企業(yè)案例-高能電子輻照加速器束下傳輸系統(tǒng)防護項目

1、高能電子輻照加速器束下傳輸系統(tǒng)防護項目一、前言輻照加工技術也稱為輻射加工技術，是利用X射線、射線、高能電子等電離輻射透過物質時，與輻照物質相互作用所產(chǎn)生的物理效應、化學效應和生物效應，對被加工物品進行處理，以達到（如材料改性、消毒滅菌、生物變異等）預定的目標。輻照加工技術由于其應用面廣、能耗低、無污染、技術附加值高等優(yōu)點，深受眾多行業(yè)的青睞，被人們譽為“綠色加工產(chǎn)業(yè)”。然而由于輻射具有殺傷力，任何一起事故發(fā)生，都會給輻照行業(yè)留下污點。因此，為保證輻照加工的安全進行，把相關的安全工作看做是一項系統(tǒng)工程是很有必要的。發(fā)生在輻照裝置上的事故教訓表明，所有事故可歸納為兩個原因：一是硬件上的問題（包括信

2、號和顯示的錯誤）；二是人員的過失。建立對高風險度實踐審查制度，強調決不允許把安全目標寄托在今后的管理上。這是對很多事故教訓總結的一條重要經(jīng)驗。為此，輻照裝置的設計必須遵守“故障安全，安全設計原則”，按照這一原則完成的設計可以保證當某一部件或系統(tǒng)發(fā)生任何故障時均能建立起一種安全狀態(tài)。就安全防護角度而言，高能電子輻照加速器是依靠其所發(fā)出電子束的能量來進行輻照生產(chǎn)的，在運行時不會產(chǎn)生任何放射性廢物，僅在運行過程中會產(chǎn)生一定量的電離輻射和臭氧，這些都可以通過迷宮設計和束下傳輸系統(tǒng)的設計和控制等采取相應的屏蔽和防護措施加以解決，不會對操作人員、公眾以及環(huán)境產(chǎn)生危害。作為輻照加工技術的重要組成部分，輻照加

3、速器束下傳輸系統(tǒng)是連接輻照裝置下高放射區(qū)和非放射區(qū)的紐帶，由于它的使用而使工作人員與輻射源徹底安全隔離，是最重要的安全措施；同時，輻照加速器束下傳輸系統(tǒng)的合理設計、控制和運行是保證高能電子束具有較高的能量利用率，實現(xiàn)大批量連續(xù)加工，提高生產(chǎn)效率的關鍵。二、束下傳輸系統(tǒng)總體結構設計在安全運行方面的考慮2.1 束下傳輸系統(tǒng)結構設計結合某輻照加工企業(yè)的輻照加工車間（迷宮）實際，根據(jù)輻照室的結構形式，束下傳輸系統(tǒng)的總體設計結構方案示意圖如圖1所示：圖1 高能大功率輻照加速器束下傳輸系統(tǒng)示意圖依受照品在輻照束下的傳輸方向，傳輸系統(tǒng)的總體結構由上料段1、束前傳輸段（2、3、4）、束下傳輸段5、束后傳輸段（

4、6、7、8）、下料段9、直通裝置10、翻轉裝置11和出料段12等組成，其中束下段5是整個傳輸系統(tǒng)結構和控制的核心。其它傳輸段除翻轉裝置11外，都采用輥機鏈傳動輸送方式。2.2束下傳輸段采用板機鏈傳動機構束下傳輸段設計成板機鏈傳動方式。傳動的板條只有前進方向的平移運動，這樣可以避免受照品在傳輸過程中的相對滑動和扭斜，既保證了傳輸過程的平穩(wěn)，也能盡量避免由相對位移而可能造成的被照品卡阻現(xiàn)象，實現(xiàn)產(chǎn)品安全通過輻照區(qū)和受照劑量的均勻。為了保證不同高度的產(chǎn)品在束下均能獲得最佳照射距離、滿足試驗性產(chǎn)品在束下往復照射的要求，束下板機同時又設計成往復式可升降機構，并以輻照窗下中心線為分界把束下板機設計成兩段，

5、中間間隔適當?shù)目障叮ㄈ鐖D2所示），以解決電子束直接照射到金屬機架上，使金屬機架發(fā)熱變形及產(chǎn)生有害射線等問題。板機整體機構采取滾珠絲桿電氣傳動實現(xiàn)升降過程，升降高度在一定范圍內連續(xù)可調。圖2 束下升降機構示意圖板機鏈傳動實現(xiàn)往復控制，往復運動速度在14米/分連續(xù)可調。2.3 鏈傳動自適應張緊機構為消除束下板機段因為升降高度變化對鏈條長度的影響，進而影響板機上方被照品的平穩(wěn)傳送，在兩段傳送鏈上都采用重錘張緊機構（如圖2所示）以吸收鏈條長度的變化，保證鏈傳動的張力。在升降過程中，板機跟隨運行，可以避免堆鏈現(xiàn)象，使升降及運送過程更穩(wěn)定。2.4 積放輥的應用在進入束下板機段（圖1的5段）的前段輥機段（圖

