CN110813963B - 一种喷水式自驱动螺旋行进罐壁智能清洗装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于清洗储罐内壁的喷水式自驱动螺旋行进罐壁智能清洗装置。它利用高压喷水、在储罐内壁螺旋前进对储罐进行喷射清洗。其技术方案：开关按钮装在防水外壳顶部与控制箱和水泵连接，在防水外壳两侧安装红外线传感器与控制箱连接，控制箱固定在防水外壳内部与4个电机连接；水泵前端连接进水管，后端连接出水管，出水管顶端安装喷嘴；固定板将旋转机构、电机A与防水外壳固定，旋转机构由电机、主动齿轮、从动齿轮、旋转外柱、滚柱、旋转內柱、旋转轴、偏转环组成；两组弹簧机构固定在防水外壳两侧，右侧弹簧B内部为伸缩杆及钢丝绳，左侧弹簧机构与右侧相同。本清洗装置用于多种尺寸大小的卧式或立式储罐内壁的清洗工艺，清洗效率高。

Description

一种喷水式自驱动螺旋行进罐壁智能清洗装置

技术领域

本发明涉及一种用于清洗储罐内壁的喷水式自驱动螺旋行进罐壁智能清洗装置,它利用高压喷水前进并清洗储罐内壁，适用于不同尺寸大小的储罐，属于罐壁自动清洗技术领域。

背景技术

储罐广泛应用在石油、化工、食用油等领域，有定期的清洁要求,一般程序为：蒸罐→人工铲除→高压水射流冲洗→喷砂。高压水射流清洗机已广泛用于换热器污垢的清理，但用于清理储罐内壁油垢及除锈还不多见。为了清洗储罐内油垢与石蜡等污染物最好采用加温高压水射流清洗机，添加各种溶剂可提高清洗效果，也可采用高压水加磨料射流清洗除锈。目前对小型储罐可应用三维旋转喷头，通过执行机构在整个罐内自动进行高压水射流清洗。我国储罐行业起步比较晚，储罐清洗技术与世界先进水平还存在一定的差距,自动化清洗技术尚未普及。随着石化工业发展，储罐不断增多增大，储罐内壁传统的清理技术已不能满足要求，因而必须吸收、借鉴与创新，采用新技术与新工艺，提高清理效率，改善操作条件。储罐尺寸大小不一，为方便清洁多种型号储罐，需要一种适用于不同尺寸储罐的清洗工具。随着我国对中大型储罐的大量建设和对安全问题的日益重视，安装拆卸方便、环保安全、智能高效清洁储罐是发展必然。

国内储罐清洗普遍采用人工清洗技术以及机械清洗技术等方法，人工清洗法：清洗难度大，劳动强度大，施工周期长，人工成本费用高，且某些高压、高温、有毒的罐内环境对人体有危害；机械清洗法有高压射流清洗、喷丸清洗、浸没式喷射清罐。高压射流清洗与喷丸清洗：喷射口固定，则对罐壁喷射距离不同，清洗力度不稳定，存在清洗盲区，且清洗工具安装不便。浸没式喷射清罐：冲刷力度小，清洗效果不理想，且容易造成二次污染。目前少量使用的加温高压水射流清洗机：需人工操控运动过程，不能实现自驱动，遇到障碍物或者缺陷时不能自动越过。

