Luận văn THIẾT KẾ CHẾ TẠO CÁC HỆ CÔNG NGHỆ CHÍNH CHO MÁY CHIẾU XẠ CÔNG NGHIỆP NGUỒN COBALT - 60
NỘI DUNG ĐỒ ÁN
TÓM TẮT
Ứng dụng công nghệ bức xạ là một trong các ứng dụng thành công nhất của ngành hạt nhân nước ta đóng góp vào nền kinh tế đất nước. Chiếu xạ khử trùng các vật phẩm y tế và thanh trùng hàng thực phẩm đã phát triển thành một ngành với quy mô công nghiệp.
Hiện nay, ở nước ta các máy chiếu xạ công nghiệp nguồn cobalt-60 đều hoàn toàn nhập ngoại. Vấn đề nội địa hóa, tiến tới tự sản xuất các máy chiếu xạ công nghiệp nguồn cobalt-60 là nhiệm vụ đặt ra đối với các cơ sở nghiên cứu và ứng dụng công nghệ chiếu xạ vừa có trình độ khoa học, kỹ thuật và kinh nghiệm vận hành. Trong bài luận văn này, việc thiết kết các hệ công nghệ chính cho máy chiếu xạ công nghiệp nguồn cobalt - 60 được nghiên cứu rõ.
ABSTRACT
Application of radiation technology is one of the most successful applications of our country's nuclear industry to contribute to the country economy. Radiation sterilization of medical items and food pasteurization has developed into an industrial-scale industry. Since the goal of sustainable development, preserving the environment, improving human living conditions, irradiation technology using ionizing sources are widely used in the world and in Southeast Asia.
Currently, in our country the industrial irradiation plant sources of cobalt-60 are fully imported. Proceed to self-manufacture of industrial radiation sources of cobalt-60 is the task set for the basis of research and application of irradiation technology has highly qualified scientists, technicians, and operational experience. In this study, designing (manufacturing) major technology systems of cobalt irradiation - 60 is researched.
MỤC LỤC
Trang tựa Trang
Quyết định giao đề tài
Lý lịch khoa học.................................................................................................................... i
Lời cam đoan.......................................................................................................................... iii
Lời cảm ơn.............................................................................................................................. iv
Tóm tắt.................................................................................................................................... v
Mục lục................................................................................................................................... vi
Danh sách các cá nhân tham gia thực hiện đề tài............................................................. x
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt................................................................................ xi
Danh sách các bảng............................................................................................................... xii
Danh sách các hình............................................................................................................... xiv
Chương 1 TỔNG QUAN............................................................................................ 1
1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu.............................................. 2
1.2 Hiện trạng các máy chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt-60 ở Việt Nam 4
1.3 Mô tả thiết bị máy chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt-60............... 5
1.4 Tình hình nghiên cứu ngoài nước........................................................... 7
1.5 Tình hình nghiên cứu trong nước............................................................ 7
1.6 Phạm vi nghiên cứu................................................................................... 8
1.7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn................................................................. 8
1.7.1 Về mặt khoa học........................................................................................ 8
1.7.2 Về mặt thực tiễn........................................................................................ 8
1.8 Mục đích của đề tài................................................................................... 9
1.9 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài.............................................................. 9
1.9.1 Nhiệm vụ của đề tài.................................................................................. 9
1.9.2 Giới hạn của đề tài.................................................................................... 9
1.10 Phương pháp nghiên cứu.......................................................................... 9
1.11 Kết cấu luận văn........................................................................................ 10
Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT............................................................................... 11
2.1 Tính an toàn của thiết bị.......................................................................... 11
2.2 Đối tượng chiếu xạ.................................................................................... 11
2.3 Hệ công nghệ............................................................................................. 12
2.3.1 Hệ đảo hàng............................................................................................... 12
