CN111468476A - 一种基于超声振动的天然气管道内壁清洁设备 - Google Patents

一种基于超声振动的天然气管道内壁清洁设备 Download PDF

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Abstract

一种基于超声振动的天然气管道内壁清洁设备，涉及天然气管道内壁清洁设备，为了全面地清洁天然气管道内壁的铁锈沉积泥等杂质。结构模块、超声振子模块和天然气管道依次连接，天然气管道通过结构模块的上管道夹与下管道夹机械固定；一组无刷电机通过丝杠、环形机架将旋转运动转化为直线运动，用于超声换能器平稳的直线运动；一组无刷电机与与超声换能器底端滑块配合，用于超声换能器平稳的圆周运动；超声换能器用于产生高频振动与低频振动使天然气管道内壁杂质将发生谐振并脱落；位于天然气管道内壁清洁设备底端的下管道夹接口用于杂质的回收。本发明适用于天然气管道等具有特殊规格的长条形试件内壁杂质的清洁与回收。

Description

一种基于超声振动的天然气管道内壁清洁设备
技术领域
本发明涉及天然气管道清洁技术领域，尤其涉及一种基于超声振动的天然气管道内壁清洁设备。
背景技术
在天然气管道的长期使用过程中，天然气管道内壁累积较多的粉尘或颗粒状杂质并吸附于天然气管道内壁表面，这将导致天然气管道内壁及管道连接处受到腐蚀，最终导致天然气管道泄漏等风险。由于天然气管道具有较大的轴向尺寸与较小的径向尺寸，目前可用于天然气管道的清洁方法主要为高压水清洁，尽管这种方法能够去除管道内壁附着的大部分污垢，但仍会剩余较多的铁锈沉积泥等杂质。基于超声振动的天然气管道内壁清洁设备能够针对不同规格的天然气管道，通过高压清洁装置与超声振动装置结合的方式对管道内表面残余物质进行充分地清洁，通过控制微激振器沿管道外表面运动保证管道内表面清洁的完整性，这将极大地提高了天然气管道清理的洁净度和工作效率。目前尚没有成熟的装置针对天然气管道实现多工位运动超声除杂质与清洁。因而研制一种基于超声振动的天然气管道内壁清洁设备及其清洁方法对天然气管道内壁清洁具有重要的工程意义。
发明内容
基于上述存在的问题，本发明的目的是提供一种基于超声振动的天然气管道内壁清洁设备及其清洁方法，以解决常高压清洁设备难以充分清洁天然气管道内表面沉积杂质的问题。
本发明实施例公开一种基于超声振动的天然气管道内壁清洁设备，包括：结构模块1、超声振子模块2和天然气管道3, 天然气管道3与结构模块1通过结构模块1的上管道夹1-3与下管道夹1-6进行机械固定，天然气管道3与超声振子模块2的环形机架2-2非接触配合，结构模块1与超声振子模块2通过丝杠1-4与环形机架2-2配合；
优选地结构模块1，包括上管道夹1-3与上结构机架1-2连接，无刷电机1-1、上结构机架1-2、丝杠1-4、下结构机架1-7依次连接；
优选地无刷电机1-1的转子与丝杠1-4固连传递沿竖直方向的旋转运动，下管道夹1-6与下结构机架1-7连接，上管道夹1-3、下管道夹1-6依次与天然气管道3的上端口、下端口配合保证天然气管道3在超声清洁过程中不发生移动，上结构机架1-2与下结构机架1-7安装应满足平行度要求，从而保证上管道夹1-3、下管道夹1-6的平行度；
优选地丝杠1-4与超声振子模块2的环形机架2-2配合，环形机架2-2的内环与天然气管道3外表面应满足非接触配合且应满足平行度要求，超声换能器2-3、超声换能器连接件2-4、超声换能器底端滑块2-5依次连接，超声换能器底端滑块2-5与环形机架2-2的滑轨槽配合；
优选地无刷电机2-1与环形机架2-2连接；
