一种核环境应用自动实验检测设备的制作方法

1.本实用新型涉及检测设备领域，具体为一种核环境应用自动实验检测设备。更具体地，本技术提供一种用于水泥固化体浸出检测的设备，其能实现自动化检测，减少实验人员的职业危害，保障其人身安全。


背景技术：

2.在核能设施运行过程中，会产生大量的核废液、核废料、核垃圾等核废物。核废物处理的关键在于，如何使其有效固化。其中，最常见的固化方法为水泥固化法，即将核废物与水泥混合浇铸成块体。该方法具有制备条件温和、一次性投资少等优点，得到了广泛的应用。然而，传统硅酸盐水泥对放射性核素(如
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sr、
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cs等)的吸附性能差、持久性差；另外，由于其孔隙率高，一般在水灰比超过0.3后，容易出现泌水现象，即核废水容易渗出而造成核渗漏。
3.由于现有的水泥固化配方普遍存在包容量低、核素浸出率高、固化体体积增容比大等缺点，因此，对于水泥固化性能的研究就显得尤为重要。已有部分专利，公开了相应的固化研究成果。例如，中国专利申请cn200810246540.2公开了一种含硼放射性废树脂水泥固化的方法，中国专利申请cn201110124858.5公开了一种硫铝酸盐水泥复掺混合材固化放射性废树脂的方法，中国专利申请cn201110130888.7公开了一种硅酸盐水泥固化放射性含硼蒸残液的方法。
4.由于核废物的种类多样，相关的固化性能研究在一定时间内还会持续进行。固化体的浸出是了解废物处置释放源项的重要手段之一，也是废物处置安全评价中的一个重要问题。核素从废物固化体中的释放主要是废物固化体与水接触而产生的，其中，浸出是一个主要机制。被浸出核素的数量不仅取决于固化体本身的特征，还取决于浸泡固化体的水质和水量。现有的浸出实验通常是按照国家标准gb 7023
‑
86《放射性废物固化体长期浸出试验》进行，也有中国专利申请cn02104438.4公开了水泥固化体非饱和浸出实验方法。
5.目前，通常采用人工进行放射性废物固化体浸出试验，其操作步骤如下：
6.（1）工人同时把两个装有水泥固化体的工装单独放入到两个白色塑料瓶中，瓶中装有检测浸泡溶液；
7.（2）经过一段时间静置后，再由工人把这两个装有水泥固化体的工装移至下一组两个白色塑料瓶中，再次静置一段时间；
8.（3）重复以上步骤，依次在不同的白色塑料瓶中静置一段时间；
9.（4）步骤（3）完成后，取出水泥固化体进行分析，对比实验数据。
10.水泥固化体浸出检测工作全部由人工手动完成，其存在如下不足：
11.（1）工作环境具有一定的职业危害，可能影响操作人员的身体健康；
12.（2）操作人员需要重复移动、放置操作，工作时间长、强度大；
13.（3）检测时间长，用工成本高；
14.（4）采用人工进行水泥固化体的取样、移动操作，实验时间控制不精确，影响实验
结果对比。
15.为此，本技术提供一种核环境应用自动实验检测设备，其能替代人工，实现放射性废物固化体的自动浸出操作。


技术实现要素：

16.本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种核环境应用自动实验检测设备。更具体地，其是一种放射性废物固化体自动实验检测设备，其能实现水泥固化体的自动移动、放置操作，极大减少操作人员与放射性废物固化体的接触次数、接触时间，降低操作人员的劳动强度。同时，本技术能严格保证实验时间，提升实验结果的准确性和可靠性，有利于放射性废物固化体实验结果的准确性。
17.为了实现上述目的，本技术采用的技术方案如下：
18.一种核环境应用自动实验检测设备，包括支撑单元、水平移动单元、竖向移动单元、固定单元、控制系统；
