CN107377541A

CN107377541A - 一种管道疏通机

Info

Publication number: CN107377541A
Application number: CN201710534646.1A
Authority: CN
Inventors: 马伟斌; 郭小雄; 马超锋; 付兵先; 安哲立; 王志伟; 邹文浩; 常凯; 赵鹏; 李尧; 张文达; 牛亚彬
Original assignee: China Academy of Railway Sciences Corp Ltd CARS; Railway Engineering Research Institute of CARS
Current assignee: China Academy of Railway Sciences Corp Ltd CARS; Railway Engineering Research Institute of CARS
Priority date: 2017-07-03
Filing date: 2017-07-03
Publication date: 2017-11-24

Abstract

本发明提供一种管道疏通机，包括水管，水管上连接有喷头，所述喷头包括与水管连接的轴部，以及设置在轴部外的喷头侧壁，所述喷头侧壁具有中空圆筒形状；所述喷头的轴部设置有后喷孔，所述后喷孔用于推动喷头前行，所述喷头侧壁上开有侧喷孔，所述侧喷孔用于清洗，侧喷孔的轴线垂直于后喷孔的轴线。所述喷头最前方设置有能旋转的钻头，起到切割堵塞体的作用。本发明提出的管道疏通机，针对户外铁路隧道埋设管道的自然沉积疏通，可实现对自然环境沉淀的碳酸钙、泥沙的有效疏通，疏通机的最大疏通长度达50m，可在不大于90°的弯角顺利通过。本发明的管道疏通机外观设计符合隧道使用环境要求，能够确保设备稳定工作。

Description

一种管道疏通机

技术领域

本发明属于铁路建设技术领域，具体涉及一种隧道埋设管道使用的管道疏通机。

背景技术

在隧道铺设和运行中，需要针对户外铁路隧道埋设管道的自然沉积进行疏通。由于地质条件复杂，加上隧道内岩溶水的侵蚀作用，造成多种隧道病害，影响隧道施工或威胁行车安全。隧道病害包括衬砌渗漏水、轨下基础破坏等，其中局部地段衬砌厚度不足,强度不够,部分地段衬砌背后存在空洞、松散回填物及富水等病害情况。轨下基础破坏导致翻浆冒泥甚至涌水涌泥。中心水沟涌水涌泥导致泥沙淤积排水不畅，使水沟淤塞严重，过水断面减小，排水阻力增加，严重影响了水沟排水。

疏通隧道的排水系统是解决隧道沉积的重要措施。管道疏通机以水力进行清洗，针对的物质主要是自然环境沉淀的碳酸钙、泥沙。现有市场上的管道疏通机存在性能不够稳定、在隧道内使用不方便等不足之处。

发明内容

针对现有技术的不足之处，本发明的目的是提出一种管道疏通机。

本发明的另一个目的是提出所述管道疏通机的应用。

实现本发明上述目的的技术方案为：

一种管道疏通机，包括水管，水管上连接有喷头，

所述喷头包括与水管连接的轴部，以及设置在轴部外的喷头侧壁，所述喷头侧壁具有中空圆筒形状；

所述喷头的轴部设置有后喷孔，所述后喷孔用于推动喷头前行，所述喷头侧壁上开有侧喷孔，所述侧喷孔用于清洗，侧喷孔的轴线垂直于后喷孔的轴线。所述喷头最前方设置有能旋转的钻头，起到切割堵塞体的作用。

