CN114104656B - 一种样品自动装载装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于聚变反应堆技术，具体涉及一种样品自动装载装置。包括弹药库、转盘壳、传输管道，转盘壳为水平方向放置的圆柱形，弹药库弹药运输方向沿着其轴向向下，传输管道水平方向放置，其传输方向为沿着其轴向；转盘壳内设有转盘，其上方设有样品槽，在初始装载时，样品槽向上，且中心位于弹药库的弹药运输方向；转盘通过旋转电机驱动。本装置能够满足ITER的中子活化系统的设计要求，保证活化样品成功装载。弹药库底部安装传感器对活化样品进行检测，由法兰、弹药库、盖板和传输管道形成密封腔室，整个装置密封性较高，实现氦气中少量氚气的有效密封，即满足氚兼容性要求，又使得安全性能提。

Description

一种样品自动装载装置
技术领域
本发明属于聚变反应堆技术，具体涉及一种样品自动装载装置。
背景技术
国际热核实验反应堆(ITER)是用来验证聚变能源科学技术可行性的一个国际合作研究计划项目。ITER的一个重要功能就是测试产氚包层实验模块，其主要目标就是为了实验验证和获取氚增殖的相关技术，这对将来发展聚变试验示范堆非常重要。中国作为ITER参与方，将在18号窗口进行中国氦冷陶瓷增殖剂测试包层模块(HCCB TBM)的测试。
HCCB TBM通过铍氚增殖区实现氚自给自足，中子活化系统(NAS)是HCCB TBS的一个辅助系统，NAS的主要设备包括：转运装置、装载器、计数站、存储箱、处置箱等，装载器是NAS系统的重要设备之一，成功设计和研制装载器对NAS系统的成功运行至关重要。NAS设备位于建筑物14-L2-24和11-L1-C18(AEU)内，主要目的是测量HCCB-TBM铍氚增殖区的中子通量，目前NAS已经在JET和TFTR上进行了中子产额的精确测量，证明了中子活化技术的重要性。
其中，装载器要求能够使弹药库中的活化样品一个一个依次的进入到传输管道，再通过氦气驱动活化样品到后端设备中。
发明内容
本发明的目的是提供一种样品自动装载装置，其能够满足ITER的中子活化系统的设计要求，保证活化样品成功装载。
本发明的技术方案如下：
一种样品自动装载装置，包括弹药库、设于转盘壳中部且与其内部密封相通的转盘壳、设于弹药库下部且与其内部密封相通的传输管道，所述的转盘壳为水平方向放置的圆柱形，所述的弹药库的弹药运输方向沿着其轴向向下，所述的传输管道水平方向放置，其传输方向为沿着其轴向；所述的转盘壳内设有转盘，其上方设有样品槽，在初始装载时，样品槽向上，且中心位于弹药库的弹药运输方向；所述的转盘通过旋转电机驱动绕其自身轴向转动。
所述的弹药库内放置待装载的设定数量的活化样品，所述的弹药库外设有光电对射传感器，实时测量各个活化样品的位置信息和装载数量。
所述的转盘壳、传输管道和弹药库采用焊接的方式加工且一体化成型。
所述的旋转电机通过传动轴连接转盘，且三者位于同一高度。
所述的转盘是一个截面圆周尺寸略小于转盘壳的圆柱体，所述的样品槽截面为方形。
所述的凹槽长宽尺寸均比样品的长宽尺寸大2-3mm。
所述的弹药库一侧设有与其密封相通的电机壳，所述的旋转电机设于电机壳内。
所述的电机壳为圆柱体，其截面直径大于转盘壳。
所述的弹药库上端通过法兰I固定连接盖板。
所述的传输管道两端分别安装有法兰II。
本发明的显著效果如下：
本装置的功能在于使活化样品一个一个的从弹药库转换到传输管道，在弹药库底部安装有传感器对活化样品的到位信息进行检测，再通过氦气驱动活化样品到后端设备中。由于该装置内部氦气中可能含有少量的氚气，因此必须具有高密封的特点，需要进行优良的设计和精密的加工。因为氚气的存在，该装置的所有结构部件不能含有卤素元素。该装置要求无污染，也就是所有的电机和动部件都要求无油润滑。该装置的运行环境温度为室温至一百摄氏度，要求具有耐高温的特性。
