一种乏燃料贮存水池移动式撇沫装置的制作方法

本发明属于除污领域，具体涉及一种乏燃料贮存水池移动式撇沫装置，主要用于清除乏燃料贮存水池中漂浮在池面的污物。

背景技术：

在核燃料循环中，经反应堆辐照后卸出的核燃料称为“乏燃料”。乏燃料在被处理或处置之前需暂时贮存在十几米深的乏燃料贮存水池中进行冷却。经过一段贮存时间后，池水中会生成放射性污物，较重的离子、微粒或细小的碎屑会沉至底部，其他较轻的浮沫漂浮在池水表面，影响池水的透明度及水下操作。因此，需要定期对水池表面的漂浮污物进行清除，以保持池水透明度及水下操作的观察要求。

池水表面的漂浮污物会随机分布在池水表面，采用固定式撇沫装置存在去污死角，利用以往的池水循环过滤系统，污物很难全部被循环的水流带走。此外，固定式撇沫装置由于固定安装在水池壁上，占用水池部分操作空间。

另一种核电厂乏燃料暂存水池用的活动式撇沫装置的抽液及过滤系统固定设在厂房内，吸水口及输液软管由厂房吊车移动，这种装置的输液软管较粗较长，为使输液软管漂浮在池面，需设置多个体积较大的浮球，而且输液软管的收放动作复杂，吊放和操作时较为不便。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种乏燃料贮存水池移动式撇沫装置，该装置将驱动、转向、过滤及流体循环系统集成在一起，结构紧凑，一台装置可为多个水池服务，且不进行除浮操作时不占用水池空间；可实现远距离操作，可利用清液排出的能量实现装置的移动，在水池表面边移动边抽吸、过滤；结构简单，性能可靠。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：

一种乏燃料贮存水池移动式撇沫装置，用于清除贮存乏燃料的水池的表面污物，其中，包括通过电缆组件相连的池面撇沫器和电控台；能够漂浮在水面上的所述池面撇沫器包括外围侧面设有若干过滤舱的密封的中心机械舱，所述中心机械舱内部设有受所述电控台控制的磁力泵组件、出口换向装置、转舵机构；在所述磁力泵组件的作用下，所述水池的表面水体经过所述过滤舱进行过滤，过滤后得到的清液由所述出口换向装置排回所述水池内，并作为所述池面撇沫器在所述水池表面做水平移动的动力，所述转舵机构能够控制所述水平运动的方向。

进一步，所述过滤舱包括底部为锥形的过滤室，所述锥形的底部设有过滤舱出液口，还包括覆盖在所述过滤室上的能够快速更换的过滤板组件、设置在所述过滤室底部外围的浮力室以及设置在所述过滤板组件上方外侧的若干个池水堰口，所述水池的表面水体依次经过所述池水堰口、过滤板组件进入所述过滤室最后从所述过滤舱出液口流出所述过滤舱。

进一步，所述磁力泵组件包括磁力泵和控制所述磁力泵的电机工作速度的磁力泵编码器，还包括泵入口集液管和设有磁力泵排液管的磁力泵出口，所述泵入口集液管设有多个管口，每个所述管口设置有一根磁力泵进液管，每根所述磁力泵进液管对应连接一个所述过滤舱，使得所述清液进入所述磁力泵；所述磁力泵出口通过所述磁力泵排液管连接所述出口换向装置，用于将所述清液从所述磁力泵中输出到所述出口换向装置。

进一步，所述过滤舱与所述磁力泵进液管之间通过密封的波纹管减振器组件进行连接，所述波纹管减振器组件位于所述过滤舱和所述中心机械舱之间，包括依次连接的弯管法兰、带导流管波纹管减振器和软管接头，所述弯管法兰的一端连接在所述过滤舱的所述过滤舱出液口上，所述软管接头的一端连接在所述磁力泵进液管上。

