CN106087922A - 海洋生物污物智能清理机 - Google Patents

Abstract

本发明属于核电工程清污技术领域。一种海洋生物污物智能清理机，包括位于取水口处的地基基础系统、机架行走系统和抓斗清污系统，所述的机架行走系统设置在地基基础系统中的横移轨道上，抓斗清污系统包括清污抓斗组件和同步提升组件，同步提升组件通过行走轨道和行走小车设置在机架行走系统上，清污抓斗组件通过连接销轴吊挂在同步提升组件下，有清污抓斗组件和地基基础系统内的拦污栅篦的配合从而完成浮游、污损生物的拦截和清理。本发明整体结构稳定性好，自动化程度高，能够对外形大于15mm×15mm的海洋浮游、污损生物进行有效的拦截和清除，从而有效的保障核电工程的正常工作运转。

Description

海洋生物污物智能清理机

技术领域

本发明属于核电工程清污技术领域，具体涉及一种海洋生物污物智能清理机。

背景技术

近年来，随着近海的污染及水母、藤壶、牡蛎、贻贝、盘管虫等的大量增生和周期性的爆发，这些海洋浮游、污损生物及生活垃圾对取水口的堵塞已导致核电(电力)工程明渠上旋转滤网工作量过大，从而导致了主泵站设备故障增多，设备运行寿命减短的现实。鉴于该种情况，迫切需要一种或多种特殊设备对上述问题进行解决。该设备应在有效去除海洋浮游、污损生物及生活垃圾的前提下同时方便工作人员操作及检修，达到把取水口堵塞的影响减轻乃至消除。

目前，诸多核电站或电厂的取水口采用人工方法清除堵塞，主要工作方式是利用网格为15mm×15mm的渔网进行拦截，同时需要潜水员及轮船进行辅助，且效率低下，作业安全得不到有效的保障。同时，在大面积的藻类等海生物快速来临时极易造成堵塞导致泵房停机，给生产运行带来诸多不便和隐患。如辽宁绥中发电有限公司在每年的6至8月份，海蜇、水藻等海生物大量涌入流道，生产班组昼夜人工清除，严重时派遣潜水员水下作业；国电电力庄河发电有限公司在每年的6月份水草及渔民养殖产生的污物繁多，水草的长度达到1.5米，短的在400毫米，而在8月份浒苔繁衍到300毫米厚，极大的影响旋转滤网工作。再比如唐山LNG项目，为解决流道堵塞隐患，在取水口设置拦网外，还在旋转滤网前布置了净距为40毫米的拦污栅，用清污机进行清污。

改变传统的清污模式，能对间距100mm(细格栅设备)以下、网孔尺寸6.43mm×6.43mm(滤网设备)以上有效的拦截并清除外形在大于15mm×15mm的相关海洋浮游、污损生物是本申请所要解决问题的根本和关键。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在的问题和不足，提供一种结构设计合理、紧凑，清污效果好，能够对外形大于15mm×15mm的海洋浮游、污损生物进行有效的拦截和清除的海洋生物污物智能清理机。

为达到上述目的所采取的技术方案是：

一种海洋生物污物智能清理机，包括位于取水口处的地基基础系统、机架行走系统和抓斗清污系统，所述的地基基础系统包括横向并排设置在取水口处的多个取水通道、倾斜设置在取水通道内的拦污栅篦、与拦污栅篦对应的取水通道上方开设的清污口、和设置在清污口侧边的排污槽，在清污口两侧的基础地基上还设置有横向跨设在多个取水通道上的横移轨道；

所述的机架行走系统包括匹配设置在横移轨道上的支撑底盘、设置在支撑底盘上的支撑立柱、设置在支撑立柱上部的清污支撑横梁、以及设置在清污支撑横梁上的行走轨道和行走小车，所述的支撑底盘上设置有与横移轨道匹配的横移滚轮、横移电机和夹轨器，所述的行走小车上设置有与行走轨道匹配的行走滚轮和行走电机，支撑底盘的其中一侧还设置有集污斗，所述的集污斗与所述的排污槽上下对应设置；