19.所述支撑单元包括第一底座、第一下支撑板、第一上支撑板、第一导向杆、第一竖向驱动装置，所述第一导向杆为至少两个且第一导向杆之间相互平行设置；
20.所述第一下支撑板与第一底座相连且第一底座能为第一下支撑板提供支撑，所述第一上支撑板与第一下支撑板相互平行设置，第一上支撑板上设置有与第一导向杆相配合的第一导向孔；所述第一导向杆的一端与第一下支撑板相连，所述第一导向杆的另一端穿过第一上支撑板的第一导向孔且第一上支撑板通过第一导向杆能相对第一下支撑板沿第一导向杆的轴向移动；所述第一竖向驱动装置与第一底座相连且第一底座能为第一竖向驱动装置提供支撑，所述第一竖向驱动装置的伸缩杆与第一上支撑板相连且第一竖向驱动装置能带动第一上支撑板移动；
21.所述第一上支撑板上依次设置有n组检测组件，n为自然数且n≥2，所述检测组件由至少两个与盛放浸泡溶液瓶体的开口相配合的第一检测通槽构成且第一上支撑板通过第一检测通槽与盛放浸泡溶液瓶体的开口的配合能实现对盛放浸泡溶液瓶体沿竖直方向的固定；
22.所述水平移动单元与第一底座相连且第一底座能为水平移动单元提供支撑，所述竖向移动单元与水平移动单元相连且水平移动单元能带动竖向移动单元沿水平方向移动，所述竖向移动单元包括与水平移动单元相连的竖向提升装置、竖向提升支座，所述竖向提升支座设置在竖向提升装置的下端且竖向提升装置能带动竖向提升支座沿竖直方向移动，所述竖向提升支座上设置有水平定位通槽；
23.所述固定单元包括与水平定位通槽相配合的第二夹具抓取件、与盛放浸泡溶液瓶体的开口相配合的第二密封盖、第二连接轴、固定上端板、固定下端板、固定连接件，所述第二夹具抓取件上设置有与水平定位通槽相配合的第二卡接件且固定单元能在第二卡接件位于水平定位通槽内时与水平定位通槽沿竖向保持相对静止，所述第二夹具抓取件下端、第二密封盖、第二连接轴、固定上端板从上至下依次相连，所述固定下端板通过固定连接件与固定上端板相连，所述固定上端板与固定下端板之间形成放置水泥固化体的盛放空间且第二夹具抓取件能带动盛放空间内的水泥固化体同步移动；
24.所述第一竖向驱动装置、水平移动单元、竖向移动单元分别与控制系统相连。
25.所述第一下支撑板上设置有与盛放浸泡溶液瓶体下端相配合的第一定位凹槽。
26.所述第一竖向驱动装置为电动伸缩杆。
27.所述检测组件由两个相互平行的第一检测通槽构成。
28.所述水平定位通槽贯穿竖向提升支座，所述水平定位通槽沿竖直方向的剖面呈t字型。
29.所述第二夹具抓取件包括第二夹取端盖部、第二夹取连接部且第二夹取端盖部与第二夹取连接部相连为一体，所述第二夹取连接部底端与第二密封盖相连，所述第二夹取端盖部呈喇叭状且第二夹取端盖部的大口端朝向上方，所述第二夹取端盖部的大口端形成第二卡接件且第二卡接件能沿水平方向卡接在水平定位通槽内。
30.所述水平定位通槽包括与第二夹取端盖部相配合的定位水平部、与第二夹取连接部向配合的定位竖直部，所述定位竖直部与定位水平部相对垂直设置。
31.所述固定连接件成杆状，所述固定连接件为至少两个，所述固定上端板与固定下端板之间通过固定连接件相连且固定上端板、固定连接件与固定下端板之间形成盛放空间。
32.还包括与盛放浸泡溶液瓶体相配合的密封单元，所述密封单元包括与水平定位通槽相配合的第三夹具抓取件、与盛放浸泡溶液瓶体的开口相配合的第三密封盖。
33.所述第一上支撑板上还设置有至少一组暂存组件，所述暂存组件由至少两个与盛放浸泡溶液瓶体的开口相配合的第三检测通槽构成且暂存组件能对密封单元进行暂存。
34.所述暂存组件由两个相互平行的第三检测通槽构成。
35.所述第三夹具抓取件包括第三夹取端盖部、第三夹取连接部且第三夹取端盖部与第三夹取连接部相连为一体，所述第三夹取连接部底端与第三密封盖相连，所述第三夹取端盖部呈喇叭状且第三夹取端盖部的大口端朝向上方，所述第三夹取端盖部的大口端形成第三卡接件且第三卡接件能沿水平方向卡接在水平定位通槽内。
