CN114279531A - 一种基于磁致伸缩液位计的放射性废树脂界面测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于磁致伸缩液位计的放射性废树脂界面测量装置，包括磁致伸缩液位计，所述磁致伸缩液位计包括水位浮子和树脂浮子；所述测量装置还包括牵引装置、缆绳和提升爪；所述缆绳与所述牵引装置连接，所述提升爪固定于所述缆绳上；所述提升爪位于所述树脂浮子的下方，当所述牵引装置通过缆绳带动提升爪上升时，所述树脂浮子被所述提升爪抬升；所述测量装置还包括箱体和控制箱，所述表头和牵引装置均设于所述箱体内，且所述表头和牵引装置均与所述控制箱数据通信连接。本发明通过磁致伸缩液位计测量原理，特殊浮球设计及专用提升装置结合的方法进行测量带辐照的树脂界面，可同时进行液位与树脂/水界位高度测量。
Description
技术领域
本发明涉及液体液面或流动的固态材料料面的指示或测量领域，具体涉及到一种基于磁致伸缩液位计的放射性废树脂界面测量装置。
背景技术
截至2020年9月30日，我国运行核电机组共49台，装机容量为51027.16MWe(额定装机容量)。每台1000MW的核电机组每年大约产生5—10m3的废树脂，是核电厂的主要放射性废物之一。在我国，目前这些废树脂大多采用水泥固化处理，因其增容比大、最终废物量多，既不符合废物最小化原则，也给后续管理带来极大负担。对于固化，应对计量罐内的树脂量进行精确控制，使树脂、水、水泥三者的比例符合设计标准，所以，对树脂量的测量控制是固化处理中的一项重要内容。
国内常见测量固液或气固分界面的方法有：浮球法、反射法、介电常数法。
浮球法：由于水与树脂密度相差很小，要求浮球等效密度精确。在测量过程中，水中所常溶解的杂质比率不断发生变化，当密度低于1或高于1.06时，则浮球不会处于液面分界面处，导致结果完全错误。当水密度在1-1.06之间变化时，浮球处于固液分界面处，但由于密度发生变化，浮球相对界面位置也会发生变化，其变化大小与浮球直径成正比。当水密度变化1％时(由1变为1.01)，则出现浮球直径六分之一的误差。故浮球法存在误差较大甚至可靠性问题。
反射法：光(超声波)静止处于界面之上，发射一束脉冲光，光遇界面反射，通过测量脉冲光发射到返回间的时差可以换算出界面距离。或通过高度变化，反射角的变化计算出界面高度的变化。由于树脂颗粒小，反射为漫反射，反射角度不确定(反射角度法不适用)，反射回的强度很小(且波动大，甚至接收元件处没有光信号)。所以反射法可靠性较低。另外超声波探头不能处于水面之上，否则水面处会反射绝大部分声信号，若探头处于水中，超声换能器上的声楔为工程塑料，在放射环境中容易损坏。
介电常数法：水与树脂介电常数基本一致，而且水中溶解杂质变化会导致介电常数有较大变化，故无论是电容还是微波波速测量都会产生很大误差。
又由于需要进行液位与树脂/水界位高度双重测量，普通的单界面测量仪已不再适用。而且在如此高放射性的条件下，一旦测量仪表出现故障，检修极为不便，且维修相当昂贵，因此放射性废树脂界面测量一直是研究难点。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种基于磁致伸缩液位计的放射性废树脂界面测量装置，旨在解决现有技术中放射性废树脂界面测量不准确，无法同时进行液位与树脂/水界位高度测量的问题。
为解决以上技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种基于磁致伸缩液位计的放射性废树脂界面测量装置，包括磁致伸缩液位计，所述磁致伸缩液位计包括表头和探测杆，所述磁致伸缩液位计还包括水位浮子和树脂浮子，所述水位浮子和树脂浮子均滑动套设于所述探测杆上，且所述水位浮子位于所述树脂浮子的上方；
所述测量装置还包括牵引装置、缆绳和提升爪；所述缆绳与所述牵引装置连接，所述提升爪固定于所述缆绳上；所述提升爪位于所述树脂浮子的下方，当所述牵引装置通过缆绳带动提升爪上升时，所述树脂浮子被所述提升爪抬升；
所述测量装置还包括箱体和控制箱，所述表头和牵引装置均设于所述箱体内，且所述表头和牵引装置均与所述控制箱数据通信连接。