优选地无刷电机2-1通过齿轮与超声换能器底端滑块2-5实现运动的传递，两组超声换能器底端滑块2-5通过螺钉连接实现两组超声换能器2-3的连续布置。
优选地结构模块1结构形式为直立式，无刷电机1-1驱动的丝杠1-4数量为3个，丝杠1-4的布置方式为并排布置。
优选地丝杠1-4与超声振子模块2的环形机架2-2配合，环形机架2-2的驱动方式为无刷电机1-1驱动，环形机架2-2的运动传递方式为丝杠丝母配合。
优选地上管道夹1-3、下管道夹1-6依次与天然气管道3的上端口、下端口固连，保证天然气管道3在天然气管道内壁清洁设备工作过程不发生运动。
优选地采用超声换能器2-3实现超声振动。
优选地超声换能器2-3产生的振动包括高频振动与低频振动两组模式。
优选地超声换能器阵列数量为2组，超声换能器2-3数量为12个。
本发明实施例公开一种基于超声振动的天然气管道内壁清洁设备，具有以下有益效果：
1、本发明结构设计科学合理，天然气管道通过布置于天然气管道两端的上管道夹与下管道夹进行机械固定，在超声振动清洁过程中保持天然气管道不发生移动，从而满足天然气管道内壁清洁设备的超声振子模块工作的平稳性要求。超声振子模块通过布置于天然气管道内壁清洁设备顶端的无刷电机驱动，无刷电机带动丝杠旋转实现超声振子模块沿竖直方向的平稳运动，进而实现超声振子模块对天然气管道轴向平稳运动，该过程满足天然气管道内壁清洁设备的运动精度要求。超声振子模块的超声换能器阵列通过超声振子模块的无刷电机驱动，无刷电机通过齿轮传动实现超声换能器阵列沿天然气管道的圆周运动，该过程满足天然气管道内壁清洁设备的运动精度要求。
2、本发明的超声换能器阵列沿天然气管道的轴向运动与周向运动相互独立解耦，满足天然气管道内壁清洁设备对天然气管道内壁清洁的完整性要求。超声换能器阵列沿天然气管道的轴向运动与周向运动可分别进行调整，方式简单高效。
3、本发明的超声振子模块清洁过程采用非接触的方式，可避免超声振子模块清洁过程发生运动干涉等危险情况。
4、本发明的超声振子模块采用的超声换能器阵列数量为2组，超声换能器共12个，可保证天然气管道内壁清洁设备具备较高清洁效率的同时，降低超声换能器的成本，节能环保。
5、本发明的上管道夹、下管道夹属于天然气管道两端的工装，上管道夹、下管道夹的使用可根据天然气管道端口的不同规格进行调整，实现天然气管道内壁清洁设备的通用性。
6、本发明的丝杠可根据需清洁的天然气管道尺寸规格进行更换，实现天然气管道内壁清洁设备的通用性。
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要介绍，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，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的基于超声振动的天然气管道内壁清洁设备的立体结构示意图；
图2为本发明实施例提供的基于超声振动的天然气管道内壁清洁设备的第一主视图；
图3为本发明实施例提供的超声振子模块的立体结构示意图；
图4为本发明实施例提供的超声振子模块左端超声换能器阵列的立体结构示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
一种基于超声振动的天然气管道内壁清洁设备，包括结构模块1、超声振子模块2和天然气管道3, 天然气管道3与结构模块1通过结构模块1的上管道夹1-3与下管道夹1-6进行机械固定，天然气管道3与超声振子模块2的环形机架2-2非接触配合，结构模块1与超声振子模块2通过丝杠1-4与环形机架2-2配合；
