阅读说明：本技术 一种用于放射性废物处理的水泥固化系统及方法、应用 (Cement solidification system and method for radioactive waste treatment and application ) 是由 龚应伟 李振臣 谢广智 王小兵 杨兰菊 胡加良 刘文磊 王冲 刘辰龙 赵乾 于 2020-06-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于放射性废物处理的水泥固化系统及方法、应用,所述系统包括三轴轨道车、轨道、标尺检测系统、无线控制系统；三轴轨道车包括水平移动系统、竖直升降系统和旋转系统,水平移动系统、竖直升降系统和旋转系统分别包括运动减速机、升降减速机或旋转减速机,通过无线控制系统控制实现三轴轨道车在轨道上移动,以及实现三轴轨道车的升降和旋转；标尺检测系统用于实时检测三轴轨道车在轨道上的位置；无线控制系统用于接收标尺检测系统检测到的三轴轨道车的位置信息,根据检测到的位置信息判断是否开启运动减速机、升降减速机或旋转减速机。本发明解决了现有采用水泥固化线处理放射性废物导致的设备费用高、复杂、适用性不强问题。(The invention discloses a cement solidification system, a method and application for radioactive waste treatment, wherein the system comprises a three-axis rail car, a rail, a scale detection system and a wireless control system; the three-axis rail car comprises a horizontal moving system, a vertical lifting system and a rotating system, wherein the horizontal moving system, the vertical lifting system and the rotating system respectively comprise a motion speed reducer, a lifting speed reducer or a rotating speed reducer, and the three-axis rail car is controlled by a wireless control system to move on the rail and lift and rotate the three-axis rail car; the scale detection system is used for detecting the position of the three-axis rail car on the rail in real time; the wireless control system is used for receiving the position information of the triaxial railcar detected by the scale detection system and judging whether to start the motion speed reducer, the lifting speed reducer or the rotary speed reducer according to the detected position information. The invention solves the problems of high equipment cost, complexity and poor applicability caused by the adoption of a cement curing line to treat radioactive wastes in the prior art.)

一种用于放射性废物处理的水泥固化系统及方法、应用

技术领域

本发明涉及放射性废物处理领域，具体涉及一种用于放射性废物处理的水泥固化系统及方法、应用。

背景技术

放射性水泥固化线是处理放射性湿废物的生产线系统，处理后的放射性湿废物形成均一、稳定的水泥固化体。

国家国内目前现有水泥固化线上固化桶使用辊道传输，包括：5～8套直线辊道、1～2套转弯辊道、1～2套旋转辊道、1～2套机械顶升设备/或液压顶升辊道、2套定位设备、2套夹紧设备、2套挡桶机构、多套信号检测装置及控制系统。直线辊道用于输送水泥固化桶；转弯辊道用于水泥固化桶转弯变向；旋转辊道用于水泥固化桶0°～360°的往复旋转；顶升设备用于水泥固化桶竖向上升或下降；定位设备用于水泥固化桶的二次精确定位；夹紧设备用于水泥固化桶的夹紧，防止水泥固化桶定位后发生位置变化。

国际国内现有水泥固化线工艺路线为：将固化桶放置在起点辊道上，正向起动多套相应的直线辊道、转弯辊道/甚至旋转辊道，把固化桶输送至固化桶取封盖工艺位置，系统执行固化桶取盖流程；反向起动多套相应的直线辊道，把固化桶输送至干料加料工艺位置，系统执行加料工艺流程；再次反向起动多套相应的直线辊道，把固化桶输送至湿料加料工艺位置，系统执行加料/搅拌工艺流程(根据不同工艺流程需要，加干料、湿料及搅拌工艺顺序是不同的)；在执行水泥固化搅拌流程前，还要进行固化桶挡桶流程、固化桶定位流程、固化桶升降流程；水泥固化搅拌完成后，形成水泥固化体，正向起动多套相应的直线辊道，水泥固化体输送至取封盖工艺位置，系统执行水泥固化体封流程；再次正向起动多套相应的直线辊道，把水泥固化体输至剂量检测位置，系统执行水泥固化体剂量检测流程等。

国际国内现有水泥固化线电气控制路线为：在水泥固化线上设备上设固定位置检测点，用于检测桶到各直线辊道端固化桶位置、转弯辊道角度位置、旋转辊道角度位置、桶升降位置、桶夹紧位置、干料加料固化桶位置、湿料加料固化桶位置、搅拌位置及过渡区固化桶位置等。元器件主要采用关电开关/或机械限位开关。元器件检测信号通过电缆传输到控制系统进行控制。