所述的抓斗清污系统包括清污抓斗组件和驱动清污抓斗组件工作的同步提升组件，所述的清污抓斗组件包括抓斗支撑架、枢接设置在抓斗支撑架前部的前耙体、固定设置在抓斗支撑架后部的后耙体、和驱动前耙体开启和闭合的液压缸，所述的前耙体两侧的侧板之间设置有毛刷清污机构，所述的毛刷清污机构包括清污毛刷转轴、和驱动清污毛刷转轴转动的水下清污电机；所述的同步提升组件包括通过连接销轴吊挂在行走小车底部的提升框架、设置在提升框架上的液压泵站、提升电机、以及平行设置在提升框架内且同步转动的钢丝绳卷筒、电缆卷筒和油管卷筒；所述的钢丝绳卷筒上设置有钢丝绳，所述钢丝绳的下端部与抓斗支撑架连接，所述的液压缸的油管和清污电机的电缆分别同步缠绕设置在油管卷筒和电缆卷筒上。

所述的拦污栅篦包括栅篦框架和栅篦篦体，所述的栅篦篦体包括呈矩形方框结构的支撑边框、以及呈十字交叉均布设置在支撑边框上的栅篦横条和栅篦纵条。

所述的支撑边框内设置有加强筋，相邻栅篦横条之间的间距和相邻两栅篦纵条之间的间距均为10mm~20mm，所述的栅篦横条和栅篦纵条的材质为不锈钢或铜，所述的拦污栅篦与竖直方向的夹角为10°~20°，所述的拦污栅篦前部的取水通道内设置有稳流栅和大径孔网。

所述的液压缸与支撑架枢接，液压缸的动作端与设置在前耙体上的驱动臂枢接；所述的前耙体两侧的侧板上均设置有水下清污电机，水下清污电机与清污毛刷转轴之间通过减速器和联轴器连通连接；所述的清污毛刷转轴包括转轴本体和设置在转轴本体上呈簇状的毛刷，单簇的毛刷为尼龙丝和不锈钢丝搭配而成。

所述的提升框架底部两侧设置有两抓斗缓冲组件，所述的抓斗缓冲组件包括设置在提升框架底部的螺栓、依次套设在螺栓上的缓冲弹簧、限位板和固紧螺母，两抓斗缓冲组件的两限位板呈八字形设置。

所述的后耙体包括后耙体支撑框架、设置在后耙体支撑框架中部并与清污毛刷转轴对应的清理口、和设置在清理口周边的后耙体支撑框架上的网蓖，所述的后耙体外侧设置有尼龙板，所述的后耙体外侧顶部设置有导向后滚轮和板刷；所述的前耙体上也设置有网蓖。

所述的油管缠绕设置在油管卷筒上，且油管穿过油管卷筒的转轴，并在油管卷筒的转轴的端部设置有油管旋转接头；所述的电缆缠绕设置在电缆卷筒上，且电缆穿过电缆卷筒的转轴，并在电缆卷筒的转轴端部设置有电滑环。

所述的支撑立柱顶部设置有顶棚，所述的顶棚上设有风速仪和避雷针，所述的连接销轴上设置有销轴式载荷传感器，所述的支撑底盘的前后两端通过缓冲器支座设置有缓冲器。

采用上述技术方案，所取得的有益效果是：

①本发明通过设置拦污栅，其采用间距为10mm~20mm的小网格栅篦篦体，从而能够实现对海洋浮游、污损生物的有效拦截，通过对拦污栅篦、清污口和排污槽的局部设计，能够便于清理机的自动清理，有效的实现多取水通道的连同工作，大大优化了清理工序，为快速、有效的实施清洗工作提供了良好的先决条件。

②本发明通过横移轨道、夹轨器等机架结构的设计，实现多个取水口处的移动,便于一台海洋生物污物清理机的周转工作，通过集污斗和行走轨道的设计，便于清理机的清污排污工作，从而使得多个取水口的清污工作能够更加系统化、自动化，优化了整个清污工作的行走动作和排污方式。

