CN111940424A - 一种用于高温锅炉管道的激光清洗系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及激光清洗技术，具体涉及一种用于高温锅炉管道的激光清洗系统，该针对高温锅炉管道等一些高温管道其温度若大于350°C则注入循环冷却水进行冷却，若小于或等于350°C则通入循环冷却气体进行冷却，使用激光在线进行高效的清洗。包括激光发生模块、智能控制模块、激光传输清洗系统和支撑系统；智能控制模块分别与激光发生模块和支撑系统电连接，激光传输清洗系统与支撑系统连接；激光发生模块和智能控制模块放置在高温锅炉管道的外部，激光传输清洗系统及支撑系统设置于高温锅炉管道的内部。该系统清洗面积大，清洗效果好。满足绿色、节能、环保的要求。非接触式的清洗，清洁效率高。结构简单维护成本低，运行稳定，清洗效率高。

Description

一种用于高温锅炉管道的激光清洗系统
技术领域
本发明属于激光清洗技术领域，尤其涉及一种用于高温锅炉管道的激光清洗系统。
背景技术
随着国内高温锅炉的普遍使用,锅炉爆炸事件屡见不鲜，其主要问题就是高温锅炉管道内壁难以清洗到位，使得锅炉管壁堵塞，在高温情况下发生爆炸。随着高温锅炉在长期的使用过程中，管道内壁产生水垢、铁锈等污垢，这将影响锅炉的正常使用，因此要对锅炉管道进行清洗。国家对锅炉安全问题越来越重视,相应的技术需求也越来越迫切,尤其是关系到高温锅炉管道污垢处理技术的需求将越加迫切。
一般情况下去除高温锅炉管道污垢的方法可以分为机械物理法和化学法,前者包括机械擦拭、高压水冲洗等,后者主要以强酸、强碱溶液溶解表层氧化物等。在针对高温锅炉管道的清洗时机械物理法可能效果不好且操作困难，化学法通常会产生大量废水、废液会对锅炉管道产生二次污染，不易清洁,这会给工作带来极大困难。由此可知高温锅炉管道的清洗用一般的清洗方法是很难解决问题的。
激光清洗是一种高效、绿色清洗技术,相对于化学清洗及机械清洗有一定优势，其不需要任何化学试剂、无研磨、无应力、无耗材,对基材损伤极小等优点，激光可利用光纤传输引导，可清洗不易达到的部位如管道内壁等。目前，激光清洗技术大部分还只能用在清洗样品工件外表面，对于用于激光清洗高温管道内壁的激光清洗技术还很少，极大的限制了激光清洗应用范围。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够对温度在350℃左右的高温环境管道内壁进行在线智能清洗的系统。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于高温锅炉管道的激光清洗系统，包括激光发生模块、智能控制模块、激光传输清洗系统和支撑系统；智能控制模块分别与激光发生模块和支撑系统电连接，激光传输清洗系统与支撑系统连接；激光发生模块和智能控制模块放置在高温锅炉管道的外部，激光传输清洗系统及支撑系统设置于高温锅炉管道的内部。
在上述的用于高温锅炉管道的激光清洗系统中，激光发生模块包括光纤激光器、传能光纤和激光准直器，用于产生激光并进行平行输出。
在上述的用于高温锅炉管道的激光清洗系统中，智能控制模块包括第一控制系统和第二控制系统；第一控制系统与支撑系统连接，控制其转动和进给；第二控制系统与激光发生模块连接，控制光纤激光器的开启、调节激光参数和调节光纤激光器的参数。
在上述的用于高温锅炉管道的激光清洗系统中，支撑系统采用耐高温滑轮连杆组件，包括多个耐高温滑轮和与之对应的多个可伸缩耐高温滑轮连杆，多个可伸缩耐高温滑轮连杆沿激光传输清洗系统周向均匀分布，各可伸缩耐高温滑轮连杆一端与激光传输清洗系统活动连接，另一端与对应的耐高温滑轮活动连接，且与第一控制系统电连接。