作为上述方案的进一步技术方案，所述测量装置还包括弹簧，所述弹簧套设于所述探测杆上且所述弹簧的上端与所述箱体固定连接。
作为上述方案的进一步技术方案，所述提升爪包括若干个切割爪。
作为上述方案的进一步技术方案，所述缆绳位于所述树脂浮子与所述探测杆之间的间隙内。
作为上述方案的进一步技术方案，所述箱体的底部固定连接有法兰盘。
作为上述方案的进一步技术方案，所述探测杆下端连接有重锤。
作为上述方案的进一步技术方案，所述树脂浮子包括外壳和设于所述外壳内的配重块。
作为上述方案的进一步技术方案，所述外壳为椭球形。
作为上述方案的进一步技术方案，所述牵引装置包括编码器、电机、第一带轮和第二带轮；所述编码器、电机和第一带轮均设于所述箱体内，所述第一带轮安装于所述电机的转轴上，所述第二带轮设于所述探测杆的下端，所述缆绳绕设于所述第一带轮和第二带轮之间；所述编码器与所述电机连接，所述编码器和电机均与所述控制箱数据通信连接。
作为上述方案的进一步技术方案，所述箱体内设有防辐射隔间，所述表头、编码器和电机均设于该防辐射隔间内。
综上所述，本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：本发明通过磁致伸缩液位计测量原理，特殊浮球设计及专用提升装置结合的方法进行测量带辐照的树脂界面，可同时进行液位与树脂/水界位高度测量。本发明拥有其他技术装置所无法比拟的环保性，且自动化程度高，其操作方便、测量效果好、安全环保。无论是从技术性，还是长期经济性，都是具有很强竞争力的，能够为核电机组节约一笔十分客观的环境污染治理费用与大量时间，这将为放射性废树脂界面测量提供一种新的技术。
附图说明
图1为本发明的正视结构示意图。
图2为图1中A-A向的剖切机构示意图，为清楚表示结构，省略了水位浮子和树脂浮子。
图3为图1的俯视结构示意图。
图中各标号的释义为：箱体101，安装板102，隔板103，格兰头104，法兰盘105，弹簧106，防辐射隔间107，编码器201，电机202，第一带轮203，缆绳204，提升爪205，探测杆301，水位浮子302，树脂浮子303，重锤304。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二等类似用语只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
如图1-图3所示，本申请实施例所述的一种基于磁致伸缩液位计的放射性废树脂界面测量装置包括磁致伸缩液位计，所述磁致伸缩液位计包括表头和探测杆301，所述磁致伸缩液位计还包括水位浮子302和树脂浮子303，所述水位浮子302和树脂浮子303均滑动套设于所述探测杆301上，且所述水位浮子302位于所述树脂浮子303的上方。所述测量装置还包括牵引装置、缆绳204和提升爪205；所述缆绳204与所述牵引装置连接，所述提升爪205固定于所述缆绳204上；所述提升爪205位于所述树脂浮子303的下方，当所述牵引装置通过缆绳204带动提升爪205上升时，所述树脂浮子303被所述提升爪205抬升。所述测量装置还包括箱体101和控制箱，所述表头和牵引装置均设于所述箱体101内，且所述表头和牵引装置均与所述控制箱数据通信连接。
磁致伸缩液位计是一种磁致伸缩液位位移传感器。在磁致伸缩液位计的传感器测杆外配有一浮子，此浮子可以沿测杆随液位的变化而上下移动。在浮子内部有一组永久磁环。当脉冲电流磁场与浮子产生的磁环磁场相遇时，浮子周围的磁场发生改变从而使得由磁致伸缩材料做成的波导丝在浮子所在的位置产生一个扭转波脉冲，这个脉冲以固定的速度沿波导丝传回并由检出机构检出。通过测量脉冲电流与扭转波的时间差可以精确地确定浮子所在的位置，即液面的位置。磁致伸缩液位计的技术优势：磁致伸缩液位计适合于高精度要求的清洁液位的液位测量，精度达到1mm，最新产品精度已经可以达到0.1mm。磁致伸缩液位计还可应用于两种不同液体之间的界位测量。防爆型设计，适合危险场合，智能电子线路设计可计算出容积量；唯一可动部件为浮子，维护量极低。本申请实施例正是利用了这一原理制成了用于放射性废树脂界面测量的装置。