CN107059710B - 一种取排水隧洞在线清理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种取排水隧洞在线清理装置及方法。取排水隧洞在线清理装置包括，驱动单元，所述驱动单元连接的至少两个清洗组件以及支撑座，所述驱动单元用于在水流冲击力推动下带动所述支撑座和所述清洗组件沿所述隧洞的水流方向做直线运动,并带动所述清洗组件沿所述隧洞进行周向旋转；且使所述清洗组件冠部可弹性地抵持在所述隧洞内壁面，用于剥离隧洞表面附着的污染物。所述支撑座用于支撑驱动单元并稳定每一清洗组件。本发明利用隧洞内水流的冲击力驱动设备周向和轴向运动，无需外界提供燃料或电力，即可实现隧洞水生物的在线清理，降低清理成本同时，极大提高设备使用便捷性。

Description

一种取排水隧洞在线清理装置及方法

技术领域

本发明涉及核电厂海工构筑物清理技术领域，更具体的说，尤其涉及一种取排水隧洞在线清理装置及方法。

背景技术

核电厂海工构筑物上附着的污染物会对核电厂产生诸多不利影响。采用长距离排水隧洞的核电厂，隧洞内污染物的附着会增加厂用耗电量，降低机组微增出力，降低核电机组运行性能及可靠性，故需采取必要措施应对排水隧洞污染物附着问题。

目前核电厂排水隧洞防污主要措施有三种：

1.通过添加化学药剂抑制污染物的生长，但此种方法仅适用于短距离排水隧洞，无法解决长距离排水隧洞的污染物的防污问题；

2.通过在排水隧洞内表面涂覆防污涂料实现排水隧洞的防污，但此种方法存在防污效果差，成本高等问题；

3.采用智能清理设备清除附着在排水隧洞内表面的污染物，然而目前智能清理设备均需额外电源驱动，无法实现在线清理。

因此，如何实现核电厂排水隧洞污染物在线清理，提高清理效率，降低成本，并保证清理质量，成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明针对现有技术清理效果差，成本高，以及无法在线清理等问题，提供一种隧道在线清理装置及方法，借助隧洞内的水流实现清理装置无动力在线清理。

本发明技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种取排水隧洞在线清理装置，包括:驱动单元；至少两个清洗组件，每一所述清洗组件设置在所述驱动单元上且与所述驱动单元连接；支撑座，位于所述驱动单元下方并与所述驱动单元连接，用于支撑所述驱动单元并稳定每一所述清洗组件；所述驱动单元用于在水流冲击力推动下带动所述支撑座沿所述隧洞的水流方向做直线运动,并带动每一所述清洗组件沿所述隧洞进行周向旋转；且使所述清洗组件冠部可弹性地抵持在所述隧洞内壁面，用于剥离隧洞表面附着的污染物。

优选地，所述支撑座包括支撑座主体，分别装在所述支撑座主体两侧的运动部，所述运动部在驱动力作用下沿隧洞内水流方向做直线运动。

优选地，所述支撑座上还设置至少两个轴承支架，所述轴承支架间隔分布在所述支撑座主体上，所述轴承支架一端固定连接在所述支撑座主体上，另与所述驱动单元可转动连接，所述轴承支架用于连接并稳定所述驱动单元与所述支撑座。

优选地，所述轴承支架包括支撑杆和支撑轴承，所述支撑杆一端与所述支撑座主体固定连接，所述支撑杆另一端与所述支撑轴承固定连接，所述支撑轴承与所述驱动单元可转动连接。

优选地，还包括连接所述支撑座和所述驱动单元的连接装置，所述连接装置用于将所述驱动单元的旋转运动转变为所述支撑座的直线运动。

优选地，所述驱动单元包括驱动轴，分别固定设置在所述驱动轴上的至少两个叶轮，所述隧洞内的水流驱动每一所述叶轮旋转,进而驱动所述驱动轴带动每一所述清洗组件沿周向旋转，并通过所述连接装置将旋转运动变向为直线运动，进而驱动所述支撑座沿隧洞做直线前进。