2.3.2 Hệ nạp-dỡ-vận chuyển hàng................................................................... 16
Chương 3 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ ĐẢO HÀNG............................................. 19
3.1 Tính toán thông số vật lý hệ đảo hàng và phân bố liều thùng hàng.. 19
3.1.1 Tính toán thông số vật lý hệ đảo hàng để tìm phương án tối ưu........ 19
3.1.1.1 Trường hợp nguồn bao phủ hàng............................................................ 19
3.1.1.2 Trường hợp hàng bao phủ nguồn............................................................ 22
3.1.2 Tính toán phân bố liều thùng hàng để tìm kích thước tối ưu.............. 24
3.2 Thiết kế cơ khí và chế tạo thùng hàng................................................... 32
3.3 Thiết kế nguyên lý hoạt động của hệ đảo hàng.................................... 36
3.4 Thiết kế chu trình hệ đảo hàng................................................................ 38
3.5 Tính kết cấu của hệ đảo hàng.................................................................. 42
3.5.1 Tính độ bền thanh dẫn dọc 1R................................................................ 42
3.5.2 Tính độ bền cho hệ đảo hàng.................................................................. 46
3.5.2.1 Kết quả phân tích bền hệ đảo hàng với phần mềm Inventor.............. 46
3.5.2.2 Kết quả phân tích bền hệ đảo hàng với Ansys 14................................ 49
3.5.2.3 So sánh kết quả........................................................................................ 51
3.6 Chọn thiết bị nâng và đẩy thùng hàng trong hệ đảo hàng................... 51
3.6.1 So sánh 3 thiết bị và chọn thiết bị nâng, đẩy thùng hàng cho hệ đảo hàng51
3.6.2 Tính toán đường kính xy lanh khí nén................................................... 52
3.6.2.1 Tính lực nâng cho khung nâng hạ (C10N, C20N)................................ 53
3.6.2.2 Tính lực đẩy cho các thùng hàng theo hàng dọc (C1D, C3D….)....... 54
3.6.2.3 Tính lực đẩy các thùng hàng theo hàng ngang (C5D, C15T).............. 56
Chương 4 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ VẬN CHUYỂN THÙNG HÀNG.......... 59
4.1 Nguyên lý hệ vận chuyển thùng hàng.................................................... 59
4.2 Thiết kế, chế tạo hệ vận chuyển thùng hàng......................................... 60
4.2.1 Hệ trống quấn cáp..................................................................................... 60
4.2.2 Xe chở thùng hàng.................................................................................... 62
4.2.3 Hệ căng cáp................................................................................................ 63
4.2.4 Đường ray................................................................................................... 65
4.2.5 Biến tần....................................................................................................... 65
Chương 5 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ NẠP - DỠ HÀNG.................................... 68
5.1 Nguyên lý hệ nạp-dỡ hàng....................................................................... 68
5.2 Thiết kế, chế tạo hệ hệ nạp-dỡ hàng....................................................... 69
Chương 6 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ...................................................................... 72
6.1 Kết luận...................................................................................................... 72
6.2 Đề nghị........................................................................................................ 73
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................... 76
PHỤ LỤC…........................................................................................................................... 77
DANH SÁCH CÁC CÁ NHÂN THAM GIA
THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
|
STT |
Họ và tên |
Cơ quan |
|
01 |
ThS.Lê Minh Tuấn |
Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ Tp. Hồ Chí Minh |
|
02 |
KS.Cao Văn Chung |
|
|
03 |
ThS.Nguyễn Anh Tuấn |
|
|
04 |
KS.Nguyễn Hiếu Dũng |
|
|
05 |
KS.Phan Phước Thắng |
|
|
06 |
PGS.TS Nguyễn Ngọc Phương |
Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM |
|
07 |
KS.Trần Danh Vũ |
Học viên cao học - Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM |
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
|
Tên đầy đủ |
Ký hiệu, chữ viết tắt |
|
Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ |
VINAGAMMA |
|
Cobalt-60 |
Co-60 |
|
Vận chuyển thùng hàng |
VCTH |
|
Hệ nạp-dỡ hàng |
HNDH |
|
Hệ đảo hàng |
HĐH |
|
Hệ vận chuyển thùng hàng |
HVCTH |
|
Độ bất đồng đều về liều (Tỉ số giữa giá trị liều cực đại và liều cực tiểu trong đơn vị chứa sản phẩm) |
DUR |
DANH SÁCH CÁC BẢNG
TRANG
Bảng 1.1: Thống kê các máy chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt-60 hiện tại
có ở Việt Nam tính đến cuối năm 2013 3
Bảng 3.1: Kết quả tính thông số vật lý trường hợp nguồn bao phủ hàng 1 chiều 20
Bảng 3.2: Kết quả tính thông số vật lý trường hợp nguồn bao phủ hàng 2 chiều 21
Bảng 3.3: Kết quả tính thông số vật lý trường hợp hàng bao phủ nguồn 23
Bảng 3.4: So sánh hiệu suất sử dụng nguồn của 3 trường hợp 23
Bảng 3.5: Số liệu tính toán với tỉ trọng hàng giả 0,15 g/cm3; hoạt độ nguồn 335 kCi;
