[实用新型]用于核电站安全壳内环境监测的小型爬壁机器人

说明书

技术领域

本实用新型涉及机器人技术，特别涉及用于核电站安全壳内进行环境监测的小型机器人。

背景技术

自第一座核电机组运行以来，全球已发生了多次核事故，特别严重的有1986年前苏联的切尔诺贝利事故，以及2011年日本的福岛核事故，均造成了极其重大的人员伤亡和财产损失，引起了人类对于核安全的高度忧虑。依据“防患于未然”的原则，核电站的监测和预警是核电站安全中最重要的一环，特别是在当前，很多核电站经过长时间的运行后，设备的老化、磨损问题已越来越严重。

按照纵深防御的原则，目前的核电站在核燃料和外部空气之间设置了四道屏障，安全壳即为第四道也是最后一道屏障，如图1所示。一旦压力容器及其管道破漏，放射性物质将被包容在安全壳内，不至于外漏。通过监测安全壳内的环境状态，包括辐射剂量、氢气浓度、烟雾、氢气浓度、温度、湿度、气压，可获知核电站的安全状态，当发生事故时，可及早应对，避免造成巨大影响。

利用机器人代替人进入核电站进行安全性监测和预警，有如下好处：(1) 及早发现问题，赢得抢修时间，至少可以有充分的时间关断核反应堆，尽可能减轻事故产生的后果；(2) 极大地减少工作人员所受的核辐射，保证人员安全；(3) 利用监测机器人携带视频监控相机或其他先进的设备，可以提供最直接的监测结果，与间接监测手段（如通过温度、湿度、辐射量等）获得的结果相比，更加直观、准确。

目前的核工业机器人主要用于日常作业，包含蒸汽发生器、反应堆容器的检查、安装、维修，以及退役反应堆的封存、掩埋或拆卸，放射性废物处理等作业；部分机器人可用于核事故处理与救援等，即利用轮式、履带式移动机器人，携带操作设备，进入事故现场，开展事故处理与救援相关工作。而监测机器人的研究相对滞后。比较典型的是西班牙研制的可用于检测柱状容器（如蒸汽发生器）和大直径管道的爬壁机器人Robicen，目前已有3代产品。Robicen机器人由4个能适应弧形壁面的真空吸盘提供吸附力，通过机体上两个气缸的同步或不同步伸缩，完成机器人的直线和转弯运动(Briones L, Bustamante P, Serna M A. Robicen: A Wall-Climbing Pneumatic Robot for Inspection in Nuclear Power Plants [J]. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. 1994, 11(4): 287-292.)。该研究团队还研制了用于沸水反应堆清水墙检查的小型自主机器人MonoCaRob，该机器人沿着专门布置于管道间的导轨运动，利用携带的摄像机和其他传感器进行常规检查(Savall J, Avello A, Briones L. Two Compact Robots for Remote Inspection of Hazardous Areas in Nuclear Power Plants[C]. IEEE International Conference on Robotics and Automation, Detroit, MI , USA, 1999: 1993-1998.)。英国核电公司于20世纪90年代在Magnox核电站反应堆压力容器上使用了两种类型的远距离爬行小车Nero(Luk B L, Collie A A, White T. NERO: A Teloperated Wall Climbing Vehicle for Assisting Inspection of a Nuclear Reactor Pressure Vessel[C]. ASME International Computers Engineering Conference, 1993.)。Choi等人设计了对蒸汽发生器的给水管道进行监测的机器人(Choi C, Park B, Jung S. The Design and Analysis of a Feeder Pipe Inspection Robot With an Automatic Pipe Tracking System[J]. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. 2010, 15(5): 736-745). 在现有文献中，尚未查阅到针对核电站安全壳内环境进行全面检测的机器人系统。