核电厂放射性废物进料计量装置及方法与流程

1.本发明涉及物料处理领域，特别是涉及核电厂放射性废物进料计量装置及方法。


背景技术：

2.随着核电技术的发展，出现了放射性核废物的处理技术，在传统技术中，放射性废物处理装置在对物料进行破碎及输送等过程中，常常容易发生卡料，无法精确计量下料的重量等情况，因此不适用于对多种不同物态放射性废物的粉碎及精确进料。


技术实现要素：

3.基于此，有必要针对放射性废物处理装置无法精确计量物料的下料重量的问题，提供一种核电厂放射性废物进料计量装置及方法。
4.一种核电厂放射性废物进料计量装置，包括粉碎单元、输送单元和称重单元，粉碎单元具有粉碎腔，用于粉碎预设重量m1的物料；输送单元包括第一螺旋输送机及第二螺旋输送机，第一螺旋输送机具有与粉碎腔相连通的第一输送腔，以接收所述粉碎腔内粉碎后的物料；第二螺旋输送机具有与第一输送腔相连通的第二输送腔；且第一螺旋输送机在单位时间内的物料输送量大于第二螺旋输送机在单位时间内的物料输送量；称重单元包括在垂直投影上呈现三角形分布的第一称重传感器、第二称重传感器和第三称重传感器，且第一称重传感器、第二称重传感器分别与粉碎单元连接，第三称重传感器与输送单元连接，共同称量核电厂放射性废物进料计量装置。
5.在其中一个实施例中，第一螺旋输送机包括具有第一输送腔的第一壳体、位于第一输送腔外的第一驱动电机，以及转动地设于第一壳体且位于第一输送腔内的第一螺杆，第一驱动电机分别与粉碎机和第一螺杆伸出第一输送腔外的一端传动连接，第一驱动电机与粉碎机的传动比为a，第一驱动电机与第一螺杆的传动比为b，其中，a和b的比值为预设值。
6.在其中一个实施例中，第二螺旋输送机包括沿第一壳体平行设置且具有第二输送腔的第二壳体、第二驱动电机和转动地设于第二壳体的第二螺杆，第二螺杆伸出第二输送腔外，并与第二驱动电机传动连接，第一壳体和第二壳体之间设有连接部件，连接部件上形成有分别与第一输送腔和第二输送腔连通的连通通道。
7.在其中一个实施例中，连接部件包括与第一壳体连接的第一法兰盘、与第二壳体连接的第二法兰盘，以及连接于第一法兰盘与第二法兰盘之间的连接管，连接管限定出连通通道。
8.在其中一个实施例中，粉碎单元包括具有进料腔的料仓、具有粉碎腔的粉碎仓、进料阀和粉碎机，料仓底端设有一分别与进料腔和粉碎腔连通的出流连通口，在出流连通口处设有进料阀，以控制进料腔和粉碎腔的通断，粉碎机的粉碎部件穿设于粉碎仓，且伸入粉碎腔内，以粉碎粉碎腔内的物料。
9.在其中一个实施例中，料仓与粉碎仓一体成型。
10.在其中一个实施例中，料仓的侧壁沿第一方向间隔设置的高料位开关以及低料位开关，高料位开关被配置为能够在料仓内物料大于最大预设量时触发高料位报警信号，低料位开关被配置为能够在料仓内物料小于最小预设量时触发低料位报警信号。
11.在其中一个实施例中，料仓的侧壁设有振动模块，且振动模块位于高料位开关与低料位开关之间。
12.在其中一个实施例中，称重模块包括两个第一支撑部和一个第二支撑部，两个第一支撑部支撑设于第一称重模块的下方，且以粉碎单元为对象呈对称分布，第二支撑部支撑设于第二称重模块的下方。
13.本技术还提供一种核电厂放射性废物进料计量方法，包括如下步骤：向粉碎单元内投入具有预设重量m1的物料；粉碎粉碎单元内的物料，并由输送单元的第一螺旋输送机输送粉碎单元内的物料；实时获取计量进料装置的总重量，当计量进料装置的总重量达到第一预设重量m2时，则停止粉碎单元的粉碎机和第一螺旋输送机；启动输送单元的第二螺旋输送机；实时获取计量进料装置的总重量，当计量进料装置的总重量达到第二预设重量m3时，停止计量进料。
14.在其中一个实施例中，粉碎单元包括具有进料腔的料仓、具有粉碎腔的粉碎仓，以及设于料仓和粉碎仓的连接处且用于控制进料腔和粉碎腔的通断的进料阀，向粉碎单元内投入具有预设重量m1的物料具体包括：控制进料阀闭合；向料仓的进料腔内投入物料，直至计量进料装置的总重量达到m0+m1时停止投料，其中，m0是未投料时计量进料装置的净重量；控制进料阀开启，并粉碎进入粉碎腔内的物料。