Kích thước thùng 50 cm x 50 cm x 90 cm 26
Bảng 3.6: Số liệu tính toán với tỉ trọng hàng giả 0,15 g/cm3; hoạt độ nguồn 335 kCi;
Kích thước thùng 50 cm x 67 cm x 90 cm 27
Bảng 3.7: Số liệu tính toán với tỉ trọng hàng giả 0,15 g/cm3; hoạt độ nguồn 335 kCi;
Kích thước thùng 50 cm x 80 cm x 90 cm 28
Bảng 3.8: Số liệu tính toán với tỉ trọng hàng giả 0,4 g/cm3; hoạt độ nguồn 335 kCi;
Kích thước thùng 50 cm x 50 cm x 90 cm 29
Bảng 3.9: Số liệu tính toán với tỉ trọng hàng giả 0,4 g/cm3; hoạt độ nguồn 335 kCi;
Kích thước thùng 50 cm x 67 cm x 90 cm 30
Bảng 3.10: Số liệu tính toán với tỉ trọng hàng giả 0,4g/cm3; hoạt độ nguồn 335 kCi;
Kích thước thùng 50 cm x 80 cm x 90 cm 31
Bảng 3.11: So sánh 3 phương án với tỉ trọng hàng giả 0,15g/cm3 32
Bảng 3.12: So sánh 3 phương án với tỉ trọng hàng giả 0,4g/cm3 32
Bảng 3.13: Chu trình thời gian của hệ đảo hàng theo chế độ chiếu liên tục 39
Bảng 3.14: Chu trình thời gian của hệ đảo hàng theo chế độ chiếu mẻ 41
Bảng 3.15: So sánh ưu nhược của 3 thiết bị nâng đẩy trong hệ đảo hàng 52
Bảng 4.1: Tốc độ xe chở thùng hàng 67
Bảng 5.1: Các bước hoạt động của hệ nạp-dỡ hàng máy chiếu xạ VINAGA1 70
DANH SÁCH CÁC HÌNH
TRANG
Hình 1.1 Sơ đồ khối máy chiếu xạ nguồn Cobalt-60 5
Hình 2.1 Mặt cắt tổng thể thiết bị chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt-60 15
Hình 2.2 Mặt bằng máy chiếu xạ 2 hệ đảo hàng 15
Hình 2.3 Mặt bằng của hệ nạp-dỡ hàng 17
Hình 2.4 Mặt bằng của đường ray hệ vận chuyển hàng 18
Hình 3.1 Trường hợp nguồn bao phủ hàng 1 chiều 19
Hình 3.2 Trường hợp nguồn bao phủ hàng 2 chiều 21
Hình 3.3 Trường hợp hàng bao phủ nguồn 22
Hình 3.4 Hình khối thùng hàng và hướng chiếu xạ 25
Hình 3.5 Thùng nhôm khung Inox SUS 304 33
Hình 3.6 Phân bố lực trên trục thùng hàng 34
Hình 3.7 Sơ đồ bố trí ổ lăn 35
Hình 3.8 Nguyên lý hoạt động của hệ đảo hàng dạng thùng 37
Hình 3.9A Chu trình thời gian của hệ đảo hàng theo chế độ chiếu liên tục 38
Hình 3.9B Chu trình thời gian của đảo hàng theo chế độ chiếu liên tục 39
Hình 3.10 Chu trình thời gian của hệ đảo hàng theo chế độ chiếu mẻ 41
Hình 3.11 Phân bố lực trên thanh dẫn dọc 1R 43
Hình 3.12 Tiết diện các thanh dẫn dọc 44
Hình 3.13 Tiết diện nguy hiểm trên thanh dẫn 1R 45
Hình 3.14 Mô hình hệ đảo hàng 46
Hình 3.15 Hệ lực tác động lên hệ đảo hàng 48
Hình 3.16 Kết quả phân tích chuyển vị 48
Hình 3.17 Kết quả phân tích ứng suất 49
Hình 3.18 Setupvật liệu Inox SUS 304 49
Hình 3.19 Hệ lực tác động lên hệ đảo hàng 50
Hình 3.20 Kết quả phân tích chuyển vị 50
Hình 3.21 Kết quả phân tích ứng suất 51
Hình 3.22 Mô tả lực nâng hạ của khung để chọn đường kính xy lanh 53
Hình 3.23 Mô tả xy lanh khí nén 54
Hình 3.24 Mô tả lực đẩy thùng hàng theo phương nằm dọc của hệ đảo hàng 55
Hình 3.25 Mô hình đơn giản một con lăn trên đường nằm dọc 55
Hình 3.26 Mô tả lực đẩy thùng hàng theo phương nằm ngang của hệ đảo hàng 56
Hình 3.27 Mô hình đơn giản một con lăn trên đường nằm ngang 57
Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý hệ vận chuyển thùng hàng của máy chiếu xạ VINAGA159
Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý hệ trống quấn cáp 61
Hình 4.3 Hệ trống quấn cáp máy chiếu xạ VINAGA1 61
Hình 4.4 Sơ đồ cấu tạo xe chở thùng hàng máy chiếu xạ VINAGA1 62
Hình 4.5 Cơ cấu khóa thùng hàng trên xe 62
Hình 4.6 Xe chở thùng hàng máy chiếu xạ VINAGA1 63
Hình 4.7 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo hệ căng cáp 63
Hình 4.8 Hệ căng cáp máy chiếu xạ VINAGA1 64
Hình 4.9 Sơ đồ quấn cáp hệ vận chuyển thùng hàng máy chiếu xạ VINAGA1 64
Hình 4.10 Cấu tạo đường ray máy chiếu xạ VINAGA1 65
Hình 4.11 Đường ray máy chiếu xạ VINAGA1 65
Hình 4.12 Tốc độ của xe khi đi vào buồng chiếu xạ 66
Hình 4.13 Tốc độ của xe khi đi ra từ buồng chiếu xạ 66
Hình 5.1 Sơ đồ nguyên lý hệ nạp-dỡ hàng của máy chiếu xạ VINAGA1 68
Hình 5.2 Cơ cấu nguyên lý phần nạp hàng tự động 70
Hình 5.3 Tủ điều khiển hệ nạp-dỡ hàng và hệ vận chuyển thùng hàng 71
Hình 5.4 Hệ nạp-dỡ hàng và hệ vận chuyển thùng hàng của máy chiếu xạ VINAGA1 71
Hình 6.1A Khung hệ đảo hàng dạng thùng 74
Hình 6.1B Hệ đảo hàng dạng thùng đã lắp thùng nhôm 74
Hình 6.1C Hệ đảo hàng dạng thùng đã lắp các xy lanh khí nén 75
Chương 1
TỔNG QUAN
Ứng dụng công nghệ bức xạ là một trong các ứng dụng thành công nhất của ngành hạt nhân nước ta đóng góp vào nền kinh tế đất nước. Chiếu xạ khử trùng các vật phẩm y tế và thanh trùng hàng thực phẩm đã phát triển thành một ngành với quy mô công nghiệp.
Do mục tiêu phát triển bền vững, giữ gìn môi trường, nâng cao điều kiện sống của con người, công nghệchiếu xạ sử dụng các nguồn ion hóa đang được ứng dụng rộng rãi trên thế giới và trong khu vực Đông Nam Á. Tính đến 2010, trên thế giới có hơn 200 máy chiếu xạ nguồn Cobalt-60 [8]. Riêng Trung Quốc có khoảng 90 máy chiếu xạ với hoạt độ nguồn lớn hơn 300 kCi, 44 máy chiếu xạ với hoạt độ nguồn lớn hơn 1 MCi [1]. Các máy chiếu xạ này chủ yếu sử dụng cho mục đích khử trùng các vật phẩm y tế và thanh trùng hàng thực phẩm.
Chiếu xạ khử trùng các vật phẩm y tế và thanh trùng hàng thực phẩm là một công nghệ tiên tiến có độ tin cậy cao và thân thiện với môi trường. Hiện nay, thế giới đang tiến tới cấm hoàn toàn sử dụng khí EtO trong khử trùng các vật phẩm y tế, hạn chế dần các phương pháp thanh trùng bằng ủ khí do có hại cho người tiêu dùng và có hại cho môi trường và chiếu xạ là lựa chọn thay thế không thể tránh khỏi.
