CN111724922B - 一种高温气冷堆燃料输送管道维护装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温气冷堆燃料输送管道维护装置、系统及方法，包括探测移动机器人、检测柱管和屏蔽罩；探测移动机器人内置探测器，探测移动机器人顶部和底部均安装有在检测柱管内壁滑动的缓冲轮，探测移动机器人的前后端均设置供线缆绳索穿过连接的卡环；线缆绳索缠绕于安装在外转子电机上的滚筒装置上，并与设置于收放缆装置内置编码器连接；外转子电机和滚筒装置均固定安装于屏蔽罩上；屏蔽罩设置于检测柱管的A、B两端，并密封A、B两端；检测柱管的A、B两端分别安装控制装置和收放缆装置。

Description

一种高温气冷堆燃料输送管道维护装置、系统及方法

技术领域

本发明属于高温气冷堆燃料输送管道的技术领域，具体涉及一种高温气冷堆燃料输送管道维护装置、系统及方法。

背景技术

目前球床式高温气冷堆采用球形石墨燃料元件(燃料球)，燃料包覆颗粒弥散在直径约60mm的石墨球中。这些燃料球松散地堆积在堆芯中，在反应堆运行期间由燃料装卸系统实现不停堆的燃料球输入、再循环和卸出。然而在燃料球的不断流动过程中，由于球本身重力、球之间的挤压力及内部氦气的冲击力等综合因素的影响，燃料球将不会严格按照相同的规律下降，在存在宏观确定流动规律的基础上存在局部随机性，特别是球床底部的锥形出口，使得球床底部呈曲线流线，且不同径向位置的球的流动速度不同，这些会导致燃料球的流动速度、燃耗增量、功率和温度分布的不同，并且燃料球与管道摩擦、碰撞易损坏，损坏残渣留在管道内导致燃料球滞留等。

针对此问题，国内外学者设计了多种燃料球检测装置，如：贯穿式、侧壁开孔式、穿透式涡流等方法；但贯穿式与侧壁开孔式两种方法使过球管道必须保证高压气密性，而传感器的安装改变了过球管道的完整性；传感器出现故障后，维修和更换传感器必须拆卸过球管道，操作时间长；中空陶瓷管直接与放射性燃料球接触，易发生破裂，影响传感器的使用寿命。穿透式涡流需要在管道外环使用专门设计的夹具来安装空心圆柱状激励线圈和检测线圈，该方式未说明如何在管道上运动检测。

我国目前的核技术高速发展，其中球床高温气冷堆被国际核能界公认为一种具有良好安全特性的堆型，具有固有安全、防止核扩散、可产生高温工艺热等特点。球床高温冷气堆采用的是球形燃料元件，球形燃料元件是将一定数量的燃料颗粒和基本石墨充分混合，压成直径50mm的石墨球，然后再在外部包裹压制一层纯石墨作为燃料元件的外壳，压制好的燃料元件外径有60mm。目前球形燃料元件在高温冷气堆中的输送是通过管道输送实现，然而由于管道内径为65mm，在球形燃料运输过程中经常与管道摩擦、碰撞易损坏，损坏残渣留在管道内导致堵塞。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种高温气冷堆燃料输送管道维护装置、系统及方法，以解决球形燃料运输过程中经常与管道摩擦、碰撞易损坏，损坏残渣留在管道内导致堵塞的问题。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种高温气冷堆燃料输送管道维护装置、系统及方法，其包括探测移动机器人、检测柱管和屏蔽罩；

探测移动机器人内置探测器，探测移动机器人顶部和底部均安装有在检测柱管内壁滑动的缓冲轮，探测移动机器人的前后端均设置供线缆绳索穿过连接的卡环；线缆绳索缠绕于安装在外转子电机上的滚筒装置上，并与设置于收放缆装置内置编码器连接；外转子电机和滚筒装置均固定安装于屏蔽罩上；屏蔽罩设置于检测柱管的A、B两端，并密封A、B两端；所述检测柱管的A、B两端分别安装控制装置和收放缆装置。

优选地，检测柱管通过连接法兰与柱管单元可拆卸的拼接。

优选地，检测柱管一侧设置卡扣接口，卡扣接口与卡扣的配合实现检测柱管和被检测管道之间的固定连接。

一种高温气冷堆燃料输送管道维护系统，包括：用于维护燃料输送管道的前端控制系统和与前端控制系统通信连接的远程控制系统；前端控制系统包括信息处理系统和分别与信息处理系统连接的探测系统、机器人行径测量模块、通信系统和控制系统A和控制系统B；远程控制系统包括控制系统、通信系统和信息管理系统；

