CN109663789B - 垂直长管道吊装式钢丝清污装置及其清污方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种垂直长管道吊装式钢丝清污装置及其清污方法，清污装置包括电磁环、张腿式卡瓦、清污器主体外壳、吊装钢丝、电缆和电动机。清污器主体外壳包括电磁铁、位于清污器主体外壳内部的孔道、位于清污器主体外壳底部的喷嘴和设置在清污器主体外壳的外壁上的组合扶正器，电磁铁能与电磁环通过磁力相连接或者分离，孔道与输水管相连通。本发明的清污方法利用清污器主体外壳外端面的组合扶正器、电磁环上的顺向活动滑轮实现装置在施工管道内部居中和顺畅移动，综合旋转软钢丝的磨削作用、超声波发生器空化作用、喷嘴射流作用提高工作效率，能够有效地实现在垂直长管道壁面及内部固体物质的清除。

Description

垂直长管道吊装式钢丝清污装置及其清污方法

技术领域

本发明涉及垂直管道内部固体物质清除领域，尤其是涉及一种垂直长管道、或者垂直超长管道吊装式钢丝清污装置及其清污方法。

背景技术

石油工程和储运工程管道、生活管道、工业管道中存在大量管道垂直安装的情形，当管道内部沉积固体物质较多且需要被清除时，目前常采用的方法包括机械方法和化学方法，其中机械方法多是基于将垂直管道起出或拆卸、放置水平后，在地面利用清污装置进行管道内部固体物质清除。机械方法清污装置主要分为两种类型，一类是基于固定一端或固定两端的弹性伸缩+旋转式喷射或切割方法，一类是主动或被动前进式的旋转喷射或切割方法。然而，对于部分无法进行拆卸的垂直管道，或起升、拆卸成本较高的垂直管道而言，尤其是垂直长管道，现有依赖于水平地面施工的机械方法清污装置则无法顺利完成垂直管道内部物质清除；这要求将清污装置吊装至管道内部的清污位置，一边下放装置，一边利用射流或切割方法进行固体物质清除。另一方面，现有依赖于水平地面施工的机械方法清污装置适用管道长度通常较短，难以适应具有一定复杂工况的垂直长管道内部固体物质清除要求，清污装置需要能够在垂直长管道内部施工，能够探明清污位置，且必须保证施工过程中不会出现卡死、损坏施工管道等问题。

垂直长管道吊装式钢丝清污装置通过吊装钢丝实现装置在长管道内部的施工，利用清污器主体外壳外端面的组合扶正器、电磁环上的顺向活动滑轮实现装置在施工管道内部居中，防止卡死，利用变向短节适应垂直管道具有一定小幅变化斜率要求，利用张腿式卡瓦、电磁环上的顺向活动滑轮适应施工管道入口处具有较短水平管道的情况，实现吊装钢丝、电缆、输水管的由水平至垂直方向的顺利变向；利用强度低于施工管道强度的软钢丝对固体物质磨削清除，避免损坏施工管道，使用软钢丝具有设计简单、易替换的特点，提高装置重复利用率和适用性，同时利用超声波发生器空化作用、喷嘴射流作用辅助固体物质清除，提高清除效率。

综上，虽然目前存在非常多形式的机械方法管道清污装置，但清污装置基于在水平地面施工，缺少适应长垂直管道内部固体物质清除的装置，尤其是设计合理、操作简单、适应性强的垂直长管道吊装式钢丝清污装置及其有效的清污方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有试验装置和技术中的不足，提供一种设计合理、操作简单、适应性强的垂直长管道吊装式钢丝清污装置及其清污方法。

为实现上述目的，本发明是根据以下技术方案实现的：提供一种垂直长管道吊装式钢丝清污装置，其包括电磁环、张腿式卡瓦、清污器主体外壳、吊装钢丝、电缆和电动机，所述电磁环安装在张腿式卡瓦的上部，所述电磁环包括凸台、安装在所述凸台的顺向活动滑轮以及带有圆环的支腿，所述圆环分别套在张腿式卡瓦的张立腿上；所述清污器主体外壳包括电磁铁、位于清污器主体外壳内部的孔道、位于清污器主体外壳底部的喷嘴和设置在清污器主体外壳的外壁上的组合扶正器，所述电磁铁能与电磁环通过磁力相连接或者分离，所述孔道与输水管相连通；所述吊装钢丝包括第一吊装钢丝和第二吊装钢丝，第一吊装钢丝与张腿式卡瓦连接，第二吊装钢丝的第一端与清污器主体外壳相连接，第二吊装钢丝的第二端与绞车相连接；所述电缆包括第一电缆和第二电缆，第一电缆与电动机连接，第二电缆与清污器主体外壳连接，以及所述电动机通过旋转轴与清污器主体外壳和清洁单元连接，清洁单元安装在旋转轴的下部。