15.在其中一个实施例中，在投料时若触发料仓上的高料位开关，则停止物料补充；在粉碎时若触发料仓上的低料位开关，则结束计量进料。
16.在其中一个实施例中，进料阀的开启时间为t1，粉碎粉碎单元内的物料的起始时间为t1+δt1，其中，δt1为第一预设时间段；停止粉碎粉碎单元内的物料的时间为t2，第二螺旋输送机的开启时间为t2+δt2，其中，δt2为第二预设时间段。
17.在本技术的技术方案中，核电厂放射性废物进料计量装置包括粉碎单元、输送单元和称重单元，粉碎单元具有粉碎腔，用于粉碎预设重量m1的物料；输送单元包括第一螺旋输送机及第二螺旋输送机，第一螺旋输送机具有与粉碎腔相连通的第一输送腔，以接收所述粉碎腔内粉碎后的物料；第二螺旋输送机具有与第一输送腔相连通的第二输送腔；且第一螺旋输送机在单位时间内的物料输送量大于第二螺旋输送机在单位时间内的物料输送量；称重单元包括在垂直投影上呈现三角形分布的第一称重传感器、第二称重传感器和第三称重传感器，且第一称重传感器、第二称重传感器分别与粉碎单元连接，第三称重传感器与输送单元连接，共同称量核电厂放射性废物进料计量装置。也就是说，称重单元采用三点支撑的方式共同承载整个计量进料装置，使得装置空间布局稳定的同时也满足了精确计量的要求，将物料的计量进料过程分为了初步计量进料和精确计量进料，初步计量进料量由称重单元和第一螺旋输送机来控制。首先，随着粉碎以及输送过程的进行，称重单元获取到的计量进料装置的总重量逐渐减小，其中，计量进料装置的总重量指的是计量进料装置的净重量m0与物料重量m1之和，直至实际出料量接近目标出料量时停止运行粉碎机和第一螺旋输送机，转为由输送量更小的第二螺旋输送机对物料进行输送，并由称重单元进行精确的计量进料，通过第二螺旋输送机的第二输送腔输送第一输送腔上停留物料中的一部分输
送至装置外部，在此过程中，称重单元获取到的计量进料装置的总重量进一步减小，直至实际出料总量达到目标出料总量时，停止运行第二螺旋输送机。也就是说，本技术通过两种不同输送速率的螺旋输送机结合相应的称重单元实现物料的精确计量进料，解决了传统技术中无法精确计量物料的下料重量的问题。
附图说明
18.图1为本技术一实施例的计量进料装置的整体结构图；
19.图2为本技术一实施例的计量进料装置的输送单元的结构图；
20.图3为本技术一实施例的计量进料装置的侧视图；
21.图4为本技术一实施例的计量进料方法的流程图。
22.附图标记：
23.粉碎单元1；
24.粉碎仓11；料仓12；粉碎机13；振动模块14；
25.粉碎腔a1；进料腔a2；出流连通孔a3；
26.输送单元2；
27.第一螺旋输送机21；第一驱动电机211；第一壳体212；第一螺杆213；
28.第二螺旋输送机22；第二驱动电机221；第二壳体222；第二螺杆223；
29.连接部件23；第一法兰盘231；第二法兰盘232；连接管233；
30.减速器24；
31.第一输送腔b1；第二输送腔b2；连通通道b3；
32.称重单元3；
33.第一称重传感器31；第二称重传感器32；第三称重传感器33；
34.高料位开关34；低料位开关35。
35.控制器4；
36.计量进料装置净重量m0；预设物料重量m1；输送单元内的物料的重量m2；进料阀的开启时间t1；第一预设时间段δt1；
37.停止粉碎机的时间t2；第二预设时间段δt2。
具体实施方式
38.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在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做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
39.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
40.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性