进一步，所述出口换向装置位于所述中心机械舱的中心位置，包括垂直设置在所述中心位置的内部设有活塞的圆筒形的活塞缸，所述活塞缸的顶端的侧面设有连接所述磁力泵组件的所述磁力泵排液管的磁力泵排液进口，所述活塞缸的底端为向下延伸到所述中心机械舱底部之外的静止垂直排液口，所述底端的侧面设有向一侧延伸的水平前进排液口，所述活塞的顶端与延伸到所述活塞缸顶端之外的升降螺杠相连，所述活塞的底端连接有底阀，所述活塞上设有若干个与活塞缸的轴线平行、用于通过所述清液的排液孔；还包括与所述升降螺杠相连的螺旋升降装置和与所述螺旋升降装置相连的设有出口换向减速电机编码器的减速电机，在所述减速电机的带动下所述活塞、底阀能够随所述升降螺杠在所述活塞缸内上升或下降；还包括限位接近开关，所述限位接近开关用于限制所述升降螺杠的上升极限位置和下降极限位置；当所述升降螺杠上升到所述上升极限位置时，所述活塞、底阀能够关闭所述静止垂直排液口、打开所述水平前进排液口，为所述池面撇沫器在过滤操作中提供水平移动的动力；当所述升降螺杠下降到所述下降极限位置时，所述活塞、底阀能够关闭所述水平前进排液口、打开所述静止垂直排液口，实现所述池面撇沫器在过滤操作中保持静止状态；所述出口换向减速电机编码器用于控制所述减速电机。

进一步，所述活塞与所述升降螺杠通过活动铰链连接，所述活塞上下端带有两个用于封闭所述水平前进排液口的第二密封环。

进一步，所述转舵机构包括设有舵轴的调节式阀门电动装置和设置在所述舵轴上的舵板；所述调节式阀门电动装置设置在所述中心机械舱内，所述舵轴向下延伸到所述中心机械舱底部之外，所述舵板位于所述中心机械舱底部之外；所述调节式阀门电动装置能够驱动所述舵轴使所述舵板在一定角度范围内转动，实现所述池面撇沫器在水平移动过程中的转向控制。

进一步，所述电缆组件的尾端连接在所述电控台上，顶端通过密封电缆连接组件可拆卸的连接所述池面撇沫器中的所述磁力泵组件、出口换向装置、转舵机构；

所述电缆组件包括外表面包裹有闭孔橡胶电缆外套的组合电缆；所述闭孔橡胶电缆外套的材质为轻质的闭孔泡沫橡胶，能够使所述电缆组件漂浮在池水表面；

所述组合电缆中包括用于控制所述磁力泵组件、出口换向装置、转舵机构的电缆；

所述密封电缆连接组件包括依次设置在所述电缆组件顶端的所述组合电缆、闭孔橡胶电缆外套之间的电缆夹套、闭孔橡胶管接头，依次设置在所述闭孔橡胶管接头、组合电缆之间的压紧套、第一密封环，与所述组合电缆的顶端相连接的阴插头，还包括设置在所述电缆组件顶端的所述闭孔橡胶电缆外套之外的小卡箍、大卡箍；还包括与所述阴插头相配合的阳插座，所述阳插座穿设在所述池面撇沫器的所述中心机械舱的侧壁上，所述磁力泵组件、出口换向装置、转舵机构的控制线缆汇集到所述阳插座中；当所述阴插头、阳插座连接在一起时，实现所述电控台对所述磁力泵组件、出口换向装置、转舵机构的控制；

在所述小卡箍、大卡箍的压紧作用下所述闭孔橡胶管接头能够阻挡水进入所述组合电缆、闭孔橡胶电缆外套之间；所述第一密封环以及所述阴插头、阳插座上设置的若干密封圈能够阻挡水进入所述阴插头、阳插座的连接处。

更进一步，所述中心机械舱上方设有多个可调节的多块平衡组件，用于保持所述池面撇沫器在水面的平衡。

进一步，还包括电动电缆卷筒，所述电动电缆卷筒、电控台固定在所述水池的岸上，所述电动电缆卷筒可随所述池面撇沫器移动同步收放所述电缆组件。

本发明的有益技术效果在于：

1)本发明将驱动、转向、过滤及流体循环系统集成在一起，结构紧凑，不进行除浮操作时不占用水池空间；

2)本发明利用同一个动力源(磁力泵)，实现滤液循环及行进，行进系统排液推力工作，从而精简了传动部件，提高了可靠性；

3)将磁力泵和驱动电机布置在过滤舱的下游，磁力泵的叶轮和泵体只与过滤后的清液接触，从而提高了泵的寿命、可靠性，且方便检修；

4)磁力泵采用带编码器的变速驱动电机，可在泵的工作曲线范围内调节水力学参数及运动参数；

5)出口换向装置可实现移动和静止状态的切换，利用转舵还可实现在移动中的换向，操作灵活，移动自如，覆盖范围广，适用于多种工况需求；

6)利用多块平衡组件有利于池面撇沫器保持水平状态。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中所述的一种乏燃料贮存水池移动式撇沫装置的管路原理图；