进一步，所述电动机的上部安装万向轴，电动机通过万向轴与位于其上部的起变向作用的变向短节连接；第一电缆通电时能控制电动机以及下部的旋转轴和清洁单元的运转。

进一步，所述清污器主体外壳还包括卡槽、吊环、超声波发生器、照明装置和摄像头，第二电缆依次与电磁铁、超声波发生器、照明装置、摄像头以串联或并联方式进行连接；第二电缆通电时电磁铁与电磁环通过磁力相连，至张腿式卡瓦工作位置时，第二电缆断电，实现电磁铁与电磁环分离；清污器主体外壳的外端面设有多个卡槽，卡槽呈轴对称分布；清清污器主体外壳的内部钻有多个孔道，孔道的数量为至少2个，每个孔道的末端均装有形成强力射流冲击的喷嘴；清污器主体外壳的下部安装超声波发生器、照明装置和摄像头，超声波发生器利用空化作用辅助清除固体物质，照明装置和摄像头用于探测施工管道，清污器主体外壳至清污位置时，第二电缆通电，实现超声波发生器、照明装置和摄像头运行。

可优选的是，所述变向短节为圆环状，顶部和底部各通过两个杆与中心处圆环连接在一起，圆环内部连接万向轴；变向短节的外端面设有多个卡槽，两端各连接有2个吊环，从而当施工管道具有变化的斜率且内径变化小时有利于清污器主体外壳通过管道。

可优选的是，所述组合扶正器由多个中间带滚轮的饶性钢片组成，饶性钢片的数量大于 3个，饶性钢片的两端可插到清污器主体外壳的卡槽里和变向短节的卡槽中。

可优选的是，所述饶性钢片的数量为3个时，3个饶性钢片形成120°相位的组合扶正器；或者当饶性钢片的数量为4个时，4个饶性钢片形成90°相位的组合扶正器；或者当饶性钢片的数量为8个时，8个饶性钢片形成联合相位的组合扶正器。

可优选的是，所述张腿式卡瓦包括三个具有卡瓦点的张立腿和一个环形座，三个张立腿与环形座之间可以转动地连接；张腿式卡瓦能依靠自身重力实现卡瓦点锁紧在施工管道内壁；第一张立腿连接第一吊装钢丝，利用第一吊装钢丝对张腿式卡瓦的张立腿进行上提时，带动张腿式卡瓦解除锁紧状态。

可优选的是，所述电磁环的下部连接三个支腿，各支腿的末端均带有圆环，圆环分别套在张立腿上；电磁环的上部设有所述凸台，凸台的上缘具有向电磁环内部伸出、绕凸台上缘进行转动的所述顺向活动滑轮，输水管、电缆、第二吊装钢丝穿过电磁环的内部且卡到顺向活动滑轮上，实现下部工具即使方位改变仍能维持第二吊装钢丝保持居中状态；利用第二吊装钢丝对清污器主体外壳进行上提时，清污器主体外壳的顶部顶到电磁环的上部凸台处，带动电磁环向上运动，并使张腿式卡瓦的张立腿收缩，实现张腿式卡瓦解除锁紧状态以及上提。

可优选的是，所述输水管连接至清污器主体外壳的内部孔道的上方入口处，注入水由输水管、孔道的上方入口分散到多个孔道里，再经由喷嘴喷出，用于冲刷从施工管道清除下来的固体物质、并给清洁单元降温。

另一方面，本发明还提供一种利用上述垂直长管道吊装式钢丝清污装置进行的清污方法，包括如下步骤：

步骤S1、安装清污装置，清污器主体外壳与电磁环、张腿式卡瓦分离，其过程如下：

S101、清污装置连接：根据施工管道尺寸和形状，选择清污器主体外壳，使清污器主体外壳的最大外径小于施工管道内径，并根据施工管道具有的水平长度或垂直部分具有变化斜率的情况，选择并安装变向短节；安装清洁单元的软钢丝至旋转清洁头上，安装组合扶正器、喷嘴至清污器主体外壳的上面，旋转清洁头和清污器主体外壳，电动机通过旋转轴连接，在电动机上部安装变向短节；将电缆穿过电磁环、变向短节的吊环连接至电动机和清污器主体外壳，将输水管穿过电磁环、变向短节的吊环连接至清污器主体外壳；连接张腿式卡瓦和电磁环，且电磁环与清污器主体外壳上的电磁铁进行磁力连接；连接吊装钢丝分别至张腿式卡瓦和清污器主体外壳；

S102、清污装置测试：对连接好的清污装置进行提升，使得软钢丝离开地面，调节电动机至低转速且对第一电缆通电，确保旋转轴、旋转清洁头正常转动，对第一电缆断电；

S103、清污装置下放：由施工管道入口处对清污装置下放；清污装置下放过程中速度小于0.5m/s，遇转弯处下放速度小于0.1m/s；

S104、清污器主体外壳与电磁环、张腿式卡瓦分离：对第二电缆通电，清污器主体外壳上的电磁铁失去磁力，清污器主体外壳与电磁环和张腿式卡瓦分离，电磁环和张腿式卡瓦利用自身重力下行，张立腿上的卡瓦点与施工管道接触，并实现张腿式卡瓦卡在施工管道内壁，固定住第一吊装钢丝；利用绞车对第二吊装钢丝以及下部的电动机、清污器主体外壳继续下放，下放预设距离后对第二电缆通电，利用清污器主体外壳上的照明装置、摄像头探明清污位置，至电动机和清污器主体外壳下行至清污位置时停止下放装置；

