1.本发明属于核生化安全防护技术领域，具体为一种放射性金属孔道水下剥离装置，适用于中、高水平放射性金属孔道的水下剥离。
背景技术：2.在对研究堆工艺管内的乏燃料组件进行回取过程中，会出现乏燃料组件卡顿现象，为了不破坏乏燃料组件，需采用对工艺管切割剥离的方式对工艺管内的乏燃料组件进行回取，但由于乏燃料工艺管表面剂量较高，人员无法对其进行就地切割剥离。
3.水的屏蔽作用可降低操作人员的受照剂量，因此，目前有诸多水下切割回取方法，主要有高温电弧等离子切割、高温火焰切割、高温激光切割等热切割方式。由于工艺管内的乏燃料放射性水平高，在采用热切割过程中可能会存在乏燃料泄漏的情况，进而会对操作人员产生放射性危害。为了应对乏燃料卡顿的情况，可采用水下剥离的方式回取工艺管中的乏燃料，以实现乏燃料的成功回取。
技术实现要素：4.为解决现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种放射性金属孔道水下剥离装置，使用该装置能够解决水下热切割过程中可能会存在乏燃料泄漏的问题。
5.为达到以上目的，本发明采用的一种技术方案是：
6.一种放射性金属孔道水下剥离装置，包括水下剥离装置本体、控制柜、压缩空气系统和专用水箱，其中：
7.所述专用水箱四面和底部密封，顶部开口，使用时放置在乏燃料保存水池内；
8.所述水下剥离装置本体包括旋转提升总成和切割单元，所述旋转提升总成设置在所述专用水箱顶部，所述旋转提升总成包括固定操作机架、旋转单元和夹持提升单元，所述固定操作机架是所述装置的载体，为所述旋转单元和所述夹持提升单元提供支撑；所述旋转单元用于控制工艺管旋转；所述夹持提升单元下端连接所述切割单元，所述切割单元设置在所述专用水箱内部，通过所述夹持提升单元控制所述切割单元升降，从而实现切割不同长度的工艺管；
9.所述控制柜及所述压缩空气系统放置在乏燃料保存水池外，所述控制柜用于对剥离过程进行智能化控制，所述压缩空气系统用于为所述装置提供气源动力。
10.进一步，如上所述的放射性金属孔道水下剥离装置，所述固定操作机架包括支架和支撑梁，所述支架作为所述旋转提升总成各个组件的搭载平台，其下端与所述支撑梁连接，所述支撑梁固定在所述专用水箱上端。
11.进一步，如上所述的放射性金属孔道水下剥离装置，所述旋转单元包括第一伺服电机、减速机、主动齿轮、回转支承、转接盘和三爪卡盘，所述第一伺服电机及减速机倒置固定在所述支架下表面，所述主动齿轮及回转支承固定在所述支架上表面，所述转接盘与三爪卡盘、回转支承相连接，所述三爪卡盘用于固定夹紧工艺管，在所述第一伺服电机及减速
机的驱动下，所述主动齿轮带动所述回转支承旋转，进而带动所述三爪卡盘旋转，从而实现工艺管的旋转。
12.进一步，如上所述的放射性金属孔道水下剥离装置，所述夹持升降单元包括第二伺服电机、滚珠丝杠和导向管，所述第二伺服电机通过电机法兰固定在所述支架上表面，所述第二伺服电机输出轴通过联轴器与所述滚珠丝杠连接；所述滚珠丝杠上设置有滑台，所述滑台固定在导轨上，所述导轨固定在所述支架上；所述导向管与所述滑台连接，所述导向管的尾端连接所述切割单元；在所述第二伺服电机的作用下，所述滚珠丝杠带动所述滑台及所述导向管升降，从而带动所述切割单元升降，以切割不同长度的管状废物。
13.进一步，如上所述的放射性金属孔道水下剥离装置，所述导向管的顶端呈喇叭口状，可对工艺管进行初始定位。
14.进一步，如上所述的放射性金属孔道水下剥离装置，所述导向管上套设有夹持块，所述夹持块通过夹持座与所述滑台连接，通过所述夹持块对所述导向管进行夹紧，防止工艺管在切割过程中发生滑动。
15.进一步，如上所述的放射性金属孔道水下剥离装置，所述切割单元包括连接底板、导轨滑块组件、切割进给组件、切割组件和夹持组件，所述切割单元通过所述连接底板固定在所述导向管的尾端；所述导轨滑块组件固定在所述连接底板上；
16.所述切割进给组件包括进给气缸，所述进给气缸固定在气缸座上，所述进给气缸的活塞杆通过拉杆横梁连接拉杆，所述拉杆另一端连接切割滑台，所述气缸座固定不动，所述切割滑台固定在所述导轨滑块组件的滑块上；