控制系统A，用于控制检测柱管A端的收放缆装置进行收、放线；

控制系统B，用于控制检测柱管B端的收放缆装置进行放、收线；

机器人行径测量模块，用于计算探测移动机器人在检测柱管内部行驶的路程，并将路程数据传输到信息处理系统；

探测系统，用于采集输送管道周围的射线剂量信息，并通过探测移动机器人的通信系统将射线剂量信息传送到信息处理系统；

信息处理系统，用于处理采集到的剂量信息和路程数据，将剂量信息和路程数据通过通信系统发送至远程控制系统；同时接收远程控制系统的控制命令，并将控制命令发送给控制系统A和控制系统B；

远程控制系统内的控制系统，用于遥操作探测移动机器人在检测柱管内移动；

信息管理系统，用于接收前端控制系统发送的剂量信息和探测移动机器人的路程信息，并对接收的剂量信息和路程信息进行数据处理和关联，并结合预置输送管模型进行判断、显示，得到被检测管道被燃料球卡堵的位置。

一种高温气冷堆燃料输送管道维护方法，包括：

S1、开启远程控制系统和前端控制系统，加载信息管理系统内的高温气冷堆燃料输送管道模型，通过远程控制系统中的控制系统发出待机检测控制命令；

S2、信息处理系统接收待机检测控制命令，分别向控制系统A和B发送自检命令，矫正机器人行径测量模块计算出的探测移动机器人行走路程，并将自检结果发送至远程控制系统；

S3、远程控制系统接收反馈信息，通过状态信息提示工作人员操作控制系统，以使探测移动机器人移动并探测计数，并将探测计数结果发送至远程控制系统；

S4、远程控制系统根据接收的探测计数结果，计算确定燃料球在管道的卡堵位置；

S5、重复步骤S3和步骤S4，若两次测量结果误差小于阈值，则在信息管理系统显示燃料球卡堵位置，并结束；若两次测量结果误差不小于阈值，则返回步骤S2。

优选地，S2中信息处理系统接收待机检测控制命令，分别向控制系统A和B发送自检命令，矫正机器人行径测量模块计算出的探测移动机器人行走路程，并将自检结果发送至远程控制系统，包括：

S2.1、前端控制系统的信息处理系统收到待机检测控制命令，分别向控制系统A和B发送自检命令；

S2.2、控制系统A和B接收命令，控制系统A控制检测柱管的A端收放缆装置进行收线，控制系统B控制检测柱管的B端收放缆装置进行放线；当探测移动机器人从A移动到B端后，控制系统A控制检测柱管的A端收放缆装置进行放线，控制系统B控制检测柱管的B端收放缆装置进行收线；

S2.3、机器人行径测量模块通过线缆测量传感器和外转子电机转速分别计算探测移动机器人行走的路程l₁和l₂；并与事先存储在机器人行径测量模块的检测柱管长度L比较，向信息处理系统输入比较结果λ₁和λ₂；

S2.4、探测系统向信息处理系统输入移动机器人每秒采集的核辐射剂量信息，当从A端运动到B端时采集的核辐射剂量信息构成集合为Z_1∶1+Δt＝{Z₁,Z₂,Z₃,…}，Δt＝1,z₁、z₂、z₃为不同时刻的核辐射剂量信息；同时信息处理系统将λ₁、λ₂、集合z_1∶1+Δt与自检结果发送至远程控制系统；其中λ₁和λ₂为小于1的系数，且λ₁+λ₂＝1，λ₁和λ₂的具体取值为：

优选地，S3中远程控制系统接收反馈信息，通过状态信息提示工作人员操作控制系统，以使探测移动机器人移动并探测计数，并将探测计数结果发送至远程控制系统，包括：

S3.1、远程控制系统接收反馈信息后，通过状态信息提示工作人员操作控制系统；

S3.2、控制系统A和控制系统B收到命令，控制系统A控制检测柱管的A端收放缆装置进行收线，控制系统B控制检测柱管的B端收放缆装置进行放线；使探测移动机器人在检测柱管里面从A端点移动到另外B个端点；

