一种容器切割装置及容器切割方法

技术领域

本发明涉及容器切割技术领域，具体涉及一种容器切割装置及容器切割方法，尤其是大型卧式容器的切割装置及切割方法。

背景技术

核电厂运行中每年产生的大量的放射性液体，放射性液体通过废液贮罐进行收集，废液储罐寿命期满时，需要做退役处理，而罐体直径经常超过1.8m，切割罐体长度超过3m，容器厚度达到10mm左右，但处理通常位于地下，其内作业空间狭小，放射性剂量水平较高，切割解体过程中易产生放射性气溶胶，人工作业受限。

现有技术中CN212761428U公开了一种轨道机械切割装置，涉及核工业领域放射性金属机械切割领域，包括液压控制的升降平台，安装在升降平台上平面的切割控制组件，安装在切割控制组件上的切割结构，设置于升降平台底部的用于保证平稳移动的两组滑动轮，以及铺设于地面以供滑动轮导向移动的导轨，通过滑动轮沿导轨滑动，通过升降平台调节切割作业高度，通过切割控制组件进行切割作业的进退操作。然而该方法只适合在导轨上移动，操作不方便，并不适合于容器整体的切割。

CN113351969A公开了一种放射性容器的切割方法，包括如下步骤：规划切割路径，以将放射性容器划分为多个切割区；按划分的各个切割区，对放射性容器分别进行径向切割和轴向切割，直至得到各个所述切割区的废物片；对所述废物片进行整备处理，其中在对放射性容器分别进行径向切割和轴向切割的过程中，使放射性容器沿自身轴线进行旋转，以配合进行径向切割和轴向切割。该技术采用将容器旋转，切割装置不移动的切割方式，不适用于地下空间设备的切割。

CN107160073A涉及一种辐射产品切割设备，包括移动式夹持系统、移动式自动切割装置、废料回收装置、屏蔽外壳系统、控制柜、装设于所述控制柜内部的控制系统，所述移动式夹持系统包括操作台主体、移动顶尖座、固定顶尖座、三角支架连接板、三角支撑架和三维辅助移动机构；所述操作台主体的台面沿长度方向设有直线导轨；所述移动顶尖座的底部滚动连接于所述直线导轨上所述移动顶尖座包括移动底座、移动支架、固定式伞形顶尖、移动伺服电机、主同步带轮、从同步带轮和同步带。该设备结构复杂，并且不适用于不方便移动容器的切割。

总之，装填放射性废液的卧式容器长期处于地下，拆除时切割不便，同时因放射式剂量较高，人员受辐照风险大，现有技术采用的设备结构复杂、不适合切割地下空间不容易移动的设备。

发明内容

针对现有技术中装填放射性废液的容器长期处于地下，拆除时切割不便的问题，本发明的主要目的在于提供一种容器切割装置及容器切割方法，以期至少部分地解决上述技术问题。

为了实现上述目的，作为本发明的第一个方面，提出了一种容器切割装置，包括行走结构、张紧结构、驱动结构和切割结构；其中：

所述张紧结构、驱动结构和切割结构连接在一起构成所述容器切割装置的主体；

所述行走结构包括主动单元、行走单元和从动单元；所述行走单元环绕待切割的容器，用于为所述容器切割装置的主体提供行走路径；主动单元和从动单元与所述驱动结构连接；

张紧结构，用于将所述行走结构的行走单元张紧在所述容器表面；

驱动结构，包括驱动单元，用于提供动力，并通过所述主动单元和从动单元驱动所述容器切割装置的主体在所述行走单元上沿行走路径行走；

切割结构，用于切割所述容器。

作为本发明的第二个方面，还提出了一种容器切割方法，采用如上所述的切割装置，包括以下步骤：

步骤1)，将行走结构固定至待切割的容器表面，利用张紧结构将行走单元张紧；

步骤2)，启动切割单元，开启切割推进单元来推进切割单元，使切割单元推进至容器壁并切割容器壁至一预定厚度，切割推进单元停止推进，并维持在该位置；

步骤3)，开启驱动结构驱动行走结构移动，并带动切割单元沿行走单元行走，切割单元逐步切割容器壁；

步骤4)，切割单元环绕容器完成容器壁的切割。

基于上述技术方案可知，本发明的容器切割装置及容器切割方法相对于现有技术至少具备如下有益效果之一：

(1)本发明的容器切割装置，采用在设备间内，废液贮罐等核设施容器周围搭设切割装置，通过驱动装置实现远程操控切割系统来切割容器，完成需要的切割解体工作，极大的减少了操作人员的接触时间，减少了放射性照射计量，降低了操作人员的剂量率。