17.所述切割组件包括气动马达，所述气动马达通过主轴卡座固定在所述切割滑台上，所述气动马达的输出轴末端连接平底尖刀；
18.所述夹持组件用于夹紧工艺管，包括定位块、辅助支撑块和弹性组件，所述定位块固定在所述气缸座上，所述辅助支撑块设置在所述切割滑台上，并通过弹性组件与所述切割滑台连接；
19.通过所述进给气缸内的活塞杆运动带动所述切割滑台平移，从而实现所述平底尖刀的切割进给；通过所述气动马达带动所述平底尖刀高速旋转，从而实现对工艺管的切割。
20.进一步，如上所述的放射性金属孔道水下剥离装置，所述定位块和所述辅助支撑块的中间均开有形状、尺寸一致的v型口，通过两个所述v型口实现对工艺管的夹紧；所述定位块和所述辅助支撑块的厚度相同、水平高度相同，保证对工艺管切割时不产生剪切力。
21.进一步，如上所述的放射性金属孔道水下剥离装置，所述切割单元还包括u型挡块，u型挡块设置在所述导向管的正下方，并通过螺钉固定在所述连接底板上，用于工艺管的定位。
22.进一步，如上所述的放射性金属孔道水下剥离装置，所述水下剥离装置本体还包括摄像单元，所述摄像单元设置在所述连接底板上，用于记录水下实时剥离切割画面，并将工艺管剥离切割画面实时传送到所述控制柜的显示器上以便实时展示。
23.采用本发明所述的放射性金属孔道水下剥离装置，具有以下显著的技术效果：
24.1、放射性孔道的水下剥离切割及转运操作均在水下进行，减少操作人员的受照剂量；
25.2、本发明的机械部分设计结构合理，符合人机工程学，方便安装操作；
26.3、控制部分具备远距离启停、实时监控等功能。
附图说明
27.图1为本发明实施例中提供的一种水下孔道剥离装置的系统连接示意图；
28.图2为本发明实施例中水下剥离装置本体结构示意图；
29.图3为本发明实施例旋转提升总成结构示意图；
30.图4为本发明实施例剥离单元示意图；
31.图5为本发明实施例剥离单元a-a剖视图；
32.图中：1-水下剥离装置本体；2-控制柜；3-压缩空气系统；4-专用水箱；100-旋转提升总成；200-切割单元；300-摄像单元；
33.101-支架；102-第一伺服电机；103-减速机；104-主动齿轮；105-回转支承；106-转接盘；107-三爪卡盘；108-第二伺服电机；109-电机法兰；110-联轴器；111-滚珠丝杠；112-导轨；113-滑台；114-夹持座；115-夹持块；116-导向管；117-支撑梁；118-固定环；119-支撑轴；120-底座；
34.201-连接底板；202-导轨滑块组件；203-气缸座；204-进给气缸；205-拉杆横梁；206-拉杆；207-定位块；208-辅助支撑块；209-弹性组件；210-主轴卡座；211-气动马达；212-切割滑台；213-平底尖刀；214-u型挡块。
具体实施方式
35.下面结合具体的实施例与说明书附图对本发明进行进一步的描述。
36.为了应对乏燃料卡顿的情况，本发明实施方式中提供了一种放射性金属孔道水下剥离装置，采用水下剥离的方式回取工艺管中的乏燃料，以实现乏燃料的成功回取。
37.如图1所示，本发明实施方式中提供的一种放射性金属孔道水下剥离装置主要由水下剥离装置本体1、控制柜2、压缩空气系统3、专用水箱4组成，其中专用水箱4坐落在乏燃料保存水池内，四面和底部密封，由顶部上料，提供水下切割机的安装空间及水下切割环境；水下剥离装置本体1主要由旋转提升总成100和切割单元200组成，旋转提升总成100设置在专用水箱4顶部，切割单元200设置在专用水箱4内部，通过旋转提升总成100可使工艺管旋转和上下升降，以便切割不同长度的管状废物；同时，可通过旋转提升总成100将切割单元200提升至水面以上，便于更换切割刀具；切割单元200采用气动马达211为平底尖刀213提供动力，在进给气缸204的作用下实现进给，实现金属管状废物的切割；控制柜2及压缩空气系统3放置在乏燃料保存水池的地面上，通过控制柜2对剥离过程进行智能化控制，压缩空气系统3为剥离装置提供气源动力。
