CN100500308C - 电厂凝汽器高压水射流在线清洗机器人技术 - Google Patents

Abstract

本发明电厂凝汽器高压水射流在线清洗机器人技术，采用高压水射流对发电厂凝汽器铜管进行在线清洗，用伸缩机械臂和回转机械臂组成的机械臂定位装置、高压水管收放系统、高压喷头收放控制装置的组合方式和安装结构，将机械臂定位装置及高压软管设置在凝汽器内，通过计算机控制系统，使设在回转机械臂上的喷头定位，送入凝汽器铜管内，对凝汽器铜管内部的污垢进行高压水射流清洗，清洗凝汽器时发电机组不用停机，无电动设备有利于水下工作的安全性，便于高压水射流喷头运动路径控制的实现，其结构简单，维护成本低，运行效率高，节约能源，清洗彻底，无污染，无滑道，机械臂覆盖面积大，自锁性能好、抗振动、稳定性高，具有广泛的实用性。

Description

电厂凝汽器高压水射流在线清洗机器人技术

技术领域

本发明涉及电厂凝汽器高压水射流在线清洗机器人技术，尤其适用于在不影响电厂正常发电的情况下，对凝汽器铜管进行在线清洗除垢。

背景技术

凝汽器是火力发电厂的主要辅助设备之一，担负着冷却汽轮机排汽的重要任务，其工作性能的好坏对电厂的发电效率、发电煤耗率有着重要的影响。凝汽器由数千根铜管组成，铜管外走蒸汽，铜管内走冷却水，因有热交换的存在，冷却水中的盐份在连续加热过程中不断析出，形成大量的水垢并附着在管壁上，导致凝汽器内真空下降，发电煤耗率上升，发电成本增加，因此降低汽轮发电机组的效率。当凝汽器结垢0.5mm左右，可使填空度由90％以上降到85％以下，使发电煤耗升高15～20g/kW·h，对于一台年运转7000h、负荷率为90％的300MW机组来说，每年将多耗标准煤约28～38万t，如果水垢厚度达1mm，则不仅多耗煤量将超过每年5万多吨，而且将影响10％的出力。另外凝汽器铜管结垢还将导致脱锌(黄铜)、脱镍(白铜)和点蚀，清洁的凝汽器管可使用15年以上，结垢而不及时消除，可使其在3年内穿透。凝汽器铜管泄漏是火电管水质故障的根源，凝汽器管腐蚀穿孔时，带压力的冷却水漏入负压的冷凝水中，而冷凝水(常称作凝结水)占锅炉给水的95％左右，它遭受污染后将引起锅炉结水垢，产生酸腐蚀(冷却水为海水时)或碱腐蚀(冷却水为淡水时)，还使过热器和汽轮机结盐垢。因此，无论从保证火电厂的效率和出力方面考虑，还是从防止凝汽器管腐蚀，进而防止锅炉结垢、腐蚀、放盐方面考虑，如何及时清除凝汽器积垢，是电厂亟待解决的一个问题。目前，电厂凝汽器的除垢，分为离线和在线两种：离线清洗主要采用人工清洗，即停机后，将凝汽器大盖打开，用脚手架搭出平台，再用钢丝刷，对铜管进行逐根清洗。随着机组容量增大，采取循环冷却的机组增多，凝汽器结垢趋于普遍和严重，铜管的根数增加和尺寸加长，使人工的刷洗变得困难，而且由于离线清洗必须停机后方能进行，开启、停机和人工清洗的费用很高，约为100万元(以30万千瓦机组计算)，而且对机组运行中产生的积垢无法及时清除，清洗时效率低，劳动强度大。在线除垢通常有：1)在凝汽器内投放胶球来清洗，它虽然能起到除垢的作用，但不能有效除去水垢，且胶球投放量较大，回收率低，运行成本较高。2)用化学药剂清洗，由于随着机组容量增大，采取循环冷却的机组增多，凝汽器结垢趋于普遍和严重，频繁使用盐酸清洗除垢，会导致凝汽器的铜管腐蚀，降低机组的使用寿命。以300MW机组为例，一台机组需化清洗费达200万左右，它不但运行成本较高，而且污染环境。