步骤S2、启动清污装置，其具体过程如下：

S201、清污装置运转、清除壁面固体物质：向输水管输水，对第一电缆通电，使得电动机、旋转清洁头、软钢丝正常运转，软钢丝在转动过程中变形、伸长，软钢丝利用磨削作用、超声波发生器利用空化作用以及喷嘴的射流作用共同实现固体物质从施工管道壁面清除；

S202、清污装置下行，清除下部管道固体物质：待原位置施工管道内部的固体物质被清除以后，利用照明装置、摄像头继续进行探测，下放第二吊装钢丝，根据步骤S201对下方施工管道内的固体物质依次清除；清除作业完毕后或软钢丝被磨损至无法继续进行清除作业时，对第一电缆断电；

步骤S3、提升清污装置，其过程如下：

S301、清污器主体外壳上提：利用第二吊装钢丝对清污器主体外壳进行上提，清污装置上提速度小于0.5m/s，遇转弯处上提速度小于0.1m/s；

S302、张腿式卡瓦与电磁环上提：当清污器主体外壳上提过程中碰到电磁环上的凸台时，利用绞车对第二吊装钢丝进行上提，使得电磁环上行并带动张腿式卡瓦上行，解除张腿式卡瓦的卡紧状态；单独利用第二吊装钢丝的上提时，利用第一吊装钢丝对张腿式卡瓦的张力腿进行上提，解除张腿式卡瓦的卡紧状态；继续利用第二吊装钢丝上提装置离开施工管道入口处。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、清污装置设计合理，使用操作简单，易回收，防止下放或回收过程装置对施工管道的冲击，清洁核心部件易替换，可重复利用性高。

2、实用价值高，对垂直长管道工况适应性强，本发明利用吊装式方法和旋转软钢丝来实现垂直长管道内部固体物质清除的清污装置，通过吊装钢丝实现装置在长管道内部的施工，管道长度可介于几米至几百米，利用清污器主体外壳外端面的组合扶正器、电磁环上的顺向活动滑轮实现装置在施工管道内部居中，防止卡死，利用变向短节适应垂直管道具有一定小幅变化斜率要求，利用张腿式卡瓦、电磁环上的顺向活动滑轮适应施工管道入口处具有较短水平管道的情况，实现吊装钢丝、电缆、输水管的由水平至垂直方向的顺利变向；利用强度低于施工管道强度的软钢丝对固体物质磨削清除，避免损坏施工管道，使用软钢丝具有设计简单、易替换的特点，提高清污装置重复利用率和适用性。

3、为进一步降低对施工管道的损伤，还可在软钢丝上串接清洁球或毛刷或者带有吸尘效果的抽吸元件，从而实现既作为清洁单元的有效去除管道内杂物，又避免对管道的损失。

4、适用于多种变径低斜率的管道。通过张立腿和卡瓦、变向短节的结构设计，使得清污装置可通过变径、具有小幅变化斜率的管道，防止钢丝绳在下放与放置点间出现卡住现象的长的垂直管道内部、利用水射流方法难以清除的固体物质的清除。

5、清除效率高，综合旋转软钢丝的磨削作用、超声波发生器空化作用、喷嘴射流作用共同实现固体物质清除。

综上，本发明设计合理、操作简单、适应性强，利用吊装式方法和旋转清洁单元来实现垂直长管道内部固体物质清除，通过下放清污装置，清污器主体外壳与电磁环、张腿式卡瓦分离，装置启动以及边清除固体物质、边继续下放清污装置。操作结束与清污装置上提，有效实现固体物质清除目的，利用多种防护措施预防垂直长管道内部再次施工问题，有效解决目前机械方法管道清污装置时依赖起出或拆卸施工管道、清污装置在水平地面施工的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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它附图。

