CN106391595A - 一种管道内壁去污的激光清洗系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管道内壁去污的激光清洗系统，包括激光发生器、激光传导装置及控制装置，激光传导装置包括光纤及设置在光纤输出口端的激光工作头，激光工作头的侧面具有用于输出激光的激光出口镜，激光清洗系统还包括支架，光纤和激光工作头分别设置在支架，激光清洗系统还包括用于驱动管道运动的驱动装置，驱动装置驱动管道运动能够使得激光工作头在管道内相对管道沿管道的长度方向运动，从激光出口镜输出的激光能够在激光工作头相对管道沿管道的长度方向运动时对管道内壁长度方向上的不同部位进行清洁。本发明的清洁系统能够对各种管道内壁进行去污处理，该清洁系统结构简单。

Description

一种管道内壁去污的激光清洗系统

技术领域

本发明属于核电技术领域，具体涉及一种管道内壁去污的激光清洗系统。

背景技术

随着国内新一轮核电站机组建设高峰的来临，国家对核电安全、核污染防护处理、应急处理、环境保护等的要求越来越高，相应的技术需求也越来越迫切，尤其是关系到核电安全的放射性污染去污处理技术的需求将越加迫切。

通常采用的放射性去污方法基本分为机械-物理法和化学法，前者包括机械擦拭、高压水冲洗等，后者主要以强酸、强碱溶液溶解表层氧化物。这些传统去污方式效果有限，对使用场合和待清洁构件的形状、尺寸也有一定的限制。这些去污方式通常会产生大量废水、废液；在去污对象上会存在放射性废物残留；在清洁的同时，会对构件表面产生二次污染，这会给后续放射性废物处理与处置带来极大困难。同时还有对基材造成腐蚀的风险，此外，这些清洗方式多为人工近距离操作，给操作人员带来极大的健康威胁。

为了保障操作人员的健康，目前也有采用激光法，激光法是通过激光对放射性污染物进行去污处理，现有技术中，也有对用于核电站放射性污染去污的激光清洁系统的报道，但现有技术中的激光清洁系统较适用于清洁作业对象的表面，对于管道内壁的去污效果较差，操作也不便。如中国专利201420016341.3公开的一种激光清洁系统，包括用于产生激光的激光发生器、与所述激光发生器的激光输出口相连的激光传导装置、与所述激光传导装置可相分离地相连的用于将所述激光传导装置的激光输出口移动到所述污染物表面上方的机械手装置、设置在所述目标材料附近的作业监控系统、控制系统、用于回收已从所述目标材料上去除的放射性污染物的废物回收系统，该激光清洁系统主要针对核电站建筑物表面、现场工装及工具、核电站管道、泵、各种水池等易被放射性污染的构件（建筑物）表面实施放射性污染去污，不适合管道内壁的去污。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种管道内壁去污的激光清洗系统。

为解决以上技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种管道内壁去污的激光清洗系统，包括用于产生激光的激光发生器、与所述激光发生器的激光输出口相连的激光传导装置及控制装置，所述激光发生器与所述控制装置电连接并由所述控制装置控制工作，所述激光传导装置包括与所述激光发生器的激光输出口相连并用于传输激光的光纤，所述激光传导装置包括设置在所述光纤输出口端的激光工作头，所述激光工作头的侧面具有用于输出激光的激光出口镜，所述激光清洗系统还包括支架，所述光纤和激光工作头分别设置在所述支架上，所述激光清洗系统还包括用于驱动所述管道运动的驱动装置，所述驱动装置驱动所述管道运动能够使得所述激光工作头在所述管道内相对所述管道沿所述管道的长度方向运动，从所述激光出口镜输出的激光能够在所述激光工作头相对所述管道沿所述管道的长度方向运动时对所述管道内壁长度方向上的不同部位进行清洁。

根据本发明的一个优选方面：所述驱动装置包括能够沿所述支架的长度方向做往复旋转运动且用于安装所述管道的工作台及用于驱动所述工作台旋转的驱动电机。

进一步地，所述支架为弧形支架，所述驱动电机驱动所述工作台沿所述弧形支架的长度方向做往复旋转运动，所述工作台的往复旋转运动带动所述管道沿所述弧形支架的长度方向做往复旋转运动。