优选地，所述连接装置为传动连接件，所述传动连接件为直角减速器、T型减速器、T型转向箱或蜗轮蜗杆减速机中的一种，所述传动连接件将所述驱动轴驱动力传递给所述支撑座，使所述支撑座沿所述隧洞的水流方向做直线运动。

优选地，所述驱动单元前进方向端部对应设置有拖曳装置，所述拖曳装置用于定时触发张开，利用水流冲击推动力强制将在线清理装置从卡死位置拖走。

优选地，所述拖曳装置包括拖曳伞、收纳箱和控制系统，所述拖曳伞由柔性材料制成，所述收纳箱可收纳所述拖曳伞，所述取排水隧洞在线清理装置卡死时，所述控制系统控制所述拖曳伞从收纳箱弹出张开，所述拖曳伞利用水流冲击力将所述取排水隧洞在线清理装置从卡死位置拖走。

优选地，所述控制系统包括：

传感器，安装于取排水隧洞在线清理装置上，用于测量取排水隧洞在线清理装置在隧洞中的停留时长；

控制器，与所述传感器电连接，用于当获取的停留时间长于设定时长时，发出开关开启信号，所述设定时长为取排水隧洞在线清理装置不卡死状况下穿过隧洞所需时长；

收纳箱开关，安装于所述收纳箱上，且与所述控制器电连接，用于根据所述控制器发出的开关开启信号来开启开关，以利用所述拖曳伞大的流体冲击力将取排水隧洞在线清理装置从隧洞内移出。

另一方面，本发明还提供了一种取排水隧洞在线清理方法，其主要步骤包括，将上述的取排水隧洞在线清理装置置于所述取排水涵洞中，使所述清洗组件冠部可弹性地抵持在所述隧洞内壁面，开启核电站运行开关，涵洞内水流驱动所述叶轮旋转，从而带动驱动轴旋转，所述驱动轴直接驱动所述清洗组件，所述清洗组件将污染物从隧洞表面剥离，所述支撑座在推动力作用下沿所述隧洞的水流方向做直线运动。

本发明方案提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：本设备利用隧洞内水流的冲击力驱动设备周向和轴向运动，无需外界提供燃料或电力，也无需自备储能装置，即可实现隧洞水生物的在线清理，降低清理成本同时，极大提高设备使用便捷性；此外，运行稳定性高，清理效率，且结构简单，造价低，易于维修。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明第一实施例提供的取排水隧洞在线清理装置的结构示意图；

图2是本发明第二实施例提供的传动连接件的结构示意图。

图3是本发明第二实施例提供的取排水隧洞在线清理装置的结构示意图；

图4是本发明第二实施例提供的拖曳装置中控制系统的结构示意图；

具体实施方式

本发明实施例通过提供取排水隧洞在线清理装置及方法，解决了现有技术中由于清理装备需由电源或燃料驱动，无法在有水流情况下清理隧洞内壁，即无法实现在线清理的问题，针对现有技术缺陷对隧洞清理装置进行优化，借助隧洞内的水流冲击力带动清理设备沿隧洞水流方向运动，带动清洗组件沿隧洞内壁周向旋转，实现清理装置无动力在线清理。

为了更好的理解本发明技术方案，下面将结合说明书附图以及具体实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

实施例一

请参见图1所示，本发明第一实施例提供了一种取排水隧洞在线清理装置，包括：驱动单元2；至少两个清洗组件3，每一所述清洗组件3分别设置在所述驱动单元2上且与所述驱动单元2连接；位于驱动单元2下方并与所述驱动单元2连接的支撑座1，所述支撑座1用于支撑所述驱动单元2并稳定每一所述清洗组件3；所述驱动单元2用于在水流冲击力推动下带动所述支撑座1沿所述隧洞的水流方向做直线运动,并带动每一所述清洗组件3沿所述隧洞进行周向旋转；且使所述清洗组件3冠部可弹性地抵持在所述隧洞内壁面，用于剥离隧洞表面附着的污染物。

具体地，所述支撑座1包括支撑座主体11，分别装在所述支撑座主体11两侧的运动部12，所述运动部12在水流的驱动力作用下沿隧洞内壁做直线运动。在本实施例中，所述运动部12为履带，在其他实施例中，所述运动部12也可以为滚轮。