图1为本发明垂直长管道吊装式钢丝清污装置的整体使用状态示意图；

图2为本发明垂直长管道吊装式钢丝清污装置中张腿式卡瓦和电磁环使用状态示意图；

图3为本发明垂直长管道吊装式钢丝清污装置中顺向活动滑轮的示意图；

图4为本发明垂直长管道吊装式钢丝清污装置上提或下放过程电磁环与清污器主体外壳保持磁力吸引连接的详细使用状态示意图；

图5为本发明垂直长管道吊装式钢丝清污装置中变向短节的示意图；

图6A、6B和6C为本发明组合扶正器不同饶性钢片的数量时，形成120°相位、90°和联合相位的的示意图；

图7为本发明垂直长管道吊装式钢丝清污装置中清污器主体外壳的示意图；

图8为本发明垂直长管道吊装式钢丝清污装置中清污器主体外壳内部孔道的剖视图；以及

图9为本发明进行垂直长管道吊装式简易钢丝清污试验的方法流程图。

附图标记说明：

1-吊装钢丝； 2-电缆； 3-输水管；

4-张腿式卡瓦； 5-电磁环； 6-顺向活动滑轮；

7-变向短节； 8-电动机； 9-清污器主体外壳；

10-组合扶正器； 11-旋转轴； 12-旋转清洁头；

13-软钢丝； 14-喷嘴； 15-绞车；

16-万向轴； 21-第一电缆； 22-第二电缆；

41-张腿式卡瓦上的卡瓦点； 42-第一张立腿； 43-张腿式卡瓦上的环形座；

51-电磁环上的支腿； 52-电磁环上的圆环； 53-电磁环上的凸台；

71-变向短节上的杆； 72-变向短节中心处圆环； 73-变向短节上的卡槽；

74-变向短节上的吊环； 91-清污器主体外壳上的电 92-清污器主体外壳磁铁； 上的卡槽；

93-清污器主体外壳上的 94-清污器主体外壳内部的 95-超声波发生器；

吊环； 孔道；

96-照明装置； 97-摄像头； 101-第一吊装钢丝；

102-第二吊装钢丝； 103-滚轮； 104-饶性钢片。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1、图2、图3和图4所示的垂直长管道吊装式钢丝清污装置，包括吊装钢丝1、电缆2、输水管3、张腿式卡瓦4、电磁环5、顺向活动滑轮6、变向短节7、电动机8、清污器主体外壳9以及其上的电磁铁91、组合扶正器10、旋转轴11、旋转清洁头12、软钢丝13、喷嘴14、绞车15，其中，电磁环5安装在张腿式卡瓦4上部，变向短节7安装在电动机8的上方，吊装钢丝1包括第一吊装钢丝101和第二吊装钢丝102，第一吊装钢丝101与张腿式卡瓦4连接，第二吊装钢丝102与清污器主体外壳9连接，电缆2包括第一电缆21和第二电缆22，第一电缆21与电动机8连接，第二电缆22与清污器主体外壳9连接，输水管3通过清污器主体外壳9内部的孔道与喷嘴14沟通，顺向活动滑轮6安装在电磁环5上，组合扶正器10挂在清污器主体外壳9的外面，电动机8通过旋转轴11与清污器主体外壳9。清洁单元包括旋转清洁头12和软钢丝13。旋转清洁头12安装在旋转轴11的下部，软钢丝13固定在旋转清洁头12下部，第二吊装钢丝102与绞车15相连。

本实施例中，吊装钢丝1强度应满足克服下部工具重力、旋转剪切造成的疲劳应力，施工过程中装置需浸没至水下作业时，对电缆2的接头作好密封措施，输水管3采用高柔性的树脂管；电缆2、输水管3的长度应有盈余，长度大于清污位置至地面入口处的垂直距离。电动机8与清污器主体外壳9、旋转清洁头12的长度之和应不大于入口处具有水平部分的施工管道内径的1.4倍，以防装置送入过程被卡，为充分缩短装置长度，可将电动机8、旋转清洁头12嵌入至清污器主体外壳9中，并减少旋转轴11长度；绞车15具有足够重力能够悬吊第二吊装钢丝102及下部工具，施工过程中保证绞车不动。

本实施例中，电动机8的外径小于管道内径，两者间隙不小于5mm；当管道具有小幅效率变化时，在电动机8的上部安装万向轴16，电动机通过万向轴16与上部的变向短节7连接，通过变向短节7和万向轴16实现管道内部装置变向；第一电缆21连接至电动机8，下放装置至清污位置时，对第一电缆21通电，可控制电动机8以及下部的旋转轴11、旋转清洁头12、软钢丝13的运转。

如图7和图8所示，清污器主体外壳9包括电磁铁91、卡槽92、吊环93、孔道94、超声波发生器95、照明装置96、摄像头97。第二电缆22依次与电磁铁91、超声波发生器95、照明装置96、摄像头97以串联或并联方式进行连接。清污器主体外壳9的上部安装电磁铁 91，清污装置开始下放时第二电缆22通电且电磁铁91与电磁环5通过磁力相连，清污装置下放至张腿式卡瓦4工作位置时，第二电缆22断电，实现电磁铁91与电磁环5分离。

清污器主体外壳9的外端面设有多个卡槽92，卡槽92整体呈轴对称分布，卡槽92数量不少于18个；清污器主体外壳9的上端连接有2个吊环93，当施工的管道内径变化小、斜率变化较小时，清污器主体外壳9上端的2个吊环93直接连接第二吊装钢丝102，当施工管道具有变化的斜率时且内径变化小时，清污器主体外壳9上端的2个吊环93通过钢丝与变向短节7下端的2个吊环74连接。清污器主体外壳9的内部钻有多个孔道94，孔道94的数量不少于2个，每个孔道94的末端均装有形成强力射流冲击的喷嘴14。清污器主体外壳9的下部安装超声波发生器95、照明装置96和摄像头97，超声波发生器95利用超声效应辅助清除固体物质，照明装置96和摄像头97用于探测施工管道，装置下放至清污位置时，第二电缆22通电，实现超声波发生器95、照明装置96、摄像头97正常运行。