该测量装置的测量性能主要通过磁致伸缩液位计进行保证，通过特殊设计的树脂浮子303可精确地悬浮停留在树脂与水之间的分界面处。树脂浮子303内的磁环作用于探测杆301，将位置信号传输至表头，表头对信号进行分析处理，计算出树脂的界面值。同时，悬浮在水面的水位浮子302也会发出一个测量信号，对水面的距离也可测量到，从而实现通过一台仪器同时测量树脂界面和水面的高度的目标。由于放射性废树脂静止一段时间后，可能会存在板结的情况，同时由于其颗粒在树脂浮子303与探测杆301或者缆绳204之间，可能会把树脂浮子303卡死，卡死后将无法测量。因此，本申请实施例还特别设计了一套提升装置，在树脂浮子303被卡死的情况下，通过牵引装置、缆绳204和提升爪205将树脂浮子303提升到一定高度，从而破坏树脂浮子303与探测杆301之间的固定状态，使树脂浮子303恢复到可相对探测杆301自由滑动状态。
然后，为了使被抬升的树脂浮子303下降恢复到原来的测量位置，本申请实施例所述的测量装置还包括弹簧106，所述弹簧106套设于所述探测杆301上且所述弹簧106的上端与所述箱体101固定连接。当树脂浮子303被提升爪205提升到一定高度后会挤压水位浮子302和弹簧106，之后便由弹簧106提供恢复力使水位浮子302和树脂浮子303下降，之后水位浮子302和树脂浮子303又会因为自会的密度而自动悬浮到水面和水面与树脂的分界面。提升爪205则由牵引装置带动缆绳204下降到树脂浮子303的下方。来回往复几次抬升和下压，即可使树脂浮子303与探测杆301之间的间隙不再填充树脂，从而使树脂浮子303恢复到可相对探测杆301自由滑动状态，保证测量效果。
若树脂板结严重，仅是上下移动树脂浮子303可能无法长久保持间隙通畅。为此，本申请实施例中的提升爪205还包括若干个切割爪，该切割爪被设计成刀片爪式，在树脂板结或者卡得比较严重的时候，刀片爪式提升装置可以切割树脂，从而达到移动树脂浮子303的目的。同时，提升装置的提升爪205设计为刀片结构，当爪子沉没在树脂内部时，也能够切割树脂，达到提起的目的，降低装置提升的故障率。
为了较好地实现树脂浮子303的提升，有效地粉碎间隙内的板结的树脂，所述缆绳204位于所述树脂浮子303与所述探测杆301之间的间隙内。这样，缆绳204本身还能对树脂进行摩擦粉碎，同时还能减小本申请实施例的体积。
进一步的，所述探测杆301下端连接有重锤304。重锤304悬挂至探测杆301的末端，重力作用使探测杆301始终保持竖直状态，以保证测量精度。
树脂浮子303的设计要考虑缆绳204或探测杆301与树脂浮子303之间的间隙，该间隙目前拟定设计大于2.5倍树脂颗粒直径，耐堵塞能力需要通过后期试验反复验证，使其在保证测量精度的同时耐堵塞能力提升到最高。而缆绳204本身的直径很小，不影响间隙空间。
同时，本申请实施例还将树脂浮子303设计为可调密度浮球，包括外壳和设于所述外壳内的配重块。在试验过程中，可以通过调整配重水平，不断地调整树脂浮子303密度，并可以通过不同的配重块进行粗调精调，使得树脂浮子303达到最佳的测量密度。进一步的，所述外壳为椭球形，即圆盘形，使得外壳内的配重块能尽可能地分散于外壳内并集聚了底部，使得整个树脂浮子303的等效密度更加均匀，悬浮转态能有保障。
为了便于本装置的安装，在所述箱体101的底部还固定连接有法兰盘105，以便于装有放射性废树脂的储存罐进行安装连接。
为了保证树脂浮子303的抬升始终顺畅，所述牵引装置包括编码器201、电机202、第一带轮203和第二带轮；所述编码器201、电机202和第一带轮203均设于所述箱体101内，所述第一带轮203安装于所述电机202的转轴上，所述第二带轮设于所述探测杆301的下端，所述缆绳204绕设于所述第一带轮203和第二带轮之间；所述编码器201与所述电机202连接，所述编码器201和电机202均与所述控制箱数据通信连接。具体的，编码器201和电机202通过安装板102固定安装于箱体101内。通过电机202带动第一带轮203和第二带轮转动，使缆绳204能绕第一带轮203和第二带轮来回动作。
