CN102828483B - 隧道干冰清洗机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道干冰清洗机，包括工程车、空气压缩机以及设置在工程车上的液态二氧化碳储罐、清洗喷嘴机转向架、清洗控制显示器、控制平台和干冰清洗装置，所述空气压缩机通过牵引架与工程车刚性连接；所述清洗控制显示器安装在控制平台上，用于显示整个设备的状态参数；所述控制平台内封装有控制系统，整个设备由控制系统控制完成；所述干冰清洗装置包括干冰生成管、压缩空气管和清洗喷嘴管；本发明是根据二氧化碳物化性质，热力学原理以及干冰清洗特点研制出一种适用于隧道干冰清洗设备，本发明喷出的干冰为质地较软，粒径较小，密度低的干冰沙，有利于清洗混凝土表面，且不损伤混凝土，降低干冰微爆对混凝土表面空隙、裂隙的影响。

Description

隧道干冰清洗机

技术领域

本发明涉及隧道清洗技术领域，尤其涉及一种隧道干冰清洗机。 

背景技术

近年来，随着我国交通基础设施建设规模的逐步扩大，公路建设迅猛发展，隧道里程占路线总里程的比例也越来越大。截至2008年底我国高速公路通车总里程已经达到6万公里，隧道里程接近3000公里。重庆市近几年来高速公路建设飞速发展，到2009年底高速公路通车里程以突破1500公里，由于地处西南山区，重庆高速公路隧道比例更大，并且很多隧道均为长大隧道。 

隧道特别是长大隧道，汽车运行排放的尾气不易扩散，扬尘、油污会越积越多，致使隧道产生严重污染，隧道土建结构表面、机电设备及装饰等会覆盖一层灰尘和油污。如果不及时清洁，随着时间的推移，隧道的照明、交通信号灯等会变暗；隧道空气质量会恶化，产生各种臭气及有毒气体；隧道机电设备易老化而发生故障；隧道土建结构内管缺陷不易探测和维护，影响隧道使用寿命。所有这些都会给隧道行车带来极大的安全隐患。 

隧道是高速公路的咽喉，隧道的通行效率严重制约着高速公路的使用效率。通常隧道的清洗会暂时关闭单洞的通行，导致另一洞通行压力增大，严重影响隧道的通行效率。目前国内一些长大隧道定期开展清洗工作，主要清洗方法有：人工清洗法、滚刷式化学药剂清洗法、高压水射流清洗法等。人工清洗法由清洗人员用化学药剂对隧道土建结构、机电设备及装饰等进行清洗。这种清洗方法不仅劳动强度大、清洗效率很低、清洗质量差、环境污染大，而且化学药剂对清洗人员的身体健康有较大的危害。滚刷式清洗方法主要是用机器代替人工采用化学药剂对隧道进行清洁。这种方法有效提高了清洗效率，但是由于清洗死角的存在，清洗质量较差，同时化学清洗剂清洗排污废水会对环境造成污染。高压水射流清洗技术是通过高压水发生装置将水加压至数十个到上千个大气压，然后通过具有细小孔径的喷射装置将水转换为高速的微细水射流。这种水射流的速度一般都在一倍马赫数以上，这种具有高能量、高速度的水流正向或切向冲击物体表面，可以完成隧道的清洁维护工作。但是水射流具有较大的能量，清洗过程中易对清洗对象产生破坏。清洗以水为介质，隧道湿度增大，对机电设备危害很大。 

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种用于隧道干冰清洗设备，运用该设备可对隧道进行干冰清洗，为隧道清洗提供一种新型的清洗方式。 

本发明采用的技术方案如下： 

隧道干冰清洗机，包括工程车、空气压缩机以及设置在工程车上的液态二氧化碳储罐、清洗喷嘴机转向架、清洗控制显示器、控制平台和干冰清洗装置，所述空气压缩机通过牵引架与工程车刚性连接；所述清洗控制显示器安装在控制平台上，用于显示整个设备的状态参数；所述控制平台内封装有控制系统，整个设备由控制系统控制完成； 

