CN103528429B - 一种清洗头装置及凝汽器在线清洗机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种清洗头装置及凝汽器在线清洗机器人。本发明清洗头装置包括清洗喷头、机械臂连接装置、弹性复位装置、前通电螺线管和后通电螺线管；清洗喷头为中空管状；机械臂连接装置包括前结构件、后结构件和连接板；前结构件和后结构件分别套于清洗喷头上，并通过连接板相连；前通电螺线管和后通电螺线管分别套于清洗喷头上，且位于前结构件和后结构件之间；后通电螺线管与后结构件固定相连；前通电螺线管与清洗喷头固定相连；弹性复位装置设于前通电螺线管和前结构件之间；清洗喷头前端面设有密封垫圈。本发明清洗机器人设于凝汽器水室中，包括上述的清洗头装置，还包括机械臂、连接、增压泵，结构简单，便于安装使用，维护成本低。

Description

一种清洗头装置及凝汽器在线清洗机器人

技术领域

    本发明属于机械和机器人应用领域，具体的说，涉及一种用于凝汽器冷凝管清洗的清洗头装置及拥有该装置的在线清洗机器人。

背景技术

    凝汽器是一种大型换热设备。在电力行业中其作用是将汽轮机做功排出的蒸汽凝结为水，以提高热力循环的效率。凝汽器运行时，冷却水从前水室的下半部分进来，通过冷却水管（热交换）进入后水室，向上折转，再经上半部分冷却水管流向前水室，最后排出。汽轮机排出的蒸汽则由进气口进来，经过冷却水管之间的缝隙往下流动，向管壁放热后凝结为水。在此工作过程中，由于冷却水质的不洁净（冷却水直接取自江，河，湖，海），热交换时发生化学反应等原因，导致铜管内壁积聚了一些不利于传热的固态混合物（称之为污垢），污垢的存在，降低了换热面的传热能力，使汽轮机效率降低。因此，必须进行清理。

目前，电厂凝汽器除垢的方法分为离线和在线两种。离线方式固然有它的优点，但是，离线清洗不仅耗费巨大，而且对运行中产生的积垢也无法及时清除，不能随时保证火电机组的高效运行。另外，传统的在线清洗方法，由于各自的缺陷都不能很好的得到应用。比如，胶球清洗，胶球回收率低，不能有效地清除积垢，仍需定期停机尽心离线清洗；化学清洗，长期使用会腐蚀凝汽器铜管，降低凝汽器使用寿命，带来环境污染问题。

因而，在线清洗凝汽器的机器人作为新型清洗方法孕育而生，并得到电力行业的重视和青睐。现有在线清洗凝汽器的机器人基本原理都是运用机械臂进行高压水喷嘴定位，使用高压水射流对准凝汽器冷却管进行清洗。但是，在实际应用中，现有在线清洗凝汽器的机器人还存在以下问题：

1、清洗机器人使用的清洗头大多采用高压水射流的单喷嘴或联排喷嘴两种方式，清洗过程中喷嘴有进入或接触冷却管，也有保持一定距离的。不论是否接触，对准精度都有较高的要求。在未对准情况下，对于非接触式的，对凝汽器清洗效果大打折扣；对于进入和接触式的，容易造成喷嘴和冷却管的损害，且实际运用中的凝汽器管板有时会存在封堵现象。

2、用于凝汽器清洗用的水来源于凝汽器外部，即在凝汽器外部设置有水箱、增压水泵，增压水泵取水箱水增压通过管道进入凝汽器内部，而凝汽器内部因满足机械臂移动需要还需增设盘管及相关装置，上述设备材料存在占用空间大、移动不方便，又由于整个取水系统连接环节多，容易造成密封性的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的清洗喷头与冷却管对准精度要求过高的缺陷。

为了达到上述目的，本发明提供了一种清洗头装置，包括清洗喷头、机械臂连接装置、弹性复位装置、前通电螺线管和后通电螺线管；清洗喷头为中空管状；机械臂连接装置包括前结构件、后结构件和连接板；前结构件和后结构件分别套于清洗喷头上，并通过连接板相连；前通电螺线管和后通电螺线管分别套于清洗喷头上，且位于前结构件和后结构件之间；后通电螺线管与后结构件固定相连；前通电螺线管与清洗喷头固定相连；弹性复位装置设于前通电螺线管和前结构件之间，清洗喷头前端面设有密封垫圈。

