CN104438253B - 收缩防堵式管道清洗射弹及其气压驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种收缩防堵式管道清洗射弹及其气压驱动装置；其中，收缩防堵式管道清洗射弹由柱形气囊、超压排气阀、海绵柱筒构成，柱形气囊内填充有高压空气，超压排气阀安装于柱形气囊一端，海绵柱筒套置在柱形气囊外，由于其具有自收缩防堵功能，故可具有较大的直径及优良的弹性，来增加与管壁间的摩擦，提高管道清洗效果及清洗效率。而气压驱动装置由空压压缩机、正压接头及射流负压器构成，可为收缩防堵式管道清洗射弹提供推力及吸力，由此大大提高了收缩防堵式管道清洗射弹获得的动力，且避免变形过于不均，有利于防止收缩防堵式管道清洗射弹堵在管腔内及提高清洗效率和清洗效果。
Description
技术领域
本发明涉及管道、管路清洁领域，尤其涉及一种操作便捷，清洁效果好，可防堵塞的管道清洗射弹及其气压驱动装置。
背景技术
用于输送介质的管道长时间使用后，内壁会积累油泥、污垢及锈垢等杂质而使管径变小，影响管道的输送效率、换热效率、介质纯度，加速管道的氧化，通常需定期进行清洁维护。目前的管道清洗技术大致有酸碱化学清洗法、高压水射流清洗法、超声波清洗法以及气压射弹清洗法等。其中，气压射弹清洗法是利用压缩空气来推动具有弹性且比管径略大的清洗射弹在管道中移动，清洗射弹通过高速行进及自转而与管壁发生摩擦，起到清洁管壁的目的，其较其他管道清洗方式，具有运行成本低、适用管道类型与领域广、清洗效率高、清洗效果好、对环境污染危害小、操作便捷、对操作人员无健康危害等综合优点，进而在石油化工、供水供热及食品制药等领域被广泛应用。
但是，尽管气压射弹清洗法较其他管道清洗方式具有多重优点，同时也存在以下不足：(1)理论上，清洗射弹的直径越大，弹性越大，其与管壁发生的摩擦愈强烈，清洁效果愈佳，但是摩擦力的增加降低了清洗射弹在管道中的通过能力，为防止清洗射弹堵在管路中，清洗射弹与管壁的摩擦力局限在一个较小的范围内，且质地较为柔软，降低了清洗射弹的清洁能力，对于与管壁结合牢固的污垢，不能清理下来，需多次往复进行操作才可到达与其清洗效果，故存在清洗力度与防堵性能不可兼得的技术矛盾；(2)其通过压缩空气推动清洗射弹在管道中移动，清洗射弹的动力来至一端，动力获得方式单一，在清洗过程中往往由于推力不足而堵塞在管道中，驱动方式仍有待改善，且清洗射弹行进中单侧受力，自身形变不均匀，降低了与管壁的接触性能而影响清洗效果；(3)在管道清洗中，利用正负气压相结合来驱动清洗射弹，可产生更大的压力差而使清洗射弹获得更加的动力，但是清洁过程中，管道尾端会排出各种固、液物料残留、污垢、杂质等异物，采用现有普通的负压设备无法达到对应的技术要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可与管道内壁紧密接触，改善两者摩擦力度，提高清洗效果，且可防止堵塞留置在管路内的收缩防堵式管道清洗射弹。
本发明的另一目的在于提供一种为清洗射弹提供正负压双重作用，提高清洗射弹动力，由此提高清洗效率，避免堵在管道中，且可提高清洗射弹变形的均匀性，提高其清洗力度与效果的气压驱动装置。
为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案：
一种收缩防堵式管道清洗射弹，其特征在于，其包括：
柱形气囊，其采用橡胶材料制成，具有封闭内腔，且填充有高压空气；
超压排气阀，其安装于柱形气囊一端，当柱形气囊内的气压为P时其处于启闭临界状态，当柱形气囊内的气压>P时，柱形气囊内的高压空气经其排至外界，当柱形气囊内的气压<P时，其恢复至截止状态；
海绵柱筒，其套置在柱形气囊外，两者中心轴线重合，且接触面处经粘合剂粘合。