发明内容

本发明的目的是：为克服现有技术存在的上述问题，本发明提供一种用于清洗储罐内壁的喷水式自驱动螺旋行进罐壁智能清洗装置，对于需要水冲洗或添加化学药剂冲洗的储罐进行自驱动喷射清洗。本发明使用高压泵打出高压水，并经过一定管路到达喷嘴，把高压力低流速的水转换为高压力高流速的射流，然后射流以其很高的冲击动能，连续不断地作用在被清洗表面，从而使垢物脱落，最终实现清洗目的。同时利用高压喷水到罐壁的反作用力为装置前进动力，设置水管适当倾斜角度，该清洗装置能在储罐内壁螺旋前进。喷水角度固定，则喷水路径也呈螺旋形，实现以相同压力喷洗罐壁。遇到障碍物或者被腐蚀的凹陷缺陷时，该清洗装置可跳跃过障碍物或者缺陷。本发明产品适用于多种尺寸大小的卧式或立式储罐。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种喷水式自驱动螺旋行进罐壁智能清洗装置，是由信号采集与控制系统、喷水系统、喷水角度控制系统、弹跳动力系统组成，其特征在于：本清洗装置主体是由控制箱、水泵、水管、旋转机构、电机、红外线传感器、弹簧机构、防水外壳、滚轮组成；所述信号采集与控制系统包括开关按钮、红外线传感器、控制箱，开关按钮安装在防水外壳顶部，与控制箱相连接，防水外壳左侧安装红外线传感器C、红外线传感器D，与防水外壳右侧安装的红外线传感器A、红外线传感器B对称，四个红外线传感器和控制箱相连，控制箱固定在防水外壳内部，与4个电机和水泵相连接；所述喷水系统由进水管、出水管、喷嘴、水泵组成，水泵前端连接进水管，水泵后端连接出水管，出水管顶端安装喷嘴；所述喷水角度控制系统由电机A、电机B、旋转机构、固定板、弹性防水膜组成，固定板将旋转机构、电机A与防水外壳固定，旋转机构包括：主动齿轮、从动齿轮、旋转外柱、旋转内柱、旋转轴、偏转环，电机A转轴上的主动齿轮与旋转外柱的从动齿轮啮合，主动齿轮与旋转外柱固定，旋转外柱与旋转内柱之间为滚柱，偏转环两端固定旋转轴，两端旋转轴分别穿过旋转外柱，旋转轴一端与电机B的轴同轴心固定，出水管放置在旋转内柱和偏转环内，且与偏转环固定，出水管在偏转环内的部分为可弯曲弹性褶皱，出水管在防水外壳开口处被弹性防水膜包裹；所述弹跳动力系统由两组弹簧机构组成：左侧弹簧机构和右侧弹簧机构，两组弹簧机构固定在防水外壳左右两侧，右侧弹簧机构为：弹簧B内部为伸缩杆，伸缩杆内部为一根钢丝绳，弹簧B、伸缩杆、钢丝绳下端都与支撑板B固定，弹簧B与伸缩杆上端都与防水外壳固定，钢丝绳上端穿过防水外壳开孔连接防水外壳内的电机D的进线盘，防水外壳左侧弹簧机构与上述右侧弹簧机构完全相同并对称，共同构成弹跳动力系统。

一种喷水式自驱动螺旋行进罐壁智能清洗装置，其特征是：所述信号采集与控制系统的开关按钮安装在防水外壳顶部，与控制箱相连接，防水外壳右侧安装两个红外线传感器，右侧下面的红外线传感器A向右斜下方检测壁面距离，右侧上面的红外线传感器B向右斜上方检测壁面距离，左侧的红外线传感器C、红外线传感器D与右侧两个红外线传感器一致，且安装位置和检测方向都与右侧两个红外线传感器对称，具体角度根据不同储罐调整，红外线传感器在装置到达障碍物或缺陷之前更早检测到障碍物或者缺陷，从而有时间做出弹跳动作，控制箱固定在防水外壳内部，控制箱内具有放大器、滤波器在内的信号调理电路、多路模拟开关、采样/保持电路、A/D转换器以及接口控制逻辑电路，根据信号处理与分析，控制箱通过分析处理红外线传感器检测的信息，控制电机转动，从而控制喷水角度和弹簧伸缩。

一种喷水式自驱动螺旋行进罐壁智能清洗装置，其特征是：所述喷水系统的进水管穿过防水外壳右侧，与防水外壳内部的水泵前端连接，水泵后端连接出水管，出水管穿过旋转内柱和偏转环，且与偏转环固定，出水管在偏转环内的一段为可弯曲弹性褶皱，随偏转环在竖直面偏转，出水管穿过防水外壳顶部，出水管在顶端安装喷嘴。