具体地，所述支撑座1上设置两个轴承支架13，所述轴承支架13间隔分布在所述支撑座主体11上，每一所述轴承支架13一端固定连接在所述支撑座主体11上，另一端与所述驱动单元2可转动连接，所述轴承支架13用于连接并稳定所述驱动单元2与支撑座1，在本实施例中所述轴承支架13为两个，且间隔分布在所述支撑座主体11上，此种设置可以更好的稳定整个装置，在其它实施方式中所述轴承支架13个数可以为三个以上。

具体地，所述轴承支架13包括支撑杆131和支撑轴承132，所述支撑杆131一端与所述支撑座主体11固定连接，所述支撑杆131另一端与所述支撑轴承132固定连接，所述固定连接可以为焊接、螺栓连接或过盈配合连接。所述支撑轴承132与所述驱动单元2可转动连接。

具体地，所述驱动单元2包括驱动轴21，固定设置在驱动轴21上的至少两个叶轮22，所述隧洞内的水流驱动每一所述叶轮22旋转,进而驱动所述驱动轴21带动每一所述清洗组件3沿周向旋转，并通过所述轴承支架13将旋转运动变向为直线运动，进而驱动所述支撑座1沿隧洞水流方向做直线运动。在本实施例中可拆卸连接方式为螺纹连接，在所述驱动轴21的两端设置外螺纹段，在所述叶轮22的主体内部开设套设外螺纹段的内螺纹段，通过螺纹连接实现可拆卸地连接，在其它实施方式中可拆卸连接也可以为卡扣连接或过盈配合连接，可拆卸连接方式便于安装和拆卸，且利于维护和保养。当采用过盈配合连接时，所述叶轮22的主体内部开设用于容纳所述驱动轴21的连接段的收容孔，所述驱动轴21的连接段的外周或者是收容孔内套设有弹性硅胶套，弹性硅胶套粘结在收容孔的孔壁，实现所述驱动轴21的端部与所述叶轮22的过盈配合。

在其它实施方式中，所述叶轮22也可以为三个及以上，当所述叶轮22为三个时，所述清洗组件3和所述叶轮22交替间隔排列，位于驱动轴21中部的叶轮22主体内部开设螺纹孔，驱动轴21与中部叶轮22对应部位外设置外螺纹段，且所述驱动轴21可拆卸为多段，每段驱动轴21与对应叶轮22、清洗组件3和轴承支架13连接之后，再将各段驱动轴21连接在一起，各段驱动轴21可通过法兰或其它方式固定连接，每一所述清洗组件3和所述叶轮22与驱动轴21也可采用焊接方式连接。

具体地，所述清洗组件3至少两个，在本实施例中所述清洗组件3为两个，每一所述清洗组件3设置在所述驱动单元2两端，且与所述叶轮22间隔设置在所述驱动轴21上，每一所述清洗组件3与所述驱动轴21固定连接。

具体地，每一所述清洗组件3包括至少两根清洗臂，在本实施例中，所述清洗组件3包括两根清洗臂，每根清洗臂的根部与所述驱动轴21固定连接，每一所述清洗组件3的每根清洗臂包括大臂31，分别设置在所述大臂31顶端并与所述大臂31可活动连接的小臂32，分别设置在每一所述小臂32上的刷头33，所述大臂31设置在所述驱动轴21的两侧并与所述驱动轴21垂直固定连接，所述固定连接可以为焊接、螺纹连接或过盈配合连接等。具体地，当采用过盈配合连接时，所述驱动轴21上开设用于容纳所述大臂31的连接段的收容孔，所述大臂31的连接段的外周或者是收容孔内套设有弹性硅胶套，弹性硅胶套粘结在收容孔的孔壁，实现所述大臂31的端部与所述驱动轴21的过盈配合。