发明内容

鉴于已有技术存在的问题：本发明的目的是提供一种结构简单、成本低、除垢效果好的电厂凝汽器高压水射流在线清洗机器人技术。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括机械臂定位装置，高压水泵站，液压油缸，液压油缸连接的油缸液压伺服系统和计算机控制系统，所述的机械臂定位装置由伸缩机械臂、设在伸缩机械臂前部的液压回转装置、连接在液压回转装置上的回转机械臂构成，机械臂定位装置设在凝汽器内，机械臂定位装置上设有高压水管收放系统和高压喷头收放控制装置，高压水管收放系统由高压水软管、收放高压水软管的喷射冲动绞盘、滑轮组构成；高压喷头收放控制装置由支撑座和设在支撑座内的清洗喷头、喷头位置感应开关及安装在高压水软管上的感应体组成；高压水管收放系统连接高压水泵站，机械臂定位装置的尾部设有使其伸缩的液压油缸，液压油缸通过法兰盘联接在支座上，支座设在凝汽器的外壁上；所述的液压回转装置包括浮力平衡壳体，设在浮力平衡壳体内部的液压回转器，驱动液压回转器回转的液压伺服系统和感应回转角度的精密角位移传感器。

本发明的电厂凝汽器高压水射流在线清洗方法：

a.启动系统：工控机和传感系统加电，进行传感器自检；

b.启动液压站，检测油压，使液压油缸和液压回转器处于预备状态；启动高压水泵站做好清洗前准备工作；

c.高压水泵站向喷射冲动绞盘供水，使高压水软管处于张紧状态；

d.由工控机提供凝汽器铜管入口位置坐标、控制油缸液压伺服系统，驱动液压缸伸缩机械臂伸缩到入口位置坐标；工控机同时控制液压回转器伺服系统驱动液压回转器到达指定角度；

e.高压水泵站向水射流清洗喷头提供清洗高压水，等待喷头位置感应开关发出认孔到位信号；

f.收到认孔到位信号后，水射流清洗喷头在高压水的反冲力的作用下，带动高压水软管沿凝汽器铜管内壁推进清洗铜管，直至喷头到达铜管终端时，由设在高压水软管上的感应开关发出清洗完成信号；清洗高压水向喷射冲动绞盘供水，绞盘在高压水的冲动下收回高压水软管，设在高压水软管头部的水射流清洗喷头同时退出凝汽器铜管回到喷头支座内，由喷头感应开关发出到位信号，完成一根铜管的在线清洗，系统重复上述步骤d～e，再进行下一根铜管的在线清洗，直至所有凝汽器铜管清洗完成；

g.工控机发出指令，液压回转伺服系统驱动液压回转器回转，回转器带动回转机械臂转至与伸缩机械臂成90度位置，伸缩机械臂收回液压缸内，停运液压油站及高压水泵站。

本发明的有益效果是：采用由伸缩机械臂和回转机械臂组成的机械臂定位装置、高压水管收放系统、高压喷头收放控制装置的组合方式和安装结构，用由传感器，执行放大机构，数据采集模块，接口板和工控机组成的计算机系统、将机械臂定位装置及高压水软管设置在凝汽器内，通过控制系统，使设置在回转机械臂上的喷头定位，送入凝汽器铜管内，对凝汽器铜管内部的污垢进行高压水射流清洗，清洗凝汽器时发电机组不用停机，大大节省了发电厂的维护成本，提高了发电厂的运行效率，减少煤耗，节约能源，并降低了火电厂对凝汽器循环水品质要求，节省火电厂用于循环水处理的运行成本；清洗彻底，无污染，避免了停机带来的经济损失，无滑道，解决了因设置滑道产生的定位精度和卡涩的难题，其结构简单，机械臂覆盖面积最大化，自锁性能好、抗振动、稳定性高，水下部分无电动设备有利于水下工作的安全性，便于高压水射流喷头运动路径控制的实现，具有广泛的实用性。

附图说明

图1是本发明结构主视图。

图2是本发明结构俯视图。

图中：1-浮力平衡壳体，2-回转机械臂，3-液压油软管拖链，4-喷头支座，5-伸缩机械臂，6-液压油缸，7-法兰盘，8-支座，9-油缸液压伺服系统，10-液压站，11-高压水泵站，12-凝汽器，13-凝汽器铜管，14-回油管，15-液压油供油管，16-直线位移传感器，17-水射流清洗喷头，18-角位移传感器，19液压回转伺服系统，20-液压回转器，21-液压回转装置，22-滑轮组，23高压水软管，24喷射冲动绞盘。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：