Công nghệ chiếu xạ được phát triển ở nước ta từ năm 1991 (thiết bị chiếu xạ ở trung tâm chiếu xạ Hà Nội thuộc Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân, Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam). Tính đến cuối năm 2013[1], nước ta có 09 máy chiếu xạ công nghiệp nhập ngoại: 07 máy chiếu xạ nguồn Cobalt-60 và 01 máy gia tốc chùm tia điện tử sử dụng tia X cho chiếu xạ và 01 máy gia tốc chùm tia điện tử sử dụng chùm tia điện tử cho chiếu xạ (02 cơ sở nhà nước và 03 cơ sơ tư nhân).
Hiện nay, ở nước ta các máy chiếu xạ công nghiệp nguồn cobalt-60 đều hoàn toàn nhập ngoại. Vấn đề nội địa hóa, tiến tới tự sản xuất các máy chiếu xạ công nghiệp nguồn cobalt-60 là nhiệm vụ đặt ra đối với các cơ sở nghiên cứu và ứng dụng công nghệ chiếu xạ vừa có trình độ khoa học, kỹ thuật và kinh nghiêm vận hành.
Các thiết bị do Việt Nam thiết kế và chế tạo sẽ đáp ứng thực tế các mặt hàng chiếu xạ của chính mình; tránh sự phụ thuộc vào nhà cung cấp máy trong việc bảo dưỡng, khi cần cải tiến, mở rộng công suất thiết bị, phù hợp với tiêu chuẩn an toàn của Việt Nam; đảm bảo tính hiện đại trong thiết kế. Giá thành chế tạo chắc chắn sẽ rẻ hơn nhiều so với nhập ngoại nhưng chất lượng, độ tin cậy chắn chắn cao hơn máy nhập ngoại.
Nhu cầuchiếu xạ khử trùng các vật phẩm y tế và chiếu xạ thanh trùng thực phẩm ngày càng tăng nên sẽ có thêm các máy chiếu xạ công nhiệp được đầu tư. Đáp ứng nhu cầu phát triển này, những thiết bị chiếu xạ của Việt Nam chế tạo với chất lượng cao, giá thành thấp sẽ là hướng phát triển đúng.
Trong ”Chiến lược ứng dụng năng lượng nguyên tử vì mục đích hòa bình đến năm 2020” (Ban hành theo quyết định số 01/2006/QĐ-TTg, ngày 03 tháng 01 năm 2006 của Thủ tướng Chính phủ) đã nêu: "Đẩy mạnh sử dụng công nghệ khử trùng các dụng cụ y tế, mô ghép, huyết thanh bằng chiếu xạ thay thế cho các công nghệ có hại cho sức khỏe và môi trường” và trong Quyết định số 127/QĐ-TTg, ngày 20 tháng 01 năm 2001 "về việc phê duyệt quy hoạch chi tiết phát triển ứng dụng bức xạ trong công nghiệp và các ngành kinh tế - kỹ thuật khác đến năm 2020”.
Như vậy, hướng nghiên cứu thiết kế chế tạo các máy chiếu xạcông nghiệp nguồn cobalt-60 là hoàn toàn phù hợp với định hướng phát triển ứng dụng công nghệ bức xạ ở nước ta.
1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu
Máy chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt-60 (máy chiếu xạ) được ứng dụng vào Việt Nam bắt đầu năm 1991 với mục đích ban đầu là chiếu xạ bảo quản thực phẩm (Trung tâm chiếu xạ Hà Nội). Đến năm 1999, máy chiếu xạ thứ 2 được đưa vào hoạt động với mục đích ban đầu là chiếu xạ khử trùng dụng cụ y tế như gang tay phẫu thuật, bông, băng, gạc; các loại thuốc đông nam dược và thanh trùng thực phẩm. Sau 5 năm hoạt động thành công của máy chiếu xạ thứ 2, các công ty tư nhân đã xây dựng, lắp đặt các máy chiếu xạ khác với tốc độ rất nhanh. Bảng 1.1 đưa ra mốc thời gian, hoạt độ nguồn và mục đích của các máy chiếu xạ để chúng ta có cái nhìn tổng quát về sự phát triển của các máy chiếu xạ ở Việt Nam.