根据本发明的另一个优选方面：所述驱动装置包括能够沿所述支架的长度方向做往复直线运动且用于安装所述管道的移动支撑架及用于驱动所述移动支撑架运动的驱动单元。

进一步地，所述驱动单元包括驱动电机、一端与所述移动支撑架固定连接的牵引绳及与所述牵引绳的另一端固定连接且由所述驱动电机驱动转动而缠绕或释放所述牵引绳的转动件。

更进一步地，所述驱动装置还包括延伸方向与所述支架的延伸方向一致的轨道，所述移动支撑架的底部设置有滚轮组件，所述滚轮组件的滚轮能够在所述轨道上沿所述轨道的长度方向运动，沿所述轨道的长度方向并位于所述移动支撑架的二侧依次设置有所述驱动单元，各侧所述驱动单元包括所述驱动电机、牵引绳和转动件，二侧所述驱动单元的转动件对所述牵引绳的缠绕或释放能够驱动所述移动支撑架在所述轨道上做往复直线运动。

根据本发明的又一个优选方面，所述激光工作头包括具有内腔的壳体，所述壳体的一端设置有激光入射孔、另一端封闭，所述激光工作头还包括转动设置在所述壳体内的全反射镜及驱动所述全反射镜转动的电机，所述壳体的侧面沿所述壳体的周向设置有所述激光出口镜，从所述光纤发射出的激光通过所述激光入射孔照射到所述全反射镜上，所述全反射镜将激光反射到所述激光出口镜处并从所述激光出口镜照射到所述壳体外。

进一步地，所述电机固定设置在所述壳体内，所述电机的输出轴与所述全反射镜固定连接，所述全反射镜的反射面与所述输出轴的轴心线的夹角为45°。

更进一步地，所述激光工作头还包括位于所述全反射镜和激光出口镜之间的聚焦镜，所述聚焦镜通过连接杆与所述电机的输出轴固定连接使得所述聚焦镜绕所述电机的输出轴的轴心线与所述全反射镜同步转动，经所述全反射镜反射后的激光经所述聚焦镜聚焦后照射到所述激光出口镜。

进一步地，所述连接杆为长度可调的连接杆。

进一步地，所述激光工作头还包括设置在所述壳体上的用于喷射药剂的喷雾头。

更进一步地，所述激光清洗系统还包括与所述喷雾头相连的用于输送所述药剂的药剂管。

根据本发明的再一个优选方面，所述激光工作头包括具有内腔的壳体，所述壳体的一端设置有激光入射孔、另一端封闭，所述激光工作头还包括依次设置在所述壳体内的锥透镜、聚焦镜和圆锥反射镜，所述锥透镜位于所述壳体的所述一端而所述圆锥反射镜位于所述壳体的所述另一端，所述壳体的侧面沿所述壳体的周向设置有所述激光出口镜，从所述光纤发射出的激光从所述激光入射孔射入，然后依次经过所述锥透镜和聚焦镜照射到所述圆锥反射镜上，通过所述圆锥反射镜将激光反射到所述激光出口镜处并从所述激光出口镜照射到所述壳体外。

进一步地，所述激光工作头还包括设置在所述壳体上的用于喷射药剂的喷雾头。

更进一步地，所述激光清洗系统还包括与所述喷雾头相连的用于输送所述药剂的药剂管。

由于上述技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明的激光清洗系统的激光工作头的侧面具有输出激光的激光出口镜及驱动装置驱动管道运动，进而实现对管道内壁进行放射性污染去污，非常适用于各种管道内壁的去污。

本发明的激光清洗系统结构简单，操作方便。

附图说明

图1为本发明实施例一的激光清洗系统的结构示意图。

图2为本发明实施例二的激光清洗系统的结构示意图。

图3为本发明激光清洗系统的一种激光工作头的结构示意图。

图4为本发明激光清洗系统的另一种激光工作头的结构示意图。

图中：1、光纤；2、激光工作头；20、壳体；21、激光出口镜；22、电机；23、全反射镜；24、聚焦镜；25、连接杆；26、激光入射孔；27、锥透镜；28、圆锥反射镜；29、喷雾头；3、管道；4、移动支撑架；5、支架；6、驱动单元；61、驱动电机；62、转动件；63、牵引绳；7、工作台。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步描述。