进一步地，所述轴部与喷头侧壁之间设置有轴承，轴承位于喷头侧壁的前端和/或后端；

和/或，轴部与喷头侧壁之间设置有O型密封圈。

优选地，所述轴部与喷头侧壁之间设置有2个轴承，分别位于喷头侧壁的前端和后端；

喷头侧壁长度方向的中间部位设置侧喷孔，轴部与喷头侧壁之间设置有2个O型密封圈，所述O性密封圈分别位于前端轴承和侧喷孔之间、后端轴承和侧喷孔之间。

可选地，所述O性密封圈嵌于密封圈基座内，所述密封圈基座为环形，套置在喷头的轴部外，与轴部接触的内壁上开有嵌入密封圈的槽。

更优选地，所述钻头具有圆锥形顶部，圆锥的顶角为95～105°；所述轴部、钻头、喷头侧壁均为不锈钢材质。

所述管道疏通机包括全包覆式壳体，壳体的顶边和侧边为切割边或者弧形边，壳体下部设置有连接疏通管的管口，壳体侧壁上开有散热孔。和/或，

所述管道疏通机设置有一体式的框架，由直径2～5cm的圆管构成，框架上部位于壳体外部，构成管道疏通机的把手，框架位于壳体内的部分向下延伸至壳体底部。

其中，所述管道疏通机设置有三个车轮，前部为转向轮，后置2个承重轮，所述转向轮半嵌入管道疏通机的壳体。

其中，在所述壳体内设置有汽油机和水泵，所述汽油机的功率为5～13HP，转速为1500～3600rpm。

其中，所述水泵为柱塞泵，泵的最大出口压力为25MPa，流量为15～50L/min。所述水管内径为4～8mm，最大爆破压力45MPa。

进一步地，所述后喷孔和侧喷孔的孔径根据水泵和管路损失确定，确定管路损失的公式为：

其中：Re为雷诺数，

p为压力损失，MPa，q为流量，L/min，D为管内径，mm，

应用工程经验公式计算孔径：

其中：d-喷孔直径(mm)，q-流量(L/min)，p-压力(MPa)，n-喷孔数量(个)，η-喷嘴效率系数

计算确定后、侧喷孔孔径互相独立地为0.6～1.2mm。

本发明所述管道疏通机在铁路隧道建设中的应用。

本发明的有益效果在于：

本发明提出的管道疏通机，针对户外铁路隧道埋设管道的自然沉积疏通，可实现对自然环境沉淀的碳酸钙、泥沙的有效疏通，

疏通机的最大疏通长度达50m，可在不大于90°的弯角顺利通过。

本发明的管道疏通机外观设计符合隧道使用环境要求，能够确保设备稳定工作。

通过对喷头的计算、比较和优化，获得喷头的良好的自然前行能力，使得喷头不仅有前行动力，同时在遇到障碍时能够具有良好疏通性能。本疏通机喷头具有良好的清洗水流切割能力：可使得喷头对管壁污物的清洗和剥落；可对管壁进行360°清洗，确保没有死角。

附图说明

图1为实施例1喷头的结构简图，

图2为实施例2喷头结构简图，

图3为实施例3喷头结构简图，

图4为实施例4喷头结构简图，

图5为实施例5喷头结构简图，

图6为实施例6喷头没有设置钻头的结构简图，

图6a为实施例6喷头侧壁的结构示意图，图6b为实施例6喷头的钻头结构示意图，图6c为实施例6喷头轴部的结构示意图，图6d为实施例6组装结构示意图，

图7为实施例7喷头的结构简图，

图8为直管试验照片，

图9为管道疏通机外观，

图10为管道疏通机去掉壳体的照片。

图11a为管道疏通机框架的正视图，图11b为管道疏通机框架的侧视图，图11c为管道疏通机框架的俯视图，

图中，1为喷头，101为轴部，102为喷头侧壁，103为后喷孔，104为侧喷孔，105为前喷孔，106为密封轴承，107为密封圈，108为密封圈基座，109为钻头；

2为把手，3为壳体的顶边，4为LOGO，5为散热孔，6为壳体的侧边，7为前轮，8为连接水管的管口，9为管道疏通机框架。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例中，若无特别说明，所使用的方法均为本领域常规的方法。

实施例1喷头结构设计

如图1，喷头1为一体式结构，外观为圆柱造型。该喷头以测试自然前行能力为主，喷孔设置在喷头后部，设计为2个喷孔。用PVC直管进行试验(参见图8)