6、1的4段），采用積放輥的鏈傳動方式。積放輥具有隨著摩擦阻力的增大而不同步跟隨（相對靜止）鏈條轉動的運行特點。通過束下線控制速度的配合調整，板機段的運行速度相對前段輥機段的傳送速度要慢，這樣就保證了受照品在進入束下板機的同時阻慢了后續(xù)產(chǎn)品的前行速度，使進入積放輥機段上的受照品漸行靠近靠緊，進而實現(xiàn)受照品以緊密排列的方式通過板機的輻照區(qū)域段。這樣既保證了輻照射線的有效利用，同時更避免了射線對輻照窗下板機構件較長時間的不間斷照射，保護了板機段核心區(qū)域的結構構架不致因受照發(fā)熱而發(fā)生形變。2.5 翻轉換面機構由輻照工藝要求，對于高度大于等于150mm的被輻照物為保證受照均勻需要上下?lián)Q面照射，高度小于15

7、0mm的產(chǎn)品不需要換面，為此，通過翻轉裝置和直通裝置實現(xiàn)。如圖1中的11、10所示。翻轉裝置采用兩組十字構架結構，每組十字構架完成90度的翻轉，受照品經(jīng)坦克鏈傳動通過兩組十字構架機構最終實現(xiàn)180度的翻轉換面動作?？紤]到翻轉換面動作相對的難度和可能出現(xiàn)的被照品錯位問題，為保證翻轉換面機構的正常運行和換面過程的順利實現(xiàn)，直通裝置和翻轉裝置安裝在輻照室外上、下料段中間的傳輸段位置。三、束下傳輸系統(tǒng)的控制及保護采用西門子S7-200系列PLC作為控制核心，PLC的一個通訊口接變頻器，另一通訊口接觸摸屏。通過RS485總線及USS通訊協(xié)議庫控制多臺變頻器，既降低了成本又保證準確性?？刂婆_安裝觸摸屏作為

8、人機交互界面，束下傳輸線驅動的運行、停止通過PLC直接控制變頻器的運行。控制包括：傳輸速度控制，傳輸速度偏差監(jiān)控，自動或手動往復傳輸控制，自動和手動升降控制，傳輸卡阻和升降卡阻故障報警，傳輸鏈與加速器互鎖等。 3.1 傳輸速度及運行精度的控制束下傳輸系統(tǒng)均采用變頻調速控制。束下段傳輸速度作為整個束下線各段傳輸速度的基準。通過觸摸屏給定束下段傳輸速度，其它段輸送線配合束下段傳輸速度。速度給定和往復運行控制根據(jù)工藝要求，束下段板機運行速度在14米/分連續(xù)可調。確定傳輸機構的驅動電機減速比并選擇電機，精確計算各段變頻器速度。根據(jù)往復運行速度及束下段長度計算定寬工藝托板通過束下的時間，實現(xiàn)時間控制的往

9、復運行（束下不能安裝檢測裝置）。板機運行速度偏差的控制速度檢測：采用接近開關檢測兩塊相鄰鏈板對應邊間走過的時間的方法計算實時運行速度，時間的計算通過快速時鐘計數(shù)的方式實現(xiàn)。運行速度偏差值計算：考慮到傳動鏈條每節(jié)長度的誤差和每塊鏈板寬度的誤差，速度采樣值采用平均值濾波。速度負反饋：為減小運行速度偏差，提高控制精度，在速度控制中采用部分負反饋。3.2 板機的升降控制及保護升降裝置設置兩個接近開關用于升限位和降限位保護。升降高度的檢測采用了一個自制編碼器安裝在升降驅動傳動軸上，通過對傳動軸轉數(shù)的計數(shù)和相關的計算程序實現(xiàn)升降高度的檢測計算過程。升降動作及升高距離由觸摸屏上輸入的“工件高度”決定。為減少

10、累積誤差，在每次工件高度改變時，自動調零定位。即升降動作時，首先使升降機構下降到下限位（高度0值），從0開始向上升高到目標值。升降目標值及升降過程值實時顯示在觸摸屏上。3.3 傳輸系統(tǒng)的運行卡阻和升降卡阻故障報警運行卡阻故障報警當系統(tǒng)處于運行狀態(tài)，在某一時間段內（依據(jù)設定速度確定）沒有速度檢測信號的變化，則認為運行卡阻，由故障程序運算確定并發(fā)出報警。升降卡阻故障報警升降機構有運行命令，而在某一時間段內升降檢測信號沒有變化，則認為升降機構卡阻，由故障程序運算確定并發(fā)出報警。四、束下傳輸系統(tǒng)與加速器的聯(lián)鎖保護 按照“故障安全，安全設計原則”所完成的設計可以保證當某一部件或系統(tǒng)發(fā)生任何故障時均能建立起一種安全狀態(tài)。這里的關鍵是當某一部件或系統(tǒng)發(fā)生任何故障時放射工作設備仍要處在輻射安全狀態(tài)不會發(fā)生輻射事故。所以，輻射源、傳輸機械、安全設施及輔助系統(tǒng)，必須有全面、系統(tǒng)和有效的安全聯(lián)鎖措施來支撐。當加速器故障時，為保證被輻照