实施例一

如图1~4所示，本发明提供一种管道内壁去污的激光清洗系统，包括用于产生激光的激光发生器、与激光发生器的激光输出口相连的激光传导装置及控制装置，激光发生器与控制装置电连接并由控制装置控制工作，激光传导装置包括与激光发生器的激光输出口相连并用于传输激光的光纤1，激光传导装置包括设置在光纤1输出口端的激光工作头2，激光工作头2的侧面具有用于输出激光的激光出口镜21，激光清洗系统还包括支架5，光纤1和激光工作头2分别设置在支架5上，具体地，光纤1缠绕在支架5上，激光工作头2固定设置在支架5的端部。

该激光清洗系统还包括用于驱动管道3运动的驱动装置，驱动装置驱动管道3运动能够使得激光工作头2在管道3内相对管道3沿管道3的长度方向运动，从激光出口镜21输出的激光能够在激光工作头2相对管道3沿管道3长度方向运动时对管道3内壁长度方向上的不同部位进行清洁。

该激光清洗系统还包括用于限制驱动装置驱动管道3继续运动的限位开关，当激光从管道3的一端相对管道3运动到管道3的另一端，管道3清洁完毕，限位开关限制驱动装置停止驱动管道3继续运动。

本例中，如图1所示，驱动装置包括能够沿支架5的长度方向做往复直线运动且用于安装管道3的移动支撑架4及用于驱动移动支撑架4运动的驱动单元6。

驱动单元6包括驱动电机61、一端与移动支撑架4固定连接的牵引绳63及与牵引绳63的另一端固定连接且由驱动电机61驱动转动而缠绕或释放牵引绳63的转动件62。

本例中的驱动装置还包括沿延伸方向与支架5的延伸方向一致的轨道，该轨道水平设置，移动支撑架4的底部设置有滚轮组件，滚轮组件的滚轮能够在轨道上沿轨道的长度方向运动，沿轨道的长度方向并位于移动支撑架4的二侧依次设置有驱动单元6，各侧驱动单元6包括有驱动电机61、牵引绳63和转动件62，二侧驱动单元6的转动件62对牵引绳63的缠绕或释放能够驱动移动支撑架4在轨道上做往复直线运动。

本例的支架5可以采用直形杆。

本例的激光清洗系统非常适用于直管内壁的去污/清洗。

本例中的激光工作头2可以采用如图3所示的激光工作头，该激光工作头2包括具有内腔的壳体20，壳体20为圆柱形壳体，壳体20的一端设置有激光入射孔26、另一端封闭，激光工作头2还包括转动设置在壳体20内的全反射镜23及驱动全反射镜23转动的电机22，激光出口镜21设置在壳体20的侧面并沿壳体20的周向设置，从光纤1发射出的激光通过激光入射孔26照射到全反射镜23上，全反射镜23将激光发射到激光出口镜21处并从激光出口镜21照射到壳体20外。

激光出口镜21设置在壳体20的侧面对应全反射镜23的位置。

电机22固定设置在壳体20内，电机22的输出轴与全反射镜23固定连接，全反射镜23的反射面与电机22的输出轴的轴心线的夹角为45°。

照射到全反射镜23的激光与全反射镜23的反射面的夹角为45°，照射到全反射镜23的激光与电机22的输出轴的轴心线平行。

该激光工作头2还包括位于全反射镜23和激光出口镜21之间的聚焦镜24，聚焦镜24通过连接杆25与电机22的输出轴固定连接使得聚焦镜24绕电机22的输出轴的轴心线与全反射镜23同步转动，经全反射镜23反射后的激光经聚焦镜24聚焦后照射到激光出口镜21。

连接杆25为长度可调的连接杆，通过调节连接杆25的长度使得聚焦镜24与全反射镜23之间的距离可调。

该激光工作头2还包括设置在壳体20上的用于喷射药剂的喷雾头29，药剂可以针对不同的材料，选择不同的药剂，可选择的药剂如有机溶剂-丙酮/酒精、化学药剂-硝酸等药剂。