本实施例中，清污器主体外壳9为圆柱状。超声波发生器95数量为1个，安装在清污器主体外壳9的外端面下部末端；照明装置96数量为2个，摄像头97数量为1个，照明装置96、摄像头97安装在清污器主体外壳9的下端面，且与喷嘴14间隔分布。孔道94、喷嘴14 的数量均为3个，喷嘴14的中轴线与清污器主体外壳9的中轴线具有夹角，注入水流经喷嘴 14后能射流至软钢丝13的末端；卡槽92的数量为18个，上、下各9个。施工过程中装置需浸没至水下作业时，对电动机8、电磁铁91、超声波发生器95、照明装置96、摄像头97 作好密封措施。吊环93被连接至清污器主体外壳9的两端，装置使用前，检查吊环93强度，防止脱落事故发生，如吊环93已有松动或强度下降，进行重新连接。

如图5所示，变向短节7为圆环状，顶、底部各通过两个杆71与中心处圆环72连接在一起，圆环内部连接万向轴16。变向短节7的外端面的加工处理方式与清污器主体外壳9外端面相同，变向短节7的外端面设有多个卡槽73、两端各连接有2个吊环74；当施工管道内径变化小、斜率变化较小时，安装小外径的变向短节7，当施工管道具有变化的斜率时且内径变化小时，变向短节7的数量为一个或多个，第二吊装钢丝102连接在最上部的变向短节 7的上端吊环74处。

本实施例中，变向短节7的数量为1个，吊环74被连接至变向短节7的两端，清污装置使用前，检查吊环74强度，防止脱落事故发生，如吊环74已有松动或强度下降，进行重新连接；卡槽73的数量为18个，上端和下端各设置9个。

如图1、图4和图6A-6C所示，组合扶正器10由多个中间带滚轮103的饶性钢片104组成，每个组合扶正器10的饶性钢片104的数量不少于3个，饶性钢片104两端可插到清污器主体外壳9的卡槽92里。如图6A所示，3个饶性钢片104形成120°相位的组合扶正器10。如图6B所示，4个饶性钢片104形成90°相位的组合扶正器10。如图6C所示，8个饶性钢片104形成联合相位的组合扶正器10。本图1所示的实施例中，滚轮103的数量为3个，滚轮103可由人工树脂制成，分别嵌至3个饶性钢片中部，3个饶性钢片形成120°相位的组合扶正器10。组合组合扶正器10在工作过程中的作用是：保持清污器主体外壳9、旋转清洁头 12、软钢丝13居中，实现施工管道内部固体物质的均匀清除，减缓装置使用期间与施工管道内部壁面的冲击。同时，变向短节7的卡槽73中也设有组合扶正器10。

本实施例中，输水管3的数量为一条，输水管3连接至清污器主体外壳9内部孔道94的上方入口处，注入水由输水管3、孔道94的上方入口分散到三个孔道94里，再经由喷嘴14喷出，用于冲刷从施工管道避免清除下来的固体物质，同时给工作时的旋转清洁头12与软钢丝13降温。

如图2和图3所示，张腿式卡瓦4包括三个具有卡瓦点41的张立腿42与一个环形座43，三个张立腿42与环形座43之间采用螺纹连接且可以转动；张腿式卡瓦4自身重力实现卡瓦点41锁紧在施工管道内壁；其中第一张立腿42连接第一吊装钢丝101，利用第一吊装钢丝101对张腿式卡瓦的第一张立腿42进行上提时，辅助带动张腿式卡瓦4解除锁紧状态。本实施例中，张腿式卡瓦4为不锈钢制，卡瓦点41为带有多条横向条纹的卡瓦。

本实施例中，电磁环5的下部连接三个支腿51，支腿51的末端均带有圆环52，圆环分别套在张立腿42上；电磁环5的上部具有凸台53，凸台53的上缘具有向电磁环5内部伸出、绕凸台53上缘进行转动的顺向活动滑轮6，输水管3、电缆2、第二吊装钢丝102穿过电磁环5的内部且卡到顺向活动滑轮6上，实现下部工具即使方位改变仍能维持第二吊装钢丝102保持居中状态，即第二吊装钢丝102基本位于施工管道的中心轴线处；利用第二吊装钢丝102 对清污器主体外壳9进行上提时，清污器主体外壳9的顶部顶到电磁环5上部凸台53处，带动电磁环5向上运动、张腿式卡瓦4的张立腿42收缩，实现张腿式卡瓦4解除锁紧状态以及上提。

本实施例中，软钢丝13为绕制成螺旋形状的低碳钢丝，其耐磨性高于施工管道内壁的固体物质、低于施工管道，低转速旋转时软钢丝13易弯曲、初始长度大于施工管道内径，高转速旋转时软钢丝13依靠磨削作用清除固体物质；软钢丝13的数量为2个，对称安装在旋转清洁头12下部，当软钢丝13被磨损至接近施工管道内径时，更换新的软钢丝13。