所述干冰清洗装置包括干冰生成管、压缩空气管和清洗喷嘴管；所述干冰生成管的进口端与液态二氧化碳储罐相连通，干冰生成管的出口端与压缩空气管相连通；干冰生成管为两端大、中间小的结构，干冰生成管的进口端的管径为4.25～5.75mm，干冰生成管的出口端的管径为8.5～11.5mm，干冰生成管中间位置的管径逐渐减小至1.7～2.3mm后，再逐渐增大；所述压缩空气管的进口端与空气压缩机相连通，干冰生成管的出口端与压缩空气管内通道相连通、且干冰生成管与压缩空气管之间的夹角为45度，压缩空气管的出口端与清洗喷嘴管相连通；压缩空气管的进口端与出口端的管径均为8.5～11.5mm，在靠近压缩空气管与干冰生成管相连通的位置、压缩空气管的管径逐渐减小至4.25～5.75mm，然后再逐渐增大，压缩空气管收缩段的长度为42.5～57.5mm；所述清洗喷嘴管与压缩空气管相连通的一端的管径为8.5～11.5mm，清洗喷嘴管的另一端的管径逐渐减小至2.55～3.45mm，然后再逐渐增大至4.25～5.75mm，清洗喷嘴管的另一端与清洗喷嘴相连通，该清洗喷嘴安装在清洗喷嘴机转向架上。 

相比现有技术，本发明具有如下有益效果： 

1、整个设备采用控制系统控制，实现了干冰清洗隧道的自动化，由控制系统控制，更简便、精确，提高了清洗效率。 

2、本发明是根据二氧化碳物化性质，热力学原理以及干冰清洗特点研制出一种适用于隧道的干冰清洗的设备，本发明喷出的干冰为质地较软，粒径较小，密度低的干冰沙，有利于清洗混凝土表面，且不损伤混凝土，降低干冰微爆对混凝土表面空隙、裂隙的影响。 

2、本发明干冰生成管为两头大中间小的结构，可直接将液态二氧化碳通过节流膨胀原理，使高压过冷的液态二氧化碳通过节流膨胀元件(节流膨胀元件为小孔节流元件)喷出，急速膨胀降压，一部分液态二氧化碳吸收热量气化，使得一部分液态二氧化碳快速冷凝为固体的干冰微粒，在出口处形成气固两相流。 

3、清洗喷嘴管采用拉伐尔喷管原理，压缩空气与干冰的混合气固两相流在该管加速至超音速，并对混凝土表面进行清洗。 

附图说明

图1为本发明隧道干冰清洗机结构示意图； 

图2为干冰清洗装置结构示意图； 

图3为压缩空气管结构示意图； 

图4为干冰生成管结构示意图； 

图5为清洗喷嘴管结构示意图； 

图6为采用两次干冰生成的结构示意图。 

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。 

参见图1，隧道干冰清洗机，包括工程车1、空气压缩机8以及设置在工程车1上的液态二氧化碳储罐2、清洗喷嘴机转向架3、清洗控制显示器4、控制平台5和干冰清洗装置9。空气压缩机8通过牵引架7与工程车1刚性连接。清洗控制显示器4安装在控制平台上，用于显示整个设备的状态参数；控制平台5内封装有控制系统，整个设备由控制系统控制完成；在控制平台5的后方还设有椅子6，方便作业人员坐在椅子6上操作整个控制平台及观测清洗控制显示器4上实时显示的数据。 

参见图2～图5，干冰清洗装置9包括干冰生成管91、压缩空气管92和清洗喷嘴管93。干冰生成管91的进口端与液态二氧化碳储罐2相连通，该接口通过金属软管与液态二氧化碳储罐2连接，液态二氧化碳储罐2为液体二氧化碳常温钢瓶或液体二氧化碳低温绝热钢瓶，液态二氧化碳储罐2的出口压力为2.0～2.3MPa。干冰生成管91的出口端与压缩空气管92相连通。干冰生成管91为两端大、中间小的结构，干冰生成管91的进口端的管径为4.25～5.75mm，干冰生成管91的出口端的管径为8.5～11.5mm，干冰生成管91中间位置的管径逐渐减小至1.7～2.3mm后，再逐渐增大。采用该结构可直接将液态二氧化碳通过节流膨胀原理，使高压过冷的液态二氧化碳通过节流膨胀元件(节流膨胀元件为小孔节流元件)喷出，急速膨胀降压，一部分液态二氧化碳吸收热量气化，使得一部分液态二氧化碳快速冷凝为固体的干冰微粒或干冰沙，在干冰生成管91的出口端处形成气固两相流。 

