CN117775234A - 核辐照环境下异物打捞系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种核辐照环境下异物打捞系统及方法，打捞系统包括水面控制台、第一水下机器人和第二水下机器人，水面控制台设于水池外部；第一水下机器人一端通过第一脐带缆与水面控制台相连接，第一水下机器人上设有吸尘过滤水泵，吸尘过滤水泵上设有吸水管；第二水下机器人，第二水下机器人的尺寸小于第一水下机器人，吸水管一端延伸至第二水下机器人，第二水下机器人上设有吸水管夹具和异物抓取机构，以在吸水管和异物机构的配合下清理不同的水下异物。上述核辐照环境下第一水下机器人和第二水下机器人配合使用，有利于提高水下异物的抓取效率。

Description

核辐照环境下异物打捞系统及方法

技术领域

本发明涉及核电站换料水池异物清理技术领域，具体涉及一种核辐照环境下异物打捞系统及方法。

背景技术

核电站大修时将使用换料水池进行反应堆装换核燃料，带有放射性的水将会充满整个换料水池。在反应堆运行过程中，构成该回路一部分的设备、管道、阀门在高温(大于300摄氏度)、高压(大于15兆帕)高流速的冲刷下，以及该回路的化学环境影响下，表层材质不可避免的被部分腐蚀剥离，形成了金属腐渣。

金属腐渣随着该回路的水流经堆芯时，被高通量的中子照射，金属腐渣部分核素被活化，变成Co-58、Co-60、Cr-51、Mn-54等放射性核素，这些被活化的金属腐渣被称为活化腐蚀产物。活化腐蚀产物根据其活化程度和积聚量大小，可能存在较高的放射性，这些活化腐蚀产物随着回路的运行转移到该回路上的各个部分，换料时进入换料水池。

在装换料过程中，燃料元件表面附着的金属腐渣或碎片可能随着燃料元件的移动转移到换料水池水中。此外，核电站反应压力容器水池、乏燃料水池同换料水池一样，在通过在役运行一段时间后，水池逐渐出现硼结晶、金属渣等。大修检查期间曾多次检出过水池固体异物沉底的状况。

针对核电站水循环系统无法过滤的活化异物，目前一般会使用水下吸尘器对水池的水进行过滤。市面上针对此类水下吸尘器常见的方案有：

1、水面抽水泵、过滤器和水下长导管的方式进行，此方案由于导管较长，需要大功率抽水泵来抽水过滤，不仅噪音大，而且长时间使用容易发热发烫，同时导管的移动也需要操作人员在桥架上进行，不仅费力，操作不便，而且容易给操作人员带来较多辐射剂量；

2、ROV抽水过滤，此方案通过摄像头来观测换料水池状况，远程控制ROV的移动来过滤水下浮游器能到达的各个水域，但此方案由于浮游器体积过大，以及主脐带线缆的牵引阻力，部分狭窄区域无法到达，同时由于ROV螺旋桨的旋转带来附件水体的滚动，导致部分悬浮物被冲散，影响了水下吸尘效率。

基于此，本申请发明人提出一种核辐照环境下异物打捞系统及方法，以期解决上述技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中水下吸尘效率低、吸尘覆盖面小的缺陷，提供一种核辐照环境下异物打捞系统及方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

第一方面，本发明提供了一种核辐照环境下异物打捞系统，其特点在于，包括：

水面控制台，设于水池外部；

第一水下机器人，一端通过第一脐带缆与所述水面控制台相连接，所述第一水下机器人上设有吸尘过滤水泵，所述吸尘过滤水泵上设有吸水管；

第二水下机器人，所述第二水下机器人的尺寸小于所述第一水下机器人，所述吸水管一端延伸至所述第二水下机器人，所述第二水下机器人上设有吸水管夹具和异物抓取机构，以在所述吸水管和所述异物机构的配合下清理不同的水下异物。