所述的超压排气阀可采用现有技术中的泄压阀或安全阀。
由于超压排气阀在现有技术中，其启闭临界压力是可控的、可明确的，故上述的气压值P亦是可调节、可明确的。
上述收缩防堵式管道清洗射弹用于管道清洗中，使超压排气阀所在一端位于后侧，而另一端位于前侧由压缩空气推动，行进过程中海绵柱筒外壁与管腔内壁产生摩擦而起到清洗目的。
当收缩防堵式管道清洗射弹在管腔内遇到较大阻力无法行进时，为收缩防堵式管道清洗射弹提供动力的压缩空气不能继续释放，而使收缩防堵式管道清洗射弹前侧的压力急剧上升，收缩防堵式管道清洗射弹受到挤压而造成柱形气囊内部气压升高，当柱形气囊内部气压>P时，超压排气阀开启，柱形气囊内部的高压空气经超压排气阀排至外界，随着柱形气囊内部高压空气的减少柱形气囊及海绵柱筒缩小，直至收缩防堵式管道清洗射弹可顺利通过障碍继续在管腔内向后移动，此时，为收缩防堵式管道清洗射弹提供行进动力的压缩空气随之移动而得以释放，收缩防堵式管道清洗射弹受到的挤压力减小，而使柱形气囊内部气压降低至<P，超压排气阀将自动恢复至截止状态，使柱形气囊维持现状。
上述中的“前侧”、“后侧”等方向，是以被清洗管道的始端为前、末端为后作为参考，即收缩防堵式管道清洗射弹工作时由前向后移动。
一种收缩防堵式管道清洗射弹的气压驱动装置，其包括：输出压缩空气的空气压缩机，以及，
正压接头，其与空气压缩机的输出管路相连，用于与被清洗管道输入端相连，为收缩防堵式管道清洗射弹提供正压推力；
射流负压器，其包括前后依次相连的、轴线重叠的进气管、喉管及出气管，喉管较两者内径小，三者连接处均采用锥形过渡而构成一文氏管结构，进气管前端封闭但设有一同轴的、前端与空气压缩机输出管路相连的喷管，喷管尾端延伸至进气管内且设有锥形喷嘴，进气管的侧壁连接有一下端向前倾斜、用于与被清洗管道输出端相连的侧吸管，侧吸管用于为收缩防堵式管道清洗射弹提供负压吸力。
进一步而言，射流负压器与正压接头分别经一压力调节阀与空气压缩机的输出管路相连，两压力调节阀分别用于调节压缩空气进入射流负压器与正压接头的流速。
上述收缩防堵式管道清洗射弹的气压驱动装置工作时，正压接头将空气压缩机的输出管路与被清洗管道输入端连通，压缩空气进入被清洗管道中推动收缩防堵式管道清洗射弹向后移动；而射流负压器的侧吸管与被清洗管道的输出端连通，空气压缩机的输出管路输出的压缩空气经喷管、喷嘴、进气管、喉管及出气管排出，而在此过程中，喷管与进气管之间的环形腔内产生负压，使被清洗管道中的空气经侧吸管进入射流负压器被排出，最终使收缩防堵式管道清洗射弹后方的管腔内呈负压，增大了收缩防堵式管道清洗射弹的前后压力差，使其获得了更大的行进动力，并提高收缩防堵式管道清洗射弹工作时变形的均匀性。
由于进入射流负压器和正压接头的压缩空气的流速，均由压力调节阀控制，故可根据需要调节收缩防堵式管道清洗射弹所受推力及吸力的大小，以便收缩防堵式管道清洗射弹获得最大的行进动力。
本发明具有如下有益效果：收缩防堵式管道清洗射弹在管道清洗过程中遭遇障碍无法行进时，可收缩而顺利通过障碍，避免堵在管道内；由于其具有了该防堵的功能，故可使收缩防堵式管道清洗射弹具有较大的直径及优良的弹性，来增加与管壁间的摩擦，提高管道清洗效果及清洗效率；在本发明中，收缩防堵式管道清洗射弹的气压驱动装置可分别为收缩防堵式管道清洗射弹提供推力及吸力，由此大大提高了收缩防堵式管道清洗射弹获得的动力，且避免变形过于不均，也有利于防止收缩防堵式管道清洗射弹堵在管腔内及提高清洗效率和清洗效果。
附图说明
图1为收缩防堵式管道清洗射弹收缩前的结构示意图。
图2为收缩防堵式管道清洗射弹收缩后的结构示意图。
图3为收缩防堵式管道清洗射弹收缩后的剖面图。
图4超压排气阀的实施例1结构示意图。
图5为采用超压排气阀实施例1结构的收缩防堵式管道清洗射弹的剖面图。