由于放射性废树脂具有较强的辐射能力，容易影响电子设备的运行，因此，本申请实施例还在箱体101内通过隔板103分离出了一个防辐射隔间107，所述表头、编码器201和电机202均设于该防辐射隔间107内，以隔绝辐射对电子设备的影响。
整个装置的操作和控制均由远处的控制箱来完成，在箱体101上还设有格兰头104，通过线缆连接箱体101和控制箱，从而保证控制箱远离辐射，保障操作人员的安全。对于本申请的其他可能受到辐射影响的关键部位，可以采用屏蔽性材料如铅来制成，例如防辐射隔间107的各壁，以保证测量的准确性，但不宜将所有零部件都采用铅材料，因为这会极大增加装置的总重量。
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。
上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于磁致伸缩液位计的放射性废树脂界面测量装置，包括磁致伸缩液位计，所述磁致伸缩液位计包括表头和探测杆(301)，其特征在于：所述磁致伸缩液位计还包括水位浮子(302)和树脂浮子(303)，所述水位浮子(302)和树脂浮子(303)均滑动套设于所述探测杆(301)上，且所述水位浮子(302)位于所述树脂浮子(303)的上方；
所述测量装置还包括牵引装置、缆绳(204)和提升爪(205)；所述缆绳(204)与所述牵引装置连接，所述提升爪(205)固定于所述缆绳(204)上；所述提升爪(205)位于所述树脂浮子(303)的下方，当所述牵引装置通过缆绳(204)带动提升爪(205)上升时，所述树脂浮子(303)被所述提升爪(205)抬升；
所述测量装置还包括箱体(101)和控制箱，所述表头和牵引装置均设于所述箱体(101)内，且所述表头和牵引装置均与所述控制箱数据通信连接。
2.如权利要求1所述的一种基于磁致伸缩液位计的放射性废树脂界面测量装置，其特征在于：所述测量装置还包括弹簧(106)，所述弹簧(106)套设于所述探测杆(301)上且所述弹簧(106)的上端与所述箱体(101)固定连接。
3.如权利要求1所述的一种基于磁致伸缩液位计的放射性废树脂界面测量装置，其特征在于：所述提升爪(205)包括若干个切割爪。
4.如权利要求1所述的一种基于磁致伸缩液位计的放射性废树脂界面测量装置，其特征在于：所述缆绳(204)位于所述树脂浮子(303)与所述探测杆(301)之间的间隙内。
5.如权利要求1所述的一种基于磁致伸缩液位计的放射性废树脂界面测量装置，其特征在于：所述箱体(101)的底部固定连接有法兰盘(105)。
6.如权利要求1所述的一种基于磁致伸缩液位计的放射性废树脂界面测量装置，其特征在于：所述探测杆(301)下端连接有重锤(304)。
7.如权利要求1所述的一种基于磁致伸缩液位计的放射性废树脂界面测量装置，其特征在于：所述树脂浮子(303)包括外壳和设于所述外壳内的配重块。
8.如权利要求7所述的一种基于磁致伸缩液位计的放射性废树脂界面测量装置，其特征在于：所述外壳为椭球形。
9.如权利要求1所述的一种基于磁致伸缩液位计的放射性废树脂界面测量装置，其特征在于：所述牵引装置包括编码器(201)、电机(202)、第一带轮(203)和第二带轮；所述编码器(201)、电机(202)和第一带轮(203)均设于所述箱体(101)内，所述第一带轮(203)安装于所述电机(202)的转轴上，所述第二带轮设于所述探测杆(301)的下端，所述缆绳(204)绕设于所述第一带轮(203)和第二带轮之间；所述编码器(201)与所述电机(202)连接，所述编码器(201)和电机(202)均与所述控制箱数据通信连接。
10.如权利要求9所述的一种基于磁致伸缩液位计的放射性废树脂界面测量装置，其特征在于：所述箱体(101)内设有防辐射隔间(107)，所述表头、编码器(201)和电机(202)均设于该防辐射隔间(107)内。
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2021
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