36.所述固定单元、密封单元分别采用耐腐蚀材料制备而成。
37.所述固定单元、密封单元分别采用304不锈钢或316不锈钢制备而成。
38.还包括观测单元，所述观测单元包括网络摄像头，所述网络摄像头与水平移动单元相连且水平移动单元能为网络摄像头提供支撑，所述网络摄像头与控制系统相连且网络摄像头能将测定的信息传递给控制系统。
39.还包括与控制系统相连的显示装置。
40.所述显示装置为触控显示装置且操作者通过触控显示装置能实现与控制系统的交互操作。
41.还包括状态提示装置，所述状态提示装置与控制系统相连。
42.所述状态提示装置为多色状态指示灯。
43.还包括与控制系统相连的温湿度传感器。
44.还包括壳体，所述支撑单元、水平移动单元、竖向移动单元、固定单元分别设置在壳体内。
45.针对目前采用人工进行放射性废物固化体浸出试验，存在人员重复动作频繁、作业效率低和对实验时间控制不精确等的问题，提供一种核环境应用自动实验检测设备。本技术针对该检测流程，提出采用全自动化检测平台替代传统人工检测的解决方案，以实现
替代人工作业，降低工人重复劳动疲劳强度、提高作业效率和保证实验数据的准确性等目的。
附图说明
46.图1为核环境应用自动实验检测设备的整体结构示意图。
47.图2为图1中设备的工作示意图。
48.图3为水平移动单元、竖向移动单元与固定单元的结合示意图。
49.图4为支撑单元的工作示意图。
50.图5为固定单元的工作示意图。
51.图6为密封单元的结构示意图。
52.图中标记：1、壳体，2、水平移动单元，3、竖向提升装置，4、竖向提升支座，5、第一定位凹槽，6、多色状态指示灯，21、第一下支撑板，22、第一上支撑板，23、第一导向杆，24、第一竖向驱动装置，25、盛放浸泡溶液瓶体，50、第二夹具抓取件，51、第二夹取端盖部，52、第二夹取连接部，53、第二密封盖，54、第二连接轴，55、固定上端板，56、固定下端板，57、固定连接件，58、水泥固化体，61、第三夹取端盖部，62、第三夹取连接部，63、第三密封盖。
具体实施方式
53.下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。
54.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
55.实施例1
56.本实施例中，水泥固化体尺寸：直径50mm*高50mm（水泥固化体的尺寸也可根据需要，进行调整）；塑料瓶容器容积：2.5l（塑料瓶容器也可根据需要，进行调整），塑料瓶选用上端开口的塑料瓶。
57.如图所示，本实施例提供一种核环境应用自动实验检测设备，其包括支撑单元、水平移动单元、竖向移动单元、固定单元、控制系统、壳体、密封单元，支撑单元、水平移动单元、竖向移动单元、固定单元分别设置在壳体内。
58.支撑单元包括第一底座、第一下支撑板、第一上支撑板、第一导向杆、第一竖向驱动装置，第一导向杆为四个，第一导向杆之间相互平行设置。第一下支撑板与第一底座相连，第一上支撑板与第一下支撑板沿竖直方向相互平行设置。第一上支撑板上设置有与第一导向杆相配合的第一导向孔；第一导向杆的一端与第一下支撑板相连，第一导向杆的另一端穿过第一上支撑板的第一导向孔，且第一上支撑板通过第一导向杆能相对第一下支撑板沿第一导向杆的轴向移动。第一竖向驱动装置与第一底座相连，第一竖向驱动装置的伸缩杆与第一上支撑板相连，且第一底座能为第一竖向驱动装置提供支撑。
59.本实施例中，第一上支撑板上依次设置有九组检测组件，检测组件由两个与盛放浸泡溶液瓶体的开口相配合的第一检测通槽构成，且第一上支撑板通过第一检测通槽与盛放浸泡溶液瓶体的开口的配合，能实现对盛放浸泡溶液瓶体沿竖直方向的固定。由于固定单元中的水泥固化体需要在盛放浸泡溶液瓶体内浸泡，则在进行实验时，必然有至少一组