图6为柱形气囊的进一步改进示意图。
图7为收缩防堵式管道清洗射弹的气压驱动装置工作示意图。
图8为射流负压器的结构示意图。
图中，1、超压排气阀，2、海绵柱筒，3、柱形气囊，4、排气孔，5、阀珠，6、弹簧，7、阀体，8、锁紧压环，9、螺柱，10、阀座，11、顶杆，12、密封圈，13、橡胶管，14、过孔，15、阀座腔，16、螺丝刀槽，17、阀腔，18、补气孔，19、游栓，20、正压接头，21、压力调节阀，22、空气压缩机，221、输出管路，23、射流负压器，24、收缩防堵式管道清洗射弹，25、被清洗管道，231、喷管，232、进气管，233、喉管，234、出气管，235、锥形喷嘴，236、侧吸管，26、螺旋翅片。
具体实施方式
如图1-3所示，本发明公开的一种收缩防堵式管道清洗射弹，其由柱形气囊3、超压排气阀1及海绵柱筒2构成；
其中，柱形气囊3采用橡胶材料制成，具有封闭内腔，内腔填充有高压空气，由于其采用橡胶材料制成，其具有较好的弹性，填充高压空气后膨胀，且保持有收缩至充气前原始形态的趋势，即当其内腔与外界大气连通后，其收缩而将内部高压空气排出；
其中，超压排气阀1安装于柱形气囊3的一端，当柱形气囊3内的气压为P时其处于启闭临界状态，当柱形气囊3内的气压>P时，柱形气囊3内的高压空气经其排至外界，当柱形气囊3内的气压<P时，其恢复至截止状态，
其中，海绵柱筒2套置在柱形气囊3外，两者中心轴线重合，且接触面处经粘合剂粘合，海绵柱筒2可随着柱形气囊3发生相应的形变。
如图1所示，上述的超压排气阀1可采用现有技术中的泄压阀或安全阀。
由于在现有技术中，超压排气阀1的启闭临界压力是可控的、可明确的，故上述的气压值P亦是可调节，并且通过试验是可明确的。
如图1、2所示，上述收缩防堵式管道清洗射弹的工作原理为：
(1)以被清洗管道的始端为前、末端为后作为参考，将收缩防堵式管道清洗射弹置于被清洗管道的管腔中，使超压排气阀1所在一端位于后侧，而另一端位于前侧由压缩空气推动，行进过程中海绵柱筒2外壁与管腔内壁产生摩擦而起到清洗目的。
(2)当收缩防堵式管道清洗射弹在管腔内遇到较大阻力无法行进时，为收缩防堵式管道清洗射弹提供动力的压缩空气不能继续释放，而使收缩防堵式管道清洗射弹前侧的压力急剧上升，收缩防堵式管道清洗射弹受到挤压而造成柱形气囊3内部气压升高，当柱形气囊3内部气压>P时，超压排气阀1开启，柱形气囊3内部的高压空气经超压排气阀1排至外界，随着柱形气囊3内部高压空气的减少柱形气囊3及海绵柱筒2缩小，直至收缩防堵式管道清洗射弹可顺利通过障碍继续在管腔内向后移动，此时，为收缩防堵式管道清洗射弹提供行进动力的压缩空气随之移动而得以释放，收缩防堵式管道清洗射弹受到的挤压力减小，而使柱形气囊3内部气压降低至<P，超压排气阀1将自动恢复至截止状态，使柱形气囊3维持现状投入后面管段的清洗工作。
故，上述收缩防堵式管道清洗射弹兼顾了增加与管腔摩擦力度及防堵在管腔内的双重技术要求，大大提高了管道清洗效果及清洗效率。
进一步而言，如果要适用于小口径管道的清洗，则收缩防堵式管道清洗射弹应具有更小的规格，而超压排气阀1的体积应进一步缩小。
再进一步而言，而要实现收缩防堵式管道清洗射弹的多次循环使用，则超压排气阀1不仅应具有超压排气功能，还应具有充气补压功能。
为此，超压排气阀1采用以下实施1的优化设计，如图4所示，其包括一柱形的阀体7，阀体7的尾端设阀座10，阀体7内设有呈柱形的阀腔17，阀座10内设有与阀腔17始终相通的阀座腔15，阀腔17的前端底部设有一较其直径小的排气孔4，排气孔4后侧固定有密封圈12，阀腔17内由前向后依次设有相互抵顶的阀珠5、游栓19、弹簧6及调压顶杆组件，阀体7的侧壁开有一与阀腔17相通的补气孔18，阀体7外套置有将补气孔18覆盖的橡胶管13；上述的阀体7、阀座10、阀腔17、阀座腔15、排气孔4、密封圈12及阀珠5均中心轴重合。