③本发明通过驱动前耙体的开启和闭合，能够实现对拦截的海洋浮游生物的清理，同时通过设置毛刷清污机构，随着抓斗的提升，实现对拦污栅的清理，并且通过毛刷的转动，使得水流由抓斗外通过清理口流入抓斗内，在此过程中，能够带动海洋浮游、污损生物进入抓斗内，从而提高清污效果；本发明的结构设计结合拦污栅的结构设计，有效缩小拦污栅上的孔径，充分的对海洋浮游、污损生物进行拦截，从而大大降低了海洋浮游、污损生物对核电工程的影响。

④本发明通过钢丝绳卷筒、电缆卷筒、油管卷筒的同步传动从而实现整个提升组件的同步性，同时为了实现抓斗在提升过程中的限位缓冲，在提升框架下部设置限位板，为了确保油路的畅通和电路的导电的畅通性，各自的转轴端部设置油管旋转接头和电滑环，在抓斗的升降清污过程中，能够有效的保障整个系统的稳定性，为抓斗的液压缸驱动开启闭合和水下清污电机的供电清污都提供了良好的工作环境。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为图1的左视结构示意图。

图3为抓斗清污系统的结构示意图。

图4为清污抓斗组件的结构示意图。

图5为图4的左视结构示意图。

图6为图4中A向的结构示意图。

图7为同步提升组件的结构示意图。

图8为图7的俯视结构示意图。

图9为地基基础系统的结构示意图。

图10为栅篦篦体的结构示意图。

图中序号：1为地基基础系统、101为取水通道、102为拦污栅篦、103为清污口、104为排污槽、105为横移轨道、106为栅篦框架、107为栅篦篦体、108为支撑边框、109为栅篦横条、110为栅篦纵条、111为加强筋、112为稳流栅、113为大经孔网、2为机架行走系统、201为支撑底盘、202为支撑立柱、203为清污支撑横梁、204为行走轨道、205为行走小车、206为横移滚轮、207为横移电机、208为夹轨器、209为行走滚轮、210为行走电机、211为集污斗、212为顶棚、213为风速仪、214为避雷针、215为连接销轴、216为缓冲器、3为清污抓斗组件、301为抓斗支撑架、302为前耙体、303为后耙体、304为液压缸、305为清污毛刷转轴、306为水下清污电机、307为减速器、308为联轴器、309为毛刷、310为转轴本体、311为导向后滚轮、312为板刷、313为尼龙板、314为清理口、4为同步提升组件、401为提升框架、402为液压泵站、403为提升电机、404为钢丝绳卷筒、405为电缆卷筒、406为油管卷筒、407为钢丝绳、408为油管旋转接头、409为电滑环、410为螺栓、411为缓冲弹簧、412为限位板、413为固紧螺母。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。

参见图1，本发明一种海洋生物污物智能清理机，包括位于取水口处的地基基础系统、机架行走系统和抓斗清污系统。

参见图9和图10，地基基础系统1包括横向并排设置在取水口处的多个取水通道101、倾斜设置在取水通道内的拦污栅篦102、与拦污栅篦102对应的取水通道101上方开设的清污口103、和设置在清污口侧边的排污槽104，在清污口两侧的基础地基上还设置有横向跨设在多个取水通道上的横移轨道105；其中的拦污栅篦包括栅篦框架106和栅篦篦体107，所述的栅篦篦体107包括呈矩形方框结构的支撑边框108、以及呈十字交叉均布设置在支撑边框108上的栅篦横条109和栅篦纵条110。

支撑边框108内设置有加强筋111，相邻栅篦横条109之间的间距和相邻两栅篦纵条110之间的间距均为10mm~20mm，所述的栅篦横条109和栅篦纵条110的材质为铜，所述的拦污栅篦102与竖直方向的夹角为10°~20°，所述的拦污栅篦102前部的取水通道内设置有稳流栅112和大径孔网113；对于地基基础系统的设计，能够实现对海洋浮游、污损生物的有效拦截，通过对拦污栅篦、清污口和排污槽的局部设计，能够便于清理机的自动清理，有效的实现多取水通道的连同工作，大大优化了清理工序，为快速、有效的实施清洗工作提供了良好的先决条件。