根据本发明的一个实施例，所述第一水下机器人和所述第二水下机器人分别包括本体、动力机构、云台摄像头以及照明灯，所述动力机构用于给所述第一水下机器人或所述第二水下机器人提供动力，所述云台摄像头用于拍摄水下环境，所述照明灯用于在水下提供光亮。

根据本发明的一个实施例，所述第一水下机器人还包括固体异物收集机构，所述第二水下机器人的所述异物抓取机构用于将抓取的异物存放至所述固体异物收集机构。

根据本发明的一个实施例，所述第一水下机器人还包括剂量监测仪表，所述剂量监测仪表用于对所述第一水下机器人已收集到的异物辐射剂量进行监测。

根据本发明的一个实施例，所述第一水下机器人还包括第一中央控制机构，所述水面控制台包括与所述第一中央控制台相连接的第二中央控制机构；

所述水面控制台还包括供配电机构、视频监控机构以及声光报警机构，所述供配电机构用于给所述第一水下机器人供电，所述视频监控机构用于接收所述云台摄像头拍摄的图像信息，所述声光报警机构用于接收所述第一水下机器人发出的报警信号，以更换所述吸尘过滤水泵的滤芯以及转移所述固体异物收集机构收集的异物。

根据本发明的一个实施例，所述第一水下机器人和所述第二水下机器人还包括浮力调节机构，用于给所述本体提供浮力。

根据本发明的一个实施例，所述第一水下机器人上设有第一缆绞轮和第二缆绞轮，所述第二水下机器人与所述第一水下机器人之间通过第二脐带缆相连接，所述第一缆绞轮用于缠绕所述第一脐带缆，所述第二缆绞轮用于缠绕所述第二脐带缆。

根据本发明的一个实施例，所述动力机构包括履带轮和螺旋桨组，以控制所述第一水下机器人和所述第二水下机器人在水下的位置。

根据本发明的一个实施例，所述异物抓取机构为抓取机械手、夹钳、可伸缩抓钩、强钕磁铁中的一者。

第二方面，本发明还提供了一种核辐照环境下异物打捞系统，其特点在于，采用如上所述的核辐照环境下异物打捞系统实现，所述方法包括：

向第一机器人和第二机器人发送运动指令并使得所述第一机器人和所述第二机器人到达目标位置；

保持所述第一机器人静止状态下，驱动所述第二机器人在水下对异物进行打捞。

本发明的积极进步效果在于：

本发明核辐照环境下异物打捞系统，采用第一机器人和第二机器人共同配合打捞水下异物，由此可以将第一机器人作为连接中介，第一机器人运转时水流加速带来的异物冲散不会影响到第二机器人的清理、抓取工作，由此使得第二机器人可以灵活地抓取水中的悬浮异物和不易清理的固体异物。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1为本发明核辐照环境下异物打捞系统的结构示意图；

图2为本发明核辐照环境下异物打捞系统的结构简图；

图3为本发明核辐照环境下异物打捞方法的流程图。

1、水面控制台；11、第二中央控制机构；12、供配电机构；13、视频监控机构；14、声光报警机构；

2、第一水下机器人；21、第一脐带缆；22、吸尘过滤水泵；23、吸水管；24、固体异物收集机构；25、剂量监测仪表；26、第一中央控制机构；27、浮力调节机构；28、第一缆绞轮；29、第二缆绞轮；

3、第二水下机器人；31、吸水管夹具；32、异物抓取机构；33、第二脐带缆；

41、本体；42、动力机构；421、履带轮；422、螺旋桨组；43、云台摄像头；44、照明灯。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

参照图1和图2，本发明提出一种核辐照环境下异物打捞系统，打捞系统包括水面控制台1、第一水下机器人2和第二水下机器人3，水面控制台1设于水池外部。工作人员在水池外部操作水面控制台1，进而控制第一水下机器人2和第二水下机器人3进行工作。

