一种用于热室内的靶件水冷管内部O型圈更换工装及方法与流程

本发明涉及同位素生产，尤其涉及一种用于热室内的靶件水冷管内部o型圈更换工装及方法。

背景技术：

1、在强流质子加速器生产医用同位素的靶站系统中，靶件是直接承受高能质子束轰击、通过核反应产生目标放射性核素的核心部件。靶件内部通常设置水冷管，水冷管中采用o型圈实现动密封，以保证冷却水在流道内正常循环。为保证良好的散热效果，靶件多采用铜、银等高导热金属材料加工而成，内部流道结构复杂，加工损耗较大，导致靶件的制造成本较高。

2、为降低靶件成本，已有技术将靶件设计为上下分体式结构。其中上部用于承托靶材料，下部为可复用结构，主体材料采用铜，通过更换上部靶材料、复用下部结构的方式提升靶件的经济性。该可复用靶件的下部水冷管内设有o型圈密封结构，用于在运行过程中封堵冷却水。经辐照后，该o型圈易出现破损、脆化等密封性能下降的问题，每次复用前均需更换。

3、在医用同位素生产场景中，被辐照后的靶件具有强放射性，相关操作须在热室内进行。热室是用于操作强放射性物质的屏蔽场所，其外墙为重混凝土结构，前墙设有铅玻璃窥视窗，人员通过铅玻璃观察热室内部，并操作机械手完成远距离作业。热室内所用机械手多为纯机械式拉绳机械手，依靠拉绳传动实现关节运动，定位精度有限，夹持力和摩擦力也较为有限。同时，操作员与热室内部之间隔有一米以上厚度的铅玻璃，观察视野和清晰度受到较大限制。在此条件下，若采用常规手段更换靶件内部的o型圈，操作员难以清晰观察o型圈所处位置，且o型圈位于靶件内部，属于视野盲区，进一步加大了操作难度。此外，双机械手协同作业时，因机械手体积较大，在狭窄的热室空间内易发生运动干涉。

4、目前尚无适用于热室环境、能够由机械式拉绳机械手操作并完成可复用靶件内部o型圈更换的专用工装。由于缺乏适配的工装，可复用靶件下部内部o型圈的更换作业难以高效、安全地完成，制约了可复用靶件在实际工程中的推广应用。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明实施例的目的是提供一种适用于热室内机械手操作的靶件内部o型圈更换工装，以解决在热室视野受限、机械手定位精度和夹持力有限的条件下，可复用靶件内部o型圈难以更换的问题，从而实现o型圈的高效、安全更换，保障可复用靶件的经济性优势得以发挥。

2、为了实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：

3、第一方面，本发明的实施例提供了一种用于热室内的靶件水冷管内部o型圈更换工装，包括：预紧件、引导件和压接件；所述预紧件具有撬棒；所述引导件包括同轴的导向柱和卡柱，所述导向柱和卡柱之间具有预装o型圈的卡槽，所述卡柱的一侧具有内切平面，所述内切平面上设置有凹槽，所述导向柱朝向卡柱的台面上设置有插槽，所述导向柱用于插接在所述水冷管内，所述撬棒用于插入所述插槽并将o型圈的部分嵌入所述凹槽进而将o型圈预绷紧；所述压接件具有压套，所述压套具有与所述卡柱轮廓相匹配的孔洞，用于将o型圈压入水冷管的密封槽内。

4、作为进一步的技术方案，所述撬棒为圆棒，撬棒的一端为锥台形尖端。

5、作为进一步的技术方案，所述预紧件还包括握持部，所述撬棒的非尖端与所述握持部连接。

6、作为进一步的技术方案，所述握持部的两侧均设置有供机械手夹持的夹槽，所述夹槽对称布置，使握持部的横截面呈工字型。

7、作为进一步的技术方案，所述导向柱的两端均设置有引导角，导向柱的两侧均设置有供机械手夹持的夹槽。

8、作为进一步的技术方案，所述卡柱由圆柱结构沿平行于轴线的平面切去部分后形成所述内切平面，所述凹槽向内切平面内凹陷，使卡柱的横截面呈凹字形。

9、作为进一步的技术方案，所述插槽包括滑槽和限位槽，所述滑槽设置在所述卡柱的台面上，并沿径向布置，滑槽的内端落入卡柱的凹槽投影内，所述限位槽位于所述滑槽的内端，并沿轴向布置，所述限位槽的深度大于所述滑槽的深度。