(2)本发明的切割装置，结构简单，切割装置通过行走单元沿行走路径能够实现全直径360°容器切割，从而不需要将容器进行运输，并将容器以旋转的方式进行切割所带来的设备复杂性。

(3)本发明的切割设备的张紧能力强，实现了设备与容器的充分贴合，切割过程中运行稳定，偏离误差可控，切割效果良好，并实现容器的自动掉落。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明的方法和装置作进一步说明：

图1是本发明的容器切割设备的结构示意图；

图2是本发明的容器切割设备的主视图；

图3是本发明的驱动单元和主动单元的结构示意图；

在上述附图中，附图标记含义如下：

100 容器切割装置

1 行走结构 2 张紧结构

3 驱动结构 4 切割结构

11 主动轮 12 行走单元

13 从动轮 14 张紧轮

15 惰轮

21 张紧螺栓

31 驱动单元 32 圆锥齿轮

41 砂轮片 42 丝杠直线模组

43 摇臂结构

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，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

核电厂运行中每年产生的大量的放射性液体，放射性液体通过废液贮罐进行收集，废液储罐寿命期满时，需要做退役处理，而罐体直径经常超过1.8m，切割罐体长度超过3m，容器厚度达到10mm左右，但处理通常位于地下，其内作业空间狭小，放射性剂量水平较高，切割解体过程中易产生放射性气溶胶，人工作业受限。现有技术中装填放射性废液的容器长期处于地下，拆除时切割不便，同时因放射式剂量较高，人员受辐照风险大，现有技术采用的设备结构复杂、不适合切割地下空间不容易移动的设备。

为了解决装填放射性废液的容器长期处于地下，拆除时切割不便的问题，本发明人提出一种新的容器切割思路，利用张紧结构将行走结构张紧至待切割容器表面，利用行走结构带动切割结构实现对容器的切割，从而实现在现场对装填放射性废液的容器进行切割，尤其是大体积、长切割尺寸，大厚度的不锈钢容器进行切割。

具体地，如图1-3所示，本发明提出了一种容器切割装置100，包括行走结构1、张紧结构2、驱动结构3和切割结构4；其中：

张紧结构2、驱动结构3和切割结构4连接在一起构成所述容器切割装置100的主体；

其中，行走结构1包括主动单元、行走单元和从动单元；行走单元环绕待切割的容器，用于为所述容器切割装置的主体提供行走路径；主动单元和从动单元与所述驱动结构3连接；

其中，张紧结构2，用于将所述行走结构1的行走单元张紧在所述容器表面；

驱动结构3，包括驱动单元，用于提供动力，通过所述主动单元和从动单元驱动所述容器切割装置100的主体在所述行走单元上沿行走路径行走；

切割结构，用于切割所述容器。

其中主动单元可以为主动轮11，从动单元可以为从动轮13，行走结构还包括张紧轮14和惰轮15，上述轮优选为链轮，更优选为双列链轮；行走单元为链条，皮带等，优选为双排链条12；通过上述结构能够实现有效的动力传输，并便于行走单元张紧；采用上述双列链轮和双排链条12，能够承受较大的负荷，在恶劣的条件下使用，能在低速下传递较大的动力，简单可靠，尤其适用于大体积、长切割尺寸，大厚度的不锈钢容器。

其中张紧结构通过张紧螺栓21将张紧轮14向外拉伸，从而使双排链条12能够充分的张紧在容器上，确保切割结构4在整个切割过程中沿着设定的轨迹切割，避免切割大体积、长切割尺寸，大厚度的容器时，由于切割装置的移动导致装置出现震动、位移等情况使得切割路线片偏离，导致切割失败，切割后容器无法脱落。