如图9所示，本发明还公开一种垂直长管道吊装式钢丝清污装置进行的清污方法，包括以下步骤：

步骤S1、安装清污装置，清污器主体外壳与电磁环、张腿式卡瓦分离，其过程如下：

S101、清污装置连接：根据施工管道尺寸和形状，选择清污器主体外壳9，要求清污器主体外壳9的最大外径小于施工管道内径，对于施工管道具有较小的水平长度或垂直部分具有一定变化斜率，安装变向短节7；安装软钢丝13至旋转清洁头12上，安装组合扶正器10、喷嘴14至清污器主体外壳9的上面，旋转清洁头12、清污器主体外壳9、电动机8通过旋转轴连接，在电动机8上部安装变向短节7；将电缆2穿过电磁环5、变向短节7的吊环74连接至电动机8和清污器主体外壳9，将输水管3穿过电磁环5、变向短节7的吊环74连接至清污器主体外壳9；连接张腿式卡瓦4、电磁环5，且电磁环5与清污器主体外壳9上的电磁铁91进行磁力连接；连接吊装钢丝1至张腿式卡瓦4、清污器主体外壳9。

S102、清污装置测试：对连接好的装置进行小幅提升，使得软钢丝13离开地面，调节电动机8至低转速且对第一电缆21通电，确保旋转轴11、旋转清洁头12正常转动，对第一电缆21断电；

本实施例中，装置测试过程中电动机转速小于2r/s，保证旋转轴11、旋转清洁头12正常转动的同时，清污器主体外壳9无明显振动或反转；

S103、清污装置下放：由施工管道入口处对装置缓慢下放；如施工管道具有较小的水平长度，将装置推送至转弯处并逐渐降低推送速度，防止在转弯处装置被卡，待装置安全进入垂直部分后小幅下放装置。

本实施例中，装置下放过程中速度小于0.5m/s，遇转弯处或易被卡位置处下放速度小于 0.1m/s；施工管道具有较小的水平长度,利用大于施工管道水平长度的横杆将装置推送到垂直管道中。

S104、清污器主体外壳9与电磁环5、张腿式卡瓦4分离：对第二电缆22通电，清污器主体外壳9上的电磁铁91失去磁力，清污器主体外壳9与电磁环5、张腿式卡瓦4分离，电磁环5和张腿式卡瓦4利用自身重力下行，张立腿42上的卡瓦点41与施工管道接触，并实现张腿式卡瓦4卡在施工管道内壁，固定住第一吊装钢丝101；利用绞车15对第二吊装钢丝 102以及下部的电动机8、清污器主体外壳9继续下放，下放一段距离后对第二电缆22通电，利用清污器主体外壳9上的照明装置96、摄像头97探明清污位置，至电动机8和清污器主体外壳9下行至清污位置时停止下放装置。

步骤S2、启动清污装置，边清除固体物质，边继续下放装置，其实验过程如下：

S201、清污装置运转、清除壁面固体物质：向输水管3输水，对第一电缆21通电，使得电动机8、旋转清洁头12、软钢丝13正常运转，软钢丝13在转动过程中变形、伸长，软钢丝13利用磨削作用、超声波发生器95利用空化作用以及喷嘴14的射流作用共同实现固体物质从施工管道壁面清除，同时由于软钢丝13材料强度小于施工管道强度，而保障施工管道不被软钢丝13划伤；

S202、清污装置下行，清除下部管道固体物质：待原位置施工管道内部的固体物质被清除以后，利用照明装置96、摄像头97继续进行探测，下放第二吊装钢丝102，根据步骤S201 对下方施工管道内的固体物质依次清除；清除作业完毕后或软钢丝13被磨损至无法继续进行清除作业时，对第一电缆21断电。

本实施例中，需要对软钢丝进行提前测试其耐磨性，施工过程中利用摄像头97观察软钢丝13长度、施工管道内部固体物质清除程度，固体物质清除效率明显下降时需要更换软钢丝 13，对于垂直管道长度较小的情况，尽量减少软钢丝13更换，以节省更换软钢丝13所用的附加上提、下放时间，节省施工总时间。

步骤S3、提升清污装置，其过程如下：

S301、清污器主体外壳上提：利用第二吊装钢丝102缓慢对清污器主体外壳9进行上提，上提过程中遇施工管道具有变化斜率的位置处时，降低上提速度，保障装置安全通过；

本实施例中，装置上提速度不大于0.5m/s，遇转弯处或易被卡位置处上提速度小于0.1m/s。

S302、张腿式卡瓦与电磁环上提：当清污器主体外壳9上提过程中碰到电磁环5上的凸台53时，利用绞车15对第二吊装钢丝102进行上提，使得电磁环5上行、带动张腿式卡瓦4上行，解除张腿式卡瓦4的卡紧状态；单独利用第二吊装钢丝102的上提作用无法实现张腿式卡瓦4解除卡紧状态时，利用第一吊装钢丝101对张腿式卡瓦4的张力腿42进行上提，解除张腿式卡瓦4的卡紧状态；继续利用第二吊装钢丝102上提装置离开施工管道入口处。