密封单元无法盖合在盛放浸泡溶液瓶体上。为此，本实施例在第一上支撑板上设置有两组暂存组件，暂存组件由两个与盛放浸泡溶液瓶体的开口相配合的第三检测通槽构成，且暂存组件能对密封单元进行暂存。本实施例中，暂存组件分别位于检测组件的两端。采用该结构，使得一组密封单元能置于暂存组件的第三检测通槽内，保证试验的顺利进行。
60.该结构中，第一底座能为第一下支撑板提供支撑；第一上支撑板与第一下支撑板之间通过第一导向杆进行导向，而第一竖向驱动装置能为第一上支撑板移动提供动力。当第一上支撑板向上移动时，第一上支撑板与第一下支撑板相互远离，此时，可将盛放浸泡溶液瓶体置于第一下支撑板上；而后，第一竖向驱动装置带动第一上支撑板向下移动，第一检测通槽能卡在盛放浸泡溶液瓶体的瓶肩上，实现对盛放浸泡溶液瓶体的固定。本实施例中，第一竖向驱动装置可选用电动伸缩杆。优选地，第一下支撑板上设置有与盛放浸泡溶液瓶体下端相配合的第一定位凹槽。
61.水平移动单元与第一底座相连，且第一底座能为水平移动单元提供支撑。竖向移动单元包括竖向提升装置、竖向提升支座，竖向提升装置与水平移动单元相连，竖向提升支座设置在竖向提升装置的下端。该结构中，水平移动单元能带动竖向移动单元沿水平方向移动，而竖向移动单元中的竖向提升装置能带动竖向提升支座沿竖直方向移动，竖向提升支座上设置有水平定位通槽。该结构中，通过竖向提升装置、水平移动单元能实现竖向提升支座水平、竖向的移动，进而实现水泥固化体的移动、放置操作。同时，水平定位通槽的设计，便于与第二夹具抓取件、第三夹具抓取件相配合，进而实现相应的夹取操作。
62.由于盛放浸泡溶液瓶体内的溶液处于敞口状态时，其内的溶剂会挥发，进而导致溶液的浓度发生改变，为此，本技术设置有与盛放浸泡溶液瓶体相配合的密封单元，其通过与水平定位通槽的配合，能够对盛放浸泡溶液瓶体的开口进行遮盖，减少其内溶液的挥发。具体的，本实施例的密封单元包括与水平定位通槽相配合的第三夹具抓取件、与盛放浸泡溶液瓶体的开口相配合的第三密封盖。
63.本实施例中，第三夹具抓取件包括第三夹取端盖部、第三夹取连接部，第三夹取端盖部与第三夹取连接部相连为一体，第三夹取连接部底端与第三密封盖相连。第三夹取端盖部呈喇叭状，第三夹取端盖部的大口端朝向上方；第三夹取端盖部的大口端形成第三卡接件，且第三卡接件能沿水平方向卡接在水平定位通槽内。水平定位通槽贯穿竖向提升支座，水平定位通槽沿竖直方向的剖面呈t字型。优选地，水平定位通槽包括与第二夹取端盖部相配合的定位水平部、与第二夹取连接部向配合的定位竖直部，定位竖直部与定位水平部相对垂直设置。
64.固定单元包括第二夹具抓取件、第二密封盖、第二连接轴、固定上端板、固定下端板、固定连接件，第二夹具抓取件上设置有与水平定位通槽相配合的第二卡接件，第二夹具抓取件下端、第二密封盖、第二连接轴、固定上端板从上至下依次相连，固定下端板通过固定连接件与固定上端板相连，固定上端板与固定下端板之间形成放置水泥固化体的盛放空间。本实施例中，第二夹具抓取件包括第二夹取端盖部、第二夹取连接部，且第二夹取端盖部与第二夹取连接部相连为一体。第二夹取连接部底端与第二密封盖相连，第二夹取端盖部呈喇叭状，且第二夹取端盖部的大口端朝向上方；该结构中，第二夹取端盖部的大口端形成第二卡接件。进一步，固定连接件成杆状，固定连接件为两个，固定上端板与固定下端板之间通过固定连接件相连，且固定上端板、固定连接件与固定下端板之间形成盛放空间。
65.其中，第二夹具抓取件与水平定位通槽相配合，通过水平定位通槽的竖向限位，实现相应的定位、抓取操作。第二密封盖与盛放浸泡溶液瓶体的开口相配合，进而实现对盛放浸泡溶液瓶体的密封。当第二卡接件位于水平定位通槽内时，固定单元能与水平定位通槽沿竖向保持相对静止；第二夹具抓取件能带动盛放空间内的水泥固化体同步移动。