一种喷水式自驱动螺旋行进罐壁智能清洗装置，其特征是：所述喷水角度控制系统在启动开关按钮后，根据信号采集与控制系统中设置好的初始角度，控制箱对电机A和电机B发出控制命令，使出水管调整到适当角度：固定板与防水外壳固定，电机A和旋转内柱安装在固定板上，通过固定板与防水外壳固定，转轴上的主动齿轮与旋转外柱上的从动齿轮啮合，则电机A转动带动主动齿轮转动，主动齿轮转动带动从动齿轮转动，从动齿轮转动带动旋转外柱转动，旋转内柱与旋转外柱之间为滚柱，因此旋转外柱转动时旋转内柱外表面的滚柱转动，旋转内柱固定不动，旋转轴穿过旋转外柱两端，偏转环固定在旋转轴中间，与旋转内柱同轴心，出水管穿过旋转内柱与偏转环固定，则旋转机构和出水管随电机A转动，出水管实现水平面360°旋转；电机B与旋转轴一端同轴心固定，旋转轴随电机B旋转，偏转环随旋转轴旋转方向偏转，出水管在偏转环内的一段为可弯曲弹性褶皱，随偏转环偏转，则出水管和偏转环随电机B转动在竖直面偏转，出水管穿过防水外壳开口，出水管通过水平面和竖直面角度调整能在防水外壳开口范围内任意角度转动，出水管被弹性防水膜包裹，防止水进入装置，且不影响出水管在防水外壳开口范围内转动。

一种喷水式自驱动螺旋行进罐壁智能清洗装置，其特征是：所述弹跳动力系统由防水外壳左右两侧安装的弹簧机构组成，右侧弹簧机构的弹簧B和伸缩杆下端固定支撑板B，上端固定在防水外壳右侧中间位置，伸缩杆由3节弧形圆管组成，每节圆管直径从上至下逐渐变小，且下面一节圆管最大外壁直径略大于上面一节圆管的最小内壁直径，下面一节圆管卡在上面一节圆管内壁，三节圆管就连接起来了，且从上至下直径逐渐变小，一根钢丝绳穿过所有圆管，下端与支撑板B连接，上端穿过防水外壳开孔与进线盘连接，进线盘安装在电机D的转轴上，防水外壳左侧的弹簧机构与上述右侧弹簧机构的结构完全一致，且安装位置对称，防水外壳左右两侧弹簧机构共同构成弹跳动力系统。

跳跃动力系统为收缩状态时，右侧电机D的进线盘将钢丝绳收紧，伸缩杆下面一节圆管缩进邻近上面一节圆管内壁，依次缩进，直至所有圆管缩进最上面一节圆管，伸缩杆达到弧长最短，支撑板B在钢丝绳的拉力下将弹簧B压缩；弹跳动力系统为伸张状态时，右侧电机D的进线盘将钢丝绳放松，弹簧B弹力将伸缩杆每节圆管拉出，下面一节圆管依次卡在上面一节圆管内壁，拉伸到伸缩杆弧长最长，弹簧B为自由状态，左侧弹簧机构收缩状态、伸张状态过程与上述右侧弹簧机构完全一致。

本发明的有益效果是：(1)本发明为自驱动螺旋前进方式，无需专门的驱动系统，也无需遥控指挥，能实现罐壁均匀自动喷水，全方位无死角冲洗罐壁，驱动力充足，运行平稳；(2)本发明通过调整水泵压力，能使用在直径不同的储罐上，通过跳跃功能可越过内壁障碍物和凹陷缺陷，能用于内壁有较大浊物或腐蚀严重的储罐；(3)本发明能实现罐内自动往返运动，增大罐壁清洗力度，提高清洗效率，无需安装，节省人工成本，降低人工清洗危害健康的风险。