辊道传输固化桶存在以下缺陷：

(1)传统水泥固化线上设备较多、且功能单一

传统水泥固化线上设备为满足水泥固化线多种工艺功能，基本上按工艺要求设置单一功能设备的方式。通常传统水泥固化线上设有直线辊道用于固化桶直线传输的方法、转弯传输辊道用于固化桶转向的方法、升降装置用于固化桶升降的方法、定位设备用于固化桶定位的方法等。总的来说，传统水泥固化线上设备较多、且功能单一，导致投资费用大。同时，水泥固化线上相关设备发展仅40年，至今没有1套多元化的多功能综合性设备。水泥固化无线控制轨道车及轨道技术就是针对此类问题而提出的。

(2)设备间工艺配合性复杂、协调性差及安装难度大

水泥固化线生产放射性水泥固化体，是一个连续运动、多种工艺配合的过程，多套设备组成的水泥固化线上设备，有如下较为突出缺点，1)固化桶直线辊道间传输，需增加电气控制保证，误控情况难以避免。2)利用旋转辊道改变固化桶运动方向，难以保证运动方向精准。3)固化桶在搅拌工位定位时，可能出现工位定位精度误差，容易其他大型设备损坏。4)设备组之间的安装配合精度要求高，现场安装设备难度大，存在一定风险；5)需安装设备多达近20台套，同时还需反复调整安装精度，施工周期较长。6)水泥固化体生产过程中，线上操作工艺多达20余条，操作流程复杂，易误控，导致事故发生。

(3)电气控制系统硬件多

传统水泥固化线电气控制系统，由于需控制近20台套设备，位置检测元器件多达近30套，与之暴露相应缺点，1)增加控制电缆和电力电缆数量，项目投资费用。2)系统控制点位数量多，各种逻辑控制、连锁控制及程序编制费时费力。3)采用点位检测器件，无法确定固化桶在水泥固化线上过程位置。

(4)适应工艺流程差

放射性水泥固化工程项目一般的实施流程是，先有放射性物料水泥固化配方，后固定工艺流程，再设计配套的水泥固化线。当水泥固化配方发生改变时，难适应多种放射性物料水泥配方工艺流程，水泥固化线系统升级难度巨大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于放射性废物处理的水泥固化系统及方法、应用，解决现有采用水泥固化线处理放射性废物导致的设备费用高、复杂、适用性不强问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种用于放射性废物处理的水泥固化系统，包括三轴轨道车、轨道、标尺检测系统、无线控制系统；

所述三轴轨道车包括水平移动系统、竖直升降系统和旋转系统，所述水平移动系统、竖直升降系统和旋转系统分别包括运动减速机、升降减速机和旋转减速机，通过无线控制系统控制运动减速机、升降减速机和旋转减速机实现三轴轨道车在轨道上移动，以及实现三轴轨道车的升降和旋转；

所述标尺检测系统用于实时检测三轴轨道车在轨道上的位置；

所述无线控制系统包括控制模块，所述控制模块用于接收标尺检测系统检测到的三轴轨道车的位置信息，根据检测到的位置信息判断是否开启运动减速机、升降减速机或旋转减速机。

本发明所述无线控制系统包括电机一次回路、电机二次回路、设备级现场控制系统单元(控制模块，所述控制模块包含位置检测单元)、无线发射单元和接收单元(无线通信模块)；所述三轴轨道车在无线控制系统的控制下，能够实现的固化桶正向运动、反向运动、上升运动、下降运动、正向旋转、反向旋转等6种工艺运动方式，所述标尺检测系统可连续检测输出固化桶的位置，远传到主控室显示屏后，固化桶运行画面更直观，控制完全无死区。

本发明具有以下优势：

1)仅用1套水泥固化无线控制轨道车及相关技术可代替10～20套传统设备组，使得工程项目投资费用显著降低，从而进一步降低放射性废物处置费用；2)传统设备组在工程应用中需考虑工艺的配合性，而放射性废物处理无线控制水泥固化轨道方法无需考虑；3)传统水泥固化线上设备组现场安装复杂、安装技术参数要求高，而放射性废物处理无线控制水泥固化线轨道技术安装简单，不存在安装技术参数要求高的问题；4)放射性废物处理无线控制水泥固化线轨道技术满足多种水泥固化配方形成工艺，无需升级水泥固化线系统；5)采用无线控制系统和标尺检测系统及自带的电源系统，简化减少电气控制系统的硬件和软件，无需布置现场到控制室的动力电缆和控制电缆，固化桶位置可连续检测，系统可视化更佳，使水泥固化线操作流程更加简单可靠。

