基于吹气和抽吸的高放射性微小管道疏通装置、控制系统及工艺的制作方法

本技术属于高放射性环境下的管道维护，尤其涉及一种基于吹气和抽吸的高放射性微小管道疏通装置、控制系统及工艺。

背景技术：

1、在核工业设施运行及退役过程中，输送高放射性介质的管道系统非常重要。由于介质中含有悬浮颗粒、结晶物或腐蚀产物，加之微小管道空间狭小，极易发生堵塞故障。一旦管道堵塞，将直接影响核工业设施的正常运行或退役过程，甚至引发安全事故。然而，针对此类高放射性微小管道的疏通作业，面临着极大的技术挑战，如下：

2、（1）人员辐射安全风险极高

3、由于管道内残留物质具有强放射性，操作人员无法靠近现场进行直接接触式作业，必须依赖远程操控技术。传统的需要人工近距离干预的疏通方式已完全不适用。

4、（2）微小管道结构限制

5、微小管道管径细、弯头多、壁薄，传统的刚性机械疏通工具（如通管器、钻杆）难以进入，且极易因操作误差导致管道划伤、穿孔，造成放射性泄漏的严重后果。

6、（3）现有微小管道疏通技术的局限性

7、单一高压冲洗：往往只能将堵塞物推向管道深处，容易造成二次堵塞或损坏末端设备；

8、单一负压抽吸：对于紧密堆积或粘附性强的堵塞物，吸力不足，难以将其有效松动和移除；

9、化学清洗：反应时间长，产生大量二次废液，处理成本高且环保压力大。

10、因此，目前亟需研发一种基于吹吸协同原理的高放射性微小管道疏通技术，能通过远程精准控制，利用正向气流松动堵塞物，配合负向气流将其高效移除，实现安全、高效、无损的自动化疏通作业。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种基于吹气和抽吸的高放射性微小管道疏通装置、控制系统及工艺，解决人员辐射安全风险极高、微小管道结构限制、单一高压冲洗、负压抽吸、化学清洗无法疏通的问题。

2、为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：

3、第一方面，本技术提供一种基于吹气和抽吸的高放射性微小管道疏通装置，包括：

4、柔性波纹管，其内部同轴且密封地集成封装有抽吸管路、吹扫管路、气囊组件及内窥镜；

5、抽吸管路的抽吸入口与吹扫管路的吹扫出口在波纹管的前端作业区域呈错位布局，且吹扫出口相对于抽吸入口更靠近波纹管的前端，以形成先吹扫松动、后抽吸移除的定向气流作用序列；

6、其中，内窥镜的观测范围覆盖前端作业区域。

7、作为一种可实施的方式，柔性波纹管为塑料波纹管，其外径与待疏通管道内径之间形成适配间隙，且塑料波纹管具有提高疏通装置压缩屈曲的临界载荷。

8、第二方面，本技术提供一种基于吹气和抽吸的高放射性微小管道疏通控制系统，包括：

9、上述的疏通装置；

10、视觉单元，包括用于实时监测堵塞点形态的第一摄像单元和用于监测推拔机构状态的第二摄像单元；

11、抽吸单元，包括用于调节抽吸气流压力的抽吸比例阀、用于调节吹扫气流压力的吹气比例阀、用于监测气流参数的流量传感器与压力传感器；

12、plc控制单元，用于驱动控制疏通装置进行夹紧和推拔动作的多个电机，并采集推拔过程中的推拉力传感器数据；

13、上位机，分别与视觉单元、抽吸单元和plc控制单元通信连接，用于接收视频流及传感器数据，并向抽吸比例阀、吹气比例阀及plc控制单元发送控制指令。

14、作为一种可实施的方式，上位机配置为根据传感器反馈的压力、流量和推拉力数据，动态调节比例阀开度和推拔周期与幅度。

15、第三方面，本技术提供一种基于吹气和抽吸的高放射性微小管道疏通工艺，采用所述的控制系统，包括以下步骤：

16、s1、系统初始化及通信自检步骤：建立上位机与视觉单元、plc控制单元、抽吸单元之间的通信链路；

17、s2、视觉引导定位与夹紧固定步骤：上位机接收并显示摄像单元的视频流，操作人员通过视觉引导，控制plc驱动电机将疏通装置推进至堵塞点附近并夹紧固定；

18、s3、气动参数预调节与运动模式选择步骤：上位机根据工艺要求设定抽吸比例阀和吹气比例阀的初始开度，并选择推拔动作与抽吸、吹气动作的协同模式；

19、s4、自动执行与多源数据融合控制步骤：plc控制单元依据设定的协同模式，协调驱动推拔电机、抽吸比例阀和吹气比例阀执行疏通作业；同时，上位机实时采集力传感器、气压传感器及内窥镜影像数据，形成闭环控制，动态调整作业参数；