每一所述清洗臂可根据所述刷头33碰触的阻碍物高低调节其总长度。此外，在本实施例中每根所述清洗臂的长度可根据隧洞内径而设定，使得所述清理装置适用于不同内径的隧洞。

在本实施例中，每一所述清洗臂长度相等，每个刷头33均可同时抵触隧洞内壁，实现无死角清扫。

具体地，所述大臂31和所述小臂32通过弹性元件连接。在本实施例中，每一所述大臂31顶端部具有容纳空间，所述弹性元件置于所述容纳空间内，弹性元件的一端抵持固定在大臂31对应的容纳空间底部，弹性元件的另一端抵持固定在对应的小臂32上，所述小臂32与弹性元件连接一端套置于容纳空间内，此种设置可使弹簧伸缩过程中，属于同一根清洗臂的大臂31和小臂32保持同轴。所述弹性元件可以为金属弹簧、气弹簧或橡胶弹簧等，所述弹性元件的结构不做具体限定，只要其能使所述刷头可弹性地抵持在所述隧洞内壁面即可。

在清理过程中，刷头33抵持在隧洞内壁上，所述弹簧处于自然或压缩状态，当刷头33碰触阻碍物时，弹簧受力压缩，使得所述刷头33离隧洞内壁距离增大，从而可越过阻碍物，使得清理过程中刷头33一直抵触在隧洞内壁上，不会因为阻碍物存在而卡死。

实施例二

本发明实施例二提供的取排水隧洞在线清理装置还包括连接装置4，且所述连接装置4为传动连接件41，在本实施例中，所述传动连接件41为蜗轮蜗杆传动，在其它实施方式中所述传动连接件41可为直角减速器、T型减速器或T型转向箱中的一种。

请参见图2所示，在本实施例中，所述连接装置4为传动连接件41，所述传动连接件41包括传动齿轮411与蜗杆412，所述传动齿轮411套置在所述驱动轴21外，所述蜗杆412的中心轴线与驱动轴21的中心轴线相互垂直，所述传动齿轮411的外表面设有齿槽，所述蜗杆412的外表面设置有螺纹槽，所述螺纹槽与齿槽通过咬合对接，所述蜗杆412与支撑座1连接，且带动所述支撑座1沿所述隧洞的水流方向做直线运动。在本实施例中还可在支撑座1上设置离合器，将离合器与传动连接件41电连接，借用离合器用来接通或切断动力源，以控制支撑座1行走状态。在其它实施例中，所述连接装置也可以为非传动连接方式，非传动连接方式仅用于加固传递轴21和支撑座1之间的连接，不传递动力。

在本实施例中，支撑座1通过传动连接件41与主驱动件2连接，一方面，所述支撑座1起到稳定整个设备的作用，另一方面，传动连接件41将主驱动件2动力传递给支撑座1，推动支撑座1沿隧洞内壁做轴向运动。

在本实施例中，如图3所示，所述刷头33的刷毛两侧分别设置有限位轮34，所述限位轮34连接于所述刷头33的支撑座1上，刷毛顶部高于所述限位轮34的轮缘，所述限位轮34用于减少清洗时所述刷头33与所述隧洞壁面的摩擦并保护壁面涂层。

具体地，所述刷头33的刷毛顶部比所述限位轮34的轮缘高0.5-5cm。所述刷毛略高于所述限位轮34的轮缘，可有效减少刷毛与所述隧洞壁面之间的过渡摩擦，同时也不妨碍刷毛清洗隧洞内壁。此外为了防止刷头33刷毛卷曲，限位轮34高出刷毛顶部可能造成的壁面涂层的损伤，所述限位轮34的外周套装柔性材料制成的外套。

此外，在本实施例中，所述清洗组件3采用复合材料制成，复合材料一方面可有效抵抗海水腐蚀作用，另一方面复合材料相比合金可较大降低设备的质量，以使叶轮22有足够力量驱动清洗组件3进行清扫，确保污染物无法长大，洞壁保持光滑。