试验表现：

1.直管通过能力：通过标准PVC直管(长度4m)时间为1秒。

2.弯管通过能力：可通过不少于2个90°弯管。

出现问题：由于喷头的圆柱造型有棱边，在遇到管道接缝等垂直于管壁的障碍时会出现卡滞。

实施例2喷头结构设计

如图2，喷头1包括与疏通管连接的轴部101，以及设置在轴部外的喷头侧壁102，所述喷头的轴部设置有后喷孔103，所述后喷孔用于推动喷头前行，喷头侧壁上也开有向后的喷孔，该向后的喷孔与轴线角度增加，同时增大孔径，用以测试同一喷孔对前行能力和清洗能力的影响；

喷头侧壁102具有中空圆筒形状，外观设计喷头侧壁102具有倾斜度，提高过障能力；

增加前喷孔105。

试验表现：

1.直管通过能力：通过标准PVC直管(长度4m、内径50mm)时间为3秒。

2.弯管通过能力：可自行通过不少于2个90°弯管。

出现问题：

1.后喷孔孔径增大后，出口压力减小，使得喷头前行能力下降；

2.同一喷孔兼顾前行和清洗作用，分解了水流压力，使得喷头前行能力和清洗能力都出现下降。

实施例3喷头结构设计

如图3，结构上使用后喷孔103作用在推动喷头前行；设置可自由转动的侧喷孔104，测试不同压力下侧喷孔清洗能力和旋转能力。

试验表现：

1.喷头保持良好的通过能力；

2.侧喷孔可对管壁进行清洗。

出现问题：

由于侧喷头兼顾清洗管壁和推动喷头旋转作用，较低水压下，喷头可旋转，但清洗效果极差，增大水压后，清洗效果明显，但喷头不能旋转。后续改进围绕在保持喷头前行和清洗能力的前提下，可进行旋转清洗。

实施例4喷头结构设计

如图4，结构是在实施例3喷头的基础上，增加密封轴承106和密封圈107。

试验表现：

1.喷头出现渗漏；

2.喷头未能旋转。

出现问题：

1.密封轴承内圈和外圈在高水压下产生轴向相对运动，轴承卡死，不能旋转；

2.由于喷头内腔积聚的压力较大，密封轴承的密封圈变形，出现渗漏。

实施例5喷头结构设计

如图5，喷头1包括与疏通管连接的轴部101，以及设置在轴部外的喷头侧壁102，本实施例喷头侧壁为两段，均具有中空圆筒形状；所述喷头的轴部设置有后喷孔103，用于推动喷头前行，所述喷头侧壁上开有侧喷孔104，侧喷孔的轴线垂直于后喷孔的轴线。

本实施例例采用双密封轴承和多密封圈结构，轴承布置在压力腔两边，用以抵消压力腔在轴向上向两端的压力；侧喷孔布置位置远离轴线，增加出口水流作用在喷头的转矩。

试验表现：

1.密封效果得到改善，没有出现渗漏；

2.喷头未能旋转。

出现问题：为了保证密封，密封圈直径较大，同时与密封轴承的内圈和外圈接触，造成旋转阻力过大，影响喷头旋转。

实施例6喷头结构设计

如图6及图6a～图6d，喷头1包括与疏通管连接的轴部101，以及设置在轴部外的喷头侧壁102，喷头侧壁具有中空圆筒形状；喷头的轴部设置有后喷孔103，喷头侧壁上开有侧喷孔，侧喷孔的轴线垂直于后喷孔的轴线。所述轴部与喷头侧壁之间设置有2个密封轴承106，分别位于喷头侧壁的前端和后端；喷头侧壁长度方向的中间部位设置侧喷孔，轴部与喷头侧壁之间设置有2个O型密封圈107，所述O性密封圈分别位于前端轴承和侧喷孔之间、后端轴承和侧喷孔之间。喷头侧壁长39mm，材质为4Cr13不锈钢。轴部的材质为4Cr13不锈钢，。