S3.3、机器人行径测量模块通过线缆测量传感器计算探测移动机器人行走的路程为l₁；根据探测移动机器人的运动速度恒为v，计算出t时间后机器人行走的路程为l₂；移动机器人每秒采集的核辐射剂量信息为CPS；

S3.4、在信息处理系统将路程l＝(l₁,l₂)和每秒采集剂量信息CPS进行关联，通过通信系统将每秒关联的信息f(l,CPS)发送至远程控制系统。

优选地，S4中远程控制系统根据接收的探测计数结果，计算确定燃料球在管道的卡堵位置，包括：

信息管理系统根据每秒关联信息f(l,CPS)计算探测移动机器人行驶的路程为l＝λ₁l₁+λ₂l₂；同时构建观测集合Z′_1∶1+Δt＝{Z′₁，Z′₂，Z′₃，…}，Δt＝1；并计算得到燃料球在距离为R处探测器的每秒钟计数率为：

其中，Γ为燃料球的照射剂量率常数；A为燃料球的活度；w为辐射权重因子，光子和电子的辐射权重系数为1；f为照射量换算为吸收剂量的换算因子；Energynumber为能量响应常数；r₁、r₂分别为被检测管道和检测柱管的管壁厚度；u₁、u₂分别为被检测管道和检测柱管的衰减系数；R为探测移动机器人的探测器到燃料球中心的距离，R为：

R²＝x²+r²

其中，x为探测移动机器人到燃料球在检测柱管垂直投影点的距离，取值范围为0到L-l；r为被检测管道的管道半径、被检测管道的管壁厚度、检测柱管的管壁厚度和探测器到检测柱管内壁的距离之和；

通过燃料球在距离为R处探测器的每秒钟计数率的表达式可知f(l,CPS)与R²呈反比关系，其含义为当探测器越接近燃料球，其f(l,CPS)的值越大；因此可在信息管理系统画出探测移动机器人行驶的路程与剂量集合Z′_1∶1+Δt的分布图，当x＝0时，f(l,CPS)获得最大值；由于被检测管道与检测柱管为并列安装，当探测移动机器人处于燃料球下方时，f(l,CPS)为最大值，即f(l,CPS)最大值处为燃料球卡堵的位置。

优选地，S5中重复步骤S3和步骤S4，若两次测量结果误差小于阈值，则在信息管理系统显示燃料球卡堵位置，并结束；若两次测量结果误差不小于阈值，则返回步骤S2，包括：

重复步骤S3和S4，即探测移动机器人从B端运动到A端；若两次测量结果误差f(l,CPS)均小于阈值α，则在加载的高温气冷堆燃料输送管道模型显示l和CPS；否则，返回步骤S2重新开始执行。

本发明提供的高温气冷堆燃料输送管道维护装置、系统及方法，具有以下有益效果：

本发明装置结构设计巧妙，构思新颖，通过智能远程操作控制有效地实现了检测球形燃料堵塞的位置，且本发明检测管路组成元件均为模块化设计，可根据管路被检测管道的长度或形状自由组合检测管柱柱管单元，实现管路覆盖，操作简单，检测方便。

附图说明

图1为高温气冷堆燃料输送管道维护装置示意图。

图2为高温气冷堆燃料输送管道维护装置探测移动机器人结构图。

图3为高温气冷堆燃料输送管道维护装置屏蔽罩、滚筒装置。

图4为高温气冷堆燃料输送管道维护装置检测柱管和被检测管道结构图。

图5为高温气冷堆燃料输送管道维护系统框图。

图6为高温气冷堆燃料输送管道维护方法流程图。

图7为探测移动机器人行驶的路程与剂量集合的分布图。

图8为高温气冷堆燃料输送管道维护装置多个检测柱管和被检测弯曲管道结构图。

其中，1、探测移动机器人；2、探测器；3、缓冲轮；4、卡环；5、线缆绳索；6、检测柱管；7、收放缆装置；8、屏蔽罩；9、滚筒装置；10、外转子电机；11、连接法兰；12、卡扣接口；13、卡扣；14、被检测管道；15、控制装置；16、线槽。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

根据本申请的一个实施例，参考图1-图4，本方案的高温气冷堆燃料输送管道维护装置，包括探测移动机器人1、缓冲轮3、线缆及绳索、检测柱管6、收放缆装置7、屏蔽罩8、滚筒装置9、外转子电机10、控制装置15和线槽16。