附图说明

图1是本发明的喷水式自驱动螺旋行进罐壁智能清洗装置的剖面结构示意图。

图2是本发明的喷水式自驱动螺旋行进罐壁智能清洗装置的外部结构示意图。

图3是本发明的喷水式自驱动螺旋行进罐壁智能清洗装置的喷水角度控制系统的结构示意图。

图4是本发明喷水式自驱动螺旋行进罐壁智能清洗装置的弹跳动力系统结构示意图。

图5是本发明喷水式自驱动螺旋行进罐壁智能清洗装置在卧式圆柱形储罐内工作示意图。

图中：1.开关按钮、2.出水管、3.电机A、4.主动齿轮、5.从动齿轮、6.旋转外柱、7.旋转轴、8.偏转环、9.电机B、10.防水外壳、11.弹性防水膜、12.水泵、13.喷嘴、14.滚轮、15.红外线传感器A、16.控制箱、17.支撑板A、18.电机C、19.电机D、20.进线盘、21.钢丝绳、22.伸缩杆、23.弹簧A、24.固定板、25.滚柱、26.旋转内柱、27.进水管、28.可弯曲弹性褶皱、29.弹簧B、30.红外线传感器B、31.支撑板B、32.红外线传感器C、33.红外线传感器D。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

将喷水式自驱动螺旋行进罐壁智能清洗装置放入储罐内壁，启动开关按钮1，喷水角度控制系统将出水管2方向调整为螺旋前进的角度：电机A3转动，通过主动齿轮4和从动齿轮5带动旋转外柱6转动，旋转外柱6转动带动旋转轴7和偏转环8在水平面旋转，从而使出水管2在水平面方向旋转，电机B 9转动带动旋转轴7旋转，偏转环8在竖直面偏转，则出水管2在竖直面方向偏转。防水外壳10在出水管2开口安装的弹性防水膜11包裹出水管2，使出水管2能在开孔范围内转动任意角度。调整好出水管2水平面与竖直面的角度后，水泵12启动，出水管2通过喷嘴13将水喷在罐壁，整个装置受到高压喷水的反作用力向喷水的反方向运动，防水外壳10底部为滚轮14，则装置滚动前进。由于储罐为圆柱体或圆锥体，装置运动路径为螺旋式。在运动过程中，喷嘴13喷出的水对罐壁进行清洗，污水通过储罐排水孔排出。

将装置右侧放在前方，装置即将运动到罐底时，防水外壳10右侧的红外线传感器A15和红外线传感器B 30分别检测到壁面距离小于设定的阈值，经由控制箱16进行滤波、信号放大、A/D转换后，控制箱16将调整角度命令传给电机A3和电机B9，将喷水角度调整为使装置反方向运动的角度，此时喷水在罐底上，随着装置反方向运动，喷水位置从罐底到罐壁，当装置运动到另一边罐底时，防水外壳10左侧的红外线传感器C32和红外线传感器D33分别检测到壁面距离小于设定的阈值，反向运动原理和过程同上，实现罐内无死角清洗，如此往返运动，多次冲洗，最后在装置运动到罐底时将水源关闭，装置则停止运动。装置在螺旋前进过程中弹跳动力系统始终为收缩状态。

遇到障碍物时，装置可跳跃过障碍物，继续螺旋前进清洗，如：装置右侧有障碍物，红外线传感器A15检测到壁面距离突然小于某设定阈值，控制箱16向电机A3电机B9发出控制命令，调整出水管2朝右侧的适当角度，则喷水反作用力使整个装置往左侧倾斜，直到装置垂直壁面，装置都压在左侧支撑板A17上，电机C18和电机D19转动，右边进线盘20松开钢丝绳21，伸缩杆22的圆管从内而外被弹簧B29弹力拉出，此时右侧弹簧结构为伸张状态，左侧弹簧A23因装置重力和喷水反作用力被压缩，喷水角度控制系统将出水管2调整到相反角度后，使整个装置随弹簧B29弹力和喷水反作用力跳过障碍物，右侧的支撑板B31先落到壁面，右侧弹簧B29与伸缩杆22因装置重力和喷水反作用力被压缩，喷水角度控制系统再次调整出水管2为初始运动角度，随后装置因重力恢复与壁面平行，弹跳动力系统恢复为收缩状态，继续喷水清洗。装置往左跳跃过障碍物同理。

