地浸采铀自动盘管装置的研制与应用

季扬威，张 渤，孙希龙，孙 祥，甘 泉

(中核通辽铀业有限责任公司，内蒙古 通辽 028000)

井场工艺是通过钻孔和管道将浸出剂和浸出液注入或抽出矿层，从而实现液体的循环利用[1]。抽、注液管道包括抽液地表管、潜水泵提升管、注液孔内管、注液地表管和动水位观测管；此外，为提高抽出井和注入井水量,在使用空压机洗井时，需要使用风管，以上管道在地浸矿山应用较多的是聚乙烯管(PE管)。目前，在地浸采铀井场工艺管线安装过程中，主要通过人工操作或机械拖拽的方式对管线进行收放。这种操作在工作中劳动强度大，耗时费力，打开卷捆时易造成管子折断、打结；在回收管子时，盘管不紧密、码堆不美观；同时，在释放管子径向应力时，管子弹跳，存在一定的安全隐患。

针对聚乙烯管在使用过程中的收、放盘的问题，本着“提质、增效、降耗”的设计原则，探索研制可移动式车载自动盘管装置。

1设计原则

结合现场实际情况，在设计中充分考虑结构简单、便于操作，并本着运行稳定、经济节能、效率高和自动化控制等优点，自动盘管装置应满足以下设计要求：1)卷管装置的直径可调，可根据不同规格PE管的长度和绕曲度进行调整，增大盘管长度，尽量满足最长管子的盘管需求，最大盘管长度达400 m；2)卷管支架宽度可横向调节，盘管宽度可限位，目的是不同规格管子盘管成捆后利于码放和美观，并且具备可拆卸功能；3)主体盘管机构盘管速度在5～40 r/min，做到匀速盘管，并根据现场PE管规格不同实时进行调节，实现自动控制；4)电气系统控制部分应考虑电动机正、反方向的控制，做到“一键切换”；5)适用性强，对常用的可盘卷的材料具有通用性，例如对井下常用防水电缆(规格3×6 mm2+1×4 mm2)进行盘绕；6)井场盘好的PE管可进行拆卸。

2自动盘管装置整体结构设计

自动盘管装置由车座部分、动力装置、传动装置和卷管装置等组成。车座部分主要由承重架、分支立柱和移动车轮组成，作用是承载动力、传动和卷管装置，同时便于移动。动力装置提供卷管的动力，是动力输出的主要来源。传动装置是连接动力装置和卷管装置的纽带，通过传动装置将力矩作用于卷管装置上。卷管装置用于固定PE管，应具有足够的直径和宽度，满足整根管缠绕所需的空间。在利于卸管的前提下，整个卷管装置采用一端双轴承支撑，防止卷管装置偏心造成轴承和轴损坏。

自动盘管装置整体结构如图1所示。

1—电动机；2—减速机；3—齿轮；4—链条；5—固定支架；6—横向支架；7—纵向支架；8—车座。图1 自动盘管装置整体结构示意

2.1 卷管装置的设计

2.1.1结构设计

井场常用PE管规格较多，因此，设计卷管装置需考虑3个特殊要求：1)直径可调；2)宽度可调；3)便于拆卸。因此，卷管装置主要包括横向支架、纵向支架、移动插销和顶丝。横向支架固定在卷管辐条上，由顶丝固定；纵向支架固定在横向支架上，由顶丝固定，卷管辐条中心通过主轴固定端轴承固定，主要由各部分支架焊接而成[2]。

2.1.2直径和宽度可调范围的确定

直径和宽度可调范围由4种PE管出厂盘管实际宽度、盘管后内沿直径和盘管后外沿直径确定，并取1.2倍系数，保证盘管在松散度较低下不脱圈。井场常用PE管出厂规格和盘管参数见表1。

表1 井场常用PE管出厂规格和盘管参数[3]

由表1可知：所需宽度范围为300～500 mm，取最大宽度范围的1.2倍，即最终可调宽度为300～600 mm；外沿直径范围为1 000～2 300 mm，最终外沿最大直径可调整为2 760 mm；内沿直径范围为600～1 500 mm，可调宽度为600～1 800 mm。