具体地，所述驱动轴21前进方向端部对应设置有拖曳装置5，所述拖曳装置5用于定时触发张开，利用水流冲击推动力强制将在线清理装置从卡死位置拖走。

具体地，所述拖曳装置5包括拖曳伞52、收纳箱51和控制系统，所述拖曳伞52由柔性材料制成，所述收纳箱51可收纳拖曳伞52，所述取排水隧洞在线清理装置卡死时，所述控制系统控制所述拖曳伞52从收纳箱51弹出张开，弹开状态时，连接所述拖曳伞52与收纳箱51的绳子一端连接于所述收纳箱51内部，一端连接与所述拖曳伞52边缘，所述拖曳伞52利用水流冲击力将所述取排水隧洞在线清理装置从卡死位置拖走。

如图4所述，具体地，所述控制系统包括：

传感器531，安装于取排水隧洞在线清理装置上，用于测量取排水隧洞在线清理装置在隧洞中的停留时长；

控制器532，与所述传感器531电连接，用于当获取的停留时间长于设定时长时，发出开关开启信号，所述设定时长为取排水隧洞在线清理装置不卡死状况下穿过隧洞所需时长；

收纳箱开关533，安装于所述收纳箱51上，且与所述控制器532电连接，用于根据所述控制器532发出的开关开启信号来开启开关，以利用拖曳伞52大的流体冲击力将取排水隧洞在线清理装置从隧洞内卡死位置移出。

在本实施例中，所述设定长根据隧洞长度及设备在隧洞内运行速度而设定。一般情况下，设定时间为2-50小时。

具体地，所述控制系统还包括：

报警器534，安装在取排水隧洞在线清理装置上，与控制器532电连接；当控制器532获取的停留时间长于极限时长时，控制所述报警器534发出报警信号。其中所述极限时长长于设定时长，一般情况下所述极限为对应设定时长的1.5倍。

实施例三

本发明提供一种取排水隧洞在线清理方法，其主要步骤为，将上述的取排水隧洞在线清理装置置于所述取排水涵洞中，使所述清洗组件3冠部可弹性地抵持在所述隧洞内壁面，开启核电站运行开关，涵洞内水流驱动叶轮22旋转，从而带动驱动轴21旋转，所述驱动轴21直接驱动清洗组件3，所述清洗组件3将污染物从隧洞表面剥离，所述支撑座1在推动力作用下沿所述隧洞的水流方向做直线运动。

在本实施方式中，当所述支撑座1和驱动单元仅通过轴承支架13连接时，所述支撑座1直接由水流推动，沿隧洞内水流方向做直线运动；当所述支撑座1和驱动单元通过传动连接件41连接时，所述支撑座1所受推动力一方面来源于水流直接冲击，另一方面来源于由传动连接件41从驱动单元2传递来的动力，所述支撑座1在这两方面推动力作用下沿隧洞内水流方向做直线运动。

综上所述，本申请方案相对于现有技术至少具有以下有益技术效果：

1)本设备利用隧洞内水流的冲击力驱动设备周向和轴向运动，无需外界提供燃料或电力，即可实现隧洞水生物的在线清理，降低清理成本同时，极大提高设备使用便捷性；

2)本设备通过设置支撑座结构，增加设备运行稳定性，同时有效将水流推力通过传动装置转化为设备前行动力，增加设备前进动力，加快清理速度，较大提高清理效率，且结构简单，造价低，易于维修。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种取排水隧洞在线清理装置，其特征在于，包括：

驱动单元(2)；

至少两个清洗组件(3)，每一所述清洗组件(3)设置在所述驱动单元(2)上且与所述驱动单元(2)连接；

支撑座(1)，位于所述驱动单元(2)下方并与所述驱动单元(2)连接，用于支撑所述驱动单元(2)并稳定每一所述清洗组件(3)；

所述驱动单元(2)用于在水流冲击力推动下带动所述支撑座(1)沿所述隧洞的水流方向做直线运动,并带动每一所述清洗组件(3)沿所述隧洞进行周向旋转；且使所述清洗组件(3)冠部可弹性地抵持在所述隧洞内壁面，用于剥离隧洞表面附着的污染物；

还包括连接所述支撑座(1)和所述驱动单元(2)的连接装置(4)，所述连接装置(4)用于将所述驱动单元(2)的旋转运动转变为所述支撑座(1)的直线运动。

2.根据权利要求1所述的取排水隧洞在线清理装置，其特征在于：所述支撑座(1)包括支撑座主体(11)，分别装在所述支撑座主体(11)两侧的运动部(12)，所述运动部(12)在驱动力作用下沿隧洞内水流方向做直线运动。