结构模块1，包括上管道夹1-3与上结构机架1-2连接，无刷电机1-1、上结构机架1-2、丝杠1-4、下结构机架1-7依次连接，无刷电机1-1的转子与丝杠1-4固连传递沿竖直方向的旋转运动，下管道夹1-6与下结构机架1-7连接，上管道夹1-3、下管道夹1-6依次与天然气管道3的上端口、下端口配合保证天然气管道3在超声清洁过程中不发生移动，上结构机架1-2与下结构机架1-7安装应满足平行度要求，从而保证上管道夹1-3、下管道夹1-6的平行度，丝杠1-4与超声振子模块2的环形机架2-2配合，环形机架2-2的内环与天然气管道3外表面应满足非接触配合且应满足平行度要求，超声换能器2-3、超声换能器连接件2-4、超声换能器底端滑块2-5依次连接，超声换能器底端滑块2-5与环形机架2-2的滑轨槽配合，无刷电机2-1与环形机架2-2连接，无刷电机2-1通过齿轮与超声换能器底端滑块2-5实现运动的传递，两组超声换能器底端滑块2-5通过螺钉连接实现两组超声换能器2-3的连续布置。
本发明中无刷电机1-1、丝杠1-4、环形机架2-2依次连接。无刷电机1-1在电源电压的驱动作用下带动丝杠1-4旋转，实现环形机架2-2沿竖直方向运动，从而实现超声换能器2-3沿天然气管道3轴向的平稳高速运动。无刷电机2-1通过齿轮与超声换能器底端滑块2-5配合，实现超声换能器2-3沿天然气管道3周向的平稳高速运动。
本发明中无刷电机1-1、无刷电机2-1的旋转速度可通过调整电源电压的数值大小进行精确调整，无刷电机1-1、无刷电机2-1中的码盘可对其转速进行实时测量。
本发明中超声换能器2-3的振动频率可通过调整电源电压的数值大小进行精确调整，分别实现对天然气管道3的高频清洁与低频清洁两种清洁模式。
本发明中结构模块1、超声振子模块2和天然气管道3采用竖直方向的布置方式，在超声振动清洁过程中脱落的杂质可在重力作用下集中于下管道夹1-6内部，方便清洁杂质的回收与检查。
工作过程：
天然气管道内壁清洁设备的运动过程：天然气管道3与结构模块1通过结构模块1的上管道夹1-3与下管道夹1-6进行机械固定，无刷电机1-1在电源的驱动作用下带动丝杠1-4旋转，丝杠1-4与环形机架2-2的丝母孔配合并将旋转运动转化为环形机架2-2沿沿竖直方向的直线运动，从而实现超声换能器2-3沿天然气管道3轴向的直线运动，该运动具有一个自由度。无刷电机2-1与环形机架2-2连接，在电源的驱动作用下无刷电机2-1平稳旋转，无刷电机2-1与超声换能器底端滑块2-5配合，无刷电机2-1的旋转运动转化为超声换能器2-3沿超声换能器底端滑块2-5环形槽的圆周运动，由于天然气管道3与超声振子模块2的环形机架2-2非接触配合，超声换能器2-3将沿天然气管道3进行平稳的圆周运动，该运动具有两个自由度。超声换能器2-3沿天然气管道3轴向的直线运动、超声换能器2-3将沿天然气管道3进行平稳的圆周运动相互独立，从而实现超声换能器2-3沿天然气管道3外表面三个自由度的空间运动，超声换能器2-3的运动速度无刷电机1-1、无刷电机2-1内部的码盘进行实时监控，超声换能器2-3的运动速度可分别通过调整无刷电机1-1、无刷电机2-1的电源电压进行实时调整。