在横移轨道105上设置机架行走系统，该机架行走系统包括匹配设置在横移轨道上的支撑底盘201、设置在支撑底盘201上的支撑立柱202、设置在支撑立柱上部的清污支撑横梁203、以及设置在清污支撑横梁203上的行走轨道204和行走小车205，所述的支撑底盘201上设置有与横移轨道105匹配的横移滚轮206、横移电机207和夹轨器208，所述的行走小车205上设置有与行走轨道匹配的行走滚轮209和行走电机210，支撑底盘201的其中一侧还设置有集污斗211，所述的集污斗211与所述的排污槽104上下对应设置；所述的支撑立柱202顶部设置有顶棚212，所述的顶棚212上设有风速仪213和避雷针214，所述的连接销轴215上设置有销轴式载荷传感器，所述的支撑底盘201的前后两端通过缓冲器支座设置有缓冲器216。其实现多个取水口处的移动,便于一台海洋生物污物清理机的周转工作，通过集污斗和行走轨道的设计，便于清理机的清污排污工作，从而使得多个取水口的清污工作能够更加系统化、自动化，优化了整个清污工作的行走动作和排污方式。

在行走小车下部吊管设抓斗清污系统包括清污抓斗组件和驱动清污抓斗组件工作的同步提升组件，所述的清污抓斗组件包括抓斗支撑架201、枢接设置在抓斗支撑架201前部的前耙体302、固定设置在抓斗支撑架201后部的后耙体303、和驱动前耙体302开启和闭合的液压缸304，所述的前耙体302两侧的侧板之间设置有毛刷清污机构，所述的毛刷清污机构包括清污毛刷转轴305、和驱动清污毛刷转轴305转动的水下清污电机306；所述的同步提升组件包括通过连接销轴吊挂在行走小车底部的提升框架401、设置在提升框架401上的液压泵站402、提升电机403、以及平行设置在提升框架401内且同步转动的钢丝绳卷筒404、电缆卷筒405和油管卷筒406；所述的钢丝绳卷筒404上设置有钢丝绳407，所述钢丝绳的下端部与抓斗支撑架301连接，所述的液压缸的油管和清污电机的电缆分别同步缠绕设置在油管卷筒和电缆卷筒上；油管穿过油管卷筒的转轴，并在油管卷筒的转轴的端部设置有油管旋转接头408；电缆穿过电缆卷筒的转轴，并在电缆卷筒的转轴端部设置有电滑环409。在提升框架401底部两侧设置有两抓斗缓冲组件，所述的抓斗缓冲组件包括设置在提升框架底部的螺栓410、依次套设在螺栓上的缓冲弹簧411、限位板412和固紧螺母413，两抓斗缓冲组件的两限位板412呈八字形设置。

其中，液压缸与支撑架枢接，液压缸304的动作端与设置在前耙体上的驱动臂枢接；所述的前耙体两侧的侧板上均设置有水下清污电机306，水下清污电机306与清污毛刷转轴305之间通过减速器307和联轴器308连通连接；所述的清污毛刷转轴包括转轴本体310和设置在转轴本体上呈簇状的毛刷309，单簇的毛刷为尼龙丝和不锈钢丝搭配而成，所述的后耙体包括后耙体支撑框架、设置在后耙体支撑框架中部并与清污毛刷转轴对应的清理口314、和设置在清理口周边的后耙体支撑框架上的网蓖，所述的后耙体外侧设置有尼龙板313，所述的后耙体外侧顶部设置有导向后滚轮311和板刷312；所述的前耙体上也设置有网蓖。

本发明的工作原理是：

本发明采用两取水通道或者更多的取水通道共用一台清理机的方式来解决浮游生物和污损生物的堵塞。其中每条取水通道宽度选用4米。第一取水通道清污工作完成时间在9～12分钟，第二取水通道清污工作完成时间在12～15分钟。单台机每小时可抓取12m³污物。