图2为本发明具体实施方式中所述的池面撇沫器结构立面剖视图；

图3为图2的a-a剖面图；

图4为图2的b-b剖面图；

图5为图2的c-c剖面图；

图6为本发明具体实施方式中所述的过滤舱的立面剖视图；

图7为本发明具体实施方式中所述的过滤舱的平面剖视图；

图8为本发明具体实施方式中所述的磁力泵组件的进出口布置示意图；

图9为图8的a向视图；

图10为本发明具体实施方式中所述的出口换向机构的立面剖视图；

图11为本发明具体实施方式中所述的出口换向机构处于静止垂直排液状态的示意图；

图12为图11的a-a剖面图；

图13为本发明具体实施方式中所述的转舵机构的立面剖视图；

图14为本发明具体实施方式中所述的波纹管减振器组件的结构图；

图15为本发明具体实施方式中所述的密封电缆连接组件。

图中：1—电缆组件，2—池面撇沫器，3—过滤舱，4—过滤板组件，5—波纹管减振器组件，6—密封电缆连接组件，7—磁力泵组件，8—出口换向装置，9—转舵机构，10—舵板，11—电动电缆卷筒，12—电控台，13—中心机械舱，14—平衡组件，15—泵入口集液管，16—磁力泵排液管，17—磁力泵进液管，18—浮力室，19—过滤室，20—过滤舱出液口，21—池水堰口，22—过滤舱活动盖板，23—泵支座，24—磁力泵，25—磁力泵编码器，26—磁力泵出口，27—出口换向减速电机编码器，28—减速电机，29—螺旋升降装置，30—限位接近开关，31—升降螺杠，32—活塞缸，33—磁力泵排液进口，34—水平前进排液口，35—活塞，36—静止垂直排液口，37—调节式阀门电动装置，38—舵轴，39—弯管法兰，40—带导流管波纹管减振器，41—软管接头，42—闭孔橡胶电缆外套，43—电缆夹套，44—小卡箍，45—大卡箍，46—组合电缆，47—闭孔橡胶管接头，48—压紧套，49—第一密封环，50—阴插头，51—阳插座，52—排液孔，53—底阀，54—第二密封环。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

图1示出本发明的一种乏燃料贮存水池移动式撇沫装置，该撇沫装置主要包括池面撇沫器2、电缆组件1、电动电缆卷筒11以及电控台12。

池面撇沫器2漂浮在水池中，通过电缆组件1与电控台12连接，电控台12为池面撇沫器2提供电源和控制指令。电缆组件1可以漂浮在水池表面，池面撇沫器2拖动电缆在池面移动时，电动电缆卷筒11随池面撇沫器2移动距离变化而同步转动，用于收放电缆。

电缆组件1的尾端连接在电控台12上，顶端通过密封电缆连接组件6可拆卸的连接池面撇沫器2中的磁力泵组件7、出口换向装置8、转舵机构9。

如图2、3、4、5所示，是本发明的池面撇沫器2，该池面撇沫器2主要包括过滤舱3、中心机械舱13、平衡组件14、设置在中心机械舱13内的磁力泵组件7、出口换向装置8以及转舵机构9，过滤舱3为若干个，设置在中心机械舱13外围侧面，中心机械舱13为密封结构。

多个过滤舱3底部的出液端分别与多个波纹管减振器组件5连接，波纹管减振器组件5的另一端与泵入口集液管15通过磁力泵进液管17连接；磁力泵出口26与出口换向装置8通过磁力泵排液管16连接；出口换向装置8设置在中心机械舱13中心；磁力泵组件7、出口换向装置8以及转舵机构9接出的电缆与密封电缆连接组件6连接，再接到中心机械舱13外部的电缆组件1；多个平衡组件14沿圆周均匀分布在中心机械舱13顶部，用于调节池面撇沫器2在池水表面漂浮时的平衡和姿态。

