金刚石绳锯模拟切割反应堆重混凝土试验研究.pdf
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1、2 0 1 2 年 第 3期 (总 第 2 6 9 期 ) Nu mb e r 3 i n 2 0 1 2 ( T o t a l No 2 6 9 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 THE0RETI CAL RES EARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 0 3 0 1 0 金刚石绳锯模拟切割反应堆重混凝土试验研究 谭昭怡,李烨,苏容波。张东 ( 中国工程物理研究院 核物理与化学研究所,四川 绵阳 6 2 1 9 0 0 ) 摘要: 金刚石绳锯是目前国外石材开采和锯切的新技术。 采用金刚石串珠绳锯
2、对两种组分不同的重混凝土进行了模拟切割试验。 根 据试验结果表明: 在反应堆退役过程中, 推荐采用金刚石串珠绳锯对密度较小, 内含金属较少的重混凝土实施拆除解体。 关键词: 金刚石绳锯;重混凝土; 切割 中图分类号: T U5 2 8 1 9 文献标志码 : A 文章编号: 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 3 0 0 3 2 0 4 Si mul a t e d c ut t i ng e xp er i men t al r e s ea r c h o f he a v y c onc r e t e f r om r e a c t or by di a mo
3、nd be a d w i r e s aw T AN Zh a o - y i , LI Ye, SURo n g- b o, Z HANGDo n g ( I n s t i t u t e o f Nu c l e a r P h y s i c s a n d C h e mi s t r y , C AE P, Mi a n y ang 6 2 1 9 0 0 , C h i n a ) Ab s t r ac t : Th e d i a mo nd r o p e s a w i s a ne w k i n d o f t e c h n o l o g y u s i n g
4、 i n mi ni n g an d c u ri n g o f s t o n e a b r o a d Th e e x p e r i me n t a l r e s e a r c h o n d i a - mo n d r o pe s a w c u t t i n g h e a v y c o n c r e t e h a s b e e n c a r r i e d Ac c o r d i n g t o t h e r e s u l t s o f e x p e r i me nt s , Us ing d i a m o n d r o p e s a
5、 w c u ri n g h e a v y c o n c r e t e, whi c h h a s le s s d e n s i t y a n d me tal , i s r e c o mme nd e d Key wor ds : d i a mo nd b e a d wi r e s a w; h e a v y c o n c r e t e ; c u ri n g 0引言 1 切割原理 随着第一批反应堆服役期满, 其退役问题 日益受到各方面 的关注。 反应堆中生物屏蔽层重混凝土具有密度大、 抗压强度高、 堆池内壁部分存在严重的活化放射陛污染等特点, 而且为了辐
6、射屏蔽需要在其中掺杂了大量金属。 因此对反应堆生物屏蔽层 重混凝土进行拆除解体是反应堆退役过程中难点之一。 目前对于反应堆重混凝土的切割 , 国外普遍采用方法包 括空心镗削法 、 金刚石圆盘锯切割和金刚石绳锯切割方法等 , 但存在原料消耗量大、 切割效率低等缺点 】 。 金刚石串珠绳锯 1 9世纪 7 O年代在意大利问世 , 最初用于石材开采。 作为新一 代的切削工具 , 经过 2 0多年的研究、 开发和完善 , 现在其应用 领域扩大到荒料整形、 板材切割 、 异型石材制品加工、 钢筋混 凝土建筑物的拆除和修整、 玻璃等脆硬材料的加工、 海底构件 的维修以及核电厂的拆除等领域中。 在美国普林斯