以下对主要部件的功能作用进行详细描述：

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种高温气冷堆燃料输送管道维护装置，包括：

探测移动机器人1，其左右两端设置有扣环，用于与绳索连接，上下两端设置有缓冲轮3，内部安装探测器2。

收放缆装置7，其由外转子电机10驱动滚筒转动实现收放绳索及线缆，并由内置编码器记录探测移动机器人1在检测注管内的位置。

线缆绳索5包括线缆和绳索。

绳索，其一端缠绕滚筒上，一端连接于所述探测移动机器人1的扣环上，所述探测移动机器人1两端扣环都与绳索连接。

线缆，其与绳索缠绕，一端穿过探测移动机器人1的扣环连接于探测移动机器人1的内置探测器2，另一端跟随绳索缠绕于滚筒上并连接于收放缆装置7中的控制元件，用于探测器2电源及信号传输。

检测柱管6，其预置在输送管道外部，供所述探测移动机器人1在其内部滑动，其由多种构型的柱管单元组成，各柱管单元两端设置法兰用于相互连接，可以适应不同长度、折弯角度的被检测管道14。

屏蔽罩8，其与收放缆装置7固定连接并装配于检测柱管6一端，用于为检测柱管6内的电子元件屏蔽辐射；前端控制装置15安装在屏蔽罩8内，用于控制收放缆装置7、采集核辐射剂量信息、计算收放线的长度。

卡环4，其用于固定所述检测装置于被检测管道14上。

以下对上述部件之间的连接关系进行详细描述：

探测移动机器人1内置探测器2，探测移动机器人1顶部和底部均安装有在检测柱管6内壁滑动的缓冲轮3，用于实现探测移动机器人1的匀速移动，同时可避免探测移动机器人1在检测柱管6内上下震动造成损坏。

探测移动机器人1的前后端均设置供线缆绳索5穿过连接的卡环4，线缆绳索5缠绕于安装在外转子电机10上的滚筒装置9上，并与设置于收放缆装置7内置编码器连接，外转子电机10和滚筒装置9均固定安装于屏蔽罩8上。

外转子电机10的外转子转动带动滚筒装置9转动，向线缆及绳索提供拉力，驱动探测移动机器人1在检测柱管6内左右滑动，同时线缆及绳索缠绕于滚筒装置9一端的线缆连接于收放缆装置7的内置编码器，以便传输探测器2的电源和信号。

屏蔽罩8设置于检测柱管6的A、B两端，并密封A、B两端，用于为检测柱管6内的电子元件提供辐射保护，并避免工作环境中的灰尘进入检测柱管6内。

检测柱管6的A、B两端分别安装控制装置15和收放缆装置7。

检测柱管6由多个圆柱单元根据被检测管道14的长度和形状进行拼接，检测柱管6通过连接法兰11与圆柱单元可拆卸的拼接，检测柱管6一侧设置卡扣接口12，卡扣接口12与卡扣13的配合实现检测柱管6和被检测管道14之间的固定连接。

本实施例的装置的安装流程为：

根据检测需求，选择拼接合适长度和形状的检测柱管6，将连接上线缆及绳索和探测移动机器人1的屏蔽罩8装配于检测柱管6的A端，再将检测柱管6内的探测移动机器人1连接于另外一根线缆及绳索，并连接屏蔽罩8等部件装配于检测柱管6的B端，最后将检测柱管6利用卡扣13手动固定于被检测管道14上，进行堵塞部位检测工作。

根据本申请的一个实施例，参考图5，一种高温气冷堆燃料输送管道维护系统，包括用于维护燃料输送管道的前端控制系统和与前端控制系统通信连接的远程控制系统。

前端控制系统包括信息处理系统和分别与信息处理系统连接的探测系统、机器人行径测量模块、通信系统和控制系统A和控制系统B。

其中，控制系统A位于检测柱管6的A端，其硬件描述为控制装置15；控制系统B位于检测柱管6的B端，其硬件描述为控制装置15。

控制系统A，用于控制检测柱管6A端的收放缆装置7进行收、放线；

控制系统B，用于控制检测柱管6B端的收放缆装置7进行放、收线；

其作用原理为：缠绕于滚筒装置9上的线缆及绳索在外转子电机10的驱动下，拉动探测移动机器人1在检测柱管6中做往返运动，控制系统A和B依赖线缆及绳索进行通信。

探测系统，用于采集输送管道周围的射线剂量信息，并通过探测移动机器人1的通信系统将射线剂量信息传送到信息处理系统。

探测系统安装在探测移动机器人1内，其硬件包括探测器2。

机器人行径测量模块，用于计算探测移动机器人1在检测柱管6内部行驶的路程，并将路程数据传输到信息处理系统。

信息处理系统，用于处理采集到的剂量信息和路程数据，将剂量信息和路程数据通过通信系统发送至远程控制系统；同时接收远程控制系统的控制命令，并将控制命令发送给控制系统A和控制系统B。