第一水下机器人2一端通过第一脐带缆21与水面控制台1相连接，第一水下机器人2上设有吸尘过滤水泵22，吸尘过滤水泵22上设有吸水管23。第一水下机器人2为主运动机构，尺寸较大，第二水下机器人3的尺寸要小于第一水下机器人2。

由此，第一水下机器人2用于将第二水下机器人3输送至水面以下的目标位置周围，然后第二水下机器人3可以在第二脐带缆33(参照后文)的作用下远离第一水下机器人2，由此使得第二水下机器人3免受第一水下机器人2引起的悬浮物被冲散的水流影响，提高了水下异物清理效率。

对于第二水下机器人3，第二水下机器人3的尺寸小于第一水下机器人2，吸水管23一端延伸至第二水下机器人3，第二水下机器人3上设有吸水管夹具31和异物抓取机构32，以在吸水管23和异物抓取机构32的配合下清理不同的水下异物。

第二水下机器人3上的吸水管23夹用于抓取吸水管23，然后通过吸水管23吸取水下的悬浮物、金属等固体残渣，通过异物抓取机构32可以对吸水管23无法抽取的固体废物进行抓取，由此满足不同形状、尺寸异物的清理工作。

而且，因为第二水下机器人3的尺寸小于第一水下机器人2，由此第二水下机器人3有利于到达水下狭窄的区域进行异物清理，进而提高水下异物清理质量和效率。

具体地，异物抓取机构32为抓取机械手、夹钳、可伸缩抓钩、强钕磁铁中的一者。在实际应用过程中，可以根据异物尺寸、大小选取安装不同的抓取机构，在此不做限定。

在一个实施方式中，第一水下机器人2和第二水下机器人3分别包括本体41、动力机构42、云台摄像头43以及照明灯44，动力机构42用于给第一水下机器人2或第二水下机器人3提供动力，云台摄像头43用于拍摄水下环境，照明灯44用于在水下提供光亮。

动力机构42、云台摄像头43以及照明灯44均安装在本体41上，动力机构42包括履带轮421和螺旋桨组422，螺旋桨组422包括两个水平螺旋桨和四个倾角螺旋桨，四个倾角螺旋桨彼此夹角设置且相互配合，用于驱动本体41上下、左右旋转运动，而水平螺旋桨用于驱动本体41前后运动，由此在螺旋桨组422的驱动下，第一水下机器人2和第二水下机器人3可以到达水下的任何位置。

而且，第一水下机器人2和第二水下机器人3上均设有浮力调节机构27，用于给本体41提供浮力。

需要说明的是，第一水下机器人2和第二水下机器人3在水下为零重力。也即，浮力调节机构27产生的浮力与第一水下机器人2和第二水下机器人3的重力一致，由此第一水下机器人2和第二水下机器人3在动力机构42的作用下可以到达水下的任何位置。

在一个实施方式中，浮力调节机构27为安装在本体41上的泡沫板、浮力板等，在此不做限定，用于平衡本体41自身的重力，进而满足第一水下机器人2和第二水下机器人3在水下的零重力要求。

第一水下机器人2还包括固体异物收集机构24，第二水下机器人3的异物抓取机构32用于将抓取的异物存放至固体异物收集机构24。

也即，尽量缩小第二水下机器人3的尺寸，有利于避免第二水下机器人3在水下运行过程中产生过大的水流而影响杂物清理。

具体地，固体异物收集机构24可以为收集箱、收集袋等，在此不做限定。

在一个实施方式中，第一水下机器人2还包括剂量监测仪表25，剂量监测仪表25用于对第一水下机器人2已收集到的异物辐射剂量进行监测。

也即，当第一水下机器人2收集到的异物辐射剂量过高并超过预设值时，通过水面控制台1提醒工作人员进行更换水泵滤芯或者转移固体异物。

在一个实施方式中，第一水下机器人2还包括第一中央控制机构26，水面控制台1包括与第一中央控制台相连接的第二中央控制机构11。水面控制台1还包括供配电机构12、视频监控机构13以及声光报警机构14，供配电机构12用于给第一水下机器人2供电，视频监控机构13用于接收云台摄像头43拍摄的图像信息，声光报警机构14用于接收第一水下机器人2发出的报警信号，以更换吸尘过滤水泵22的滤芯以及转移固体异物收集机构24收集的异物。