如图6、7所示，过滤舱3包括过滤板组件4、浮力室18、过滤室19、过滤舱出液口20、池水堰口21以及过滤舱活动盖板22；其中，过滤室19底部为锥形，过滤舱出液口20设置在锥形的底部；过滤舱3设有若干个池水堰口21，池水堰口21浸入池水表面，是池水进入过滤舱3的入口；池水流经过滤板组件4之时，表面固体污物被过滤，过滤后的清液由过滤舱出液口20流出；浮力室18置于过滤室19下方(底部外围)，采用焊接连接保证密封，形成空腔、提供浮力；正常工作时关闭过滤舱活动盖板22，需要检修更换过滤板组件4时，打开此盖板。

如图8、9所示，磁力泵组件7包括下端的泵入口集液管15、泵支座23、磁力泵24、磁力泵编码器25以及磁力泵出口26(磁力泵出口26设有磁力泵排液管16)，多根磁力泵进液管17均与泵入口集液管15相连(泵入口集液管15设有多个管口，每个管口设置有一根磁力泵进液管17，每根磁力泵进液管17对应连接一个过滤舱3，使得清液进入磁力泵24)；磁力泵组件7提供池水循环过滤的动力，磁力泵编码器25，在泵的工作曲线范围内调节水力学参数及运动参数；同时，磁力泵出口26与出口换向装置8连接，泵可在需要时为整台池面撇沫器2移动提供动力。磁力泵出口26通过磁力泵排液管16连接出口换向装置8，用于将清液从磁力泵24中输出到出口换向装置8。

如图10、11、12所示,出口换向装置8位于中心机械舱13的中心位置，包括出口换向减速电机编码器27、减速电机28、螺旋升降装置29、限位接近开关30、升降螺杠31、活塞缸32、磁力泵排液进口33、水平前进排液口34、活塞35、静止垂直排液口36、底阀53；圆筒形的活塞缸32垂直设置在中心机械舱13的中心位置，活塞缸32的顶端的侧面设有连接磁力泵组件7的磁力泵排液管16的磁力泵排液进口33，活塞缸32的底端为静止垂直排液口36，底端的侧面设有向一侧延伸的水平前进排液口34，静止垂直排液口36和水平前进排液口34伸出中心机械舱13之外，浸没在池水中；活塞35的顶端与延伸到活塞缸32顶端之外的升降螺杠31相连，活塞35的底端连接底阀53，活塞35上设有若干个与活塞缸32的轴线平行、用于通过清液的排液孔52，升降螺杠31与螺旋升降装置29相连，螺旋升降装置29与减速电机28相连，由出口换向减速电机编码器27控制的减速电机28驱动螺旋升降装置29运动，带动升降螺杠31和活塞35、底阀53在活塞缸32内上下移动；限位接近开关30用于在活塞35上下移动到位时分别停在两个极限位置(上升极限位置和下降极限位置)，向上到达上升极限位置时，活塞35下端的底阀53关闭静止垂直排液口36，水平前进排液口34则被打开；向下到达下降极限位置时，活塞35的侧面以及两端的第二密封环54关闭水平前进排液口34，静止垂直排液口36则被打开。

通过对静止垂直排液口36开启、闭合的控制，可以切换清液排出状态。当静止垂直排液口36开启时，池水由静止垂直排液口36排出并返回水池，不提供水平方向的动力；当静止垂直排液口36闭合时，池水由水平前进排液口34排出并返回水池，为池面撇沫器2提供与排水方向相反的水平动力。

由此，池水依次流经过滤舱3成为清液，再经过磁力泵组件7、出口换向装置8，回到水池中，完成过滤循环。

如图13所示，转舵机构9包括调节式阀门电动装置37、舵轴38和舵板10；舵轴38设置在调节式阀门电动装置37上，舵板10设置在舵轴38下部，调节式阀门电动装置37设置在中心机械舱13内，舵轴38向下延伸到中心机械舱13底部之外，舵板10位于中心机械舱13底部之外。调节式阀门电动装置37驱动舵轴38和舵板10在一定角度范围内转动，实现整台池面撇沫器2在水平移动过程中的转向控制。

如图14所示，过滤舱3与磁力泵进液管17之间通过密封的波纹管减振器组件5进行连接，波纹管减振器组件5位于过滤舱3和中心机械舱13之间，波纹管减振器组件5包括依次连接的弯管法兰39、带导流管波纹管减振器40和软管接头41。弯管法兰39的一端连接在过滤舱3的过滤舱出液口20上，软管接头41的一端连接在磁力泵进液管17上。波纹管减振器组件5用于将电机旋转和液体流动产生的振动降低。带导流管波纹管减振器40内置的导流管可降低液流扰动。