天然气管道内壁清洁设备的清洁过程：超声换能器2-3沿天然气管道3轴向的直线运动、超声换能器2-3将沿天然气管道3进行平稳的圆周运动相互独立，可实现超声换能器2-3沿天然气管道3外表面三个自由度的空间运动。在超声换能器2-3的运动过程中，超声换能器2-3在电源的驱动作用下发生振动，其振动频率可通过电源信号进行实时调控。超声振动的天然气管道内壁清洁设备首先驱动超声换能器2-3进行高频振动，此时天然气管道3内壁具有相关阵型的杂质将发生谐振并脱落，超声换能器2-3的工作时长可根据天然气管道3的具体情况与技术人员的要求进行调整，超声换能器2-3的工作位置与工作轨迹也可根据天然气管道3的具体情况与技术人员的要求进行调整。随后超声振动的天然气管道内壁清洁设备首先驱动超声换能器2-3进行低频振动，此时天然气管道3内壁具有相关阵型的杂质将发生谐振并脱落，超声换能器2-3的工作时长、工作位置与工作轨迹的控制方法与高频振动清洁方法一致。注意，天然气管道内壁清洁设备的高频、低频与天然气管道3内壁杂质特征相关，为天然气管道3内壁杂质固有的特征频率范围。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种基于超声振动的天然气管道内壁清洁设备，包括结构模块（1）、超声振子模块（2）和天然气管道（3）,其特征在于： 所述天然气管道（3）与所述结构模块（1）通过所述结构模块（1）上的管道夹（1-3）与下管道夹（1-6）进行机械固定，所述天然气管道（3）与所述超声振子模块（2）的环形机架（2-2）非接触配合，所述结构模块（1）与所述超声振子模块（2）通过丝杠（1-4）与所述环形机架（2-2）配合；
所述结构模块（1），包括所述上管道夹（1-3）与所述上结构机架（1-2）连接，无刷电机（1-1）、上结构机架（1-2）、所述丝杠（1-4）、下结构机架（1-7）依次连接；
所述无刷电机（1-1）的转子与所述丝杠（1-4）固连，用于传递沿竖直方向的旋转运动；
所述下管道夹（1-6）与所述下结构机架（1-7）连接；
所述上管道夹（1-3）、所述下管道夹（1-6）依次与所述天然气管道（3）的上端口、下端口配合，用于控制所述天然气管道（3）在超声清洁过程中不发生移动；
超声换能器（2-3）、超声换能器连接件（2-4）、超声换能器底端滑块（2-5）依次连接；
所述超声换能器底端滑块（2-5）与所述环形机架（2-2）的滑轨槽配合；
无刷电机（2-1）与所述环形机架（2-2）连接；
所述无刷电机（2-1）通过齿轮与所述超声换能器底端滑块（2-5）配合，用于运动的传递；
两组所述超声换能器底端滑块（2-5）通过螺钉连接实现两组所述超声换能器（2-3）的连续布置。
2.根据权利要求1所述的一种基于超声振动的天然气管道内壁清洁设备，其特征在于：所述结构模块（1）的结构形式为直立式，所述无刷电机（1-1）驱动的所述丝杠（1-4）数量为3个，所述丝杠（1-4）的布置方式为并排布置。
3.根据权利要求1所述的一种基于超声振动的天然气管道内壁清洁设备，其特征在于：所述丝杠（1-4）与所述超声振子模块（2）的环形机架（2-2）配合，所述环形机架（2-2）的驱动方式为所述无刷电机（1-1）驱动，所述环形机架（2-2）的运动传递方式为丝杠螺母配合。
4.根据权利要求1所述的一种基于超声振动的天然气管道内壁清洁设备，其特征在于：所述上管道夹（1-3）、下管道夹（1-6）依次与天然气管道（3）的上端口、下端口固连。
5.根据权利要求1所述的一种基于超声振动的天然气管道内壁清洁设备，其特征在于：所述超声振子模块（2）采用超声换能器（2-3）实现超声振动。
6.根据权利要求5所述的一种基于超声振动的天然气管道内壁清洁设备，其特征在于：所述超声换能器（2-3）产生的振动包括高频振动与低频振动两组模式。
7.根据权利要求5所述的一种基于超声振动的天然气管道内壁清洁设备，其特征在于：所述超声换能器（2-3）阵列数量为2组，所述超声换能器（2-3）数量为12个。
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