Bảng 1.1: Thống kê các máy chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt-60 hiện tại có ở Việt Nam tính đến cuối năm 2013 [1]
|
Số TT |
Máy, nhà sản xuất, năm đưa vào sử dụng |
Đặc trưng chính, mục đích sử dụng |
Cơ quan, địa điểm |
|
01 |
- Máy chiếu công nghiệp Co-60 đa mục đích, SVST-Co60/B - Công ty Viện đồng vị Budapest, Hungary (Isotopes Institute of Budapest, Hungary) -1999 |
- Hoạt độ nạp cực đại: 2 MCi; Hoạt độ nạp ban đầu: 400 KCi; bể nước chứa nguồn; thùng hàng chuyển bằng xe chạy đường ray; kích thước thùng hàng: (48x48x90) cm - KT, TT, R&D |
Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ (VINAGAMMA) Tp. Hồ Chí Minh. |
|
02 |
- Máy gia tốc chùm tia điện tử UELR-10-15S2 - Công ty CORAD Co.LTD, Liên bang Nga -2012 |
- Năng lượng EB:10 MeV; công suất EB: 15kW (2x7,5kW); độ rộng quét EB: 500 mm; băng tải; chiếu xạ đồng thời 2 mặt - SH, FP, R&D |
Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ (VINAGAMMA) Tp. Hồ Chí Minh. |
|
03 |
- Máy chiếu công nghiệp Co-60 (đã được nâng cấp), RPP-150 - Cộng hòa liên bang Nga -1991, nâng cấp 2009 |
- Hoạt độ nạp cực đại: 600kCi; Hoạt độ hiện nay (2013): 150 KCi; bể chứa nguồn khô; thùng hàng vận chuyển kiểu treo; kích thước thùng hàng: (40x45x90) cm - SH, FP, R&D |
Trung tâm chiếu xạ Hà Nội (HIC), Hà Nội |
|
04 |
- Máy chiếu xạ công nghiệp Co-60, TBI-8250-140 - Công ty Hungaroster LTD.Co, Hungary - 2005 |
- Hoạt độ nạp cực đại: 2 MCi; Hoạt độ nạp ban đầu: 500 KCi; bể nước chứa nguồn; thùng hàng chuyển bằng xe chạy đường ray; kích thước thùng hàng: (48x84x150) cm - FP, FI |
Công ty CP chiếu xạ An Phú (API), Bình Dương |
|
05 |
- Máy chiếu xạ công nghiệp Co-60, TBI-8250-140 - Công ty Hungaroster LTD.Co, Hungary - 2006 |
- Hoạt độ nạp cực đại: 2 MCi; Hoạt độ nạp ban đầu: 500 KCi; bể nước chứa nguồn; thùng hàng chuyển bằng xe chạy đường ray; kích thước thùng hàng: (48x84x150) cm - FP, FI |
Công ty CP chiếu xạ An Phú (API), Bình Dương |
|
06 |
- Máy chiếu xạ công nghiệp Co-60, TBI-8250-140 - Công ty Hungaroster LTD.Co, Hungary - 2011 |
- Hoạt độ nạp cực đại: 2 MCi; Hoạt độ nạp ban đầu: 500 KCi; bể nước chứa nguồn; thùng hàng chuyển bằng xe chạy đường ray; kích thước thùng hàng: (48x84x150) cm - FP, FI |
Công ty CP chiếu xạ An Phú (API), Bình Dương, Vĩnh Long |
|
07 |
- Máy chiếu xạ công nghiệp Co-60, TBI-8250-140 - Công ty Hungaroster LTD.Co, Hungary - 2009 |
- Hoạt độ nạp cực đại: 2 MCi; Hoạt độ nạp ban đầu: 600 KCi; bể nước chứa nguồn; thùng hàng chuyển bằng xe chạy đường ray; kích thước thùng hàng: (48x84x150) cm - FP, FI |
Tập đoàn Thái Sơn, Tp. Cần Thơ |
|
08 |
- Máy chiếu xạ công nghiệp Co-60, SQ(P)-420 - Công ty Beijing SanQiangHeLi Radiation Engineering Technology Co. LTD – SQHL - 2012 |
- Hoạt độ nạp cực đại: 3 MCi; Hoạt độ nạp ban đầu: 700 KCi; bể nước chứa nguồn; hệ vận chuyển hàng loại pallet; kích thước pallet: (100x120x200) cm - FP, FI |
Tập đoàn Thái Sơn, Tp. Cần Thơ |
|
09 |
- Máy gia tốc chùm tia điện tử biến đổi sang tia X, SB5/150 - Công ty SureBeam, USA -2003 |
- Năng lượng EB:5 MeV; công suất EB: 2x150 kW (hai đầu phát); băng tải hàng loại treo; kích thước quang treo chứa hàng: (45x132x137)cm; độ rộng chùm tia quét: 105 cm - FP, FI |
Công ty CP Chế biến Thủy hải sản Sơn Sơn, Tp. Hồ Chí Minh. |
Máy chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt-60 được nhập từ nước ngoài phát triển với tốc độ nhanh, thực tế này cho thấy nhu cầu của xã hội trong việc khử trùng và thanh trùng hàng hóa rất cao. Để có thể đáp ứng được nhu cầu của thị trường về máy chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt-60 trong tương lai gần, đề tài“Thiết kế chế tạo các hệ công nghệ chính cho máy chiếu xạ công nghiệp nguồn cobalt-60” được đặt ra. Qua đề tài này cũng nhằm khẳng định đội ngũ nghiên cứu và kỹ thuật của Việt Nam có thể thiết kế chế tạo máy chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt-60 tiến tới nội địa toàn bộ các thiết bị ngoại nhập.
1.2Hiện trạng các máy chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt-60 ở Việt Nam
Máy chiếu xạ Hà Nội là loại máy chiếu xạ công nghiệp có bể chứa nguồn dạng khô. Hệ đảo hàng của máy có dạng quang treo. Sản phẩm được chiếu xạ chủ yếu là thanh trùng đông nam dược và tiệt trùng dụng cụ y tế. Hoạt độ nguồn hiện nay khoảng 80-90 kCi.
Máy chiếu xạ của Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ, Thành phố Hồ Chí Minh là loại máy chiếu xạ công nghiệp có bể chứa nguồn dạng ướt. Hệ đảo hàng của máy có dạng thùng. Sản phẩm được chiếu xạ chủ yếu là thanh trùng hải sản, đông nam dược và tiệt trùng dụng cụ y tế.
Hai máy chiếu xạ của Công ty Cổ phần An Phú tại Bình Dương và một máy tại Vĩnh Long là loại máy chiếu xạ công nghiệp có bể chứa nguồn dạng ướt. Hệ đảo hàng của máy có dạng thùng. Sản phẩm được chiếu xạ chủ yếu là thanh trùng hải sản, đông nam dược và tiệt trùng dụng cụ y tế.
Hai máy chiếu xạ của tập đoàn Thái Sơn là loại máy chiếu xạ công nghiệp có bể chứa nguồn dạng ướt. Hệ đảo hàng của máy có dạng thùng. Sản phẩm được chiếu xạ chủ yếu là thanh trùng hải sản và đông nam dược.