在上述的用于高温锅炉管道的激光清洗系统中，激光传输清洗系统包括位于激光传输清洗系统的前端的耐高温透镜、耐高温分束镜系统、耐高温聚焦镜系统、耐高温激光出口镜系统、耐高温固定杆件、位于激光传输清洗系统最顶端的耐高温全反射镜和冷却循环系统；
光纤激光器产生的初始光源经激光准直器从耐高温透镜端平行输入；
耐高温分束镜系统包括多个耐高温的分束镜，通过耐高温固定杆件等间距固定在激光传输清洗系统内部，其中心位置和激光光源在同一轴线上，用于对传输进来的激光进行反射和透射；
耐高温聚焦镜系统包括多个耐高温聚焦镜，通过耐高温固定杆件等间距固定在激光传输清洗模块内部，且与对应的耐高温分束镜在同一水平面上，用于聚焦耐高温分束镜反射的光；
耐高温激光出口镜系统包括多个耐高温激光出口镜，分别位于激光传输清洗系统内壁等间距排列的通光孔的位置，且与对应的耐高温分束镜、耐高温聚焦镜位于同一水平面上，用于将反射激光透射到待清洗的高温锅炉管道内壁；
耐高温全反射镜位于激光传输清洗系统最顶端，与多个耐高温分束镜的中心在同一轴线上，用于接收各耐高温分束镜透射传输过来的激光，并反射到与耐高温全反射镜所对应的耐高温聚焦镜上然后经过耐高温激光出口镜透射到高温锅炉内壁；
冷却循环系统包括冷却水或气体通入口和循环冷却水或气体；高温锅炉管道温度若大于350℃则从冷却水或气体通入口注入循环冷却水进行冷却，若小于或等于350℃则通入循环冷却气体进行冷却。
本发明的有益效果：1、本发明利用激光清洗系统对高温环境管道内壁进行洗涤，其清洗面积大，清洗效果好。2、没有环境污染问题，满足绿色、节能、环保的要求。3、它是非接触式的清洗，能够清洗各种不同的污垢，清洁效率高。4、该系统结构简单紧凑维护成本低，运行稳定，清洗效率高。
附图说明
图1为本发明一个实施例用于高温锅炉管道的激光清洗系统的结构示意图；
图2为本发明一个实施例激光传输清洗系统和支撑系统的位置关系图；
其中，(1)-激光发生模块：1-光纤激光器、2-激光准直器；(2)-智能控制模块：3-第一控制系统、4-第二控制系统；(3)-激光传输清洗系统：5-耐高温透镜、6-耐高温分束镜系统、7-耐高温聚焦镜系统、8-耐高温激光出口镜系统、9-耐高温固定杆件、10-耐高温全反射镜；(4)-支撑系统：11-耐高温滑轮、12-可伸缩耐高温滑轮连杆；13-高温锅炉管道，14-激光束；15-冷却水或气体通入口、16-循环冷却水或气体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。
本实施例针对高温管道内壁的污垢，使用激光进行高效的清洗，其激光发生模块和智能控制模块放置在高温管道外部，只需要通过智能控制模块的控制使在高温管道内的激光传输清洗系统进行转动和进给运动，达到全面清洗效果。本实施例设有多个耐高温分束镜，耐高温聚焦镜，耐高温激光出口镜，使得输出进来的激光通过耐高温分束镜的反射和透射作用，一方面反射光经过对应的耐高温聚焦镜的聚焦从耐高温激光出口镜输出，另一方面透射光沿轴向传输到下一个耐高温分束镜上相同的原理从对应的耐高温激光出口镜输出，直到光传输到最后一个耐高温全反射镜上时发生全反射全部光经对应耐高温聚焦镜聚焦后从耐高温激光出口镜输出。
本实施例是通过以下技术方案来实现的，一种用于高温锅炉管道的激光清洗系统，具备一套清洗装置，包括：
激光发生模块：包括光纤激光器、传能光纤和激光准直器，用于产生激光并进行平行输出。