运行时，在清污抓斗组件的前耙体和后耙体处于开启的情况下，行走小车沿着行走导轨移动至设定工作位，当感应开关感应到预先设定在导轨上的感应块时，行走小车制动、停止，清污抓斗组件在同步提升组件的作用下开始下降。随着清污抓斗组件的下降，后耙体前端和拦污栅篦上的网篦接触，在后耙体和前耙体的共同作用下，一起将堆聚的污损物推向拦污栅篦的底部(或设定深度)；到达拦污栅篦（或设定深度后）底部，清污抓斗组件停止下降，后耙体通过液压推杆闭合。此时毛刷清污机构中的清污毛刷转轴开始转动，而后，通过同步提升组件驱动清污抓斗组件和抓聚的污物一起上升，在此过程中，毛刷对拦污栅篦进行清理，同时使抓斗外部的水流流入抓斗内，对海洋浮游、污损生物完成过滤收集。

当清污抓斗组件到达顶部位置，行走小车沿行走轨道反向运动至集污斗上部，而后抓斗的后耙体在液压缸的作用下打开，污物通过集污斗流入排污槽内待后续处理。

接着，行走小车和抓斗移动至下一个工作位。在自动方式时，每一个工作位由安装在导轨内的感应装置通过PLC可编程序选择定位。当所有的工作位均已被清污，小车返回并停在初始位。

为了确保行走定位的精确定位措施：在行走定位采用量程为10-20mm的接近开关来判断小车行走的位置。由于小车的质量较大，小车行走电动机采用变频器控制，保证小车行走启动和制动的平稳性，避免小车在制动过程中由于惯性导致的行走误差。

对于起升过程的所采取的保护措施有：①连接销轴上安装荷重传感器，量程为5吨，测量精度为1Kg。安装荷重传感器是避免抓斗在下降过程和提升过程中发生卡死现象，导致钢丝绳在释放过程中驶离滚筒的导槽，或者在钢丝绳提升过程中拉断钢丝绳。

②在钢丝绳滚筒同轴位置加装旋转编码器，在液压油管收卷滚筒同轴位置加装旋转编码器。编码器精度为每圈输出2000个脉冲。通过可编程控制器运算处理，可以在人机界面上实时监控齿耙的下降深度。同时控制液压油管释放、收卷的长度与速度，避免液压油管因张力过大导致断裂。

③提升电机采用变频器控制，为了同步钢丝绳的收卷长度，液压油管收卷电机需改变收卷的速度。

④在抓斗上升到位的位置安装量程为10-20mm的接近开关，用于判断抓斗的提升位置，同时用于清除编码器的长度计算与钢丝绳的延展导致的累计计算误差，确保计算数据的精确性与可靠性。

对于水下电机工作状态的保护处理措施：水下清污电机在水下工作，为避免水下工作的水下清污电机发生漏电现象，导致危险事故发生，我们采用直流24V的直流电动机。该电机内置温度检测传感器，一旦发生缺项、过载或其它任何故障引起的线圈温度急升，该传感器可以快速响应并输出到配套的控制器上，对电机予以保护。电机内部还设有绝缘检测，当电机由于意外发生渗漏时可以马上传出报警信号，通过上位控制器用连锁的方式切断电机供电，并提示操作人员进行检修和维护。

对于取水通道内污物堆积情况的判断：通过在取水通道前后安装超声波液位检测仪。液位检测仪量程为25m，精度为1mm,输出信号为4～20mA。超声波液位检测仪信号输入给可编程控制器，用于计算，监控取水通道前后的液位高度差，从而判断拦污栅篦的堵塞程度，从而让操作员可以判断清理机的使用时间和使用频率。操作员也可以判读清污机需要清污的高度，让清理机能够分级清理。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (8)

1.一种海洋生物污物智能清理机，其特征在于：包括位于取水口处的地基基础系统、机架行走系统和抓斗清污系统，所述的地基基础系统包括横向并排设置在取水口处的多个取水通道、倾斜设置在取水通道内的拦污栅篦、与拦污栅篦对应的取水通道上方开设的清污口、和设置在清污口侧边的排污槽，在清污口两侧的基础地基上还设置有横向跨设在多个取水通道上的横移轨道；