对本发明的进一步改进在于：上述清洗喷头包括前端直管和后端直管；前端直管与后端直管相连通，且前端直管与后端直管的连接处呈台阶状；前端直管口径大于后端直管口径；前结构件、后结构件、前通电螺线管、后通电螺线管套于后端直管上。

其中，清洗喷头前端面的中空部分面积大小为能完整容纳三至六个冷却管，管壁厚度大于冷却管管径。清洗喷头前端的管壁厚度仅需略大于冷却管直径，使清洗喷头在清洗过程中与冷却管接触时，不产生泄压即可。

弹性复位装置为复位弹簧；清洗喷头上设有卡簧；复位弹簧两端分别与前结构件和卡簧相抵触。

清洗喷头与所述的机械臂连接装置前后结构件轴孔和所述的通电螺线管中后通电螺线管为间隙配合。

前结构件上设有导向键槽；清洗喷头上设有导向键；导向键可自由滑动地设于导向键槽内；清洗喷头后端设有定位销。

本发明还提供了一种包含上述清洗头装置的凝汽器在线清洗机器人，该凝汽器在线清洗机器人置于凝汽器水室中，该凝汽器在线清洗机器人该清洗机器人还包括机械臂、连接管和增压泵；机械臂与清洗头装置的机械臂连接装置固定相连；增压泵通过连接管与清洗头装置的清洗喷头密封相连。

增压泵采用潜水增压泵。清洗喷头前端设有限压装置，该限压装置采用限压阀。

通电螺线管进行防水绝缘处理，即：对通电螺线管的导电线圈使用环氧树脂胶灌封处理，对线路接头采用环氧树脂胶封处理或使用防水接线盒。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明利用通电螺线管控制清洗喷头与冷却管的接触，对精准度没有过高要求；且通过前端设置的密封垫圈，避免了泄压可能，保证了清洗效果。同时利用弹性复位装置，使清洗喷头在非清洗状态时离开冷却管，方便移动定位。本发明清洗机器人通过机械臂对清洗头装置进行移动定位，能进行全面清洗。采用增压泵在水室中直接取水供给清洗头装置，无需现有技术中供水系统所包括的高压水泵及基座、水箱、管线、管件及连接件、管线收放装置等设备材料，在减少设备材料资源的同时，也因此释放了它们所占据的空间；通过增压泵在水室中直接取水供给清洗头装置，减少了可能存在密封性问题和由此产生的清洗效果问题；清洗用水直接来源于凝汽器水室中，替代了现有技术中的外部来源，减少了动力损耗。本发明可进行在线清洗，结构简单，便于安装维护，减少了传统接触式清洗对清洗喷头和冷却管的损耗，大大降低了清洗机器人维护和使用成本。

附图说明

图1为本发明清洗机器人在非清洗状态时的结构示意图；

图2为本发明清洗机器人在清洗状态时的结构示意图；

图3为图1中清洗喷头与凝汽器管板接触端面示意图。

图中，1-密封垫圈，2-清洗喷头，3-导向键，4-复位弹簧，5-卡簧，6-通电螺线管，7-1-前结构件，7-2-连接板，7-3-后结构件，8-连接管，9-增压泵，10-凝汽器水室，11-定位销，12-机械臂，13-紧固螺杆，14-限压阀，15-凝汽器管板，16-冷却管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