喷雾头29可以有多种设置方式，如直接固定连接在壳体20的封闭端，或者通过连接件与壳体20固定连接，连接件可以是可伸缩的连接件。

该激光清洗系统还包括与喷雾头29相连的用于输送药剂的药剂管。

本例的激光清洗系统对直管内壁进行清洗时，激光工作头2位于直管管腔内，移动支撑架4一侧的驱动电机61驱动转动件62转动，转动件62缠绕牵引绳63进而拉动移动支撑架4运动，如图1中，右侧的牵引绳63拉动移动支撑架4向右运动，带动管道3向右运动，激光工作头2相对管道3向左运动，进而实现对管道3内壁的长度方向的不同部位的清洗，而激光工作头2通过转动的全反射镜23的设置，将激光沿壳体20的不同径向方向射出壳体20外，进行实现对管道3的整个内壁进行清洗。

实施例二

本实施例提供一种激光清洗系统，该激光清洗系统采用的驱动装置与实施例一不同，其他同实施例一。

本例中，驱动装置如图2所示，该驱动装置包括能够沿支架5的长度方向做往复旋转运动且用于安装管道3的工作台7及用于驱动工作台7旋转的驱动电机。

本例中支架5采用弧形支架。驱动电机驱动工作台7沿弧形支架的长度方向做往复旋转运动，工作台7的往复旋转运动带动管道沿弧形支架的长度方向做往复旋转运动。

本例的激光清洗系统非常适用于弯管内壁的去污/清洗。

本例的激光清洗系统对弯管内壁进行清洗时，激光工作头2位于弯管管腔内，驱动电机驱动工作台7旋转，如图2中，驱动电机驱动工作台7顺时针方向转动，带动管道3顺时针方向转动，激光工作头2相对管道3逆时针方向转动，进而实现对管道3内壁的长度方向的不同部位的清洗，而激光工作头2的通过转动的全反射镜23的设置，将激光沿壳体20的不同径向方向射出壳体20外，进行实现对管道3的整个内壁进行清洗。

本发明的激光清洗系统的激光工作头2也可以采用另一种结构的激光工作头，如图4所示，该激光工作头2包括具有内腔的壳体20，壳体20为圆柱形壳体，壳体20的一端设置有激光入射孔26、另一端封闭，激光工作头2还包括依次设置在壳体20内的锥透镜27、聚焦镜24和圆锥反射镜28，锥透镜27位于壳体20的靠近激光入射孔26的一端而圆锥反射镜28位于壳体20的远离激光入射孔26的一端，激光出口镜21设置在壳体20侧面且沿壳体20的周向设置，从光纤1发射出的激光从激光入射孔26射入，然后依次经过锥透镜27和聚焦镜24照射到圆锥反射镜28上，通过圆锥反射镜28将激光发射到激光出口镜21处并从激光出口镜21照射到壳体20外。

该激光工作头2还包括设置在壳体20上的用于喷射药剂的喷雾头29，药剂可以针对不同的材料，选择不同的药剂，可选择的药剂如有机溶剂-丙酮/酒精、化学药剂-硝酸等药剂。

喷雾头29可以有多种设置方式，如直接固定连接在壳体20的封闭端，或者通过连接件与壳体20固定连接，连接件可以是可伸缩的连接件。

激光工作头2通过圆锥反射镜28的设置能够将激光沿壳体20的不同径向方向射出壳体20外。

附图中，激光发生器、控制装置、药剂管未画出。

本发明的激光清洗系统在对管道内壁进行清洗时，可以根据需要选择向管道内喷射药剂，然后再用激光进行去污/清洗处理，实现激光诱导等离子体约束增强与表/界面化学作用复合清洗方案，建立放射性等特殊工况复合激光清洗工艺体系，形成增加去污时的爆破功能，改善去污/清洗效果。

以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，且本发明不限于上述的实施例，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种管道内壁去污的激光清洗系统，包括用于产生激光的激光发生器、与所述激光发生器的激光输出口相连的激光传导装置及控制装置，所述激光发生器与所述控制装置电连接并由所述控制装置控制工作，所述激光传导装置包括与所述激光发生器的激光输出口相连并用于传输激光的光纤，所述激光传导装置包括设置在所述光纤输出口端的激光工作头，其特征在于：所述激光工作头的侧面具有用于输出激光的激光出口镜，所述激光清洗系统还包括支架，所述光纤和激光工作头分别设置在所述支架上，所述激光清洗系统还包括用于驱动所述管道运动的驱动装置，所述驱动装置驱动所述管道运动能够使得所述激光工作头在所述管道内相对所述管道沿所述管道的长度方向运动，从所述激光出口镜输出的激光能够在所述激光工作头相对所述管道沿所述管道的长度方向运动时对所述管道内壁长度方向上的不同部位进行清洁。