由法兰、弹药库、盖板和传输管道形成密封腔室，整个装置密封性较高，实现氦气中少量氚气的有效密封，即满足氚兼容性要求，又使得安全性能提升；
由旋转电机带动样品通过转盘等间隔有序传递，平稳实现逐次的装载过程，有效保证了样品装载的成功率和中子活化技术相关的测量要求；
为了减少驱动气体在转盘和转盘壳间隙处的回旋流动，转盘与转盘壳之间的间隙应尽可能的小(0.5～1mm)，转盘、转盘壳、电机壳、盖板和弹药库采用SS316L不锈钢整体加工成型，保证转盘、转盘壳、电机壳、盖板和弹药库的表面平整度，使得间隙尽可能的小，同时这样更加有利于活化样品的转动，活化样品不会卡在间隙处；
弹药库上端留有盖板，使用法兰的连接方式，方便添加活化样品，使得装载装置中活化样品的填充更为便利；
在弹药库下方安装一对光电对射传感器对活化样品位置信息进行检测，通过位置和数量的测算，精确实现活化样品的装载到位信息监测；
SS316L不锈钢本身材料具有较好的耐蚀性、耐大气腐蚀性，并且高温高强度下能够满足装置的运行性能良好。
附图说明
图1为样品自动装载装置结构示意图；
图2为样品自动装载装置俯视图；
图3为样品自动装载装置左视图；
图4为样品自动装载装置右视图；
图5为图1的A-A截面剖视图；
图中：1为盖板；2为法兰I；3为活化样品；4为弹药库；5为旋转电机；6为电机壳；7为传动轴；8为转盘；9为转盘壳；10为对射传感器；11为法兰II；12为传输管道。
具体实施方式
下面通过附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1、图2、图3、图4和图5所示，包括弹药库4、其中段焊接加工有圆柱形的内腔中空的转盘壳9、位于弹药库4中段一侧且与其内部相通的电机壳6、位于弹药库4下部且与其内部相通的传输管道12；
转盘壳9的圆柱形的轴向位于水平方向，弹药库4的轴向位于竖直方向，传输管道12的轴线位于水平方向；
在电机壳6内安装旋转电机5；
在转盘壳9内安装转盘8；
使得旋转电机5通过传动轴7连接转盘8，且三者位于同一高度；
在弹药库4内放置活化样品3，其沿着弹药库4的轴线方向顺次放置，最下端的活化样品3放置于转盘8内，且所有活化样品3与转盘8同轴，且位于弹药库4的轴线方向；
弹药库4上端通过法兰I2固定连接盖板1；
在弹药库4下部外壁上安装一对光电对射传感器10，其位于转盘壳9下方，光电对射传感器10用于检测活化样品的到位信息和记录装载数量；
弹药库4的底部通过焊接的方式与传输管道12进行连接，传输管道12两端分别安装有法兰II11，方便装置与其他设备进行连接，法兰II11与传输管道12的轴心线重合。
如图2所示的样品自动装载装置的俯视图，盖板1上的法兰I2的数量为两个，分布在盖板1的左右两端，法兰II11、传输管道12、电机壳6、转盘壳9的在俯视方向的轴心线重合。
如图3所示的样品自动装载装置的左视图，电机壳6外形为圆柱形，通过焊接的方式与弹药库4连接，法兰I2、电机壳6、光电对射传感器10、法兰II11和传输管道12的中心点都位于弹药库4的轴线上。
如图4所示的样品自动装载装置的右视图，转盘壳9外形为圆柱形，通过焊接的方式与弹药库4连接，结合图2可以看出转盘壳9和电机壳6为截面圆一小一大的圆柱体，转盘壳9的中心点位于弹药库4的轴心线上。
如图5所示为图1的A-A截面剖视图，转盘8是一个截面圆周尺寸略小于转盘壳9的圆柱体(直径差值的范围1～2mm)，在转盘8的上表面开有截面为方形的凹槽，凹槽的尺寸略大于活化样品3(凹槽长宽尺寸均比样品的长宽尺寸大2-3mm)，活化样品3为圆柱体依次排列在弹药库4中。
弹药库4、盖板1、电机壳6、转盘壳9、转盘8、传动轴7、传输管道12、法兰均采用不锈钢材料。
进行样品装载通过活化样品载入、活化样品传输和活化样品装填三个步骤实现。传输管道12通过后端管道与活化样品传输回路相连接。