1.3 Mô tả thiết bị máy chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt-60
Sơ đồ nguyên lý của một máy chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt-60 được đưa ra trong hình 1.1.................................
/..........................
Hệ nạp - dỡ hàng:Hệ nạp - dỡ hàng có nhiệm vụ nạp hàng vào các đơn vị chứa hàng của máy chiếu xạ và lấy hàng ra sau khi đã chiếu xạ. Hàng hóa được xếp vào các thùng (máy chiếu xạ loại thùng hàng) hoặc xếp vào các thùng treo (máy chiếu xạ loại thùng treo) hoặc xếp vào các pallet (máy chiếu xạ loại pallet)
Hệ vận chuyển thùng hàng:Hệ vận chuyển thùng hàng có nhiệm vụ vận chuyển các đơn vị chứa hàng chưa chiếu xạ từ hệ nạp - dỡ hàng vào hệ đảo hàng và chuyển các đơn vị chứa hàng đã chiếu xạ từ hệ đảo hàng ra hệ nạp - dỡ hàng.
Hệ đảo hàng:Hệ đảo hàng có nhiệm vụ tiếp nhận các đơn vị chứa hàng và dịch chuyển chúng chạy xung quanh bản nguồn phóng xạ để các đơn vị chứa hàng đều được bản nguồn chiếu như nhau bảo đảm độ bất đồng đều về liều phải nhỏ hơn một giá trị quy định.
Hệ nâng - hạ nguồn:Hệ nâng - hạ nguồn có nhiệm vụ nâng các bản nguồn (01 bản nguồn hoặc một vài bản nguồn) từ dưới bể nước lên vị trí quy định bên trong hệ đảo hàng khi thực hiện công việc chiếu xạ và hạ các bản nguồn về vị trí an toàn trong bể nước khi hoàn thành công việc chiếu xạ hoặc khi dừng chiếu xạ có mục đích hoặc do sự cố.
Hệ đo phóng xạ:Hệ đo phóng xạ có nhiệm vụ kiểm soát liều chiếu bên trong và bên ngoài buồng chiếu, đảm bảo an toàn thiết bị chiếu xạ.
Hệ thông gió:Hệ thông giócó nhiệm vụ hút khí từ buồng chiếu thải ra ngoài nhằm giảm nồng độ khí O3 được tạo ra do hiệu ứng ion hóa không khí của tia gamma. Hệ thông gió còncó nhiệm vụ đo hoạt động phóng xạ trong không khí bằng cách lấy mẫu định kỳ trên phin lọc bằng giấy và dừng thông gió khi hoạt động phóng xạ đo được cao hơn mức bình thường (đây có thể là do sự cố rò rỉ phóng xạ từ thanh nguồn do vỏ bọc thanh nguồn không kín).
Hệ khí nén:Hệ khí néncó nhiệm vụ cung cấp khí khô với áp lực và lưu lượng ổn định dùng cho các piston khí nén thực hiện các thao tác cơ học (dịch chuyển thùng hàng trong hệ đảo hàng, thao tác trong hệ nạp - dỡ hàng, hệ nâng - hạ nguồn, khóa cửa, …)
Hệ xử lý nước và kiểm soát mức nước:Hệ xử lý nước và kiểm soát mức nướccó nhiệm vụ lọc tuần hoàn nước trong bể nguồn nhằm đảm bảo độ pH, độ dẫn điện nhỏ hơn 10μS/cm2 và kiểm soát mức nước trong bể nguồn, đưa ra tín hiệu cảnh báo khi mức nước thấp, mức cao và tín hiệu dừng chiếu xạ nếu mức nước giảm tới mức báo động. Hệ xử lý nước còn được trang bị 01 hệ đo phông phóng xạ (thường sử dụng đầu dò nhấp nháy) trong nước nhằm phát hiện rò rỉ phóng xạ từ thanh nguồn cobalt-60 ra ngoài bể nước và đưa ra tín hiệu dừng chiếu xạ khi xảy ra sự cố này.
Hệ điều khiển và hệ khóa liên động:Hệ điều khiển và hệ khóa liên độngcó nhiệm vụ điều khiển, kiểm soát mọi hoạt động của máy chiếu xạ, dừng chiếu xạ khi xảy ra hiện tượng bất thường như động đất, cháy, có sự xâm nhập trái phép vào khu vực được kiểm soát hoặc các thông số kỹ thuật, vật lý vượt khỏi giới hạn cho phép như kẹt cơ khí, phông phóng xạ trong nước hoặc trong khí thải qua ống khói vượt quá giá trị đặt, điện thế, áp lực khí không đủ, …
1.4Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Việc tính toán, thiết kế và chế tạo máy chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt-60 đã được thực hiện ở nhiều nước trên thế giới từ thập kỷ 70 của thế kỷ trước. Các nước đã chế tạo máy chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt-60 điển hình là: Canada, Nga, Pháp, Anh, Mỹ, Ấn Độ, Hungary, Trung Quốc, Đức,... Hiện nay, trong khu vực Đông Nam Á chưa có nước nào thiết kế, chế tạo máy chiếu xạ công nghiệp nguồn cobalt-60, mà họ đều mua của các nước khác, trong đó có Việt Nam.
Máy chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt-60 đã được chuẩn hóa về độ an toàn và đảm bảo độ tin cậy khi vận hành trên phạm vi toàn thế giới. Tuy nhiên việc tính toán, thiết kế và chế tạo máy chiếu xạ tùy thuộc rất nhiều vào trình độ của đội ngũ cán bộ nghiên cứu, cán bộ kỹ thuật và tùy thuộc vào định hướng phát triển của từng nước.