本发明电厂凝汽器高压水射流在线清洗机器人，它主要由机械臂定位装置、高压水管收放系统和计算机控制系统构成，高压水管收放系统连接由一个高压水泵、管路系统和控制阀门组成的高压水泵站11，机械臂定位装置由伸缩机械臂5、设在伸缩机械臂5前部的液压回转装置、连接在液压回转装置上的回转机械臂2构成，液压回转装置包括浮力平衡壳体1，设在浮力平衡壳体1内部的液压回转器20，驱动液压回转器20回转的液压伺服系统19和感应回转角度的精密角位移传感器18。机械臂定位装置的尾部设有液压油缸6，液压油缸6连接液压油缸伺服系统9，通过法兰盘7联接在支座8上，支座8设在凝汽器12的外壁上。高压水管收放系统由提供高压水的高压水软管23、收放高压水软管23的喷射冲动绞盘24、滑轮组22构成。高压喷头收放控制装置由喷头支座4和设在喷头支座4内的清洗喷头17、喷头位置感应开关及安装在高压水软管上的感应体组成。液压油缸6通过法兰盘7联接在支座8上，支座8设在凝汽器12的外壁上。液压油缸6前部设有精密直线位移传感器，尾部装有液压油缸伺服系统9。液压站10提供高压油通过液压油供油管15进入液压油缸6，推动伸缩机械臂5沿直线插入凝汽器12内。由数据采集模块、工控机、接口板和执行放大机构等构成的计算机控制系统根据直线位移传感器16提供的数据，向液压油缸伺服系统9提供控制信号，精确控制伸缩机械臂的直线位移量。油缸伺服系统9的回油通过回油管14返回液压站10。伸缩机械臂的5前端设置液压回转装置，液压回转装置由顺序安装在浮力平衡壳体1内部的液压回转器20、液压回转伺服系统19和感应回转角度的精密角位移传感器18组成。液压回转器20通过法兰固定安装于浮力平衡壳体1内，浮力平衡壳体1密封，通过水的浮力克服伸缩机械臂5前部的重力，以保证伸缩机械臂5不弯曲。回转机械臂2安装在液压回转装置21上。计算机控制系统根据角位移传感器18提供的数据，向液压回转伺服系统19提供控制信号，精确控制回转机械臂的回转角度。液压回转装置的供油和回油软管通过液压油软管拖链3与液压站10连通。回转机械臂2的端部装有清洗器，清洗器由喷头支座4和装在喷头支座内4的清洗喷头17构成，清洗喷头17末端连接有高压水软管23。通过控制伸缩机械臂5和回转机械臂2的复合运动，可以完成清洗器的精确二维定位，将清洗喷头17对准凝汽器铜管13的入口位置，之后通过高压水的冲力将喷头17和高压水软管23射入凝汽器铜管13内进行在线清洗。为了整理和收放高压水软管23，避免软管卡涩或打结，专门配备有能自动完成软管收放的高压水管收放系统，以保证高压水软管23随时处于张紧状态而又不会被拉断。高压水管收放系统由滑轮组22、高压水软管23和喷射冲动绞盘24构成。

本发明电厂凝汽器高压水射流在线清洗方法，采用高压水射流对发电厂凝汽器铜管进行在线清洗，用传感器、执行放大机构、数据采集模块、接口板和工控机组成的计算机系统、液压伺服系统和高压水泵站系统，设置在凝汽器12内由机械臂定位装置、高压水管收放系统和高压喷头收放控制装置组成的清洗机构，通过计算机控制系统的直线位移传感器16和角位移传感器18进行计算机定位控制，确定凝汽器铜管13的入口，高压水管收放系统配合控制，整理和收放高压水射流软管，通过高压水的冲力将水射流清洗喷头17和高压水软管23射入凝汽器铜管13内进行在线清洗。

具体清洗步骤如下：

1.启动系统：工控机和传感系统加电，进行传感器自检；

2.启动液压站10，检测油压，使液压油缸6和液压回转器20预备状态；启动高压水泵站11做好清洗前准备工作；

3.高压水泵站11向喷射冲动绞盘24供水，使高压水软管23处于张紧状态；

4.由工控机提供凝汽器铜管13入口位置坐标、控制油缸液压伺服系统9，驱动液压缸伸缩机械臂5伸缩到直线位移传感器16指定位置；工控机同时控制液压回转器伺服系统19，驱动液压回转器20到达角位移传感器18指定角度；