如图15所示，电缆组件1包括外表面包裹有闭孔橡胶电缆外套42的组合电缆46；闭孔橡胶电缆外套42的材质为轻质的闭孔泡沫橡胶，能够使电缆组件1漂浮在池水表面；

组合电缆46中包括用于控制磁力泵组件7、出口换向装置8、转舵机构9的电缆。

如图15所示，密封电缆连接组件6包括电缆夹套43、小卡箍44、大卡箍45、闭孔橡胶管接头47、压紧套48、第一密封环49、阴插头50和阳插座51。密封电缆连接组件6在保证密封的情况下实现组合电缆46中的多条电缆在中心机械舱13内外的连通。电缆夹套43、闭孔橡胶管接头47依次设置在电缆组件1顶端的组合电缆46、闭孔橡胶电缆外套42之间；压紧套48、第一密封环49依次设置在闭孔橡胶管接头47、组合电缆46之间；阴插头50设置在组合电缆46的顶端，阴插头50的内部与组合电缆46相连接；小卡箍44、大卡箍45设置在电缆组件1顶端的闭孔橡胶电缆外套42之外；阳插座51穿设在池面撇沫器2的中心机械舱13的侧壁上，磁力泵组件7、出口换向装置8、转舵机构9的控制线缆汇集到阳插座51中，当阴插头50、阳插座51连接在一起时，实现电控台12对磁力泵组件7、出口换向装置8、转舵机构9的控制；小卡箍44和大卡箍45将闭孔橡胶管接头47压紧固定在电缆夹套43和闭孔橡胶电缆外套42之间，形成密封，使池水无法进入闭孔橡胶电缆外套42和组合电缆46之间；此外，通过压紧套48内的第一密封环49以及阴插头50、阳插座51内多处的密封圈形成多道密封，使得池水无法进入插座连接处。

本发明所提供的乏燃料贮存水池移动式撇沫装置进行清除池水表面污物时，具体操作方法如下：

将池面撇沫器2放置在乏燃料贮存水池的池水中，调节每个平衡组件14的配重，使得整台池面撇沫器2保持平衡，并使多个过滤舱3的池水堰口21均恰好没入水面以下。通过远程控制启动磁力泵24，将水池上表面带有污物的池水吸入过滤舱3，池水流经过滤板组件4，污物被过滤收集，过滤后的池水通过波纹管减振器组件5和磁力泵进液管17进入磁力泵24，通过磁力泵排液管16排出并由磁力泵排液进口33进入出口换向装置8。

池面撇沫器2在原地进行过滤池水时，通过控制台12远程控制出口换向装置8，使活塞35停在下极限位置，通过活塞35侧面的两道第二密封环54关闭水平前进排液口34，并打开静止垂直排液口36，过滤后的清液经过活塞35横截面的多个排液孔52，最终由静止垂直排液口36排到水池，不提供水平方向推力，池面撇沫器2在池面上保持静止状态，进行池水过滤。

池面撇沫器2边移动边抽吸、过滤池水时，通过控制台12远程控制出口换向装置8，使活塞35停在上极限位置，打开水平前进排液口34，并关闭静止垂直排液口36，过滤后的清液经过活塞35横截面的多个排液孔52，最终由水平前进排液口34排到水池，为池面撇沫器2提供水平方向前进推力；通过远程控制调节式阀门电动装置37，驱动舵板10左右摆动，可以控制池面撇沫器2在行进中转向，由此可以实现边移动边抽吸、过滤池水，也可以使池面撇沫器2移动到池面的任何位置。

用于连接该池面撇沫器2与岸上电控台12的电缆组件1是由闭孔泡沫橡胶包裹的电源及控制电缆，可以漂浮在池面且随池面撇沫器2自由移动，并由水池岸上的电动电缆卷筒11同步收放。

当本发明的乏燃料贮存水池移动式撇沫装置经过一定时长的池水过滤操作之后，需要更换过滤板组件4。更换时，将池面撇沫器2从池水中取出，分别拆卸多个旧的过滤板组件4，安装多个新的组件，并将旧组件作为固体废物处理。

本发明所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。