Hiện nay trên thế giới có hơn 200máy chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt-60 [1]. Trong đó, khoảng 120 máy chiếu xạ nằm ở Châu Âu và Mỹ. Một số nước trong khu vực châu Á đều phát triển công nghệ chiếu xạ nguồn Cobalt-60 như Trung Quốc có hơn 90 máy chiếu xạ, Thái Lan có 4 máy chiếu xạ, Malaysia có 4 máy chiếu xạ, Ấn Độ có 3 máy chiếu xạ ... nhìn chung trên thế giới hiện nay các máy chiếu xạ chỉ sản xuất đơn chiếc, không có máy chế tạo sẵn mà các nước chỉ sản xuất máy chiếu xạ khi có đơn đặt hàng của các nước khác.
1.5Tình hình nghiên cứu trong nước
Hiện nay ở nước ta có 09 máy chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt-60 [1]. Trong đó 05 máy chiếu xạ được chế tạo bởi Hungary, 02 máy của Nga, 01 máy của Trung Quốc, 01 máy của Hoa Kỳ. Tất cả 8 máy chiếu xạ này ở phía Nam và 01 máy chiếu xạ được chế tạo bởi Nga, máy chiếu xạ này ở Hà Nội. Tất cả 05 máy chiếu xạ của Hungary và 01 của Trung Quốc, 01 máy của Hoa Kỳ, 01 máy của Nga đều là dạng thùng chở hàng, trong khi máy chiếu xạ ở Hà Nội là loại quang treo. Hai trong số các máy chiếu xạ của Hungary là máy chiếu xạ của Công ty Cổ phần An Phú, Bình Dương; một máy chiếu xạ thuộc tập đoàn Thái Sơn, Cần Thơ và một thuộc Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ, Tp.Hồ Chí Minh.
Đối với một máy chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt-60 thì các hệ công nghệ chính bao gồm: Hệ đảo hàng, hệ vận chuyển thùng hàng, hệ nạp - dỡ hàng, hệ điều khiển và hệ khóa liên động. Cho đến nay ở nước ta chưa có nơi nào thiết kế, chế tạo máy chiếu xạ. Vì vậy đề tài này có thể được xem là giai đoạn hoàn thiện quan trọng để tiến tới chế tạo máy chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt-60 và sẽ là sự khẳng định Việt Nam có thể tự tính toán, thiết kế và chế tạo máy chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt-60.
1.6Phạm vi nghiên cứu
Đề tài chỉ tập trung nghiên cứu, tính toán, thiết kế chế tạo cơ khí các hệ công nghệ chính cho máy chiếu xạ công nghiệp nguồn cobalt-60:
- Hệ đảo hàng.
- Hệ vận chuyển thùng hàng.
- Hệ nạp - dỡ hàng.
Không nghiên cứu nguồn chiếu xạ, hệ thống che chắn, hệ điều khiển, hệ khóa liên động và các hệ phụ trợ.
1.7Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
1.7.1 Về mặt khoa học
- Thiết kế chế tạo các hệ công nghệ chính cho máy chiếu xạ công nghiệp đã đạt được các yêu cầu như: mục đích sử dụng, năng suất xử lý và phù hợp với điều kiện hàng chiếu xạ.
- Đã đề xuất được giải pháp kỹ thuật thay thế việc vận chuyển hàng chiếu xạ một cách thủ công bằng thiết bị cơ khí bán tự động và tự động.
1.7.2 Về mặt thực tiễn
Đã nghiên cứu, tính toán, thiết kế chế tạo thành công các hệ công nghệ chính cho máy chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt-60 với những cải tiến sau:
- Hiệu suất sử dụng nguồn Cobalt-60 lớn hơn 20% trong chiếu xạ khử trùng các vật phẩm y tế (tỉ trọng khoảng 0,15g/cm3) và khoảng trên 40% trong chiếu xạ thực phẩm (tỉ trọng khoảng 4,5g/cm3) so các hệ cũ trước đây.
- Hệ đảo hàng đã được đưa vào sử dụng với những ưu điểm là tốc độ xe mang thùng hàng ra vào nhanh hơn, thể tích thùng chứa tối ưu hơn.
- Thời gian chiếu xạ cực tiểu trong chế độ chiếu liên tục 1 giờ 21 phút 36 giây và trong chế độ chiếu mẻ do không sử dụng xe ra vào nên thời gian chiếu xạ cực tiểu là 1 giờ 21 phút 28 giây; so với hệ cũ là 2 giờ 30 phút.
- Hệ nạp - dỡ hàng được thiết kế, chế tạo với cơ chế nạp hàng tự động.
1.8 Mục đích của đề tài
- Nội địa từng phần các hệ chính của máy chiếu xạ công nghiệp nguồn cobalt-60 (ngoại trừ nguồn cobalt-60).
- Đáp ứng nhu cầu của thị trường ngày càng nhiều trong việc xây dựng, lắp đặt máy chiếu xạ.
- Chủ động thiết kế các tốc độ vận chuyển thùng hàng và kích thước thùng hàng để sử dụng tối ưu hoạt độ nguồn và tăng năng suất chiếu xạ.
1.9 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài
1.9.1 Nhiệm vụ của đề tài
- Nghiên cứu các hệ chính cho máy chiếu xạcông nghiệp.
- Tính toán, thiết kế các hệ chính cho máy chiếu xạcông nghiệp nguồn Co-60.
- Tính toán, thiết kế và chế tạo cơ khí cho các hệ chính.
1.9.2 Giới hạn của đề tài
- Thiết kế, chế tạo cơ khí hệ đảo hàng.
- Thiết kế, chế tạo cơ khí hệ vận chuyển thùng hàng.
- Thiết kế, chế tạo cơ khí hệ nạp-dỡ hàng.