本发明根据三轴轨道车的特点配合设置无线控制系统和尺检测系统，分别用于控制三轴轨道车的前进或后退、上升或下降、旋转(正转或反转)，实现检测三轴轨道车在轨道上的位置。

综上，本发明通过在三轴轨道车上同时设置水平移动系统、竖直升降系统和旋转系统，，分别用于实现三轴轨道车在水平方向的前进或后退、旋转系统在竖直方向的上升和下降，以及旋转组件旋转，进而实现集多种功能于一身，无传统单套设备间功能配合性要求较高的问题，可以替代传统水泥固化线的设备组，且没有现场到主控制室的动力电缆和控制电缆，则减少工程项目投资费用，且采用无线控制方式，使电气控制系统更合理，操作系统更简单，可满足多种水泥固化配方形成的工艺流程。

进一步地，标尺检测系统包括光栅和与光栅配套的光栅检测模块，所述光栅安装在2个轨道之间的地面上，所述光栅检测模块安装在三轴轨道车上。

光栅技术(现有技术)的功能说明：根据工艺的需要，在无线控制系统中预置三轴轨道车的定位信息；标尺检测系统中光栅检测模块检测光栅位置，光栅检测模块输出信号传递到无线控制系统进行处理；处理后，实现三轴轨道车在轨道上任何位置运动和定位(水平移动)，(即各个工序所处位置与初始位置的距离，例如上料工位距离初始位置1米，实现将1米的参数输入无线控制系统，当三轴轨道车移动过程中，由光栅检测模块实时检测小车移动距离，当移动距离为设的定1米时，无线控制系统控制三轴轨道车停止前行)。

升降减速机的升降高度也可以采用光栅技术实现，实现在控制系统中设置升降减速机的升降高度，在升降减速机的电动机未端设置光栅配套，当光栅检测模块检测到升降减速机的升降高度与设定值相同时，驱动升降减速机停止工作。

三轴轨道车旋转位置也可以采用光栅技术实现，光栅配套安装在旋转减速机的电动机未端。

进一步地，还包括电源系统，所述电源系统为三轴轨道车、标尺检测系统和无线控制系统供电。

具体地，所述电源系统包括蓄电池、电源控制器及AC220V充电接口。

进一步地，水平移动系统包括运动减速机、传动组件和车轮系，所述运动减速机的动力输出轴通过传动组件与车轮系连接；

所述竖直升降系统包括升降减速机、涡轮减速器、丝杠和螺母，所述升降减速机设置在运动减速机的顶部，所述升降减速机的动力输出轴通过涡轮减速器与丝杠连接，所述螺母套设在丝杠上；

所述旋转系统包括旋转减速机、定向组件、齿轮系和旋转组件，所述旋转减速机设置在运动减速机上方且与螺母连接，所述旋转减速机的动力输出轴通过齿轮系使旋转组件绕定向组件旋转。

进一步地，竖直升降系统还包括2个导向杆和导向横板，所述导向横板设置在螺母的上端面，所述导向横板上设置用于穿过导向杆的通孔，所述导向杆设置在运动减速机顶部，所述旋转减速机与导向横板连接。

进一步地，运动减速机的顶部设置有水平安装板，所述升降减速机和导向杆设置在水平安装板上。

进一步地，定向组件的底部安装在导向横板上，顶部与齿轮系连接。

进一步地，车轮系包括4个车轮，所述车轮与地面上的轨道配合。

进一步地，定向组件的底部安装在导向横板上，顶部与齿轮系连接，齿轮系包括相互啮合的小齿轮和大齿轮，所述小齿轮与旋转减速机的动力输出轴连接，所述大齿轮与旋转组件配合。

一种基于用于放射性废物处理的水泥固化系统的固化方法，包括以下步骤：

S1：安装三轴轨道车，然后将三轴轨道车置于轨道中，将固化桶安装在三轴轨道车的顶部；

S2：参数设置：将各个工序的位置信息输入无线控制系统；

S3：当固化桶完成检测后，由无线控制系统发出指令开启运动减速机，在运动减速机的驱动下三轴轨道车在轨道上前进，由标尺检测系统实时监测三轴轨道车的位置，并将监测的位置信息通过无线通信模块发送给无线控制系统；