远程控制系统包括控制系统、通信系统和信息管理系统。

远程控制系统内的控制系统，用于遥操作探测移动机器人1在检测柱管6内移动；

信息管理系统，用于接收前端控制系统发送的剂量信息和探测移动机器人1的路程信息，并对接收的剂量信息和路程信息进行数据处理和关联，并结合预置输送管模型进行判断、显示，得到被检测管道14被燃料球卡堵的位置。

信息管理系统里事先内置高温气冷堆燃料输送管模型数据，当通信系统接收前端控制系统发来的剂量信息和探测移动机器人1路程信息时，信息管理系统进行数据处理和关联，并在结合预置输送管模型进行推理、显示，从而可得到被检测管道14在某处被燃料球卡堵；远程控制系统的控制系统用来遥操作探测移动机器人1在检测柱管6内移动。

根据本申请的一个实施例，参考图6，一种高温气冷堆燃料输送管道维护方法，包括：

S1、开启远程控制系统和前端控制系统，加载信息管理系统内的高温气冷堆燃料输送管道模型，通过远程控制系统中的控制系统发出待机检测控制命令；

S2、信息处理系统接收待机检测控制命令，分别向控制系统A和B发送自检命令，矫正机器人行径测量模块计算出的探测移动机器人1行走路程，并将自检结果发送至远程控制系统；

S3、远程控制系统接收反馈信息，通过状态信息提示工作人员操作控制系统，以使探测移动机器人1移动并探测计数，并将探测计数结果发送至远程控制系统；

S4、远程控制系统根据接收的探测计数结果，计算确定燃料球在管道的卡堵位置；

S5、重复步骤S3和步骤S4，若两次测量结果误差小于阈值，则在信息管理系统显示燃料球卡堵位置，并结束；若两次测量结果误差不小于阈值，则返回步骤S2。

以下将对上述步骤进行详细说明：

步骤S1、开启远程控制系统与前端控制系统；远程控制系统的信息管理系统加载高温气冷堆燃料输送管道模型，远程控制系统的控制系统发出待机检测控制命令。

步骤S2、信息处理系统接收待机检测控制命令，分别向控制系统A和B发送自检命令，矫正机器人行径测量模块计算出的探测移动机器人1行走路程，并将自检结果发送至远程控制系统，其具体包括：

S2.1、前端控制系统的信息处理系统收到待机检测控制命令，分别向控制系统A和B发送自检命令；

S2.2、控制系统A和B接收命令，控制系统A控制检测柱管6的A端收放缆装置7进行收线，控制系统B控制检测柱管6的B端收放缆装置7进行放线；当探测移动机器人1从A移动到B端后，控制系统A控制检测柱管6的A端收放缆装置7进行放线，控制系统B控制检测柱管6的B端收放缆装置7进行收线；

S2.3、机器人行径测量模块通过线缆测量传感器和外转子电机10转速分别计算探测移动机器人1行走的路程l₁和l₂；并与事先存储在机器人行径测量模块的检测柱管6长度L比较，向信息处理系统输入比较结果λ₁和λ₂；

S2.4、探测系统向信息处理系统输入移动机器人每秒采集的核辐射剂量信息，当从A端运动到B端时采集的核辐射剂量信息构成集合为Z_1∶1+Δt＝{Z₁，Z₂，Z₃，}，Δt＝1，z₁、z₂、z₃为不同时刻的核辐射剂量信息；同时信息处理系统将λ₁、λ₂、集合z_1∶1+Δt与自检结果发送至远程控制系统；其中λ₁和λ₂为小于1的系数，且λ₁+λ₂＝1，λ₁和λ₂的具体取值为：