其中，驱动结构3中的驱动单元可以为驱动电机，更优选为齿轮减速伺服电机，能够提供较大的驱动力，确保驱动切割装置以≥20mm/min的速度切割容器；驱动结构3还包括传动单元，传动单元为锥形齿轮，用于将驱动单元产生的动力传动给主动单元，其具有传动平稳，传动比精确，工作可靠、效率高、寿命长，使用功率、速度和尺寸范围大等优点；驱动结构3还可以包括减速器，优选为精密减速电机，减速比≥320。

其中，切割结构4包括切割单元、切割平推单元和切割摆动单元切割单元；切割单元为圆盘切割锯片，例如砂轮片41，适用于不锈钢，结构钢等金属材料的切割，切割单元由切割电机提供动力，可采用380V电机，提供足够的动力；切割平推单元可以为丝杠直线模组42，丝杠导程为1-100mm，具有限位传感器；切割摆动单元与切割平推单元相连，包括摇臂结构43，能够在切割平推单元的模组平移的带动下摆动，从而带动切割单元切割旋转时摆动，从而实现切割单元的推进和退回。

其中，容器切割装置还包括控制结构，该控制结构包括监视系统和控制系统。其中监视系统包括检测单元、照明单元和视频单元，检测单元用来检测装置运行过程中的各种参数，包括设备各结构的位置信息，切割单元的磨损信息，周围环境的温度、湿度、放射性气体的溶度参数等；照明单元用来向设备和环境提供照明，便于作业施工；视频单元可以为摄像头等各种监视设备，用于观察和记录设备的运行状况等。其中控制系统包括PLC、HMI、操作台、显示装置、电控柜等，主要用于操作切割装置进行作业。

其中，切割设备还包括附属结构，例如吊环、围板，接线盒等等。

本发明还公开了一种容器切割方法，采用如上所述的切割装置对容器进行切割，包括以下步骤：

步骤1)，将行走结构固定至待切割容器表面，利用张紧结构将行走单元张紧；

步骤2)，启动切割单元，开启切割推进单元来推进切割单元，使切割单元推进至容器壁并切割容器壁至一预定厚度，切割推进单元停止推进，并维持在该位置；

步骤3)，开启驱动结构驱动行走结构移动，并带动切割单元沿行走单元行走，切割单元逐步切割容器壁；

步骤4)，切割单元环绕容器完成容器的切割。

其中，更进一步细分地，步骤3)例如可以包括如下步骤：

采用监视系统实时观察容器切割的状况，特别是切割单元磨损情况，当切割单元磨损程度达到限定阈值时，停止驱动结构；

开启切割推进单元来推进切割单元，使切割单元退离容器壁至一预定位置，更换或维修切割单元；

启动切割单元，开启切割推进单元来推进切割单元，使切割单元推进至容器壁并切割容器壁至预定厚度，切割推进单元停止推进，并维持在该位置；

开启驱动结构驱动行走结构移动，并带动切割单元沿行走单元行走，切割单元继续切割容器壁；

重复上述步骤。通过上述步骤，能够实现实时监控切割单元的状态，并进行切割单元的更换或维修。

其中，更进一步，步骤3)还可以包括以下步骤：在切割过程中，利用监视系统监测环境参数，当环境参数达到第一阈值时，利用控制系统降低切割速度；当环境参数达到第二阈值时，停止切割装置运行并进行环境处理；当环境参数低于第二阈值时，控制切割设备继续进行切割。通过上述检测和控制过程，能够实现安全切割，避免发生事故，对环境产生危害。