具体地，供配电机构12可以为电池组，视频监控机构13与云台摄像头43进行交互，可以供工作人员实时查看异物的位置信息，以便于驱动第二水下机器人3及时清理，进而提高清理效率。在第一水下机器人2收集到的异物辐射剂量累积到预设值时，声光报警机构14向工作人员报警，以及时更换吸尘过滤水泵22的滤芯以及转移固体异物收集机构24收集的异物。

进一步地，水面控制台1还包括操作面板，操作面板上设有按钮、旋钮和操作杆，以用于操控第一水下机器人2和第二水下机器人3。

在一个实施方式中，第一水下机器人2上设有第一缆绞轮28和第二缆绞轮29，第二水下机器人3与第一水下机器人2之间通过第二脐带缆33相连接，第一缆绞轮28用于缠绕第一脐带缆21，第二缆绞轮29用于缠绕第二脐带缆33。

也即，第一水下机器人2可以通过第一缆绞轮28与第一脐带缆21的配合到达水下的任何位置，第二水下机器人3通过第二缆绞轮29和第二脐带缆33的配合相对第一水下机器人2到达水下的任何位置，包括狭窄空间，由此便于对水下空间的悬浮杂物以及固体杂物全方面进行清理。

在一个实施方式中，对于水体悬浮物、金属等固体残渣抽吸的流程如下：

当需要进行换料水池、乏燃料水池、反应堆压力容器水池异物清理时，通过水面控制台1给第一水下机器人2和第二水下机器人3发送运动指令，使得第一水下机器人2带动第二水下机器人3到达指定的位置附近，此时保持第一水下机器人2处于静止状态，然后驱动第二水下机器人3移动、旋转来改变吸水管23的管口的位置和角度，以实现大范围精确抽吸水体悬浮物、金属等固体残渣。

对于抽水管无法抽吸的异物清理流程如下：

当遇到水下吸尘过滤水泵22无法抽吸的固体废物，可以通过第二水下机器人3上设置的固体异物抓取机构32来进行抓取，固体异物抓取机构32类型的旋转可以根据换料水池、反应堆压力容器水池异物外围尺寸、材料性质等进行更换，抓取到的异物可以移交至第一水下机器人2上的固体异物收集机构24上。此外，当第一水下机器人2收集到的异物辐射剂量到达所设限值时，将通过水面操作平台的声光报警机构14来提醒工作人员进行更换水泵滤芯或转移固体异物。

在异物清理过程中，照明灯44提供大环境下的照明，云台摄像头43用于提供视频监控，同时脐带缆用于提供电源和控制输入。

因为，第二水下机器人3重量轻、尺寸小、移动方便，由此可以穿越狭窄区域，扩大水下吸尘范围，而且在异物抓取机构32的作用下，第二水下机器人3可以抓取沉底或者卡住的固体异物。

进一步地，第一水下机器人2的运动和吸尘过滤水泵22的运转会让水流加速，进而会对异物冲散，第二水下机器人3的设置延长了吸水管23，远离了第一水下机器人2带来的水流的同时，可以更加高效、灵活地抓取水体中的悬浮异物。