1.10 Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: tham khảo tài liệu có liên quanđể phục vụ cho đề tài.
- Phương pháp điều tra khảo sát:tìm hiểu các hệ đảo hàng, hệ vận chuyển thùng hàng, hệ nạp-dỡ hàng.
1.11 Kết cấu luận văn
Đề tài “Thiết kế chế tạo các hệ công nghệ chính cho máy chiếu xạ công nghiệp nguồn cobalt-60” gồm có các chương:
- Chương 1: Tổng quan
- Chương 2: Cơ sở lý thuyết
- Chương 3: Thiết kế, chế tạo hệ đảo hàng
- Chương 4: Thiết kế, chế tạo hệ vận chuyển thùng hàng
- Chương 5: Thiết kế, chế tạo hệ nạp - dỡ hàng
- Chương 6: Kết luận và đề nghị
............................................
6.3. Thiết kế, chế tạo hệ nạp - dỡ hàng
6.3.1 Nguyên lý hệ nạp - dỡ hàng
Thông số đặc trưng kỹ thuật của hệ nạp - dỡ hàng:
- Kích thước thùng hàng vận chuyển: 50 x 67 x 90 cm
- Khối lượng cực đại cho phép của 01 thùng hàng: 200 kg
- Số thùng nạp tự động liên tục: 8 thùng
- Vật liệu chế tạo phần khung cơ khí: Thép C45
- Áp lực khí làm việc: 4-5 kgF
Hình 22: Sơ đồ nguyên lý hệ nạp-dỡ hàng của máy chiếu xạ VINAGA1
6.3.2 Thiết kế, chế tạo hệ hệ nạp - dỡ hàng
Hình 23: Cơ cấu nguyên lý phần nạp hàng tự động
PHẦN 2. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
1. Kết luận
Trong luận văn tốt nghiệp, tác giả đã thực hiện các công việc sau:
- Thiết kế, chế tạo hệ đảo hàng máy chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt - 60 thông qua việc tính toán thông số vật lý hệ đảo hàng; tính toán phân bố liều trên thùng hàng; thiết kế nguyên lý làm việc; thiết kế chu trình đảo hàng; thiết kế - chế tạo thùng hàng. Qua việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ đảo hàng dạng thùng đã đạt được một số yêu cầu:
+ Thùng hàng với kích thước 50 cm x 67 cm x 90 cm có hiệu suất xử lý cao; 25,4% đối với tỉ trọng hàng 0,15g/cm3 và 50,50% đối với tỉ trọng hàng 0,4g/cm3; năng suất xử lý 4.543 kg.kGy/h đối với tỉ trọng hàng 0,15g/cm3 và 9.047 kg.kGy/h đối với tỉ trọng hàng 0,4g/cm3 (kết quả được tính với hoạt độ nguồn là 335 kCi).
+ Với kích thước thùng hàng 50cm x 67cm x 90cm, đạt độ bất đồng đều về liều (Dmax/Dmin) là 1,46 đến 1,73 đối với các tỉ trọng hàng từ 0,15g/cm3 đến 0,4g/cm3. Đây là độ bất đồng đều tối ưu. Giá trị này thỏa mãn khuyến cáo về độ bất đồng đều về liều trong xử lý hàng dụng cụ y tế và hàng thực phẩm. Trong khi đó liều hấp thụ trung bình là lớn nhất.
+ Thời gian chiếu xạ cực tiểu trong chế độ chiếu liên tục 1 giờ 21 phút 36 giây và trong chế độ chiếu mẻ do không sử dụng xe ra vào nên thời gian chiếu xạ cực tiểu là 1 giờ 21 phút 28 giây.
+ Hệ đảo hàng cho máy chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt-60 với sản phẩm thực tế là 01 hệ đảo hàng hoàn chỉnh như hình 24A, 24B và 24C và 60 thùng nhôm khung thép Inox SUS 304 như hình 25. Sản phẩm này có thể đưa vào sử dụng ngay với những ưu điểm là tốc độ xe mang thùng hàng ra vào nhanh hơn, thể tích thùng chứa tối ưu hơn.
- Hệ vận chuyển thùng hàng với phần chính là cơ cấu xe hàng, cơ cấu kéo xe và cơ cấu căng cáp đã được thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh, riêng phần đường ray cho xe chở hàng được chế tạo đủ dài để kiểm tra hoạt động của toàn hệ.
- Hệ nạp - dỡ hàng được thiết kế, chế tạo với cơ chế nạp hàng tự động.
- Hoàn thành thiết kế tổng thể và thiết kế chi tiết (tập bản vẽ, thuyết minh tính toán).
2. Đề nghị
Do điều kiện thời gian còn hạn chế nên đề tài chỉ thiết kế chế tạo các hệ công nghệ chính cho máy chiếu xạ công nghiệp nguồn cobalt-60 ứng dụng trong thực tế. Tiếp tục phát triển đề tài theo các hướng sau:
- Trong hệ đảo hàng nên thiết kế thùng hàng ở tầng trên bố trí 04 ổ lăn ở trên; thùng hàng ở tầng dưới bố trí 04 ổ lăn ở dưới. Khi xy lanh đẩy thùng hàng nên đặt ở trọng tâm của thùng hàng (theo thiết kế là đẩy dưới thùng hàng).
- Thiết kế, chế tạo hệ điều khiển và hệ khóa liên động.
- Sản xuất thử nghiệm máy chiếu xạ công nghiệp nguồn cobalt-60.
Mặc dù đã rất cố gắng trong quá trình thực hiện đề tài. Tuy nhiên, những thiếu sót là điều không thể tránh khỏi. Rất mong sự đóng góp ý kiến của quý Thầy, Cô cùng các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn.