智能控制模块：一方面与支撑系统电连接控制激光传输清洗系统旋转和向锅炉管道方向进给运动，另一方面与激光发生模块相连控制激光器的开启和调节激光器的参数。
激光传输清洗系统：通过支撑系统的作用位于管道内且可通过滑轮组件在智能控制模块的作用下对高温锅炉管道内壁进行全方位的清洗。
支撑系统：包括可伸缩耐高温滑轮连杆，使其将激光传输清洗系统活动固定在锅炉管道内，并且在智能控制模块的控制下使可伸缩耐高温滑轮连杆带动激光传输清洗系统在锅炉管道内匀速转动和沿锅炉管道的长度方向匀速进给运动，两个运动同时发生，即为匀速螺旋式运动。
并且，激光发生模块包括：光纤激光器：用于发射激光。激光准直器：使激光束能够平行输出。传能光纤：用于激光能量的传输。
并且，智能控制模块包括：第一控制系统：与支撑系统连接，控制激光传输清洗系统转动和进给。第二控制系统：与激光发生模块连接，控制光纤激光器的开启和调节激光参数和调节激光器的参数。
并且，激光传输清洗系统包括耐高温透镜、耐高温分束镜系统、耐高温聚焦镜系统、耐高温激光出口镜系统、耐高温固定杆件、耐高温全反射镜和冷却循环系统。
耐高温透镜位于激光传输清洗系统的前端，光纤激光器产生的初始光源经激光准直器由传能光纤的作用从透镜端平行输入。
耐高温分束镜系统包括多个耐高温的分束镜，用耐高温固定杆件等间距固定在激光传输清洗模块内部，其中心位置和激光光源在同一轴线上，用于对传输进来的激光进行反射和透射。
耐高温聚焦镜系统包括多个耐高温聚焦镜，跟耐高温分束镜一样用耐高温固定杆件等间距固定在激光传输清洗模块内部，且跟耐高温分束镜在同一水平面上，用于聚焦由耐高温分束镜反射的光。
耐高温激光出口镜系统包括多个耐高温激光出口镜，位于激光传输清洗模块内壁等间距排列的通光孔的位置，且同耐高温分束镜、耐高温聚焦镜位于同一水平面上，用于将反射激光透射到待清洗的高温锅炉管道内壁。
耐高温全反射镜：位于激光传输清洗系统最顶端，于多个耐高温分束镜的中心在同一轴线上，用于反射多个耐高温分束镜透射传输过来的激光，并反射到于耐高温全反射镜所对应的耐高温聚焦镜上然后经过耐高温激光出口镜透射到高温锅炉内壁，起到清洗的作用。
冷却循环系统：高温锅炉管道温度若大于350℃则从冷却水或气体通入口注入循环冷却水进行冷却，若小于或等于350℃则通入循环冷却气体进行冷却，避免温度过高，耐高温光学器件不能正常工作。
而且，支撑系统采用耐高温滑轮连杆组件，包括多个耐高温滑轮和与之对应的多个可伸缩耐高温滑轮连杆，多个可伸缩耐高温滑轮连杆沿激光传输清洗系统周向均匀分布，各可伸缩耐高温滑轮连杆一端与激光传输清洗系统活动连接，另一端与耐高温滑轮活动连接，由智能控制模块的第一控制系统进行控制，使得激光传输清洗系统通过支撑系统中的耐高温滑轮连杆组件的作用在锅炉管道内匀速转动和沿锅炉管道的长度方向匀速进给运动其转动速度v1＝2πr/t(r为激光传输清洗系统(3)的半径，t为转动一周所用的时间)，则进给速度v2与转动速度v1需要满足的关系为：v2·2πr/v1≤d/2(经耐高温聚焦镜聚焦后的光斑直径d)，使得清洗过程中避免搭接，可以清洗到整个锅炉管道。
具体实施时，针对高温锅炉管道等一些高温管道其温度若大于350℃则注入循环冷却水进行冷却，若小于或等于350℃则通入循环冷却气体进行冷却，使用激光在线进行高效的清洗。