本实施例中，利用清污器主体外壳9带动电磁环5上的凸台53，实现张腿式卡瓦4的卡紧状态解除时，避免硬性撞击，以免损伤凸台53，造成脱落问题；第一吊装钢丝101对张力腿42进行上提，采用快拉快放的方式解除张腿式卡瓦4的卡紧状态，当第一吊装钢丝101强度较小时避免快速猛烈上提，以免造成断裂，可通过增加第一吊装钢丝101的数量或直径以其增加强度。

综上，本发明在清污装置安装、清污装置使用后，用吊装钢丝下放装置，利用电缆实现清污器主体外壳与电磁环、张腿式卡瓦分离，做好施工管道内部固体物质清除前准备工作；利用吊装钢丝装置边继续下放装置，利用电缆控制小型发电机、旋转轴、旋转清洁头、软钢丝的旋转启动，边清除固体物质，综合旋转软钢丝的磨削作用、超声波发生器空化作用、喷嘴射流作用，提高清除效率。最后，施工结束，关闭装置，依次实现清污器主体外壳和张腿式卡瓦、电磁环上提，并解除张腿式卡瓦的卡紧状态，从施工管道入口处重新起出装置。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种垂直长管道吊装式钢丝清污装置，其特征在于：包括电磁环、张腿式卡瓦、清污器主体外壳、吊装钢丝、电缆和电动机，

所述电磁环安装在张腿式卡瓦的上部，所述电磁环包括凸台、安装在所述凸台的顺向活动滑轮以及带有圆环的支腿，所述圆环分别套在张腿式卡瓦的张立腿上；

所述清污器主体外壳包括电磁铁、位于清污器主体外壳内部的孔道、位于清污器主体外壳底部的喷嘴和设置在清污器主体外壳的外壁上的组合扶正器，所述电磁铁能与电磁环通过磁力相连接或者分离，所述孔道与输水管相连通；

所述吊装钢丝包括第一吊装钢丝和第二吊装钢丝，第一吊装钢丝与张腿式卡瓦连接，第二吊装钢丝的第一端与清污器主体外壳相连接，第二吊装钢丝的第二端与绞车相连接；

所述电缆包括第一电缆和第二电缆，第一电缆与电动机连接，第二电缆与清污器主体外壳连接，以及

所述电动机通过旋转轴与清污器主体外壳和清洁单元连接，清洁单元安装在旋转轴的下部。

2.根据权利要求1所述的垂直长管道吊装式钢丝清污装置，其特征在于：所述电动机的上部安装万向轴，电动机通过万向轴与位于其上部的起变向作用的变向短节连接；第一电缆通电时能控制电动机以及下部的旋转轴和清洁单元的运转。

3.根据权利要求2所述的垂直长管道吊装式钢丝清污装置，其特征在于：所述清污器主体外壳还包括卡槽、吊环、超声波发生器、照明装置和摄像头，第二电缆依次与电磁铁、超声波发生器、照明装置、摄像头以串联或并联方式进行连接；第二电缆通电时电磁铁与电磁环通过磁力相连，至张腿式卡瓦工作位置时，第二电缆断电，实现电磁铁与电磁环分离；清污器主体外壳的外端面设有多个卡槽，卡槽呈轴对称分布；清污器主体外壳的内部钻有多个孔道，孔道的数量为至少2个，每个孔道的末端均装有形成强力射流冲击的喷嘴；清污器主体外壳的下部安装超声波发生器、照明装置和摄像头，超声波发生器利用空化作用辅助清除固体物质，照明装置和摄像头用于探测施工管道，清污器主体外壳至清污位置时，第二电缆通电，实现超声波发生器、照明装置和摄像头运行。

4.根据权利要求3所述的垂直长管道吊装式钢丝清污装置，其特征在于：所述变向短节为圆环状，顶部和底部各通过两个杆与中心处圆环连接在一起，圆环内部连接万向轴；变向短节的外端面设有多个卡槽，两端各连接有2个吊环，从而当施工管道具有变化的斜率且内径变化小时有利于清污器主体外壳通过管道。

5.根据权利要求4所述的垂直长管道吊装式钢丝清污装置，其特征在于：所述组合扶正器由多个中间带滚轮的饶性钢片组成，饶性钢片的数量大于3个，饶性钢片的两端能插到清污器主体外壳的卡槽里和变向短节的卡槽中。

6.根据权利要求5所述的垂直长管道吊装式钢丝清污装置，其特征在于：所述饶性钢片的数量为3个时，3个饶性钢片形成120°相位的组合扶正器；或者当饶性钢片的数量为4个时，4个饶性钢片形成90°相位的组合扶正器；或者当饶性钢片的数量为8个时，8个饶性钢片形成联合相位的组合扶正器。

7.根据权利要求3所述的垂直长管道吊装式钢丝清污装置，其特征在于：所述张腿式卡瓦包括三个具有卡瓦点的张立腿和一个环形座，三个张立腿与环形座之间可以转动地连接；张腿式卡瓦能依靠自身重力实现卡瓦点锁紧在施工管道内壁；第一张立腿连接第一吊装钢丝，利用第一吊装钢丝对张腿式卡瓦的张立腿进行上提时，带动张腿式卡瓦解除锁紧状态。