步骤S3、远程控制系统接收反馈信息，通过状态信息提示工作人员操作控制系统，以使探测移动机器人1移动并探测计数，并将探测计数结果发送至远程控制系统，其具体包括：

S3.1、远程控制系统接收反馈信息后，通过状态信息提示工作人员操作控制系统；

S3.2、控制系统A和控制系统B收到命令，控制系统A控制检测柱管6的A端收放缆装置7进行收线，控制系统B控制检测柱管6的B端收放缆装置7进行放线；

使探测移动机器人1在检测柱管6里面从A端点移动到另外B个端点；

S3.3、机器人行径测量模块通过线缆测量传感器计算探测移动机器人1行走的路程为l₁；根据探测移动机器人1的运动速度恒为v，计算出t时间后机器人行走的路程为l₂；移动机器人每秒采集的核辐射剂量信息为CPS；

S3.4、在信息处理系统将路程l＝(l₁,l₂)和每秒采集剂量信息CPS进行关联，通过通信系统将每秒关联的信息f(l,CPS)发送至远程控制系统。

步骤S4远程控制系统根据接收的探测计数结果，计算确定燃料球在管道的卡堵位置，包括：

信息管理系统根据每秒关联信息f(l,CPS)计算探测移动机器人1行驶的路程为l＝λ₁l₁+λ₂l₂；同时构建观测集合Z′_1∶1+Δt＝{Z′₁，Z′₂，Z′₃，…}，Δt＝1；并计算得到燃料球在距离为R处探测器2的每秒钟计数率为：

其中，Γ为燃料球的照射剂量率常数；A为燃料球的活度；w为辐射权重因子，光子和电子的辐射权重系数为1；f为照射量换算为吸收剂量的换算因子；Energynumber为能量响应常数；r₁、r₂分别为被检测管道14和检测柱管6的管壁厚度；u₁、u₂分别为被检测管道14和检测柱管6的衰减系数；R为探测移动机器人1的探测器2到燃料球中心的距离，R为：

R²＝x²+r²

其中，x为探测移动机器人1到燃料球在检测柱管6垂直投影点的距离，取值范围为0到L-l；r为被检测管道14的管道半径、被检测管道14的管壁厚度、检测柱管6的管壁厚度和探测器2到检测柱管6内壁的距离之和；

通过燃料球在距离为R处探测器2的每秒钟计数率的表达式可知f(l,CPS)与R²呈反比关系，其含义为当探测器2越接近燃料球，其f(l,CPS)的值越大；因此可在信息管理系统画出探测移动机器人1行驶的路程与剂量集合Z′_1∶1t+Δt的分布图，参考图7，当x＝0时，f(l,CPS)获得最大值；由于被检测管道14与检测柱管6为并列安装，当探测移动机器人1处于燃料球下方时，f(l,CPS)为最大值，即f(l,CPS)最大值处为燃料球卡堵的位置。

步骤S5、重复步骤S3和S4，即探测移动机器人1从B端运动到A端；若两次测量结果误差f(l,CPS)均小于阈值α，则在加载的高温气冷堆燃料输送管道模型显示l和CPS；否则，返回步骤S2重新开始执行。

需要注意的是：

本发明除了可以用于文中提到的场景外，还可以用于包括但不限于：无辐射环境，其它管径的管道等；

本发明驱动机构除了安装在文中所述的位置外，还可以安装在其它位置；

本发明驱动机构除了采用文中所述的收放线机构外，还可以采用其他机构(如链条传动)

本发明探测器2除了文中所述的结构及驱动方式外，还可以采用其它结构(如某型号管道机器人)；

本发明计算堵塞位置除了使用文中所述的方法外，还可以使用其它方法(如通过机器人行驶速度解算)；

本发明中，探测管路除了采用文中所述的柱管单元拼接外，还可以是一个整体；

探测管路除了固定安装在被探测管路上，还可以固定安装在其它位置。

本发明装置结构设计巧妙，构思新颖，通过智能远程操作控制有效地实现了检测球形燃料堵塞的位置，且本发明检测管路组成元件均为模块化设计，可根据管路被检测管道14的长度或形状自由组合检测管柱管单元，如参考图8，，实现管路覆盖，操作简单，检测方便。

需要注意的是，本申请文件不仅适用于对直管(被检测管道14为直线型)的球形燃料堵塞位置的检测，如图8所示，同时也适用于弯管(弯曲的被检测管道14)的球形燃料堵塞位置的检测，且其检测的方法与流程与直管的相同，故不再赘述弯管的检测流程，但弯管的仍然属于本申请的保护范围之内。

虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (9)