3.根据权利要求2所述的取排水隧洞在线清理装置，其特征在于：所述支撑座(1)上还设置至少两个轴承支架(13)，每一所述轴承支架(13)间隔分布在所述支撑座主体(11)上，所述轴承支架(13)一端固定连接在所述支撑座主体(11)上，另与所述驱动单元(2)可转动连接，所述轴承支架(13)用于连接并稳定所述驱动单元(2)与所述支撑座(1)。

4.根据权利要求3所述的取排水隧洞在线清理装置，其特征在于：所述轴承支架(13)包括支撑杆(131)和支撑轴承(132)，所述支撑杆(131)一端与所述支撑座主体(11)固定连接，所述支撑杆(131)另一端与所述支撑轴承(132)固定连接，所述支撑轴承(132)与所述驱动单元(2)可转动连接。

5.根据权利要求1所述的取排水隧洞在线清理装置，其特征在于：所述驱动单元(2)包括驱动轴(21)，分别固定设置在所述驱动轴(21)上的至少两个叶轮(22)，所述隧洞内的水流驱动每一所述叶轮(22)旋转,进而驱动所述驱动轴(21)带动每一所述清洗组件(3)沿周向旋转，并通过所述连接装置(4)将旋转运动变向为直线运动，进而驱动所述支撑座(1)沿隧洞水流方向做直线运动。

6.根据权利要求5所述的取排水隧洞在线清理装置，其特征在于：所述连接装置(4)为传动连接件(41)，所述传动连接件(41)为直角减速器、T型减速器、T型转向箱或蜗轮蜗杆减速机中的一种，所述传动连接件(41)将所述驱动轴(21)驱动力传递给所述支撑座(1)，使所述支撑座(1)沿所述隧洞的水流方向做直线运动。

7.根据权利要求1所述的取排水隧洞在线清理装置，其特征在于：所述驱动单元(2)前进方向端部对应设置有拖曳装置(5)，所述拖曳装置(5)用于定时触发张开，利用水流冲击推动力强制将在线清理装置从卡死位置拖走。

8.根据权利要求7所述的取排水隧洞在线清理装置，其特征在于：所述拖曳装置(5)包括拖曳伞(52)、收纳箱(51)和控制系统，所述拖曳伞(52)由柔性材料制成，所述收纳箱(51)可收纳所述拖曳伞(52)，所述取排水隧洞在线清理装置卡死时，所述控制系统控制所述拖曳伞(52)从收纳箱(51)弹出张开，所述拖曳伞(52)利用水流冲击力将所述取排水隧洞在线清理装置从卡死位置拖走。

9.根据权利要求8所述的取排水隧洞在线清理装置，其特征在于，所述控制系统包括：

传感器(531)，安装于取排水隧洞在线清理装置上，用于测量取排水隧洞在线清理装置在隧洞中的停留时长；

控制器(532)，与所述传感器(531)电连接，用于当获取的停留时间长于设定时长时，发出开关开启信号，所述设定时长为取排水隧洞在线清理装置不卡死状况下穿过隧洞所需时长；

收纳箱开关(533)，安装于所述收纳箱(51)上，且与所述控制器(532)电连接，用于根据所述控制器(532)发出的开关开启信号来开启开关，以利用所述拖曳伞(52)大的流体冲击力将取排水隧洞在线清理装置从隧洞内移出。

10.一种取排水隧洞在线清理方法，其特征在于，将如权利要求5-9任意一项所述的取排水隧洞在线清理装置置于所述取排水涵洞中，使所述清洗组件(3)冠部可弹性地抵持在所述隧洞内壁面，开启核电站运行开关，涵洞内水流驱动所述叶轮(22)旋转，从而带动驱动轴(21)旋转，所述驱动轴(21)直接驱动所述清洗组件(3)，所述清洗组件(3)将污染物从隧洞表面剥离，所述支撑座(1)在推动力作用下沿所述隧洞的水流方向做直线运动。