压缩空气管92的进口端与空气压缩机8相连通，该接口为插入式接口，本实施例中，空气压缩机8的功率为1.5KW、容积流量0.1m³/min、排气压力0.7MPa。压缩空气管 92采用标准的空气压缩机气管连接方式与空气压缩机8连接。干冰生成管91的出口端与压缩空气管92内通道相连通、且干冰生成管91与压缩空气管92之间的夹角为45度，压缩空气管92的出口端与清洗喷嘴管93相连通。压缩空气管92的进口端与出口端的管径均为8.5～11.5mm，在压缩空气管92上，靠近压缩空气管92与干冰生成管91相连通的位置，压缩空气管92的管径逐渐减小至4.25～5.75mm，然后再逐渐增大，压缩空气管92收缩段的长度为42.5～57.5mm。利用文丘里管负压原理，将干冰生成管产生的干冰导入压缩空气流路中，并充分混合，以利于清洗作业。压缩空气由空气连接管进入压缩空气管92，高速流动的压缩空气在压缩空气管92中、压缩空气管92与干冰生成管1的连接处产生负压，将干冰生成管产生的干冰吸入清洗流路(即清洗喷嘴管3)中，充分混合后经过清洗喷嘴喷出。 

清洗喷嘴管93与压缩空气管92相连通的一端的管径为8.5～11.5mm，清洗喷嘴管的另一端的管径逐渐减小至2.55～3.45mm，然后再逐渐增大至4.25～5.75mm。清洗喷嘴管93采用拉伐尔喷管原理，压缩空气与干冰的混合气固两相流在该管加速至超音速，并对混凝土表面进行清洗。清洗喷嘴管的另一端与清洗喷嘴相连通，该清洗喷嘴安装在清洗喷嘴机转向架上。清洗喷嘴为多组，相邻两组喷嘴之间间距为8～12cm，每组喷嘴均通过管道与清洗喷嘴管的另一端相连通。在清洗喷嘴机转向架上靠近喷嘴的位置分布设有红外测矩探头，该红外测矩探头与控制系统连接，用于监测喷嘴与隧道表面的距离，并将监测数据发送给控制系统。清洗喷嘴机转向架可设置为可收折的，该收折方式可由液压传动控制。在清洗隧道时，多组喷嘴组分别置于清洗喷嘴机转向架上，形成弧形断面，相邻两组喷嘴之间间距为8～12cm，以保证清洗时无漏点、盲点。在清洁喷嘴机转向架上分布设置红外测距探头，监测清洗喷嘴机转向架上喷嘴与隧道表面距离，并将该距离发送给控制系统，由控制系统处理后调整清洗喷嘴机转向架的角度，以保持清洗距离一致，提高清洗效率。由于清洗时，有多组喷嘴，对压缩空气的需求量较大，本实施例中采用工程活塞空气压缩机，该空气压缩机通过牵引架与工程车刚性连接，由工程车牵引前进。 

参见图6：为了满足清洗对干冰更大的用量要求，本发明更优选的一种技术方案为：压缩空气管92设置为两根，包括第一压缩空气管a921和第二压缩空气管b922，第一压缩空气管a921和第二压缩空气管b922的进口端均与空气压缩机8相连通，第一压缩空气管a921的出口端与第二压缩空气管b922内通道相连通、且第一压缩空气管a921与第二压缩空气管b922之间的夹角为45度。干冰生成管91包括第一干冰生成管a911和第二干冰生成管b912，第一干冰生成管a911和第二干冰生成管b912平行设置，第一干冰生成管a911和第二干冰生成管b912的进口端均设有与液态二氧化碳储罐2相连通的接口，第一干冰生成管 a911的出口端与第二压缩空气管b922的内通道相连通、且第一干冰生成管a911与第二压缩空气管b922之间的夹角呈45度，第二干冰生成管b912的出口端与第二压缩空气管b922的内通道相连通、且第一干冰生成管b912与第二压缩空气管b922之间的夹角呈45度。在靠近第一压缩空气管a921与第二压缩空气管b922相连通的位置、第一压缩空气管a921的管径逐渐减小至4.25～5.75mm，然后再逐渐增大，压缩空气管收缩段的长度为42.5～57.5mm。该结构采用两次干冰生成并同时导入第二压缩空气管b922中的清洗流路中，第二压缩空气管b922中的压缩空气通入流路后，在干冰生成管91(第一干冰生成管a911和第二干冰生成管b912)与第二压缩空气管b922的连通处产生负压，将干冰生成管91生成的干冰微粒以及二氧化碳气体导入流路中(即压缩空气管b中)。第一压缩空气管a921中的压缩空气空气与第二压缩空气管b922中的混合气体混合后，通过文丘里管加速，再通过清洗喷嘴管的加速达到1.7-3.0马赫的清洗速度，喷出喷嘴清洗混凝土表面。 

为了满足干冰清洗的要求，在压缩空气管92(包括第一压缩空气管a921和第二压缩空气管b922)的进口端设有压力表和调节器；在干冰生成管91(包括第一干冰生成管a911和第二干冰生成管b912)的进口端设有流量控制装置。压力表、调节器和流量控制装置均与控制系统和清洗控制显示器连接。 