图1介绍了本发明的一个具体实施例，详细介绍一种清洗头装置和拥有清洗头装置的在线清洗机器人，图1所示为在非清洗状态时，在线清洗机器人与凝汽器管板为非接触状态。

清洗头装置由密封垫圈1、清洗喷头2、机械臂连接装置、复位弹簧4、通电螺线管6组成。其中：清洗喷头2为大小头管径连接的组合体，前端为大口径端的前端直管，后端为小口径端的后端直管，大口径端依据凝汽器管板15上冷却管16的阵列，选择为圆形或方形或菱形或大于四边形的多边形，端面壁厚为大于被清洗的冷却管16管径，大口径端内能完整容纳三到六个冷却管为宜。利用清洗喷头2前端的大口径可一次清洗三至六个冷却管，同时由于端面壁厚大于冷却管16管径，不会产生泄压。图3即为本发明的清洗喷头2的大口径端为圆形且能够完整容纳凝汽器管板15中3个冷却管的实施例示图。机械臂连接装置包括前结构件7-1、连接板7-2、后结构件7-3的组合体，它们为一体化加工件或者固定连接为一体化结构，并且前结构件7-1和后结构件7-3相互平行且具有同轴孔。密封垫圈1固定连接在清洗喷头2的前端直管端面，且与接触端面尺寸完全适配，通常固定连接的方式为紧固螺钉。在清洗喷头2上，沿轴向前端至后端依次套装机械臂连接装置的前结构件7-1、复位弹簧4、前后两个通电螺线管6、机械臂连接装置的后结构件7-3。复位弹簧4前端与前结构件7-1接触，后端与装配在清洗喷头2上的卡簧5接触。卡簧5位于通电螺线管6之前。在前后两个通电螺线管6中，前通电螺线管与清洗喷头2固定方式连接，用径向螺钉固定或轴向和径向定位销配合固定；后通电螺线管与机械臂连接装置的后结构件7-3以固定方式连接，可用螺钉在它们接触端面上进行固定。清洗喷头2与机械臂连接装置前结构件7-1轴孔、后结构件7-3轴孔及后通电螺线管之间为间隙配合，满足清洗喷头2轴向移动需要。前结构件7-1与清洗喷头2的配合处设有导向键槽，清洗喷头2的相应位置装配导向键3，导向键3与前结构件7-1轴孔中导向键槽互为配合，对清洗喷头2的移动起到导向作用。在清洗喷头2位于机械臂连接装置后结构件7-3之后的适当位置，还设置有限制轴向过度向前位移的定位销11，防止清洗喷头2过度移动。

在线清洗机器人，除包括前述的清洗头装置外，还包括机械臂12、连接管8和增压泵9，且全部置于凝汽器水室12中。清洗头装置与连接管8、增压泵9依次固定密封连接。机械臂12与清洗头装置的机械臂连接装置连接板7-2通过紧固螺杆13紧固连接。机械臂12为关节机械臂或直角坐标机械臂。增压泵9为潜水增压泵，从凝汽器水室12中取水增压供给清洗头装置。清洗头装置处于凝汽器水室12中工作，通电螺线管6所包括前通电螺线管、后通电螺线管，对导电线圈使用环氧树脂胶灌封处理，对线路接头采用环氧树脂胶封处理或使用防水接线盒，确保通电螺线管防水绝缘。

本发明所提供的拥有清洗头装置的在线清洗机器人，清洗过程是由机械臂12依据清洗头装置包含的清洗喷头2的清洗面积，对凝汽器管板15的面积进行分块划区域，实现对所述的清洗头装置进行定位，机械臂12的移动控制方式为平行于凝汽器管板15的极坐标（Φ、r）方式或直角坐标（X，Y）方式。通常情况下，机械臂12至少包含控制器、驱动设备，驱动设备为液压驱动或电力驱动，机械臂可以依据上述方式实现对紧固在其上的清洗头装置进行移动定位。具体地讲，机械臂12采用关节机械臂时，将工作面按照极坐标划分为多个清洗区域，而在清洗区域的划分时，考虑凝汽器冷凝管的分布，尽量做到每个区域包含尽可能多的完整的管口，在划分完毕后，将极坐标值（Φ、r）传递给控制器，即可控制驱动设备实现关节机械臂移动定位；而机械臂12采用直角坐标机械臂时，其与关节机械臂在划分清洗区域的方式区别在于是按照直角坐标系进行，其他相同，并在划分完毕后，将直角坐标值（X，Y）传递给控制器，即可控制驱动设备实现移动定位。

本发明清洗机器人分为以下三种工作状态：

1）清洗头装置处于清洗工作位时，如图2所示，清洗头装置包含的通电螺线管6为通电状态，其前后通电螺线管相互排斥力，形成推力压缩复位弹簧4，使清洗喷头2沿轴向前移，清洗喷头2前端的密封垫圈1与凝汽器板管14的表面压紧密封接触，增压泵9工作，从凝汽器水室10中直接抽取水从清洗喷头2中喷入冷却管16中进行清洗。