2.1.3材质的选择

根据装置的结构设计，在加工制作中，首先考虑机械材料的强度、韧性、刚度和工作环境，以便提高设备的工作效率，降低成本，减少能耗等[4]。在设计中选用以下主要材料，详见表2。

表2 选用的材料规格、参数

2.2 动力和传动装置的选择

2.2.1动力装置的选择

根据设计原则和要求，选用电磁调速电机作为动力输出。电磁调速电机由减速机和电机组合而成，通过调节电磁调速电机的转差率来改变输出转速，具有运行可靠、振动小和效率高等特点[5]。确定选用YCT-160型号电磁调速电机，具体参数见表3。

表3 YCT-160电磁调速电机主要技术参数

2.2.2链式传动和齿轮的选择

选用16A-1-60型传动式滚子链作为动力输出，滚子链由高合金45Mn金属材质加工制造，通过利用链与链轮轮齿的啮合来传递动力和机械传动。其基本部件包括链板、联销、轴套等，主要优点为结构简单紧凑、运转平稳、噪声小、使用寿命长、使用成本低、能耗低[6]。综合以上几方面因素考虑，在设计中选用的齿轮参数见表4。

表4 齿轮主要技术参数

注：加工精度等级满足GB10095.1—2008。

2.3 调速和电气控制装置的设计

2.3.1电磁调速控制器的选型

根据设计原则，卷管装置可调、运行转速5～40 r/min。根据现场试验需求，对控制器进行选型，确定JD1A-40型号可实现电动机调速控制，具体参数见表5。

表5 主要技术参数

2.3.2电气控制线路的设计

依据低压电气设计规范并结合现场实际情况和运行控制要求，采用380V交流电作为电源输入端，在车身平台位置安装正、反方向电气控制系统及户外式防水式配电箱1个。主电路设计中主要安装了刀开关、熔断器、交流接触器KM1、KM2；另外，为了防止电动机在运行中出现过载或过流情况造成电机损坏，在负载前端设置了一组热过载继电器。

考虑人员指挥与操作可视化简单明确，控制线路由按钮SB1(启动-正转)、SB2(启动-反转)、SB3(停止)组成。为了防止发生人为误操作和保证操作安全，在整体配电系统和设计中采用按钮式双重联锁正、反转控制。双重连锁控制是利用启动按钮改变电源相序，并将按钮常闭端互相放置于控制回路中，实现连锁的目的[7]。具体线路控制工作原理如图2所示。

QS—隔离开关；FU—熔断器；FR—热过载式继电器；SB1—正向启动钮式；SB2—反向启动按钮；SB3—停止按钮；M—三相交流异步电动机；KM—三相交流接触器。图2 电气控制线路

3现场应用情况

3.1 应用情况

试验组人员于2017年研发出一台地浸采铀井场自动盘管装置，随即开展调试和现场试验工作，不同规格型号管路现场试验结果见表6。

试验结果显示，设备运转正常，操作灵活、安全、稳定，可通过调节横向支架宽度和纵向支架直径满足地浸井场不同管道的盘管需求，达到了设计要求，现已投入井场生产之中。

表6 自动盘管装置现场试验结果

3.2 应用效果

使用该装置可大幅度降低劳动强度，提高工作效率，主要体现在以下几个方面：1)每次人工盘管需要4～6人，同样条件下采用自动盘管装置盘管仅需1人，大幅减少人工成本；2)人工盘管不紧密、直径大小不一、易松散，采用自动盘管规格直径统一、盘管密实且不易松散，利于堆放；3)人工盘管时间长，以φ63 mm×9.0 mm PE管为例，盘管时长约1 h，机械自动盘管仅需15 min；4)人工盘管存在一定的安全隐患，而采用自动盘管装置大幅降低接触风险源概率，实现本质安全。

4结论

1)自动盘管装置在地浸采铀的应用中满足“提质、增效、降耗”的设计原则，该装置的研制能满足现场井内、地表和洗井等应用的PE管的收、放，同时还可以拓展到对现场防水电缆的收放中。

2)该装置操作简单、安全可靠，转速、盘管直径、转向和卷管宽度等全部可调，具有广泛的适用性。

3)该装置的应用大幅度降低了人工劳动强度，提高了收放、盘管的工作效率，减少了材料消耗和维修工作量，从而降低了人工费用，取得了良好的经济效益。