或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
41.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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发明中的具体含义。
42.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
43.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
44.请参阅图1，图1示出了本发明一实施例中的计量进料装置的整体结构示意图。
45.本发明一实施例提供了的核电厂放射性废物进料计量装置包括粉碎单元1、输送单元2和称重单元3，粉碎单元1具有粉碎腔a1，用于粉碎预设重量m1的物料，输送单元2包括第一螺旋输送机21和第二螺旋输送机22，第一螺旋输送机21具有与粉碎腔a1相连通的第一输送腔b1，以接收粉碎腔a1内粉碎后的物料，第二螺旋输送机22具有与第一输送腔b1相连通的第二输送腔b2，且第一螺旋输送机21在单位时间内的物料输送量大于第二螺旋输送机22在单位时间内的物料输送量，也就是说，本技术中的输送单元有两种级别不同的螺旋输送机，第一螺旋输送机21的输送速率大于第二螺旋输送机22的输送速率，因此，第二螺旋输送机22的输送精度高于第一螺旋输送机21的输送精度。
46.称重单元3包括在垂直投影上呈现三角形分布的第一称重传感器31、第二称重传感器32和第三称重传感器33，且第一称重传感器31、第二称重传感器32分别与粉碎单元1连接，第三称重传感器33与输送单元2连接，共同称量核电厂放射性废物进料计量装置。如此，称重单元3采用三点支撑的方式共同承载了整个计量进料装置，使得装置空间布局稳定的同时也满足了精确计量的要求。可以理解的是，本技术的物料计量进料装置将物料的计量进料过程分为了初步计量进料和精确计量进料，初步计量进料量由称重单元3和第一螺旋输送机21来控制，首先，随着粉碎和输送过程的进行，称重单元3获取到的计量进料装置的总重量逐渐减小，直至实际出料量接近目标出料量时停止运行粉碎机13和第一螺旋输送机21。
47.在精确计量进料中，物料的输送转为由称重单元3和输送量更小的第二螺旋输送机22来进行，通过第二螺旋输送机22的第二输送腔b2将第一输送腔b1上停留物料中的一部分输送至装置外部，在此过程中称重单元3获取到的计量进料装置的总重量进一步减小，直
至实际出料总量达到目标出料总量时，停止运行第二螺旋输送机32。也就是说，本技术通过两种不同输送速率的螺旋输送机结合称重单元的三个称重传感器实现物料的精确计量进料。
48.优选地，第二螺旋输送机的额定输送量为第一螺旋输送机额定输送量的1/10，从而实现最佳的放射性废物的精确计量进料效果。
49.结合图2和图3所示，图2为计量进料装置的输送单元的结构示意图。
50.在其中一个实施例中，第一螺旋输送机21包括具有第一输送腔b1的第一壳体212、位于第一输送腔b1外的第一驱动电机211，以及转动地设于第一壳体212且位于第一输送腔b1内的第一螺杆213，如此，第一螺旋输送机21就可以方便地接收从粉碎机13中粉碎后的物料，并在第一螺杆213的作用下将物料通过第一输送腔b1输送至其它位置。
51.图3为本技术一实施例中的计量进料装置的侧视图。