遇到罐壁凹陷缺陷时，装置可跳跃过凹陷缺陷，继续螺旋前进清洗，如：装置右侧有凹陷缺陷，红外线传感器A15检测到壁面距离突然大于某设定阈值，则装置跳跃过程同遇到障碍物的跳跃过程相同。

Claims (5)

1.一种喷水式自驱动螺旋行进罐壁智能清洗装置，是由信号采集与控制系统、喷水系统、喷水角度控制系统、弹跳动力系统组成，其特征在于：本清洗装置主体是由控制箱(16)、水泵(12)、水管、旋转机构、电机、红外线传感器、弹簧机构、防水外壳(10)、滚轮(14)组成；所述信号采集与控制系统包括开关按钮(1)、红外线传感器、控制箱(16)，开关按钮(1)安装在防水外壳(10)顶部，与控制箱(16)相连接，防水外壳(10)左侧安装红外线传感器C(32)、红外线传感器D(33)，与防水外壳(10)右侧安装的红外线传感器A(15)、红外线传感器B(30)对称，四个红外线传感器和控制箱(16)相连，控制箱(16)固定在防水外壳(10)内部，与4个电机和水泵(12)相连接；所述喷水系统由进水管(27)、出水管(2)、喷嘴(13)、水泵(12)组成，水泵(12)前端连接进水管(27)，水泵(12)后端连接出水管(2)，出水管(2)顶端安装喷嘴(13)；所述喷水角度控制系统由电机A(3)、电机B(9)、旋转机构、固定板(24)、弹性防水膜(11)组成，固定板(24)将旋转机构、电机A(3)与防水外壳(10)固定，旋转机构包括：主动齿轮(4)、从动齿轮(5)、旋转外柱(6)、旋转内柱(26)、旋转轴(7)、偏转环(8)，电机A(3)转轴上的主动齿轮(4)与旋转外柱(6)的从动齿轮(5)啮合，主动齿轮(4)与旋转外柱(6)固定，旋转外柱(6)与旋转内柱(26)之间为滚柱(25)，偏转环(8)两端固定旋转轴(7)，两端旋转轴(7)分别穿过旋转外柱(6)，旋转轴(7)一端与电机B(9)的轴同轴心固定，出水管(2)放置在旋转内柱(26)和偏转环(8)内，且与偏转环(8)固定，出水管(2)在偏转环(8)内的部分为可弯曲弹性褶皱(28)，出水管(2)在防水外壳(10)开口处被弹性防水膜(11)包裹；所述弹跳动力系统由两组弹簧机构组成：左侧弹簧机构和右侧弹簧机构，两组弹簧机构固定在防水外壳(10)左右两侧，右侧弹簧机构为：弹簧B(29)内部为伸缩杆(22)，伸缩杆(22)内部为一根钢丝绳(21)，弹簧B(29)、伸缩杆(22)、钢丝绳(21)下端都与支撑板B(31)固定，弹簧B(29)与伸缩杆(22)上端都与防水外壳(10)固定，钢丝绳(21)上端穿过防水外壳(10)开孔连接防水外壳(10)内的电机D(19)的进线盘(20)，防水外壳(10)左侧弹簧机构与上述右侧弹簧机构完全相同并对称，共同构成弹跳动力系统。

2.根据权利要求1所述一种喷水式自驱动螺旋行进罐壁智能清洗装置，其特征是：所述信号采集与控制系统的开关按钮(1)安装在防水外壳(10)顶部，与控制箱(16)相连接，防水外壳(10)右侧安装两个红外线传感器，右侧下面的红外线传感器A(15)向右斜下方检测壁面距离，右侧上面的红外线传感器B(30)向右斜上方检测壁面距离，左侧的红外线传感器C(32)、红外线传感器D(33)与右侧两个红外线传感器一致，且安装位置和检测方向都与右侧两个红外线传感器对称，具体角度根据不同储罐调整，红外线传感器在装置到达障碍物或缺陷之前更早检测到障碍物或者缺陷，从而有时间做出弹跳动作，控制箱(16)固定在防水外壳(10)内部，控制箱(16)内具有放大器、滤波器在内的信号调理电路、多路模拟开关、采样/保持电路、A/D转换器以及接口控制逻辑电路，根据信号处理与分析，控制箱(16)通过分析处理红外线传感器检测的信息，控制电机转动，从而控制喷水角度和弹簧伸缩。