下文将通过具体实施例来对本发明作进一步阐述说明。需要注意的是，下述的实施例仅是举例说明，而不是用于限定本发明。

实施例1

如图1-3所示，本发明实施例1公开了一种容器切割装置100，包括：行走结构1、张紧结构2、驱动结构3和切割结构4，张紧结构2、驱动结构3和切割结构4连接在一起构成容器切割装置100的主体；其中，行走结构1包括主动轮11，从动轮13，张紧轮14，惰轮15，双排链条12，双排链条12环绕待切割的容器，用于为提供行走路径；主动轮11，从动轮13，张紧轮14，惰轮15均为双列链轮，其与驱动结构3连接；张紧结构2通过张紧螺栓21等将张紧轮14向外拉伸，使双排链条12充分张紧在容器上，确保切割结构4在整个切割过程中沿着设定的轨迹切割；驱动结构3包括驱动单元和传动单元，驱动单元包括齿轮减速伺服电机、精密减速电机，能够确保驱动切割装置以≥20mm/min的速度切割容器，减速比≥320，传动单元采用锥形齿轮，能够平稳传动，传动比精确；切割结构包括砂轮片41、切割电机、丝杠直线模组和摇臂结构，其中丝杠直线模组的丝杠导程为1—100mm，具有限位传感器，丝杠直线模组和摇臂结构相连。

实施例2

与实施例1不同之处在于，双排链条12为单排或三排以上的链条，也可以是皮带、橡胶带、各种类型的轨道；主动轮11，从动轮13，张紧轮14，惰轮15为单排或三排以上的链轮，或其他类型的转轮；砂轮片替换为树脂切割片、金刚石切割片；丝杠直线模组替换为其他类型伺服电机、直线电机等进给设备。

实施例3

本发明实施例3除了实施例1或2的结构之外，还包括监视系统和控制系统，其中监视系统包括监测单元、照明单元和视频单元，监测单元用来监测装置运行过程中的各种参数，包括设备各结构的位置信息，切割单元的磨损信息，周围环境的温度、湿度、放射性气体的溶度参数等；照明单元用来向设备和环境提供照明，便于作业施工；视频单元为摄像头，用于观察和记录设备的运行状况等，控制系统包括PLC、HMI、操作台、显示装置、电控柜等，主要用于操作切割装置进行作业，切割设备还包括附属结构，例如吊环、围板，接线盒等等。

实施例4

本发明实施例4公开了一种容器切割装置100的切割方法，其采用实施例1-3中的任一实施例对容器进行切割，具体包括以下步骤：

步骤1)，将行走结构固定至容器表面，利用张紧螺栓21将行走结构张紧；

步骤2)，启动切割电机使砂轮片41旋转，开启丝杠直线模组42来推进摇臂结构43，使砂轮片41推进至容器壁并切割容器壁至一预定厚度，砂轮片停止推进，并维持在该位置；

步骤3)，开启驱动结构3驱动行走结构1移动，并带动砂轮片41沿行走单元行走，砂轮片41逐步切割容器壁；

步骤4)，砂轮片41完成容器的切割。

实施例5

本发明实施例5在实施例4的基础上，步骤3)还包括：

采用监视系统实时观察容器切割的状况，当砂轮片磨损程度达到限定阈值时，停止驱动结构3；

开启丝杠直线模组42和摇臂结构43来推进砂轮片41，使砂轮片41退离容器壁至预定位置，更换或维修砂轮片41；

启动砂轮片41，开启丝杠直线模组42和摇臂结构43来推进砂轮片41，使砂轮片41推进至容器壁并切割容器壁至预定厚度，砂轮片41停止推进，并维持在该位置；

开启驱动结构3驱动行走结构1移动，并带动砂轮片沿行双排链条12行走，砂轮片41继续切割容器壁；

重复上述步骤。

实施例6

本发明实施例6在实施例4或5的基础上，步骤3)还包括以下步骤：在切割过程中，利用监视系统监测环境参数，当环境参数达到第一阈值时，利用控制系统降低切割速度；当环境参数达到第二阈值时，停止切割装置100运行并进行环境处理；当环境参数低于第二阈值时，控制切割装置100继续进行切割。

通过上述几个实施例可以看到，本发明利用张紧结构将行走结构张紧至待切割容器表面，利用行走结构带动切割结构对容器进行切割，从而实现对装填放射性废液容器的现场切割，尤其适用于对大体积、长切割尺寸，大厚度的容器进行切割，极大地减少了操作人员的接触时间，减少了放射性照射计量，降低了操作人员的剂量率。

以上所述的具体实施例，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，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，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。