S4：当标尺检测系统检测到三轴轨道车的位置与无线控制系统中设定相同时，由无线控制系统发出指令停止运动减速机，进行相应工序操作，当该工序操作完成后，由无线控制系统发出指令开启运动减速机，继续前进直到下一个工序。

本发明所述固化方法能够适用于不同的水泥固化线，通过修改无线控制系统的参数设即可，即将(无线控制系的参数修改为对应工艺条件下的参数)；无需更换传统系统的设备等复杂操作，一套三轴轨道车代替传统的多种设备，实现一种灵活的、适应放射性物料多种配方的水泥固化生产工艺流程的应用，还可延申至水泥固化产品厂区运输应用)传统水泥固化生产工艺流程是配方决定系统设备和控制系统，当配方改变时，需重建系统设备和控制系统等。2)传统的人员驾驶专用特种汽车运输放射性产品，人员易受放射性照射，一但发生运输交通事故，易升级至放射性事故，对社会危害极大。

一种所述用于放射性废物处理的水泥固化系统的应用，将水泥固化系统应用于水泥固化生产工艺。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明通过在三轴轨道车上同时设置水平移动系统、竖直升降系统和旋转系统，，分别用于实现三轴轨道车在水平方向的前进或后退、旋转系统在竖直方向的上升和下降，以及旋转组件旋转，进而实现集多种功能于一身，无传统单套设备间功能配合性要求较高的问题，可以替代传统水泥固化线的设备组，且没有现场到主控制室的动力电缆和控制电缆，则减少工程项目投资费用，且采用无线控制方式，使电气控制系统更合理，操作系统更简单，可满足多种水泥固化配方形成的工艺流程。

2、本发明三轴轨道车可根据工艺技术要求进行适应性调整，操作简单、方便；安装简单、施工周期短，不需要考虑设备间安装配合问题

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为三轴轨道车的结构示意图。

图2为水泥固化系统的俯视图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-运动减速机，2-传动组件，3-车轮系，4-升降减速机，5-涡轮减速器，6-丝杠，7-螺母，8-导向杆，9-旋转减速机，10-定向组件，11-齿轮系，12-旋转组件，13-轨道，14-无线控制系统，15-光栅，16-电源系统。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1、图2所示，一种用于放射性废物处理的水泥固化系统，包括三轴轨道车、轨道13、标尺检测系统、无线控制系统14；

所述三轴轨道车包括水平移动系统、竖直升降系统和旋转系统，所述水平移动系统包括运动减速机1、传动组件2和车轮系3，所述运动减速机1的动力输出轴通过传动组件2与车轮系3连接；

所述竖直升降系统包括升降减速机4、涡轮减速器5、丝杠6和螺母7，所述升降减速机4设置在运动减速机1的顶部，所述升降减速机4的动力输出轴通过涡轮减速器5与丝杠6连接，所述螺母7套设在丝杠6上；

所述旋转系统包括旋转减速机9、定向组件10、齿轮系11和旋转组件12，所述旋转减速机9设置在运动减速机1上方且与螺母7连接，所述旋转减速机9的动力输出轴通过齿轮系11使旋转组件12绕定向组件10旋转，

通过无线控制系统14控制运动减速机1、升降减速机4和旋转减速机9实现三轴轨道车在轨道13上移动，以及实现三轴轨道车的升降和旋转；

所述标尺检测系统用于实时检测三轴轨道车在轨道13上的位置，具体地，所述标尺检测系统包括光栅和与光栅配套的光栅检测模块，所述光栅安装在2个轨道13之间的地面上，所述光栅检测模块安装在三轴轨道车上；

所述无线控制系统包括电机一次回路、电机二次回路、设备级现场控制系统单元(控制模块)、无线发射单元和接收单元(无线通信模块)，所述控制模块用于接收标尺检测系统检测到的三轴轨道车的位置信息，根据检测到的位置信息判断是否开启运动减速机1、升降减速机4或旋转减速机9；