3.根据权利要求1所述一种喷水式自驱动螺旋行进罐壁智能清洗装置，其特征是：所述喷水系统的进水管(27)穿过防水外壳(10)右侧，与防水外壳(10)内部的水泵(12)前端连接，水泵(12)后端连接出水管(2)，出水管(2)穿过旋转内柱(26)和偏转环(8)，且与偏转环(8)固定，出水管(2)在偏转环(8)内的一段为可弯曲弹性褶皱(28)，随偏转环(8)在竖直面偏转，出水管(2)穿过防水外壳(10)顶部，出水管(2)在顶端安装喷嘴(13)。

4.根据权利要求1所述一种喷水式自驱动螺旋行进罐壁智能清洗装置，其特征是：所述喷水角度控制系统在启动开关按钮(1)后，根据信号采集与控制系统中设置好的初始角度，控制箱(16)对电机A(3)和电机B(9)发出控制命令，使出水管(2)调整到适当角度：固定板(24)与防水外壳(10)固定，电机A(3)和旋转内柱(26)安装在固定板(24)上，通过固定板(24)与防水外壳(10)固定，转轴上的主动齿轮(4)与旋转外柱(6)上的从动齿轮(5)啮合，则电机A(3)转动带动主动齿轮(4)转动，主动齿轮(4)转动带动从动齿轮(5)转动，从动齿轮(5)转动带动旋转外柱(6)转动，旋转内柱(26)与旋转外柱(6)之间为滚柱(25)，因此旋转外柱(6)转动时旋转内柱(26)外表面的滚柱(25)转动，旋转内柱(26)固定不动，旋转轴(7)穿过旋转外柱(6)两端，偏转环(8)固定在旋转轴(7)中间，与旋转内柱(26)同轴心，出水管(2)穿过旋转内柱(26)与偏转环(8)固定，则旋转机构和出水管(2)随电机A(3)转动，出水管(2)实现水平面360°旋转；电机B(9)与旋转轴(7)一端同轴心固定，旋转轴(7)随电机B(9)旋转，偏转环(8)随旋转轴(7)旋转方向偏转，出水管(2)在偏转环(8)内的一段为可弯曲弹性褶皱(28)，随偏转环(8)偏转，则出水管(2)和偏转环(8)随电机B(9)转动在竖直面偏转，出水管(2)穿过防水外壳(10)开口，出水管(2)通过水平面和竖直面角度调整能在防水外壳(10)开口范围内任意角度转动，出水管(2)被弹性防水膜(11)包裹，防止水进入装置，且不影响出水管(2)在防水外壳(10)开口范围内转动。

5.根据权利要求1所述一种喷水式自驱动螺旋行进罐壁智能清洗装置，其特征是：所述弹跳动力系统由防水外壳(10)左右两侧安装的弹簧机构组成，右侧弹簧机构的弹簧B(29)和伸缩杆(22)下端固定支撑板B(31)，上端固定在防水外壳(10)右侧中间位置，伸缩杆(22)由3节弧形圆管组成，每节圆管直径从上至下逐渐变小，且下面一节圆管最大外壁直径略大于上面一节圆管的最小内壁直径，下面一节圆管卡在上面一节圆管内壁，三节圆管就连接起来了，且从上至下直径逐渐变小，一根钢丝绳(21)穿过所有圆管，下端与支撑板B(31)连接，上端穿过防水外壳(10)开孔与进线盘(20)连接，进线盘(20)安装在电机D(19)的转轴上，防水外壳(10)左侧的弹簧机构与上述右侧弹簧机构的结构完全一致，且安装位置对称，防水外壳(10)左右两侧弹簧机构共同构成弹跳动力系统。

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