活化样品载入：在初始状态下，转盘8的凹槽是朝向活化样品3的，也就是垂直向上的，弹药库4中的活化样品3在重力的作用下自动落入转盘8的凹槽中，旋转电机5转动，同时转盘8在传动轴7的带动下转动，当旋转到180度时，转盘8凹槽中的活化样品3会在重力的作用下自动落入传输管道12中，此时由于转盘8的底面朝上，因此下一个活化样品3不能落下；而当旋转到360度时，转盘8回到初始位置(其方形凹槽向上)，因此下一个活化样品3自动落入转盘8的凹槽中；
活化样品传输：当活化样品3一个个落入传输管道12后，传输管道12两端连接氦气压力调节设备，通过氦气使活化样品到达下一个目的地。
活化样品装填：当活化样品3落入传输管道12的时候，对射传感器10会检测到活化样品3的位置信息并记录已装载的活化样品3个数，当对射传感器10记录的已装载的活化样品3个数与弹药库4中的初始活化样品3个数相同时，表示弹药库4中的活化样品3已经全部完成装载；此时需要继续添加活化样品3，可通过法兰I2打开盖板1，继续添加。

Claims (6)

1.一种样品自动装载装置，其特征在于：包括弹药库(4)、设于转盘壳(9)中部且与其内部密封相通的转盘壳(9)、设于弹药库(4)下部且与其内部密封相通的传输管道(12)，所述的转盘壳(9)为水平方向放置的圆柱形，所述的弹药库(4)的弹药运输方向沿着其轴向向下，所述的传输管道(12)水平方向放置，其传输方向为沿着其轴向；所述的转盘壳(9)内设有转盘(8)，其上方设有样品槽，在初始装载时，样品槽向上，且中心位于弹药库(4)的弹药运输方向；所述的转盘(8)通过旋转电机(5)驱动绕其自身轴向转动；
所述的旋转电机(5)通过传动轴(7)连接转盘(8)，且三者位于同一高度；
所述的转盘(8)是一个截面圆周尺寸略小于转盘壳(9)的圆柱体，所述的样品槽截面为方形；
在转盘(8)的上表面开有截面为方形的凹槽，所述的凹槽长宽尺寸均比样品的长宽尺寸大2-3mm，活化样品(3)为圆柱体依次排列在弹药库(4)中；
所述的弹药库(4)内放置待装载的设定数量的活化样品(3)，所述的弹药库(4)外设有光电对射传感器(10)，实时测量各个活化样品(3)的位置信息和装载数量；
活化样品载入过程为，在初始状态下，转盘(8)的凹槽是朝向活化样品(3)的，弹药库(4)中的活化样品(3)在重力的作用下自动落入转盘(8)的凹槽中，旋转电机(5)转动，同时转盘(8)在传动轴(7)的带动下转动，当旋转到180度时，转盘(8)凹槽中的活化样品(3)会在重力的作用下自动落入传输管道(12)中，此时由于转盘(8)的底面朝上，因此下一个活化样品(3)不能落下；而当旋转到360度时，转盘(8)回到初始位置；
活化样品传输为，当活化样品(3)一个个落入传输管道(12)后，传输管道(12)两端连接氦气压力调节设备，通过氦气使活化样品到达下一个目的地；
活化样品装填为，当活化样品(3)落入传输管道(12)的时候，对射传感器(10)会检测到活化样品(3)的位置信息并记录已装载的活化样品(3)个数，当对射传感器(10)记录的已装载的活化样品(3)个数与弹药库(4)中的初始活化样品(3)个数相同时，表示弹药库(4)中的活化样品(3)已经全部完成装载；此时需要继续添加活化样品(3)。
2.如权利要求1所述的一种样品自动装载装置，其特征在于：所述的转盘壳(9)、传输管道(12)和弹药库(4)采用焊接的方式加工且一体化成型。
3.如权利要求1所述的一种样品自动装载装置，其特征在于：所述的弹药库(4)一侧设有与其密封相通的电机壳(6)，所述的旋转电机(5)设于电机壳(6)内。
4.如权利要求3所述的一种样品自动装载装置，其特征在于：所述的电机壳(6)为圆柱体，其截面直径大于转盘壳(9)。
5.如权利要求1所述的一种样品自动装载装置，其特征在于：所述的弹药库(4)上端通过法兰I(2)固定连接盖板(1)。
6.如权利要求1所述的一种样品自动装载装置，其特征在于：所述的传输管道(12)两端分别安装有法兰II(11)。
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