10、作为进一步的技术方案，所述压接件还包括压板，所述压板设置在所述压套上，用于供机械手夹持。

11、第二方面，本发明的实施例还提供了一种用于热室内的靶件水冷管内部o型圈更换方法，包括：

12、将待更换o型圈的靶件定位，使靶件水冷管的管口朝上；

13、将o型圈安装于引导件上；

14、将预紧件插入引导件的插槽并对o型圈施加径向张力，使o型圈处于绷紧状态；

15、将引导件连同预紧件和o型圈一起置入靶件水冷管内，并使引导件相对于靶件水冷管定位；

16、移除预紧件，通过压接件沿引导件滑动将绷紧的o型圈压入靶件水冷管的密封槽内；

17、将压接件从卡柱上取出，夹持靶件并将靶件提起，使引导件从水冷管下方脱出。

18、作为进一步的技术方案，对o型圈绷紧过程包括，夹持预紧件并将预紧件的撬棒横向插入o型圈与引导件卡柱台面之间的缝隙，使撬棒沿引导件的滑槽进入引导件的限位槽内，撬棒直立后将o型圈绷紧。

19、本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

20、本发明通过预紧件、引导件和压接件三个部件的配合，将o型圈的更换过程分解为绷紧、定位、压装三个独立操作环节。在绷紧环节，引导件上的卡槽将o型圈保持在预定位置，预紧件的撬棒沿插槽插入后直立，将o型圈的部分环段压入卡柱的凹槽内，使o型圈外径减小。插槽的滑槽和限位槽为撬棒提供了精确的导向和限位，使操作者在无法观察内部状态的情况下也能准确地将撬棒送到预定位置。通过选择合适长度的撬棒，操作者的观察视线不会被机械手遮挡，保证了清楚的视野；而且，两机械手之间留有充足的作业间距，避免了双机械手操作时产生运动干涉。在定位环节，引导件的导向柱直径略小于水冷管内径，可以顺畅地滑入水冷管。引导件滑入至底部接触操作平面即完成定位，定位精度由工装的尺寸精度保证，不依赖于机械手的定位精度。在压装环节，压接件的压套孔洞与卡柱轮廓相匹配，压接件沿卡柱滑动时保持同轴，将o型圈均匀地压入密封槽。压套的滑动方向由卡柱的轴向决定，机械手仅需提供竖直向下的按压力，不需要精确控制按压位置和方向。通过上述结构设计，本发明在不需要提高机械手精度和夹持力的前提下，利用工装自身的导向和限位结构完成了o型圈的更换，降低对机械手精度与操作视野的要求，避免机械手干涉，保证更换过程高效、安全，充分发挥可复用靶件的经济性优势，降低医用同位素生产成本与放射性废物处置成本。

21、本发明附加方面的优点将在下面的描述中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

1.一种用于热室内的靶件水冷管内部o型圈更换工装，其特征在于，包括：预紧件、引导件和压接件；

2.如权利要求1所述的用于热室内的靶件水冷管内部o型圈更换工装，其特征在于，所述撬棒为圆棒，撬棒的一端为锥台形尖端。

3.如权利要求1所述的用于热室内的靶件水冷管内部o型圈更换工装，其特征在于，所述预紧件还包括握持部，所述撬棒的非尖端与所述握持部连接。

4.如权利要求3所述的用于热室内的靶件水冷管内部o型圈更换工装，其特征在于，所述握持部的两侧均设置有供机械手夹持的夹槽，所述夹槽对称布置，使握持部的横截面呈工字型。

5.如权利要求1所述的用于热室内的靶件水冷管内部o型圈更换工装，其特征在于，所述导向柱的两端均设置有引导角，导向柱的两侧均设置有供机械手夹持的夹槽。

6.如权利要求1所述的用于热室内的靶件水冷管内部o型圈更换工装，其特征在于，所述卡柱由圆柱结构沿平行于轴线的平面切去部分后形成所述内切平面，所述凹槽向内切平面内凹陷，使卡柱的横截面呈凹字形。

7.如权利要求1所述的用于热室内的靶件水冷管内部o型圈更换工装，其特征在于，所述插槽包括滑槽和限位槽，所述滑槽设置在所述卡柱的台面上，并沿径向布置，滑槽的内端落入卡柱的凹槽投影内，所述限位槽位于所述滑槽的内端，并沿轴向布置，所述限位槽的深度大于所述滑槽的深度。

8.如权利要求1所述的用于热室内的靶件水冷管内部o型圈更换工装，其特征在于，所述压接件还包括压板，所述压板设置在所述压套上，用于供机械手夹持。

9.一种用于热室内的靶件水冷管内部o型圈更换方法，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的用于热室内的靶件水冷管内部o型圈更换方法，其特征在于，对o型圈绷紧过程包括，夹持预紧件并将预紧件的撬棒横向插入o型圈与引导件卡柱台面之间的缝隙，使撬棒沿引导件的滑槽进入引导件的限位槽内，撬棒直立后将o型圈绷紧。