2.根据权利要求1所述的管道内壁去污的激光清洗系统，其特征在于：所述驱动装置包括能够沿所述支架的长度方向做往复旋转运动且用于安装所述管道的工作台及用于驱动所述工作台旋转的驱动电机。

3.根据权利要求2所述的管道内壁去污的激光清洗系统，其特征在于：所述支架为弧形支架，所述驱动电机驱动所述工作台沿所述弧形支架的长度方向做往复旋转运动，所述工作台的往复旋转运动带动所述管道沿所述弧形支架的长度方向做往复旋转运动。

4.根据权利要求1所述的管道内壁去污的激光清洗系统，其特征在于：所述驱动装置包括能够沿所述支架的长度方向做往复直线运动且用于安装所述管道的移动支撑架及用于驱动所述移动支撑架运动的驱动单元。

5.根据权利要求4所述的管道内壁去污的激光清洗系统，其特征在于：所述驱动单元包括驱动电机、一端与所述移动支撑架固定连接的牵引绳及与所述牵引绳的另一端固定连接且由所述驱动电机驱动转动而缠绕或释放所述牵引绳的转动件。

6.根据权利要求5所述的管道内壁去污的激光清洗系统，其特征在于：所述驱动装置还包括延伸方向与所述支架的延伸方向一致的轨道，所述移动支撑架的底部设置有滚轮组件，所述滚轮组件的滚轮能够在所述轨道上沿所述轨道的长度方向运动，沿所述轨道的长度方向并位于所述移动支撑架的二侧依次设置有所述驱动单元，各侧所述驱动单元包括所述驱动电机、牵引绳和转动件，二侧所述驱动单元的转动件对所述牵引绳的缠绕或释放能够驱动所述移动支撑架在所述轨道上做往复直线运动。

7.根据权利要求1~6中任一项权利要求所述的管道内壁去污的激光清洗系统，其特征在于：所述激光工作头包括具有内腔的壳体，所述壳体的一端设置有激光入射孔、另一端封闭，所述激光工作头还包括转动设置在所述壳体内的全反射镜及驱动所述全反射镜转动的电机，所述壳体的侧面沿所述壳体的周向设置有所述激光出口镜，从所述光纤发射出的激光通过所述激光入射孔照射到所述全反射镜上，所述全反射镜将激光反射到所述激光出口镜处并从所述激光出口镜照射到所述壳体外。

8.根据权利要求7所述的管道内壁去污的激光清洗系统，其特征在于：所述电机固定设置在所述壳体内，所述电机的输出轴与所述全反射镜固定连接，所述全反射镜的反射面与所述输出轴的轴心线的夹角为45°。

9.根据权利要求8所述的管道内壁去污的激光清洗系统，其特征在于：所述激光工作头还包括位于所述全反射镜和激光出口镜之间的聚焦镜，所述聚焦镜通过连接杆与所述电机的输出轴固定连接使得所述聚焦镜绕所述电机的输出轴的轴心线与所述全反射镜同步转动，经所述全反射镜反射后的激光经所述聚焦镜聚焦后照射到所述激光出口镜。

10.根据权利要求1~6中任一项权利要求所述的管道内壁去污的激光清洗系统，其特征在于：所述激光工作头包括具有内腔的壳体，所述壳体的一端设置有激光入射孔、另一端封闭，所述激光工作头还包括依次设置在所述壳体内的锥透镜、聚焦镜和圆锥反射镜，所述锥透镜位于所述壳体的所述一端而所述圆锥反射镜位于所述壳体的所述另一端，所述壳体的侧面沿所述壳体的周向设置有所述激光出口镜，从所述光纤发射出的激光从所述激光入射孔射入，然后依次经过所述锥透镜和聚焦镜照射到所述圆锥反射镜上，通过所述圆锥反射镜将激光反射到所述激光出口镜处并从所述激光出口镜照射到所述壳体外。