38.如图2和3所示，旋转提升总成100主要由固定操作机架、旋转单元和夹持提升单元组成，固定操作机架是整个工艺管水下剥离切割装置的载体，为旋转单元和夹持提升单元提供支撑。
39.固定操作机架主要由支架101、支撑梁117、固定环118、支撑轴119和底座120组成，支架101作为旋转提升总成100各个组件的搭载平台，其下端与支撑梁117相连接，支撑梁117通过固定环118、支撑轴119固定在底座120上，底座120通过螺栓固定在专用水箱4上。
40.旋转单元用于控制工艺管旋转，从而实现工艺管的横切。旋转单元主要由第一伺
服电机102、减速机103、主动齿轮104、回转支承105、转接盘106和三爪卡盘107组成，第一伺服电机102及减速机103倒置固定在支架101下表面，主动齿轮104及回转支承105通过螺钉固定在支架101上表面，转接盘106与三爪卡盘107、回转支承105相连接，三爪卡盘107用于固定夹紧工艺管。在第一伺服电机102、减速机103的驱动下，主动齿轮104带动回转支承105旋转，进而使与之相连的三爪卡盘107旋转，带动固定在三爪卡盘107上的工艺管一起旋转。
41.夹持提升单元用于控制切割单元200的上下移动，从而实现工艺管任意位置切割。夹持升降单元主要由第二伺服电机108、电机法兰109、联轴器110、滚珠丝杠111、导轨112、滑台113、夹持座114、夹持块115、导向管116组成，其中，第二伺服电机108通过电机法兰109固定在支架101上表面，其下端与联轴器110连接，联轴器110另一端连接滚珠丝杠111，滚珠丝杠111上设置有滑台113，滑台113固定在导轨112上，导轨112通过螺栓固定在支架101上；导向管116通过夹持块115、夹持座114固定在滑台113上，导向管116的顶端呈喇叭口状，可对工艺管进行初始定位；夹持块115套设在导向管116上，可对导向管116进行夹紧，防止工艺管在切割过程中发生滑动；导向管116的尾端连接切割单元200。在第二伺服电机108提供的动力作用下，滚珠丝杠111带动滑台113及导向管116沿导轨滑块30上升降，从而带动切割单元200上下移动，以切割不同长度的工艺管。夹持提升单元的升降行程满足对工艺管横切及纵切的要求。
42.如图4和5所示，切割单元200主要由连接底板201、导轨滑块组件202、切割进给组件、切割组件和夹持组件组成，整个切割单元200通过连接底板201固定在导向管116的尾端；导轨滑块组件202固定在连接底板201上，导轨滑块组件202包括直线导轨，直线导轨上设置有第一滑块和第二滑块。本实施例中，导轨滑块组件202包括两列平行设置的直线导轨，每个直线导轨上均设置有第一滑块和第二滑块。
43.切割进给组件包括进给气缸204，进给气缸204通过螺钉固定在气缸座203上，进给气缸204的活塞杆通过拉杆横梁205连接拉杆206，拉杆206另一端连接切割滑台212，气缸座203通过螺钉固定在第一滑块上，切割滑台212通过螺钉固定在第二滑块上；气缸座203前、后端分别设置有限位块，限位块固定在连接底板201上，用于约束进给气缸204的移动。通过进给气缸204内的活塞杆运动将压缩空气的压力能转化为机械能，带动切割滑台212沿导轨滑块组件202的直线导轨平移，从而实现切割组件的切割进给。
44.切割组件包括气动马达211和平底尖刀213，气动马达211通过主轴卡座210固定在切割滑台212上，气动马达211的输出轴末端连接平底尖刀213，气动马达211带动平底尖刀213高速旋转，从而实现对工艺管的切割。
45.夹持组件用于夹紧工艺管，它包括定位块207、辅助支撑块208和弹性组件209，定位块207固定在气缸座203上，辅助支撑块208设置在切割滑台212上，并通过弹性组件209与切割滑台212连接；定位块207和辅助支撑块208的中间均开有形状、尺寸一致的v型口，通过两个v型口实现对工艺管的夹紧，且定位块207和辅助支撑块208的厚度相同、水平高度相同，保证对工艺管切割时不产生剪切力。