8.根据权利要求7所述的垂直长管道吊装式钢丝清污装置，其特征在于：所述电磁环的下部连接三个支腿，各支腿的末端均带有圆环，圆环分别套在张立腿上；电磁环的上部设有所述凸台，凸台的上缘具有向电磁环内部伸出、绕凸台上缘进行转动的所述顺向活动滑轮，输水管、电缆、第二吊装钢丝穿过电磁环的内部且卡到顺向活动滑轮上，实现下部工具即使方位改变仍能维持第二吊装钢丝保持居中状态；利用第二吊装钢丝对清污器主体外壳进行上提时，清污器主体外壳的顶部顶到电磁环的上部凸台处，带动电磁环向上运动，并使张腿式卡瓦的张立腿收缩，实现张腿式卡瓦解除锁紧状态以及上提。

9.根据权利要求8所述的垂直长管道吊装式钢丝清污装置，其特征在于：所述输水管连接至清污器主体外壳的内部孔道的上方入口处，注入水由输水管、孔道的上方入口分散到多个孔道里，再经由喷嘴喷出，用于冲刷从施工管道清除下来的固体物质、并给清洁单元降温。

10.一种利用权利要求3至9之一所述的垂直长管道吊装式钢丝清污装置进行的清污方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤S1、安装清污装置，使清污器主体外壳与电磁环、张腿式卡瓦分离，其具体步骤包括：

S101、清污装置连接：根据施工管道尺寸和形状，选择清污器主体外壳，使清污器主体外壳的最大外径小于施工管道内径，并根据施工管道具有的水平长度或垂直部分具有变化斜率的情况，选择并安装变向短节；安装清洁单元的软钢丝至旋转清洁头上，安装组合扶正器、喷嘴至清污器主体外壳的上面，旋转清洁头和清污器主体外壳，电动机通过旋转轴连接，在电动机上部安装变向短节；将电缆穿过电磁环、变向短节的吊环连接至电动机和清污器主体外壳，将输水管穿过电磁环、变向短节的吊环连接至清污器主体外壳；连接张腿式卡瓦和电磁环，且电磁环与清污器主体外壳上的电磁铁进行磁力连接；连接吊装钢丝分别至张腿式卡瓦和清污器主体外壳；

S102、清污装置测试：对连接好的清污装置进行提升，使得软钢丝离开地面，调节电动机至低转速且对第一电缆通电，确保旋转轴、旋转清洁头正常转动，对第一电缆断电；

S103、清污装置下放：由施工管道入口处对清污装置下放；清污装置下放过程中速度小于0.5m/s，遇转弯处下放速度小于0.1m/s；

S104、清污器主体外壳与电磁环和张腿式卡瓦分离：对第二电缆断电，清污器主体外壳上的电磁铁失去磁力，清污器主体外壳与电磁环和张腿式卡瓦分离，电磁环和张腿式卡瓦利用自身重力下行，张立腿上的卡瓦点与施工管道接触，并实现张腿式卡瓦卡在施工管道内壁，固定住第一吊装钢丝；利用绞车对第二吊装钢丝以及下部的电动机、清污器主体外壳继续下放，下放预设距离后对第二电缆通电，利用清污器主体外壳上的照明装置、摄像头探明清污位置，至电动机和清污器主体外壳下行至清污位置时停止下放装置；

步骤S2、启动清污装置，其具体步骤如下：

S201、清污装置运转、清除壁面固体物质：向输水管输水，对第一电缆通电，使得电动机、旋转清洁头、软钢丝运转，软钢丝在转动过程中变形、伸长，软钢丝利用磨削作用、超声波发生器利用空化作用以及喷嘴的射流作用共同实现固体物质从施工管道壁面清除；

S202、清污装置下行，清除下部管道固体物质：待原位置施工管道内部的固体物质被清除以后，利用照明装置、摄像头继续进行探测，下放第二吊装钢丝，根据步骤S201对下方施工管道内的固体物质依次清除；清除作业完毕后或软钢丝被磨损至无法继续进行清除作业时，对第一电缆断电；

步骤S3、提升清污装置，其过程如下：

S301、清污器主体外壳上提：利用第二吊装钢丝对清污器主体外壳进行上提，清污装置上提速度小于0.5m/s，遇转弯处上提速度小于0.1m/s；

S302、张腿式卡瓦与电磁环上提：当清污器主体外壳上提过程中碰到电磁环上的凸台时，利用绞车对第二吊装钢丝进行上提，使得电磁环上行并带动张腿式卡瓦上行，解除张腿式卡瓦的卡紧状态；单独利用第二吊装钢丝的上提时，利用第一吊装钢丝对张腿式卡瓦的张力腿进行上提，解除张腿式卡瓦的卡紧状态；继续利用第二吊装钢丝上提装置离开施工管道入口处。

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