如图4所示，在超压排气阀1的实施例1结构中，调压顶杆组件可由顶杆11及其后侧的螺柱9两部分构成，阀座腔15或阀腔17在一定范围内开有与螺柱9配合的螺纹，由此，通过旋转螺柱9即可调节弹簧6的压缩状态，进而起到调节超压排气阀1开启压力的目的，为了提高螺柱9的调节便捷性，可在螺柱9的后端壁上开有用于与螺丝刀配合的螺丝刀槽16，为了保证螺柱9的存在不会将阀座腔15及阀腔17隔离，所述的螺柱9上开有前后通透的过孔14。
如图4、5所示，实施例1中的超压排气阀1与柱形气囊3的连接方式为：柱形气囊3一端封闭，一端开放，其开放端套置在超压排气阀1的阀座10外壁上，且使超压排气阀1的阀体7位于柱形气囊腔3内，柱形气囊3的开放端与阀座10外壁通过粘合固定，然后外部套置有锁紧压环8；其采用上述设计后，将超压排气阀1的大部分部件设置在了柱形气囊3内部，进而减少了超压排气阀1安装所占用空间，使收缩防堵式管道清洗射弹的体积小巧化，同时也减少了收缩防堵式管道清洗射弹在高速工作时对超压排气阀1造成的伤害。
在实施例1公开的超压排气阀1中，橡胶管13与补气孔18构成一单向阀机构，与轮胎使用的气门芯同理，当阀座腔15连接压力设备后，可对柱形气囊3进行充气补压，而柱形气囊3内的高压气体不会通过补气孔18外泄；而当柱形气囊3内的气压小于P值时，阀珠5无法克服弹簧6的压力，即超压排气阀1处于截止状态，当柱形气囊3受到挤压而内部气压大于P值时，阀珠5将克服弹簧6的压力，即超压排气阀1处于开启状态，柱形气囊3内的高压空气排出，使收缩防堵式管道清洗射弹得体积缩小，得以通过障碍。
一般而言，海绵柱筒2外壁应加工出一定的旋度，以便其行进过程中收缩防堵式管道清洗射弹可发生一定的自转，来提高与被清洗管道管壁的摩擦作用，但仅凭这样的结构仍不足以使收缩防堵式管道清洗射弹产生足够的自转能力，而在本发明中，在柱形气囊3未安装超压排气阀1的一端外壁上设有若干螺旋翅片26，使得压缩空气对其提供的部分推力经螺旋翅片26转换成收缩防堵式管道清洗射弹的转动，由此提高被清洗管道管壁的摩擦作用。
如图7、8所示，一种收缩防堵式管道清洗射弹的气压驱动装置，其由空气压缩机22、正压接头20及射流负压器23构成，空气压缩机22为现有装置，其通过输出管路221来输出压缩空气；
其中，正压接头20与空气压缩机22的输出管路221相连，用于与被清洗管道25输入端相连，为收缩防堵式管道清洗射弹24提供正压推力；
其中，射流负压器23包括前后依次相连的、轴线重叠的进气管232、喉管233及出气管234，喉管233较两者内径小，三者连接处均采用锥形过渡而构成一文氏管结构，进气管232前端封闭但设有一同轴的、前端与空气压缩机22的输出管路221相连的喷管231，喷管231的尾端延伸至进气管232内且设有锥形喷嘴235，进气管231的侧壁连接有一下端向前倾斜、用于与被清洗管道25输出端相连的侧吸管236，侧吸管236用于为收缩防堵式管道清洗射弹24提供负压吸力，当压缩空气经锥形喷嘴235喷出然后经进气管232、喉管233及出气管234排出时，进气管232与喷管231之间的环形腔内产生负压，即侧吸管236可将被清洗管道25中的收缩防堵式管道清洗射弹24后方的空气吸出。
另外，射流负压器23与正压接头20分别经一压力调节阀21与空气压缩机22的输出管路221相连，两压力调节阀21分别用于调节压缩空气进入射流负压器23与正压接头20的流速。
压力调节阀21，其设有两个，分别用于调节压缩空气进入射流负压器23与正压接头20的流速。