1.一种高温气冷堆燃料输送管道维护装置，其特征在于：包括探测移动机器人、检测柱管和屏蔽罩；检测柱管预置在输送管道外部；

所述探测移动机器人内置探测器，探测移动机器人顶部和底部均安装有在检测柱管内壁滑动的缓冲轮，探测移动机器人的前后端均设置供线缆绳索穿过连接的卡环；所述线缆绳索缠绕于安装在外转子电机上的滚筒装置上，并与设置于收放缆装置内置编码器连接；所述外转子电机和滚筒装置均固定安装于屏蔽罩上；所述屏蔽罩设置于检测柱管的A、B两端，并密封A、B两端；所述检测柱管的A、B两端分别安装控制装置和收放缆装置。

2.根据权利要求1所述的高温气冷堆燃料输送管道维护装置，其特征在于：所述检测柱管由多种构型的柱管单元组成，各柱管单元两端设置法兰用于相互连接，以适应不同长度、折弯角度的被检测管道。

3.根据权利要求1所述的高温气冷堆燃料输送管道维护装置，其特征在于：所述检测柱管一侧设置卡扣接口，卡扣接口与卡扣的配合实现检测柱管和被检测管道之间的固定连接。

4.一种基于权利要求1-3任一所述的高温气冷堆燃料输送管道维护装置的高温气冷堆燃料输送管道维护系统，其特征在于，包括：用于维护燃料输送管道的前端控制系统和与前端控制系统通信连接的远程控制系统；所述前端控制系统包括信息处理系统和分别与信息处理系统连接的探测系统、机器人行径测量模块、通信系统和控制系统A和控制系统B；所述远程控制系统包括控制系统、通信系统和信息管理系统；

所述控制系统A，用于控制检测柱管A端的收放缆装置进行收、放线；

所述控制系统B，用于控制检测柱管B端的收放缆装置进行放、收线；

所述机器人行径测量模块，用于计算探测移动机器人在检测柱管内部行驶的路程，并将路程数据传输到信息处理系统；

所述探测系统，用于采集输送管道周围的射线剂量信息，并通过探测移动机器人的通信系统将射线剂量信息传送到信息处理系统；

所述信息处理系统，用于处理采集到的剂量信息和路程数据，将剂量信息和路程数据通过通信系统发送至远程控制系统；同时接收远程控制系统的控制命令，并将控制命令发送给控制系统A和控制系统B；

所述远程控制系统内的控制系统，用于遥操作探测移动机器人在检测柱管内移动；

所述信息管理系统，用于接收前端控制系统发送的剂量信息和探测移动机器人的路程信息，并对接收的剂量信息和路程信息进行数据处理和关联，并结合预置输送管模型进行判断、显示，得到被检测管道被燃料球卡堵的位置。

5.一种基于权利要求4所述的高温气冷堆燃料输送管道维护系统的高温气冷堆燃料输送管道维护方法，其特征在于，包括：

S1、开启远程控制系统和前端控制系统，加载信息管理系统内的高温气冷堆燃料输送管道模型，通过远程控制系统中的控制系统发出待机检测控制命令；

S2、信息处理系统接收待机检测控制命令，分别向控制系统A和B发送自检命令，矫正机器人行径测量模块计算出的探测移动机器人行走路程，并将自检结果发送至远程控制系统；

S3、远程控制系统接收反馈信息，通过状态信息提示工作人员操作控制系统，以使探测移动机器人移动并探测计数，并将探测计数结果发送至远程控制系统；

S4、远程控制系统根据接收的探测计数结果，计算确定燃料球在管道的卡堵位置；

S5、重复步骤S3和步骤S4，若两次测量结果误差小于阈值，则在信息管理系统显示燃料球卡堵位置，并结束；若两次测量结果误差不小于阈值，则返回步骤S2。

6.根据权利要求5所述的高温气冷堆燃料输送管道维护方法，其特征在于，所述S2中信息处理系统接收待机检测控制命令，分别向控制系统A和B发送自检命令，矫正机器人行径测量模块计算出的探测移动机器人行走路程，并将自检结果发送至远程控制系统，包括：

S2.1、前端控制系统的信息处理系统收到待机检测控制命令，分别向控制系统A和B发送自检命令；

S2.2、控制系统A和B接收命令，控制系统A控制检测柱管的A端收放缆装置进行收线，控制系统B控制检测柱管的B端收放缆装置进行放线；当探测移动机器人从A移动到B端后，控制系统A控制检测柱管的A端收放缆装置进行放线，控制系统B控制检测柱管的B端收放缆装置进行收线；