5.高压水泵站11向水射流清洗喷头17提供清洗高压水，等待喷头位置感应开关发出认孔到位信号；

6.收到认孔到位信号后，水射流清洗喷头17在高压水的反冲力的作用下，带动高压水软管23沿凝汽器铜管13内壁推进清洗铜管13，直至喷头17到达铜管13终端时，由设在高压水软管23上的感应开关发出清洗完成信号，清洗高压水向喷射冲动绞盘24供水，喷射冲动绞盘24在高压水的冲动下收回高压水软管23，设在高压水软管23头部的水射流清洗喷头17同时退出凝汽器铜管13回到喷头支座4内，由喷头感应开关发出到位信号，完成一根铜管的在线清洗；系统重复步骤3～5，再进行下一根铜管的在线清洗，直至所有凝汽器铜管13清洗完成；

7.工控机发出指令，液压回转伺服系统19驱动液压回转器20回转，回转器20带动回转机械臂2转至与伸缩机械臂5成90度位置，伸缩机械臂5收回液压油缸6内，关闭液压站10及高压水泵站11。

Claims (2)

1.电厂凝汽器高压水射流在线清洗机器人，包括机械臂定位装置，高压水泵站，液压油缸(6)，液压油缸(6)连接的油缸液压伺服系统(9)和计算机控制系统，其特征在于：所述的机械臂定位装置由伸缩机械臂(5)、设在伸缩机械臂(5)前部的液压回转装置、连接在液压回转装置上的回转机械臂(2)构成；液压回转装置包括浮力平衡壳体(1)，设在浮力平衡壳体(1)内部的液压回转器(20)，驱动液压回转器(20)回转的液压回转伺服系统(19)和感应回转角度的精密角位移传感器(18)；机械臂定位装置设在凝汽器(12)内，机械臂定位装置上设有高压水管收放系统和高压喷头收放控制装置，高压水管收放系统由高压水软管(23)、收放高压水软管(23)的喷射冲动绞盘(24)、滑轮组(22)构成；高压喷头收放控制装置由支撑座(4)和设在支撑座(4)内的清洗喷头(17)、喷头位置感应开关及安装在高压水软管上的感应体组成；高压水管收放系统连接高压水泵站(11)，机械臂定位装置的尾部设有使其伸缩的液压油缸(6)，液压油缸(6)通过法兰盘(7)联接在支座(8)上，支座(8)设在凝汽器(12)的外壁上。

2.一种利用如权利要求1所述的机器人的电厂凝汽器高压水射流在线清洗方法，其特征在于：

a.启动系统：工控机和传感系统加电，进行传感器自检；

b.启动液压站(10)，检测油压，使液压油缸(6)和液压回转器(20)处于预备状态；启动高压水泵站(11)做好清洗前准备工作；

c.高压水泵站(11)向喷射冲动绞盘(24)供水，使高压水软管(23)处于张紧状态；

d.由工控机提供凝汽器铜管(13)入口位置坐标、控制油缸液压伺服系统(9)，驱动液压缸伸缩机械臂(5)伸缩到入口位置坐标；工控机同时控制液压回转伺服系统(19)，驱动液压回转器(20)到达指定角度；

e.高压水泵站(11)向水射流清洗喷头(17)提供清洗高压水，等待喷头位置感应开关发出认孔到位信号；

f.收到认孔到位信号后，水射流清洗喷头(17)在高压水的反冲力的作用下，带动高压水软管(23)沿凝汽器铜管(13)内壁推进清洗铜管(13)，直至喷头(17)到达铜管(13)终端时，由设在高压水软管(23)上的感应开关发出清洗完成信号；清洗高压水向喷射冲动绞盘(24)供水，喷射冲动绞盘(24)在高压水的冲动下收回高压水软管(23)，设在高压水软管(23)头部的水射流清洗喷头(17)同时退出凝汽器铜管(13)回到喷头支座(4)内，由喷头感应开关发出到位信号，完成一根铜管的在线清洗；系统重复上述步骤d～e，再进行下一根铜管的在线清洗，直至所有凝汽器铜管(13)清洗完成；

g.工控机发出指令，液压回转伺服系统(19)驱动液压回转器(20)回转，液压回转器(20)带动回转机械臂(2)转至与伸缩机械臂(5)成90度位置，伸缩机械臂(5)收回液压缸(6)内，停运液压站(10)及高压水泵站(11)。

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