还包括电源系统16，所述电源系统16为三轴轨道车、标尺检测系统和无线控制系统14供电，电源系统16包括蓄电池、电源控制器及AC220V充电接口；

具体地：

所述竖直升降系统还包括2个导向杆8和导向横板，所述导向横板设置在螺母7的上端面，所述导向横板上设置用于穿过导向杆8的通孔，所述导向杆8设置在运动减速机1顶部，所述旋转减速机9与导向横板连接；所述运动减速机1的顶部设置有水平安装板，所述升降减速机4和导向杆8设置在水平安装板上；所述定向组件10的底部安装在导向横板上，顶部与齿轮系11连接；所述传动组件2是1个复杂的单轴输入双轴输出的齿轮传动装置，其结构如图2中序号9与1之间方框虚线所示；所述车轮系3包括4个车轮((即运动减速机1的动力输出轴与传动组件2连接，传动组件2与车轮系3的驱动轴连接，车轮系3驱动轴与车轮系3的4个车轮连接)，所述车轮与地面上的轨道配合，所述定向组件10包括导向套筒(图中序号10引出线的位置)和旋转导向部件(含1个轴承及相关密封件等，图中序号10引出线的位置上方2个小圆圈就是旋转导向部件)，所述齿轮系11所述齿轮系11包括相互啮合的小齿轮和大齿轮(图1中11引出线的位置就是小齿轮，右旁边相邻的就是大齿轮)，所述小齿轮与旋转减速机9的动力输出轴连接，所述大齿轮与旋转组件12配合，所述旋转组件12包括托盘，所述托盘的底部与齿轮系11的大齿轮连接，所述托盘的顶部设置有用于固定固化桶的导向固定圈(图1中托盘上左右的小圆圈)。

本实施例的工作原理如下：

1、操控无线控制系统14驱动运动减速机1的电机，运动减速机1的电机旋转后，带动传动组件旋转2再驱动车轮系转动3，从而驱动三轴轨道车上的固化桶在轨道13上正向/或反向运动。执行固化桶取盖到位/或固化桶封盖到位/或固化桶剂量检测到位/或湿料加料到位/或干料加料到位/或辅助配方加料到位/或搅拌到位/或固化体吊运到位等流。

2、当固化桶到达工艺升降位置时(从起始位置到工艺升降位置的距离参数事先设置在无线控制系统14的控制模块内，由标尺检测系统检测实时监测三轴轨道车的移动距离，当移动距离与控制模块内存储的距离相同时)，操控无线控制系统14驱动升降减速机4的电机，升降减速机4的电机旋转后，带动涡轮减速器5传动，从而驱动丝杠6转动，再驱动螺母7上升/或下降；在导向杆8导向作用下，最后驱动旋转减速机9、定向组件10、齿轮系11、旋转组件12上的固化桶上升/或下降。执行固化桶湿料加料/或干料加料/或辅助配方加料/或搅拌等流程。

3、当固化桶到达工艺旋转位置时，操控无线控制系统14驱动旋转减速机9的电机，旋转减速机9的电机旋转后，带动齿轮系11传动，从而带动旋转组件12上的固化桶围绕定向组件10正向/或反向旋转。执行固化体的剂量检测流程。

一种基于实施例1所述用于放射性废物处理的水泥固化系统的固化方法，包括以下步骤：

S1：安装三轴轨道车，然后将三轴轨道车置于轨道13中，将固化桶安装在三轴轨道车的顶部；

S2：参数设置：将各个工序的位置信息输入无线控制系统14；

S3：当固化桶完成检测后，由无线控制系统14发出指令开启运动减速机1，在运动减速机1的驱动下三轴轨道车在轨道13上前进，由标尺检测系统实时监测三轴轨道车的位置，并将监测的位置信息通过无线通信模块发送给无线控制系统14；

S4：当标尺检测系统检测到三轴轨道车的位置与无线控制系统14中设定相同时，由无线控制系统14发出指令停止运动减速机1，进行相应工序操作，当该工序操作完成后，由无线控制系统14发出指令开启运动减速机1，继续前进直到下一个工序；例如，当标尺检测系统检测到三轴轨道车处于升降工艺位置处时，由无线控制系统14发出指令关闭运动减速机1，同时启动升降减速机4，当在升降工艺位置处的工序完成后(该工序的完成由该工序配套的控制系统判断)，无线控制系统14发出指令关闭升降减速机4，同时开启运动减速机1，在运动减速机1的驱动下三轴轨道车在轨道13上前进；当标尺检测系统检测到三轴轨道车处于旋转工艺位置处时，由无线控制系统14发出指令关闭运动减速机1，同时开启旋转减速机9，当在旋转工艺位置处的工序完成后(该工序的完成由该工序配套的控制系统判断)，无线控制系统14发出指令关闭旋转减速机9。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。