52.第一驱动电机211分别与粉碎机13中的转轴和第一螺旋输送机21中驱动第一螺杆213的转轴传动连接，第一驱动电机211与粉碎机13的传动比为a，第一驱动电机211与第一螺杆213的传动比为b，其中，a和b的比值为预设值。具体地，若粉碎机13中的转轴转速为n1，驱动第一螺杆213的转轴转速为n2，因两者均由第一驱动电机211驱动，故a/b＝n2/n1，粉碎机13的出料量为q1＝n1x1，第一螺旋输送机21的输送量为q2＝n2x2，其中，x1是粉碎机13的出料量系数，x2是第一螺旋输送机21的出料量系数，且第一螺旋输送机21的出料量与粉碎机13的出料量之间的数值关系为q1《q2《1.2q1。也就是说，第一驱动电机211是粉碎机13和第一螺杆213的共同动力来源，第一驱动电机211可通过减速器24的齿轮组减速后驱动到粉碎机13和第一螺杆213上，可以理解的是，根据以上关系设计传动比a和传送比b的预设值，就可以使粉碎机13的出料量略低于第一螺旋输送机21的输送量，避免速率不匹配造成的堵料问题，从而实现物料的粉碎速率和物料的输送速率同步的效果。此外，由于本技术共用电机的结构设计减少了电动部件和接口的数量，因此提高了装置的密封性，一定程度上能有效防止放射性核废料在输送过程中发生泄漏，从而确保设备及人员的安全。
53.在其中一个实施例中，第二螺旋输送机22包括沿第一壳体212平行设置且具有第二输送腔b2的第二壳体222、第二驱动电机221和转动地设于第二壳体222的第二螺杆223，第二螺杆223伸出第二输送腔b2外，并与第二驱动电机221传动连接，第一壳体212和第二壳体222之间设有连接部件23，连接部件23上形成有分别与第一输送腔b1和第二输送腔b2连通的连通通道b3。这样，第一螺旋输送机21的第一输送腔b1内的部分物料可以通过连通通道b3进入第二螺旋输送机22的第二输送腔b2，第一壳体212和第二壳体222的平行设置既可以使装置的整体结构更紧凑，同时也便于物料的稳定输送。
54.可选地，第一螺旋输送机21和第二螺旋输送机22之间可以是法兰连接的方式，连接部件23包括与第一壳体212连接的第一法兰盘231、与第二壳体222连接的第二法兰盘232，以及连接于第一法兰盘231与第二法兰盘232之间的连接管233，连接管233限定出连通通道b3。
55.由此，从结构布局上来说，由于第一螺旋输送机21和第二螺旋输送机22以法兰连接的形式进行了一体化组合，因此大大减小了布置空间，进一步提高了结构的紧凑性，而且法兰连接的连接强度高，从而可以承受更大的压力，第一螺旋输送机21和第二螺旋输送机22一体化的结构设计使得装置的密封性更好，能够进一步防止放射性核废料在输送过程中
发生泄漏，从而提高装置的整体安全性。此外，本技术中控制器4的输入端与称重模块3电连接，控制器4的输出端与第一驱动电机211和第二驱动电机221电连接，这样，控制器4便可根据称重模块3的数据对粉碎机13、第一螺旋输送机21以及第二螺旋输送机22进行集成控制，通过控制器4中的变频器进行调速，从而给料准确且调试方便。
56.请继续参阅图1和图2，在其中一个实施例中，粉碎单元1包括具有粉碎腔a1的粉碎仓11、具有进料腔a2的料仓12、进料阀和粉碎机13，料仓12底端设有一分别与粉碎腔a1和进料腔a2连通的出流连通口a3，在出流连通口a3处设有进料阀，以控制粉碎腔a1和进料腔a2的通断，以使进料腔a2内的物料能够流入粉碎腔a1内，粉碎机13的粉碎部件穿设于粉碎仓11，且伸入粉碎腔a1内，以粉碎粉碎腔a1内的物料。如此，料仓12的进料腔a2中可以存储一定重量的物料，进料阀打开后，物料就可以通过出流连通口a3进入粉碎仓11的粉碎腔a1中，并在粉碎机13中粉碎部件的作用下将物料粉碎。可选地，料仓12与粉碎仓11为一体成型的设计，从而提高了粉碎单元1的密封性，避免了放射性物质扩散的风险。
57.在其中一个实施例中，料仓12的侧壁沿第一方向间隔设置的高料位开关33以及低料位开关34，高料位开关33被配置为能够在料仓12内物料大于最大预设量时触发高料位报警信号，低料位开关34被配置为能够在所述料仓12内物料小于最小预设量时触发低料位报警信号。这样，通过高料位开关33和低料位开关34的设置，可以对料仓12内物料的重量进行控制，一方面防止向料仓12内补充物料时超过其最大容量导致物料溢出，另一方面确保料仓12内储备最低重量的物料，为后续的生产提供必要的准备。