如图1所示，一种用于高温锅炉管道的激光清洗系统，包括：激光发生模块(1)、智能控制模块(2)、激光传输清洗系统(3)、支撑系统(4)；激光发生模块(1)包括光纤激光器1、激光准直器2、传能光纤；智能控制模块(2)包括第一控制系统3、第二控制系统4；激光传输清洗系统(3)包括耐高温透镜5、耐高温分束镜系统6、耐高温聚焦镜系统7、耐高温激光出口镜系统8、耐高温固定杆件9、耐高温全反射镜10；支撑系统(4)包括多个耐高温滑轮11、多个可伸缩耐高温滑轮连杆12、高温锅炉管道13。该清洗系统可完成高温锅炉管道内壁的清洗。
智能控制模块(2)一方面与支撑系统(4)电气连接控制激光传输清洗系统(3)旋转和向锅炉管道方向进给运动，另一方面与激光发生模块(1)相连控制激光器的开启。激光传输清洗系统(3)通过支撑模块(4)的作用位于管道内且可通过滑轮组件在智能控制模块(2)的作用下进行全方位的清洗。
激光发生模块(1)由光纤激光器1和激光准直器2和传能光纤组成，激光准直器2安装在光纤激光器1上用于产生平行的激光束并进行传输，其激光功率在200W-800W可调，频率为10kHZ-200KHZ，波长为1064nm。智能控制模块(2)有两个控制系统，一方面与支撑系统(4)电气连接，第一控制系统3控制激光传输清洗系统旋转和向锅炉管道长度方向进给运动，使在系统运行中激光传输清洗系统(3)螺旋式运动全方位的对高温锅炉管道进行清洗，另一方面与激光发生模块(1)相连，第二控制系统4控制光纤激光器的开启。激光传输清洗系统(3)包括耐高温透镜5、耐高温分束镜系统6、耐高温聚焦镜系统7、耐高温激光出口镜系统8、多个耐高温固定杆件9、耐高温全反射镜10，耐高温透镜5位于激光传输清洗系统的前端，激光器产生的初始光源经激光准直器的作用从透镜端平行输入。耐高温分束镜系统6包括多个耐高温分束镜用耐高温固定杆件9等间距固定在激光传输清洗系统(3)内部，各耐高温分束镜位于激光传输清洗系统(3)中心轴上和激光光源在同一轴线上，用于对传输进来的激光进行反射和透射。耐高温聚焦镜系统7包括多个耐高温聚焦镜，与多个耐高温分束镜一样用耐高温固定杆件9等间距固定在激光传输清洗系统内部(3)，且与对应耐高温分束镜的焦点在同一水平面上，用于聚焦对应耐高温分束镜反射的光。耐高温激光出口镜系统8包括多个耐高温激光出口镜，分别位于激光传输清洗系统(3)内壁等间距排列的通光孔的位置，且与对应耐高温分束镜、耐高温聚焦镜的焦点位于同一水平面上，用于将反射的光透射到待清洗的高温锅炉管道内壁。耐高温全反射镜10位于激光传输清洗系统(3)最顶端，与多个耐高温分束镜的中心在同一轴线上，用于反射多个耐高温分束镜透射传输过来的激光，并反射到与耐高温全反射镜10所对应同一焦点平面的耐高温聚焦镜上然后经过耐高温激光出口镜透射到高温锅炉内壁。激光发生模块(1)产生的平行激光经过耐高温透镜5传输进入激光传输清洗系统(3)，然后依次通过多个耐高温分束镜后产生反射光和透射光，其反射光经过相对应的耐高温聚焦镜和耐高温激光出口镜后输出到高温锅炉管道13内壁，透射光后的最后一束光由耐高温全反射镜10反射到所对应的耐高温聚焦镜和耐高温激光出口镜后输出到高温锅炉管道13内壁。
如图2所示，支撑模块(4)采用耐高温滑轮连杆组件，包括多个耐高温滑轮11和与之对应的多个可伸缩耐高温滑轮连杆12，多个可伸缩耐高温滑轮连杆12沿激光传输清洗系统周向均匀分布，可根据锅炉管道的直径大小进行调节，多个可伸缩耐高温滑轮连杆12一端与激光传输清洗模块(3)活动连接，另一端与耐高温滑轮11活动连接，由智能控制模块(2)的第一控制系统3进行控制，使得激光传输清洗系统(3)通过支撑系统(4)中的耐高温滑轮连杆组件的作用在锅炉管道内匀速螺旋式运动，对高温锅炉管道13内壁进行全方位的清洗。