66.本实施例中，第一竖向驱动装置、水平移动单元、竖向移动单元分别与控制系统相连。进一步，固定单元、密封单元分别采用304不锈钢或316不锈钢制备而成。本实施例中，第一下支撑板上可放置2排
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9列盛放浸泡溶液瓶体，且第一上支撑板两侧各设计有2个缓存位，两端配备两套升降电缸，对第一上支撑板进行升降，起到固定盛放浸泡溶液瓶体的功能。
67.该装置的工作过程如下。
68.第一步、第一竖向驱动装置工作，带动第一上支撑板沿第一导向杆向上移动，并由工人将装有检测液的盛放浸泡溶液瓶体放置在第一下支撑板上相应的第一定位凹槽内；而后，第一竖向驱动装置带动第一上支撑板沿第一导向杆向下移动，实现对盛放浸泡溶液瓶体的定位。接着，将装有水泥固化体的固定单元放置在右缓存位。启动设备运行，人工设置检测流程参数。
69.第二步、竖向移动单元拾取第一列的两个密封单元，并放置在左缓存位。然后，竖向移动单元拾取右缓存位两个装有水泥固化体的固定单元，并放置在第一列瓶内，静置至设定时间。
70.第三步、待静置完成后，竖向移动单元拾取第一列两个装有水泥固化体的固定单元放置在第二列盛放浸泡溶液瓶体内，静置至设定时间。
71.第四步、依此循环操作，把相同的两个装有水泥固化体的固定单元按顺序放入不同的盛放浸泡溶液瓶体中，进行静置，直至操作完成。
72.进一步，本实施例中的水平移动单元采用直线模组组成，通过步进电机和行星减速机组成的驱动系统驱动，定位精度高，控制灵敏。同时，配备柔性线缆和拖链槽，特别适用于高速移动的机械手臂。
73.本实施例的检测设备还包括观测单元、状态提示装置、显示装置。其中，观测单元包括网络摄像头，网络摄像头与水平移动单元相连，网络摄像头、状态提示装置、显示装置分别与控制系统相连。本实施例中，水平移动单元能为网络摄像头提供支撑，网络摄像头能将测定的信息传递给控制系统；状态提示装置可选用多色状态指示灯；显示装置可以为触控显示装置，操作者通过触控显示装置能实现与控制系统的交互操作。进一步，还包括与控制系统相连的温湿度传感器，可实时检测环境参数变化。
74.本实施例中，壳体可采用钣金框架结构，造型大气美观；配备网络摄像头，可对设备进行远程监控和操作；竖向移动单元、水平移动单元分别采用步进电机驱动，精度高、控制灵敏；竖向提升支座上配备两套工装夹具，可同时抓取两套检测对象；配备多色状态指示灯，可更方便感知设备运行状态；本实施例采用触控显示装置，方便人与设备之间进行交互；控制系统对设备整个流程进行控制。具体地，触控显示装置、控制系统、网络摄像头之间用开放式以太网通信，触控显示装置、控制系统与竖向移动单元、水平移动单元的伺服电机通过profinet总线通信。采用该结构，能实现远程操控，既可查看设备信息状态，又可进行远程监控、远程控制等操作。
75.本实施例的设备能够实现如下功能：
76.1）自动完成盛放浸泡溶液瓶体的取盖和放盖动作；
77.2）自动完成盛放水泥固化体的固定单元的放置和迁移动作；
78.3）能按照配置参数，实现全流程自动化、无人化操作；
79.4）通过观测单元，能远程监控设备的运行；
80.5）通过触控显示装置及远程网络的配合，能实现人工远程控制操作实验流程。
81.本实施例的设备中，竖向移动单元、水平移动单元的重复定位精度小于0.02mm；设备浸出实验时，重复动作周期小于2min；设备采用抗辐射元器件，具备一定的抗辐射功能；而温湿度传感器的设置，则可实时检测环境参数变化。本实施例的设备能降低人工频繁动作的劳动强度，降低职业危害；提高工作效率，降低用工成本；避免外界对检测流程的干扰，提高实验数据的可信度。
82.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。