而且，第二水下机器人3上还可以携带高压水枪，用于对附着在物体表面的污染物冲洗，然后再进行抽吸或异物抓取清理。

请参照图3，本发明还提出一种核辐照环境下异物打捞方法，采用如上的核辐照环境下异物打捞系统实现，方法包括：

S1：向第一机器人和第二机器人发送运动指令并使得第一机器人和第二机器人到达目标位置；

S2：保持第一机器人静止状态下，驱动第二机器人在水下对异物进行打捞。

本发明提供的核辐照环境下异物打捞方法，采用第一机器人和第二机器人共同配合打捞水下异物，由此可以将第一机器人作为连接中介，第一机器人运转时水流加速带来的异物冲散不会影响到第二机器人的清理、抓取工作，由此使得第二机器人可以灵活地抓取水中的悬浮异物和不易清理的固体异物。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种核辐照环境下异物打捞系统，其特征在于，包括：

水面控制台，设于水池外部；

第一水下机器人，一端通过第一脐带缆与所述水面控制台相连接，所述第一水下机器人上设有吸尘过滤水泵，所述吸尘过滤水泵上设有吸水管；

第二水下机器人，所述第二水下机器人的尺寸小于所述第一水下机器人，所述吸水管一端延伸至所述第二水下机器人，所述第二水下机器人上设有吸水管夹具和异物抓取机构，以在所述吸水管和所述异物机构的配合下清理不同的水下异物。

2.根据权利要求1所述的核辐照环境下异物打捞系统，其特征在于，所述第一水下机器人和所述第二水下机器人分别包括本体、动力机构、云台摄像头以及照明灯，所述动力机构用于给所述第一水下机器人或所述第二水下机器人提供动力，所述云台摄像头用于拍摄水下环境，所述照明灯用于在水下提供光亮。

3.根据权利要求2所述的核辐照环境下异物打捞系统，其特征在于，所述第一水下机器人还包括固体异物收集机构，所述第二水下机器人的所述异物抓取机构用于将抓取的异物存放至所述固体异物收集机构。

4.根据权利要求3所述的核辐照环境下异物打捞系统，其特征在于，所述第一水下机器人还包括剂量监测仪表，所述剂量监测仪表用于对所述第一水下机器人已收集到的异物辐射剂量进行监测。

5.根据权利要求4所述的核辐照环境下异物打捞系统，其特征在于，所述第一水下机器人还包括第一中央控制机构，所述水面控制台包括与所述第一中央控制台相连接的第二中央控制机构；

所述水面控制台还包括供配电机构、视频监控机构以及声光报警机构，所述供配电机构用于给所述第一水下机器人供电，所述视频监控机构用于接收所述云台摄像头拍摄的图像信息，所述声光报警机构用于接收所述第一水下机器人发出的报警信号，以更换所述吸尘过滤水泵的滤芯以及转移所述固体异物收集机构收集的异物。

6.根据权利要求2所述的核辐照环境下异物打捞系统，其特征在于，所述第一水下机器人和所述第二水下机器人还包括浮力调节机构，用于给所述本体提供浮力。

7.根据权利要求2所述的核辐照环境下异物打捞系统，其特征在于，所述第一水下机器人上设有第一缆绞轮和第二缆绞轮，所述第二水下机器人与所述第一水下机器人之间通过第二脐带缆相连接，所述第一缆绞轮用于缠绕所述第一脐带缆，所述第二缆绞轮用于缠绕所述第二脐带缆。

8.根据权利要求2所述的核辐照环境下异物打捞系统，其特征在于，所述动力机构包括履带轮和螺旋桨组，以控制所述第一水下机器人和所述第二水下机器人在水下的位置。

9.根据权利要求1-8任一项所述的核辐照环境下异物打捞系统，其特征在于，所述异物抓取机构为抓取机械手、夹钳、可伸缩抓钩、强钕磁铁中的一者。

10.一种核辐照环境下异物打捞方法，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的核辐照环境下异物打捞系统实现，所述方法包括：

向第一机器人和第二机器人发送运动指令并使得所述第一机器人和所述第二机器人到达目标位置；

保持所述第一机器人静止状态下，驱动所述第二机器人在水下对异物进行打捞。