20、s5、数据归档步骤：系统将采集的传感器数据及执行机构状态数据实时写入数据文件。

21、作为一种可实施的方式，运动模式选择步骤中，协同模式包括以下五种控制子模式中的至少一种：

22、允许独立控制：解耦推拔机构与气动系统的联动关系，允许操作人员单独启停推拔电机或独立调节抽吸/吹气阀门；

23、抽吸时前进模式：仅在抽吸阀开启阶段，推拔装置向前推进；当抽吸停止时，推拔装置后退；

24、停止抽吸时前进模式：仅在抽吸阀关闭阶段，推拔装置向前推进；当抽吸开启时，推拔装置后退；

25、吹气时前进模式：仅在吹气阀开启阶段，推拔装置向前推进；当吹气停止时，推拔装置后退；

26、停止吹气时前进模式：仅在吹气阀关闭阶段，推拔装置向前推进；当吹气开启时，推拔装置后退。

27、作为一种可实施的方式，自动执行与多源数据融合控制步骤中，动态调整作业参数包括根据推拉力传感器检测到的接触力调整推拔幅度和推拔周期。

28、作为一种可实施的方式，当接触力超过20n时，上位机判定为接触硬块，并下发指令调大推拔幅度并缩短推拔周期。

29、作为一种可实施的方式，自动执行与多源数据融合控制步骤中，动态调整作业参数包括根据压力传感器检测到的气压数据调整比例阀开度。

30、作为一种可实施的方式，当正压低于0.02mpa时，上位机判定为气膜失效，并下发指令调大比例阀开度并延长推拔周期。

31、作为一种可实施的方式，自动执行与多源数据融合控制步骤中，根据推拔周期、推拔幅度、总作业时长及周期前进距离，计算推进速度和后退速度，如下：

32、进速度的计算公式为：v推=(推拔幅度+周期前进距离)/推拔周期；

33、后退速度的计算公式为：v退=推拔幅度/推拔周期。

34、作为一种可实施的方式，数据归档步骤中，当检测到程序关闭指令、系统异常中断或电源故障信号时，触发强制写入机制，将缓存区内尚未写入存储介质的剩余数据即时写入数据文件。

35、作为一种可实施的方式，每条采集的数据均绑定精确至毫秒级的时间戳。

36、作为一种可实施的方式，气动参数预调节与运动模式选择步骤中，还包括设定推拔周期、推拔幅度、总作业时长及周期前进距离的参数配置步骤。

37、与现有技术相比，本技术提供的基于吹气和抽吸的高放射性微小管道疏通装置、控制系统及工艺具有以下有益效果：

38、本技术针对高放射性微小管道弯折多、空间狭窄的作业环境，创新性地选用具备特定环刚度的柔性波纹管作为核心承力结构。该设计不仅赋予装置极佳的轴向柔顺性以适应复杂弯曲路径，更关键的是，其刚柔并济的管壁结构能够有效抗衡内部抽吸产生的负压应力，从根本上杜绝了软管受压扁塌导致气路中断的风险。通过这种结构优化，装置在穿越狭小、多弯的受限空间时展现出卓越的形变适应能力与机械稳定性，确保了清理作业的连续性与可靠性。

39、本技术构建了一种基于空间错位布局的“抽吹耦合”系统。通过将吹扫喷嘴置于抽吸端口上游，建立起“前置扰动解堵、后置负压捕集”的定向流场序列。这种时序与空间上的配合，有效克服了单一抽吸模式对板结物清除力不足及单纯吹扫易诱发二次扬尘的缺陷，显著增强了对嵌顿、板结等顽固性堵塞的治理效能。

40、进一步地，本技术集成双摄像单元、多维传感器与控制系统，实现“视-感-控”多源融合。操作人员可实时看到堵塞点与推拔装置的情况，消除高放射性环境下的“盲操”风险；根据传感器反馈的数据，动态调节比例阀开度与推拔动作，实现对复杂堵塞情况的动态适应。

41、进一步地，本技术采用plc控制模块驱动多电机，并结合比例阀进行气路调节。相比于传统开关量控制，本系统能精确控制抽吹的气路流量大小和推拔的速度与幅度，使得装置能针对不同情况的堵塞做出动态疏通调整。

42、进一步地，本技术将气路与摄像单元集成在细长波纹管内，并通过通讯协议进行远程操控，既缩小了作业设备的体积，使其能进入微小管道，又实现人机分离，避免高放射性环境对人员的直接辐射伤害，符合核工业安全防护标准。