2）清洗头装置处于机械臂移动定位时，如图1所示，通电螺线管6为断电状态，清洗喷头2在复位弹簧4的作用下复位，清洗喷头2前端的密封垫圈1与凝汽器板管14表面处于非接触状态，此时，增压泵9工作或不工作（初始定位时不工作；清洗过程中可以工作也可以不工作，连续工作主要考虑因素是频繁启动泵不是太好；不连续工作主要考虑因素是定位时水冲击对对定位机构产生抖动，如果实际抖动影响不大，优选连续工作）。

3）清洗头装置处于停止工作时，如图1所示，通电螺线管6为断电状态，清洗喷头2在复位弹簧4的作用下复位，清洗喷头2前端的密封垫圈1与凝汽器板管14表面处于非接触状态，增压泵9不工作。

此外，为了解决清洗头装置处于无凝汽器管板中无冷却管区域，可能因水压过大造成冲击，在清洗喷头2大口端处设计装配限压阀14作为限压装置，当清洗头装置内部水压超过阈值时可以自动打开溢水泄压，起到安全保护的作用。

本发明清洗机器人，由于改变了传统的单喷嘴或联排喷嘴的结构，使用了一种结构简单的清洗头装置，不再需要喷嘴高精度对准冷却管的精确定位控制，也无因接触式清洗可能造成的喷嘴和冷却管损坏问题，而是仅仅需要按面积划区域对凝汽器管板清洗粗略定位即可，通常一次可以清洗3-6个冷却管，依据本发明的思路，也可以根据实际需要调整清洗喷头前端管口大小增加清洗管数。在清洗效果上，由于本发明方案采用清洗头装置前端的密封垫圈与凝汽器管板压紧接触方式，而且接触端面厚度大于冷却管径，无泄压可能，清洗效果能够得到保证。在取水方式，本发明采用增压泵在水室中直取水供给清洗头的方式，减少了取水系统所需要的在凝汽器外设的水箱、增压水泵，以及凝汽器水室内设的设盘管及相关装置，也减少由这些设备材料带来的空间占用、密封和动力损耗以及维护成本问题。

Claims (7)

1.一种清洗头装置，所述清洗头装置用于清洗凝汽器内的冷却管；其特征在于：所述清洗头装置包括清洗喷头、机械臂连接装置、弹性复位装置、前通电螺线管和后通电螺线管；所述清洗喷头为中空管状；所述机械臂连接装置包括前结构件、后结构件和连接板；所述前结构件和后结构件分别套于所述清洗喷头上，并通过所述连接板相连；所述前通电螺线管和后通电螺线管分别套于所述清洗喷头上，且位于所述前结构件和后结构件之间；所述后通电螺线管与所述后结构件固定相连；所述前通电螺线管与所述清洗喷头固定相连；所述弹性复位装置设于前通电螺线管和前结构件之间；所述清洗喷头前端面设有密封垫圈。

2.根据权利要求1所述的清洗头装置，其特征在于：所述清洗喷头包括前端直管和后端直管；所述前端直管与后端直管相连，相连处呈台阶状；所述前端直管口径大于后端直管口径；所述前结构件、后结构件、前通电螺线管、后通电螺线管套于所述后端直管上。

3.根据权利要求1所述的清洗头装置，其特征在于：所述清洗喷头前端面的中空部分面积大小为能完整容纳三至六个冷却管；所述清洗喷头前端面的壁厚大于所述冷却管的管径。

4.根据权利要求1所述的清洗头装置，其特征在于：所述弹性复位装置为复位弹簧；所述清洗喷头上设有卡簧；所述复位弹簧两端分别与所述前结构件和卡簧相抵触。

5.根据权利要求1所述的清洗头装置，其特征在于：所述前结构件上设有导向键槽；所述清洗喷头上设有导向键；所述导向键可自由滑动地设于所述导向键槽内；所述清洗喷头后端设有定位销。

6.一种凝汽器在线清洗机器人，包括权利要求1至5任一所述的清洗头装置，所述凝汽器在线清洗机器人设于凝汽器水室中；其特征在于：所述清洗机器人还包括机械臂、连接管和增压泵；所述机械臂与所述清洗头装置的机械臂连接装置固定相连；所述增压泵通过连接管与所述清洗头装置的清洗喷头密封相连。

7.根据权利要求6所述的清洗机器人，其特征在于：所述增压泵采用潜水增压泵。