S2.3、机器人行径测量模块通过线缆测量传感器和外转子电机转速分别计算探测移动机器人行走的路程l₁和l₂；并与事先存储在机器人行径测量模块的检测柱管长度L比较，向信息处理系统输入比较结果λ₁和λ₂；

S2.4、探测系统向信息处理系统输入移动机器人每秒采集的核辐射剂量信息，当从A端运动到B端时采集的核辐射剂量信息构成集合为Z_1：1+Δt＝{z₁，z₂，z₃，…}，Δt＝1,z₁、z₂、z₃为不同时刻的核辐射剂量信息；同时信息处理系统将λ₁、λ₂、集合Z_1：1+Δt与自检结果发送至远程控制系统；其中λ₁和λ₂为小于1的系数，且λ₁+λ₂＝1，λ₁和λ₂的具体取值为：

7.根据权利要求5所述的高温气冷堆燃料输送管道维护方法，其特征在于，所述S3中远程控制系统接收反馈信息，通过状态信息提示工作人员操作控制系统，以使探测移动机器人移动并探测计数，并将探测计数结果发送至远程控制系统，包括：

S3.1、远程控制系统接收反馈信息后，通过状态信息提示工作人员操作控制系统；

S3.2、控制系统A和控制系统B收到命令，控制系统A控制检测柱管的A端收放缆装置进行收线，控制系统B控制检测柱管的B端收放缆装置进行放线；使探测移动机器人在检测柱管里面从A端点移动到另外B个端点；

S3.3、机器人行径测量模块通过线缆测量传感器计算探测移动机器人行走的路程为l₁；根据探测移动机器人的运动速度恒为v，计算出t时间后机器人行走的路程为l₂；移动机器人每秒采集的核辐射剂量信息为CPS；

S3.4、在信息处理系统将路程l＝(l₁,l₂)和每秒采集剂量信息CPS进行关联，通过通信系统将每秒关联的信息f(l,CPS)发送至远程控制系统。

8.根据权利要求5所述的高温气冷堆燃料输送管道维护方法，其特征在于，所述S4中远程控制系统根据接收的探测计数结果，计算确定燃料球在管道的卡堵位置，包括：

信息管理系统根据每秒关联信息f(l,CPS)计算探测移动机器人行驶的路程为l＝λ₁l₁+λ₂l₂；同时构建观测集合Z′_1：1+Δt＝{z′₁，z′₂，z′₃，…}，Δt＝1；并计算得到燃料球在距离为R处探测器的每秒钟计数率为：

其中，Γ为燃料球的照射剂量率常数；A为燃料球的活度；w为辐射权重因子，光子和电子的辐射权重系数为1；f为照射量换算为吸收剂量的换算因子；Energynumber为能量响应常数；r₁、r₂分别为被检测管道和检测柱管的管壁厚度；u₁、u₂分别为被检测管道和检测柱管的衰减系数；R为探测移动机器人的探测器到燃料球中心的距离，R为：

R²＝x²+r²

其中，x为探测移动机器人到燃料球在检测柱管垂直投影点的距离，取值范围为0到L-l；r为被检测管道的管道半径、被检测管道的管壁厚度、检测柱管的管壁厚度和探测器到检测柱管内壁的距离之和；

通过燃料球在距离为R处探测器的每秒钟计数率的表达式可知f(l,CPS)与R²呈反比关系，其含义为当探测器越接近燃料球，其f(l,CPS)的值越大；因此可在信息管理系统画出探测移动机器人行驶的路程与剂量集合Z′_1：1+Δt的分布图，当x＝0时，f(l,CPS)获得最大值；由于被检测管道与检测柱管为并列安装，当探测移动机器人处于燃料球下方时，f(l,CPS)为最大值，即f(l,CPS)最大值处为燃料球卡堵的位置。

9.根据权利要求5所述的高温气冷堆燃料输送管道维护方法，其特征在于，所述S5中重复步骤S3和步骤S4，若两次测量结果误差小于阈值，则在信息管理系统显示燃料球卡堵位置，并结束；若两次测量结果误差不小于阈值，则返回步骤S2，包括：

重复步骤S3和S4，即探测移动机器人从B端运动到A端；若两次测量结果误差f(l,CPS)均小于阈值α，则在加载的高温气冷堆燃料输送管道模型显示l和CPS；否则，返回步骤S2重新开始执行。

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