为解决密封和旋转兼顾的问题，在各种形式的密封样本中进行甄选，最终挑选使用PARKER OR水用动密封环，该密封环可承受腔内高压，同时通过自润滑最大限度的减少轴-孔转动阻力；重新设计侧喷孔角度，使侧喷孔可置于喷头侧壁内，减少外凸部分。

喷头最前方设置有能旋转的钻头109，起到切割堵塞体的作用。钻头的顶角为101°，材质为4Cr13不锈钢。加上钻头的喷头长度为77.9mm。

试验表现：

1.可在最高工作压力下保持密封；

2.喷头能360℃旋转。

本设计喷头具有前行能力、完善的喷头压力腔密封、旋转阻力低，使得喷头旋转。

实施例7喷头结构设计

如图7，在实施例6喷头结构基础上，将OR圈的安装基座单独加工。本实施例喷头的O性密封圈嵌于密封圈基座108内，所述密封圈基座108为环形，套置在喷头的轴部外，与轴部接触的内壁上开有嵌入密封圈的槽。

实施例8管道疏通机

参见图9，一种管道疏通机，所述管道疏通机包括全包覆式壳体，壳体的顶边3和壳体侧边6为切割边，壳体下部设置有连接水管的管口8，壳体侧壁上开有散热孔5，壳体前部标有LOGO 4。把手2为黑色磨砂，壳体顶面、前面为黑色金属、侧面亮黄色设计，和黑色形成鲜明对比。

所述管道疏通机设置有三个车轮，前轮7为转向轮，后置2个承重轮，所述转向轮半嵌入管道疏通机的壳体。本管道疏通机设置有一体式的管道疏通机框架9(参见图11a至图11c，图中数值单位cm)，由直径3cm的圆管构成，框架上部伸出壳体外部，构成管道疏通机的把手2，框架位于壳体内的部分向下延伸至壳体底部。图11c框架弯角直径R均为3cm。

图10示出未放置壳体的照片，在壳体内设置有汽油机和水泵，所述汽油机的功率为5～13HP，转速为1500～3600rpm。水泵为柱塞泵，泵的最大出口压力为25MPa，流量为15～50L/min。水管内径为6mm，最大爆破压力45MPa。

后喷孔和侧喷孔的孔径根据水泵和管路损失确定，确定管路损失的公式为：

其中：Re为雷诺数，

△p为压力损失，MPa，q为流量，L/min，D为管内径，mm，

应用工程经验公式计算孔径：

因此确定侧、后喷孔孔径均为0.6mm。

喷头结构同实施例6。

本管道疏通机，对于管内径50-600mm的疏通管，实现最大疏通长度50m，可在不大于90°的弯角顺利通过，

外观设计符合隧道使用环境要求，能够确保设备稳定工作。

喷头有前行动力，同时在遇到障碍时能够具有良好疏通性能；喷头可对管壁进行360°清洗，确保没有死角。

实施例9管道疏通机

一种管道疏通机，所述管道疏通机包括全包覆式壳体，壳体的顶边3和壳体侧边6为切割边，壳体下部设置有连接水管的管口8，壳体侧壁上开有散热孔5，壳体前部标有LOGO4。把手2为黑色磨砂，壳体顶面为黑色亮面金属，侧面、前面为亮黄色设计，顶面的黑色亮面金属和主体亮黄色作区分，丰富细节。喷头结构同实施例6。

其他结构同实施例8。

实施例10管道疏通机

一种管道疏通机，所述管道疏通机包括全包覆式壳体，壳体的顶边3和壳体侧边6为切割边，壳体下部设置有连接水管的管口8，壳体侧壁上开有散热孔5，壳体前部标有LOGO4。把手2为黑色磨砂，壳体的主体为亮黄色，顶面和侧面有黑色亮面金属条形包裹，突出视觉安全性。喷头结构同实施例7。