46.u型挡块214设置在导向管116的正下方，并通过螺钉固定在连接底板201上，用于工艺管的定位。切割完毕后切割单元200后移，便于取出水箱4底部切割后的废物。
47.摄像单元300设置在连接底板201上，用于记录水下实时剥离切割画面，可将工艺管剥离切割画面实时传送到显示器上。
48.控制柜2主要由监控显示器、操作按钮组成，监控显示器可实时展示水下切割画面；操作按钮以实现切割单元的启停、进料门的开闭及系统电源的开关。
49.压缩空气系统3是由一台小型空压机组成，其作用是为进料门气缸提供气源。
50.本发明提供的一种放射性金属孔道水下剥离装置，水下剥离装置本体安装在专用水箱内，在专用水箱内进行工件的剥离切割，减少操作人员的受照剂量；剥离单元采用平底尖刀以气动的方式对金属工艺管进行剥离切割；配备视频监控装置，能够将剥离切割过程实时传送到显示设备上；控制柜对剥离过程进行智能化控制，具备远距离启停、实时监控等作用；压缩空气系统放置在乏燃料保存水池的地面上，为进料门气缸提供气源；专用水箱坐落在乏燃料保存水池内，四面和底部密封，由顶部上料。
51.上述实施例只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。
技术特征：1.一种放射性金属孔道水下剥离装置，其特征在于，所述装置包括水下剥离装置本体(1)、控制柜(2)、压缩空气系统(3)和专用水箱(4)，其中：所述专用水箱(4)四面和底部密封，顶部开口，使用时放置在乏燃料保存水池内；所述水下剥离装置本体(1)包括旋转提升总成(100)和切割单元(200)，所述旋转提升总成(100)设置在所述专用水箱(4)顶部，所述旋转提升总成(100)包括固定操作机架、旋转单元和夹持提升单元，所述固定操作机架是所述装置的载体，为所述旋转单元和所述夹持提升单元提供支撑；所述旋转单元用于控制工艺管旋转；所述夹持提升单元下端连接所述切割单元(200)，所述切割单元(200)设置在所述专用水箱(4)内部，通过所述夹持提升单元控制所述切割单元(200)升降，从而实现切割不同长度的工艺管；所述控制柜(2)及所述压缩空气系统(3)放置在乏燃料保存水池外，所述控制柜(2)用于对剥离过程进行智能化控制，所述压缩空气系统(3)用于为所述装置提供气源动力。2.根据权利要求1所述的放射性金属孔道水下剥离装置，其特征在于，所述固定操作机架包括支架(101)和支撑梁(117)，所述支架(101)作为所述旋转提升总成(100)各个组件的搭载平台，其下端与所述支撑梁(117)连接，所述支撑梁(117)固定在所述专用水箱(4)上端。3.根据权利要求2所述的放射性金属孔道水下剥离装置，其特征在于，所述旋转单元包括第一伺服电机(102)、减速机(103)、主动齿轮(104)、回转支承(105)、转接盘(106)和三爪卡盘(107)，所述第一伺服电机(102)及减速机(103)倒置固定在所述支架(101)下表面，所述主动齿轮(104)及回转支承(105)固定在所述支架(101)上表面，所述转接盘(106)与三爪卡盘(107)、回转支承(105)相连接，所述三爪卡盘(107)用于固定夹紧工艺管，在所述第一伺服电机(102)及减速机(103)的驱动下，所述主动齿轮(104)带动所述回转支承(105)旋转，进而带动所述三爪卡盘(107)旋转，从而实现工艺管的旋转。4.根据权利要求2所述的放射性金属孔道水下剥离装置，其特征在于，所述夹持升降单元包括第二伺服电机(108)、滚珠丝杠(111)和导向管(116)，所述第二伺服电机(108)通过电机法兰(109)固定在所述支架(101)上表面，所述第二伺服电机(108)输出轴通过联轴器(110)与所述滚珠丝杠(111)连接；所述滚珠丝杠(111)上设置有滑台(113)，所述滑台(113)固定在导轨(112)上，所述导轨(112)固定在所述支架(101)上；所述导向管(116)与所述滑台(113)连接，所述导向管(116)的尾端连接所述切割单元(200)；在所述第二伺服电机(108)的作用下，所述滚珠丝杠(111)带动所述滑台(113)及所述导向管(116)升降，从而带动所述切割单元(200)升降，以切割不同长度的管状废物。