7、顿一 宾夕发 尼亚加速器退役期间采用金刚石绳锯切割了厚达 8 0 0 I l l n的 屏蔽地板; 在 Z i mm e r 核电站改建为燃煤电厂过程中, 也使用 金刚石绳锯系统切割了有许多障碍物和预埋管道的厚钢筋混 凝土。 普林斯顿大学等离子物理实验室采用金刚石绳锯和等 离子弧对聚变测试堆的真空压力容器进行切割试验嘲, 结果表 明: 与等离子弧切割相比, 采用金刚石绳锯进行切割时, 操作 人员减少 4倍 , 其受照剂量减少 7 0 倍 , 切割时间减少近 5 0 , 切割过程氚释放量减少 3倍。 另外采用金刚石绳锯系统成功 地切割反应堆热交换器的成功经验也有报道。 本试验采用金 刚石串珠绳锯
8、切割方法对不同组成的重混凝土进行了模拟切 割试验 。 收稿 日期 :2 0 1 1 _ J o 9 - 0 4 3 2 金刚石绳锯是一根具有一定弹性的连续体, 由弹性橡胶套 ( 或弹簧) 、 载体金属丝网、 金刚石环以及连接件组成。 如图 1 所 示 , 金刚石环以每米 3 2 - 4 0 个的密度安装在金属丝网上, 两环 之间垫以特殊橡胶套( 或弹簧) 用以保护金属丝网, 同时使绳锯 有较高的柔性。 金刚石环具有切削锋利与使用寿命长的特点。 金属丝网使绳锯具有足够的强度。 因此开始锯切是绳锯和材料 只在局部的棱角处相接触 , 随着锯切的进行 , 接触点变成切割 线, 最后形成一条连续光滑的锯
9、切曲线。 - 图 1 金刚石串珠绳示意图 金刚石绳锯机主要由主运动系统、 进给系统 、 金刚石串珠 绳、 张紧装置、 导向机构、 控制系统、 冷却系统等组成。 金刚石串 珠绳 在进行切割时为闭合环状式, 依靠安装在轨道上的设备 以理想的速度驱动。 由其中主运动系统的驱动装置带动驱动轮 旋转, 使张紧的金刚石串珠绳做循环运动, 实现切向进给运动, 并保持所需要的线速度 ; 同时进给系统驱动装置带动基体沿轨 道做直线运动 , 实现金刚石串珠绳的径向进给运动 , 张紧装置 可以保证金刚石串珠绳在工作过程中始终处于张紧状态, 保证 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 切割所
10、需适当的恒定张紧力。 种重混凝土样品。具体参数见表 1 。 2 试验部分 2 。2 包括切割适用性沏 割 数对切割速度的影 2 1 试验对象 响试验、 切割断面分析和切割过程中气溶胶产生特性研究等4 个 根据某反应堆重混凝土的组成和密度要求, 分别制备了两 内容, 分述如下。 表 1 模拟切割试验用重混凝土样品相关参数表 2 2 1 适用性切割试验 分别采用弹簧型和注塑型热压烧结型金刚石串珠绳对两 种重混凝土进行模拟切割试验, 考察金刚石绳锯对重混凝土的 切割能力, 检验指标为切割速度和串珠磨损情况。 2 2 2 切割参数对切割速度的影响 金刚石串珠绳锯主要切割参数包括切割线速度和串珠绳 张紧
11、力 , 本试验中金刚石串珠绳线速度由主飞轮转速控制, 而 串珠绳张紧力由负载电流控制。 考虑切割影响因素的复杂性, 设计试验方法是仅使要试验的参数改变, 而其他参数保持不 便, 即采用单一因素法。 检验效果为切割速度 , 即单位时间切 割面积。 对切割后形成 的切割断面和金刚石串珠表面进行观 测和分析 。 2 2 3 切割过程中气溶胶产生特性研究 切割试验过程中采用 F A 3 型撞击采样器进行空气取样, 采集粒子范围根据粒径从亚微米到 1 0 1 共分成九级 , 取样时 间随切割时间而定, 流量为 2 8 _ 3 L mi n 。 在取样前先将各级滤膜 置于空气中充分吸收水分, 称重。 取样
12、完毕后对每一级滤膜质量 进行称重。 以式( 1 ) 计算现场粉尘质量浓度。 以式( 2 ) 计算某一 粒径范围粉尘粒子所占粉尘总量的比率。 c粉= ( 1 ) 式中: c粉 切割现场粉尘产生总浓度, g m3 ; m 取样后第 i 级滤膜质量, g ; m o 取样前第 级滤膜质量, g ; 取样体积, L ; 竹 第 级粉尘所占总量的比率。 3结果和讨论 3 1 适 用性切 割 分别采用弹簧烧结型和注塑烧结型金刚石串珠绳锯对重 混凝土 A和重混凝土 B进行了适用性切割试验, 考察了不同情 况下的切割速度和串珠绳磨损情况, 试验结果见表 2 。 表 2 适用性切割试验结果 从表 2可以看出,
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