的移载车, 能以较高的速度运行, 且大大节省了库房空间, 不足之处是维护保养需较多投入。目前仅有个别放射性废物库使用此方式。

1.3.3 遥控行车

在普通遥控行车的基础上, 仅加装废物桶专用的吊具, 即可实现吊装过程的远程控制。吊具可采用遥控操作与纯机械自动两种。缺点是对工作人员操作水平有一定的要求。西北某放射性废物库有两台遥控行车分别加装了这两种吊具, 使用情况良好。

比较上述几种吊装方式后确定江苏省城市放射性废物库行车技术改造采用纯机械自动吊具, 配套钢性伸缩机构、变频调速技术以及远程控制设备, 以较为经济实用的方式实现改造要求。

2 远程控制的组成 2.1 变频调速技术

系统上电后, 在无故障反馈的情况下, 操作员给出操纵指令。PLC程序根据操纵指令首先发定向指令给变频器, 并监视变频器输出力矩达到启动开刹车力矩值时打开刹车, 然后按操作指令以各档速度运行。电机运行速度由PG光电编码器反馈给变频器, 构成速度反馈闭环电流矢量控制, 从而达到高精度速度控制和力矩控制; 通过速度反馈控制卡监视输出分频到PLC高频脉冲输入端子, 用于程序中的速度控制与监视。在大小车速度为0.8m/min时, 操作人员完全有把握控制运行精度小于6mm。

2.2 远程控制设备

视频遥控操作系统设置在库房操作室内的操作台上, 用于在操作室内对行车的吊装过程进行远程遥控操作, 配置监视器及遥控设备。通过与行车配套安装的带照明的摄像头, 以便在操作时能即时观察库房内情况。

3 自动吊装关键组成部件 3.1 纯机械自动吊具

动作方式为纯机械无动力, 抓取和释放动作由钢性伸缩套筒对吊具的作用力来实现。抓取及释放动作安全可靠, 并在适当作用机构处加装开闭安全保护装置。

3.2 钢性伸缩机构

为保证抓取物件时升降平稳无倾斜, 吊具上方配有钢性自动伸缩导向机构, 本机构应具有足够的刚度、强度及耐腐蚀要求, 伸缩机构的导轨应具有足够的耐磨度要求, 机构伸缩平稳自如无噪声; 同时也可补偿因大小车运行时产生的偏斜对吊装作业产生的不利影响。

3.3 吊具的快速更换

考虑到今后吊装的物件会发生改变, 需要实现快速更换其它规格的吊具。在自动伸缩机构上加装满足荷载的电磁吸盘装置, 在自动吊具上适当位置安装受磁部件。这样既增加了兼容性, 又便于平时的维护与保养。

4 保障措施

由于本行车用吊装带有放射性的废物桶, 改造后要求定位准确、可靠性高、重复性好, 所以采取了如下保障措施:

(1) 主要动力部件和控制部件均选用响应速度比较高的优质产品。

(2) 视频监视系统信号线采用屏蔽电缆, 保证信号线的传输可靠。

通过对江苏省城市放射性废物库的吊装自动化改造, 提高了定位精度, 其运行精度小于6mm; 操作远程化, 通过视频监视系统即可完成吊装过程, 减轻了工作人员的工作量, 避免了不必要的辐射照射。本技术投入少, 作用大, 充分满足“辐射防护三原则”的要求。