由于环境温度对隧道干冰清洗机的清洗效率影响较大，在压缩空气管、干冰生成管和清洗喷嘴管的外周均包裹有隔热层，该隔热层为隔热材料制成。在与液态二氧化碳储罐4连接的金属软管外也包裹有由隔热材料制成的隔热层，在与空气压缩机5连接的管道外也包裹有由隔热材料制成的隔热层。 

利用该隧道干冰清洗机进行隧道干冰清洗的方法，该方法包括如下步骤： 

1)分别连接好空气压缩机、液态二氧化碳储罐和干冰清洗装置，检查气密性。 

2)连接干冰清洗装置与清洗喷嘴机转向架上各喷嘴组的接口。 

3)发动工程车，将工程车驶入被清洗隧道入口处，采用控制系统调节清洗喷嘴机转向架，使得清洗喷嘴机转向架弧度与隧道面弧度一致，且清洗喷嘴机转向架上各喷嘴与隧道表面的距离保持在10～15cm之间。 

4)开启空气压缩机，待空气压缩机压力达到设定值后，打开与干冰清洗装置相连接的空气进气阀门，本实施例中，空气压缩机的压力设定值为0.7MPa。 

5)开启二氧化碳储罐阀门，二氧化碳储罐与干冰清洗装置的连接阀门，调节压力，使得压力保持在2.0～2.3mpa之间，待喷嘴处有干冰喷出后开始清洗。 

6)工程车在隧道内按靠右行进，顺着车行方向保持均匀低速前行，保证隧道的每个 被清洗面有1～2秒清洗时间。 

7)清洗完成后先关闭液态二氧化碳储罐阀门，3～5分钟后再关闭空气压缩机，以保证清洗装置内部干燥清洁，同时收回清洗喷嘴机转向架。 

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。 

Claims (5)

1.隧道干冰清洗机，其特征在于，包括工程车、空气压缩机以及设置在工程车上的液态二氧化碳储罐、清洗喷嘴机转向架、清洗控制显示器、控制平台和干冰清洗装置，所述空气压缩机通过牵引架与工程车刚性连接；所述清洗控制显示器安装在控制平台上，用于显示整个设备的状态参数；所述控制平台内封装有控制系统，整个设备由控制系统控制完成；

所述干冰清洗装置包括干冰生成管、压缩空气管和清洗喷嘴管；所述干冰生成管的进口端与液态二氧化碳储罐相连通，干冰生成管的出口端与压缩空气管相连通；干冰生成管为两端大、中间小的结构，干冰生成管的进口端的管径为4.25~5.75mm，干冰生成管的出口端的管径为8.5~11.5mm，干冰生成管中间位置的管径逐渐减小至1.7~2.3mm后，再逐渐增大；所述压缩空气管的进口端与空气压缩机相连通，干冰生成管的出口端与压缩空气管内通道相连通、且干冰生成管与压缩空气管之间的夹角为45度，压缩空气管的出口端与清洗喷嘴管相连通；压缩空气管的进口端与出口端的管径均为8.5~11.5mm，在靠近压缩空气管与干冰生成管相连通的位置、压缩空气管的管径逐渐减小至4.25~5.75mm，然后再逐渐增大，压缩空气管收缩段的长度为42.5~57.5mm；所述清洗喷嘴管与压缩空气管相连通的一端的管径为8.5~11.5mm，清洗喷嘴管的另一端的管径逐渐减小至2.55~3.45mm，然后再逐渐增大至4.25~5.75mm，清洗喷嘴管的另一端与清洗喷嘴相连通，该清洗喷嘴安装在清洗喷嘴机转向架上。

2.根据权利要求1所述的隧道干冰清洗机，其特征在于，所述清洗喷嘴机转向架上靠近喷嘴的位置分布设有红外测矩探头，该红外测矩探头与控制系统连接，用于监测喷嘴与隧道表面的距离，并将监测数据发送给控制系统。

3.根据权利要求1所述的隧道干冰清洗机，其特征在于，所述喷嘴为多组，相邻两组喷嘴之间间距为8~12cm，每组喷嘴均通过管道与清洗喷嘴管的另一端相连通。

4.根据权利要求1所述的隧道干冰清洗机，其特征在于，在压缩空气管的进口端设有压力表和调节器；在干冰生成管的进口端设有流量控制装置。

5.根据权利要求4所述的隧道干冰清洗机，其特征在于，在压缩空气管、干冰生成管和清洗喷嘴管的外周均包裹有隔热层，该隔热层为隔热材料制成。