58.在其中一个实施例中，料仓12的侧壁设有振动模块14，且振动模块14位于高料位开关33与低料位开关34之间，这样，在振动模块14的作用下，料仓12产生振动，并带动料仓12内的物料也发生振动，物料将会更顺畅地通过出流连通孔a3，从而防止物料阻塞在出流连通孔a3位置处。
59.请参阅图3，图3为本技术中的计量进料方法流程图。
60.本发明提供了一种核电厂放射性废物进料计量方法，包括如下步骤：向粉碎单元内投入具有预设重量m1的物料；粉碎粉碎单元内的物料，并由输送单元的第一螺旋输送机输送粉碎单元内的物料；实时获取计量进料装置的总重量，当计量进料装置的总重量达到第一预设重量m2时，则停止粉碎单元的粉碎机和第一螺旋输送机；启动输送单元的第二螺旋输送机；实时获取计量进料装置的总重量，当计量进料装置的总重量达到第二预设重量m3时，停止计量进料。可以理解的是，本技术是将物料的计量进料分为了初步计量进料和精确计量进料，在初步计量进料阶段，粉碎单元1内预设重量为m1的物料随着粉碎过程的进行，物料逐渐通过第一螺旋输送机21运往装置外部，因此，计量进料装置的总重量将会逐渐减小，这里的计量进料装置的总重量指的是计量进料装置的净重量m0与物料重量m1之和，直到称重单元3测得的计量进料装置的总重量达到第一预设重量m2时，则停止粉碎单元1的粉碎机13和第一螺旋输送机21，此时，初步计量进料完成。需要说明的是，本技术是基于作差法控制物料的重量，m0+m
1-m2所得数值为接近被控制的目标进料总量的数值，此时，需要控制的精确的目标进料总量与初步计量进料阶段实际输送的物料重量的差值为某一较小的范围的物料重量，若继续采用第一螺旋输送机21进行输送，可能由于其输送量大而导致实际出料总量大于被控制的目标出料总量，且由于第一螺旋输送机21的输送量大于第二螺旋输送机22的输送量，因此，需要停止第一螺旋输送机21并进入精确计量进料流程，并启动输
送单元2中的输送量较小的第二螺旋输送机22，将连接通道b3中存储的物料以及第一输送腔b1上的部分物料通过第二螺旋输送机21输送到外界，直至称重模块32测得的计量进料装置的总重量达到第二预设重量m3时完成精确计量进料流程，此时的实际进料总量即为被控制的目标出料总量。由此，通过第一螺旋输送机21、第二螺旋输送机22和称重单元3，结合相应的控制方法来完成初步计量进料流程和精确计量进料流程，从而使得流出装置外部的物料重量与被控制的精确的出料总量一致，实现了物料的精确计量进料。
61.在其中一个实施例中，粉碎单元1包括具有粉碎腔a1的粉碎仓11、具有进料腔a2的料仓12，以及设于料仓12和粉碎仓11的连接处且用于控制进料腔和粉碎腔的通断的进料阀，向粉碎单元1内投入具有预设重量m1的物料的具体步骤为：控制进料阀闭合；向料仓的进料腔内投入物料，直至计量进料装置的总重量达到m0+m1时停止投料，其中，m0是未投料时计量进料装置的净重量；控制进料阀开启，并粉碎进入粉碎腔内的物料。也就是说，先关闭进料阀使得料仓12内形成下部密封的空间，随着投入进料腔a2中的物料的累积，称重单元3测得数值也逐渐增大，直至达到预设重量m0+m1时停止投料，此时再打开进料阀使料仓12内物料通过出流连通孔a3进入粉碎腔a1开始进一步的处理。
62.可选地，进料阀的开启时间为t1，粉碎粉碎单元1内的物料的起始时间为t1+δt1，其中，δt1为第一预设时间段；停止粉碎粉碎单元1内的物料的时间为t2，第二螺旋输送机22的开启时间为t2+δt2，其中，δt2为第二预设时间段。这样，通过设置第一预设时间段δt1使初步计量进料过程中称重单元3有合适的反应时间，克服实际称重时称重单元3内部的传感器的测量结果存在短暂波动所引起的测量误差，从而使得初步计量进料量更准确。类似地，通过设置第二预设时间段δt2使精确计量进料过程中的称重单元3有合适的反应时间，从而使得精确计量进料量更准确。
63.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
64.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。