5.根据权利要求4所述的放射性金属孔道水下剥离装置，其特征在于，所述导向管(116)的顶端呈喇叭口状，可对工艺管进行初始定位。6.根据权利要求4所述的放射性金属孔道水下剥离装置，其特征在于，所述导向管(116)上套设有夹持块(115)，所述夹持块(115)通过夹持座(114)与所述滑台(113)连接，通过所述夹持块(115)对所述导向管(116)进行夹紧，防止工艺管在切割过程中发生滑动。7.根据权利要求4所述的放射性金属孔道水下剥离装置，其特征在于，所述切割单元(200)包括连接底板(201)、导轨滑块组件(202)、切割进给组件、切割组件和夹持组件，所述切割单元(200)通过所述连接底板(201)固定在所述导向管(116)的尾端；所述导轨滑块组件(202)固定在所述连接底板(201)上；
所述切割进给组件包括进给气缸(204)，所述进给气缸(204)固定在气缸座(203)上，所述进给气缸(204)的活塞杆通过拉杆横梁(205)连接拉杆(206)，所述拉杆(206)另一端连接切割滑台(212)，所述气缸座(203)固定不动，所述切割滑台(212)固定在所述导轨滑块组件(202)的滑块上；所述切割组件包括气动马达(211)，所述气动马达(211)通过主轴卡座(210)固定在所述切割滑台(212)上，所述气动马达(211)的输出轴末端连接平底尖刀(213)；所述夹持组件用于夹紧工艺管，包括定位块(207)、辅助支撑块(208)和弹性组件(209)，所述定位块(207)固定在所述气缸座(203)上，所述辅助支撑块(208)设置在所述切割滑台(212)上，并通过弹性组件(209)与所述切割滑台(212)连接；通过所述进给气缸(204)内的活塞杆运动带动所述切割滑台(212)平移，从而实现所述平底尖刀(213)的切割进给；通过所述气动马达(211)带动所述平底尖刀(213)高速旋转，从而实现对工艺管的切割。8.根据权利要求7所述的放射性金属孔道水下剥离装置，其特征在于，所述定位块(207)和所述辅助支撑块(208)的中间均开有形状、尺寸一致的v型口，通过两个所述v型口实现对工艺管的夹紧；所述定位块(207)和所述辅助支撑块(208)的厚度相同、水平高度相同，保证对工艺管切割时不产生剪切力。9.根据权利要求7所述的放射性金属孔道水下剥离装置，其特征在于，所述切割单元(200)还包括u型挡块(214)，所述u型挡块(214)设置在所述导向管(116)的正下方，并通过螺钉固定在所述连接底板(201)上，用于工艺管的定位。10.根据权利要求7-9任一项所述的放射性金属孔道水下剥离装置，其特征在于，所述水下剥离装置本体(1)还包括摄像单元(300)，所述摄像单元(300)设置在所述连接底板(201)上，用于记录水下实时剥离切割画面，并将工艺管剥离切割画面实时传送到所述控制柜(2)的显示器上以便实时展示。
技术总结本发明涉及一种放射性金属孔道水下剥离装置，属于核生化安全防护技术领域，该装置包括水下剥离装置本体、控制柜、压缩空气系统和专用水箱，专用水箱四面和底部密封，顶部开口，使用时放置在乏燃料保存水池内；水下剥离装置本体包括旋转提升总成和切割单元，旋转提升总成设在专用水箱顶部，旋转提升总成包括固定操作机架、旋转单元和夹持提升单元，固定操作机架为旋转单元和夹持提升单元提供支撑；旋转单元用于控制工艺管旋转；夹持提升单元下端连接切割单元，切割单元设置在专用水箱内部，通过夹持提升单元控制切割单元升降，从而实现切割不同长度的工艺管。使用本发明提供的装置能够解决水下热切割过程中可能会存在乏燃料泄漏的问题。的问题。的问题。
技术研发人员：李文思 任韧 张兴旺 张立军 李睿之 陆慧 聂鹏 郭亚平
受保护的技术使用者：中国原子能科学研究院
技术研发日：2022.08.09
技术公布日：2022/12/2