如图7、8所示，上述收缩防堵式管道清洗射弹的气压驱动装置工作时，正压接头20将空气压缩机22的输出管路221与被清洗管道25的输入端连通，压缩空气进入被清洗管道25中推动收缩防堵式管道清洗射弹24向后移动；而射流负压器23的侧吸管236与被清洗管道25的输出端连通，空气压缩机22的输出管路221输出的压缩空气经喷管231、喷嘴235、进气管232、喉管233及出气管234排出，而在此过程中，喷管231与进气管232之间的环形腔内产生负压，使被清洗管道25中的空气经侧吸管236进入射流负压器23后被排出，最终使收缩防堵式管道清洗射弹24后方的管腔内呈负压，增大了收缩防堵式管道清洗射弹24的前后压力差，使其获得了更大的行进动力，并提高收缩防堵式管道清洗射弹24工作时变形的均匀性。
如图7所示，由于进入射流负压器23和正压接头20的压缩空气的流速，均由压力调节阀控制，故可根据需要调节收缩防堵式管道清洗射弹24所受推力及吸力的大小，以便收缩防堵式管道清洗射弹24获得最大的行进动力。
Claims (8)
1.一种收缩防堵式管道清洗射弹，其包括：
柱形气囊，其采用橡胶材料制成，具有封闭内腔，且填充有高压空气；
海绵柱筒，其套置在柱形气囊外，两者中心轴线重合，且接触面处经粘合剂粘合；
其特征在于；
超压排气阀，其安装于柱形气囊一端，当柱形气囊内的气压为P时其处于启闭临界状态，当柱形气囊内的气压>P时，柱形气囊内的高压空气经其排至外界，当柱形气囊内的气压<P时，其恢复至截止状态。
2.根据权利要求1所述的一种收缩防堵式管道清洗射弹，其特征在于，所述的超压排气阀可采用现有技术中的泄压阀或安全阀。
3.根据权利要求1所述的一种收缩防堵式管道清洗射弹，其特征在于，所述的超压排气阀，其包括一柱形的阀体，阀体的尾端设阀座，阀体内设有呈柱形的阀腔，阀座内设有与阀腔始终相通的阀座腔，阀腔的前端底部设有一较其直径小的排气孔，排气孔后侧固定有密封圈，阀腔内由前向后依次设有相互抵顶的阀珠、游栓、弹簧及调压顶杆组件，阀体的侧壁开有一与阀腔相通的补气孔，阀体外套置有将补气孔覆盖的橡胶管；上述的阀体、阀座、阀腔、阀座腔、排气孔、密封圈及阀珠均中心轴重合。
4.根据权利要求3所述的一种收缩防堵式管道清洗射弹，其特征在于，柱形气囊一端封闭，一端开放，其开放端套置在超压排气阀的阀座外壁上，且使超压排气阀的阀体位于柱形气囊腔内，柱形气囊的开放端与阀座外壁通过粘合固定，然后外部套置有锁紧压环。
5.根据权利要求1所述的一种收缩防堵式管道清洗射弹，其特征在于，柱形气囊未安装超压排气阀的一端外壁上设有若干螺旋翅片，使得压缩空气对其提供的部分推力经螺旋翅片转换成收缩防堵式管道清洗射弹的转动。
6.根据权利要求3所述的一种收缩防堵式管道清洗射弹，其特征在于，调压顶杆组件可由顶杆及其后侧的螺柱两部分构成，阀座腔或阀腔在一定范围内开有与螺柱配合的螺纹，螺柱的后端壁上开有用于与螺丝刀配合的螺丝刀槽，螺柱上开有前后通透的过孔。
7.一种权利要求1所述收缩防堵式管道清洗射弹的气压驱动装置，其特征在于，其包括：输出压缩空气的空气压缩机，以及，
正压接头，其与空气压缩机的输出管路相连，用于与被清洗管道输入端相连，为收缩防堵式管道清洗射弹提供正压推力；
射流负压器，其包括前后依次相连的、轴线重叠的进气管、喉管及出气管，喉管较两者内径小，三者连接处均采用锥形过渡而构成一文氏管结构，进气管前端封闭但设有一同轴的、前端与空气压缩机输出管路相连的喷管，喷管尾端延伸至进气管内且设有锥形喷嘴，进气管的侧壁连接有一下端向前倾斜、用于与被清洗管道输出端相连的侧吸管，侧吸管用于为收缩防堵式管道清洗射弹提供负压吸力。
8.根据权利要求7所述的一种收缩防堵式管道清洗射弹的气压驱动装置，其特征在于：射流负压器与正压接头分别经一压力调节阀与空气压缩机的输出管路相连，两压力调节阀分别用于调节压缩空气进入射流负压器与正压接头的流速。
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