所述的机架行走系统包括匹配设置在横移轨道上的支撑底盘、设置在支撑底盘上的支撑立柱、设置在支撑立柱上部的清污支撑横梁、以及设置在清污支撑横梁上的行走轨道和行走小车，所述的支撑底盘上设置有与横移轨道匹配的横移滚轮、横移电机和夹轨器，所述的行走小车上设置有与行走轨道匹配的行走滚轮和行走电机，支撑底盘的其中一侧还设置有集污斗，所述的集污斗与所述的排污槽上下对应设置；

所述的抓斗清污系统包括清污抓斗组件和驱动清污抓斗组件工作的同步提升组件，所述的清污抓斗组件包括抓斗支撑架、枢接设置在抓斗支撑架前部的前耙体、固定设置在抓斗支撑架后部的后耙体、和驱动前耙体开启和闭合的液压缸，所述的前耙体两侧的侧板之间设置有毛刷清污机构，所述的毛刷清污机构包括清污毛刷转轴、和驱动清污毛刷转轴转动的水下清污电机；所述的同步提升组件包括通过连接销轴吊挂在行走小车底部的提升框架、设置在提升框架上的液压泵站、提升电机、以及平行设置在提升框架内且同步转动的钢丝绳卷筒、电缆卷筒和油管卷筒；所述的钢丝绳卷筒上设置有钢丝绳，所述钢丝绳的下端部与抓斗支撑架连接，所述的液压缸的油管和清污电机的电缆分别同步缠绕设置在油管卷筒和电缆卷筒上。

2.根据权利要求1所述的海洋生物污物智能清理机，其特征在于：所述的拦污栅篦包括栅篦框架和栅篦篦体，所述的栅篦篦体包括呈矩形方框结构的支撑边框、以及呈十字交叉均布设置在支撑边框上的栅篦横条和栅篦纵条。

3.根据权利要求2所述的海洋生物污物智能清理机，其特征在于：所述的支撑边框内设置有加强筋，相邻栅篦横条之间的间距和相邻两栅篦纵条之间的间距均为10mm~20mm，所述的栅篦横条和栅篦纵条的材质为不锈钢或铜，所述的拦污栅篦与竖直方向的夹角为10°~20°，所述的拦污栅篦前部的取水通道内设置有稳流栅和大径孔网。

4.根据权利要求1所述的海洋生物污物智能清理机，其特征在于：所述的液压缸与支撑架枢接，液压缸的动作端与设置在前耙体上的驱动臂枢接；所述的前耙体两侧的侧板上均设置有水下清污电机，水下清污电机与清污毛刷转轴之间通过减速器和联轴器连通连接；所述的清污毛刷转轴包括转轴本体和设置在转轴本体上呈簇状的毛刷，单簇的毛刷为尼龙丝和不锈钢丝搭配而成。

5.根据权利要求1所述的海洋生物污物智能清理机，其特征在于：所述的提升框架底部两侧设置有两抓斗缓冲组件，所述的抓斗缓冲组件包括设置在提升框架底部的螺栓、依次套设在螺栓上的缓冲弹簧、限位板和固紧螺母，两抓斗缓冲组件的两限位板呈八字形设置。

6.根据权利要求1所述的海洋生物污物智能清理机，其特征在于：所述的后耙体包括后耙体支撑框架、设置在后耙体支撑框架中部并与清污毛刷转轴对应的清理口、和设置在清理口周边的后耙体支撑框架上的网蓖，所述的后耙体外侧设置有尼龙板，所述的后耙体外侧顶部设置有导向后滚轮和板刷；所述的前耙体上也设置有网蓖。

7.根据权利要求1所述的海洋生物污物智能清理机，其特征在于：所述的油管缠绕设置在油管卷筒上，且油管穿过油管卷筒的转轴，并在油管卷筒的转轴的端部设置有油管旋转接头；所述的电缆缠绕设置在电缆卷筒上，且电缆穿过电缆卷筒的转轴，并在电缆卷筒的转轴端部设置有电滑环。

8.根据权利要求1所述的海洋生物污物智能清理机，其特征在于：所述的支撑立柱顶部设置有顶棚，所述的顶棚上设有风速仪和避雷针，所述的连接销轴上设置有销轴式载荷传感器，所述的支撑底盘的前后两端通过缓冲器支座设置有缓冲器。