其他结构同实施例8。

虽然，以上通过实施例对本发明进行了说明，但本领域技术人员应了解，在不偏离本发明精神和实质的前提下，对本发明所做的改进和变型，均应属于本发明的保护范围内。

Claims

1.一种管道疏通机，包括水管，水管上连接有喷头，其特征在于，

所述喷头的轴部设置有后喷孔，所述后喷孔用于推动喷头前行，所述喷头侧壁上开有侧喷孔，所述侧喷孔用于清洗，侧喷孔的轴线垂直于后喷孔的轴线，

所述喷头最前方设置有能旋转的钻头，起到切割堵塞体的作用。

2.根据权利要求1所述的管道疏通机，其特征在于，所述轴部与喷头侧壁之间设置有轴承，轴承位于喷头侧壁的前端和/或后端；

和/或，轴部与喷头侧壁之间设置有O型密封圈。

3.根据权利要求2所述的管道疏通机，其特征在于，所述轴部与喷头侧壁之间设置有2个轴承，分别位于喷头侧壁的前端和后端；

喷头侧壁长度方向的中间部位设置侧喷孔，轴部与喷头侧壁之间设置有2个O型密封圈，所述O性密封圈分别位于前端轴承和侧喷孔之间、后端轴承和侧喷孔之间；

优选地，所述O性密封圈嵌于密封圈基座内，所述密封圈基座为环形，套置在喷头的轴部外，与轴部接触的内壁上开有嵌入密封圈的槽。

4.根据权利要求1所述的管道疏通机，其特征在于，所述钻头具有圆锥形顶部，圆锥的顶角为95～105°；所述轴部、钻头、喷头侧壁均为不锈钢材质。

5.根据权利要求1～4任一项所述的管道疏通机，其特征在于，所述管道疏通机包括全包覆式壳体，壳体的顶边和侧边为切割边或者弧形边，壳体下部设置有连接水管的管口，壳体侧壁上开有散热孔；

和/或，

6.根据权利要求1～4任一项所述的管道疏通机，其特征在于，所述管道疏通机设置有三个车轮，前部为转向轮，后置2个承重轮，所述转向轮半嵌入管道疏通机的壳体。

7.根据权利要求1～4任一项所述的管道疏通机，其特征在于，在所述壳体内设置有汽油机和水泵，所述汽油机的功率为5～13HP，转速为1500～3600rpm。

8.根据权利要求1～4任一项所述的管道疏通机，其特征在于，所述水泵为柱塞泵，泵的最大出口压力为25MPa，流量为15～50L/min。所述水管内径为4～8mm，最大爆破压力45MPa。

9.根据权利要求1～4任一项所述的管道疏通机，其特征在于，所述后喷孔和侧喷孔的孔径根据水泵和管路损失确定，确定管路损失的公式为：

<mrow> <mi>&Delta;</mi> <mi>p</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mn>59.7</mn> <msup> <mi>q</mi> <mn>2</mn> </msup> </mrow> <mrow> <msup> <mi>D</mi> <mn>5</mn> </msup> <msubsup> <mi>R</mi> <mi>e</mi> <mn>0.25</mn> </msubsup> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

其中：Re为雷诺数，

△p为压力损失，MPa，q为流量，L/min，D为管内径，mm，应用工程经验公式计算孔径：

<mrow> <mi>d</mi> <mo>=</mo> <msqrt> <mfrac> <mi>q</mi> <mrow> <mn>0.658</mn> <mo>&times;</mo> <msqrt> <mrow> <mi>p</mi> <mo>-</mo> <mi>&Delta;</mi> <mi>p</mi> </mrow> </msqrt> <mo>&times;</mo> <mi>n</mi> </mrow> </mfrac> </msqrt> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

其中：d-喷孔直径(mm)，q-流量(L/min)，p-压力(MPa)，n-喷孔数量(个)，η-喷嘴效率系数。

10.权利要求1～9任一所述管道疏通机在铁路隧道建设及运营中疏通排水沟或排水管的应用。