本实施例在清洗高温锅炉管道过程的步骤：首先由智能控制模块(2)的第二控制系统4控制光纤激光器1的开启，在激光准直器2的作用下产生平行的激光束并输出到激光传输清洗系统(3)中，同时高温锅炉管道温度若大于350℃则从冷却水或气体通入口15注入循环冷却水进行冷却，若小于或等于350℃则通入循环冷却气体进行冷却，避免温度过高，耐高温光学器件不能正常工作。然后依次通过多个耐高温分束镜后产生反射光和透射光，其反射光经过相对应的耐高温聚焦镜和耐高温激光出口镜后输出到高温锅炉管道13内壁，透射光后的最后一束光由耐高温全反射镜10反射到所对应的耐高温聚焦镜8和耐高温激光出口镜后输出到高温锅炉管道13内壁。同时智能控制模块(2)的第一控制系统3控制支撑系统(4)，使得激光传输清洗系统(3)通过支撑系统(4)中的耐高温滑轮连杆组件的作用在锅炉管道内作匀速螺旋式进给运动，对高温锅炉管道13内壁进行全方位的高效清洗。
本实施例针对面对高温锅炉管道的污垢所设计，由于锅炉管道在长期的工作中使得温度很高且管道内壁难以清洗到位，产生水垢、铁锈等污垢后对使用造成不便严重导致锅炉爆炸等事故，本实施例在面对高温条件下，激光发生模块和智能控制模块不可能进入高温管道内进行工作，因此放置在高温锅炉管道外部。激光传输清洗系统(3)和支撑系统(4)处于管道内，且所有材料都用耐高温的材料，使得面对高温环境下的去污技术得到进一步的提升。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (5)

1.一种用于高温锅炉管道的激光清洗系统，其特征是，包括激光发生模块、智能控制模块、激光传输清洗系统和支撑系统；智能控制模块分别与激光发生模块和支撑系统电连接，激光传输清洗系统与支撑系统连接；激光发生模块和智能控制模块放置在高温锅炉管道的外部，激光传输清洗系统及支撑系统设置于高温锅炉管道的内部。
2.如权利要求1所述的用于高温锅炉管道的激光清洗系统，其特征是，激光发生模块包括光纤激光器、传能光纤和激光准直器，用于产生激光并进行平行输出。
3.如权利要求2所述的用于高温锅炉管道的激光清洗系统，其特征是，智能控制模块包括第一控制系统和第二控制系统；第一控制系统与支撑系统连接，控制其转动和进给；第二控制系统与激光发生模块连接，控制光纤激光器的开启、调节激光参数和调节光纤激光器的参数。
4.如权利要求3所述的用于高温锅炉管道的激光清洗系统，其特征是，支撑系统采用耐高温滑轮连杆组件，包括多个耐高温滑轮和与之对应的多个可伸缩耐高温滑轮连杆，多个可伸缩耐高温滑轮连杆沿激光传输清洗系统周向均匀分布，各可伸缩耐高温滑轮连杆一端与激光传输清洗系统活动连接，另一端与对应的耐高温滑轮活动连接，且与第一控制系统电连接。
5.如权利要求1所述的用于高温锅炉管道的激光清洗系统，其特征是，激光传输清洗系统包括位于激光传输清洗系统的前端的耐高温透镜、耐高温分束镜系统、耐高温聚焦镜系统、耐高温激光出口镜系统、耐高温固定杆件、位于激光传输清洗系统最顶端的耐高温全反射镜和冷却循环系统；
光纤激光器产生的初始光源经激光准直器从耐高温透镜端平行输入；
耐高温分束镜系统包括多个耐高温的分束镜，通过耐高温固定杆件等间距固定在激光传输清洗系统内部，其中心位置和激光光源在同一轴线上，用于对传输进来的激光进行反射和透射；
耐高温聚焦镜系统包括多个耐高温聚焦镜，通过耐高温固定杆件等间距固定在激光传输清洗模块内部，且与对应的耐高温分束镜在同一水平面上，用于聚焦耐高温分束镜反射的光；
耐高温激光出口镜系统包括多个耐高温激光出口镜，分别位于激光传输清洗系统内壁等间距排列的通光孔的位置，且与对应的耐高温分束镜、耐高温聚焦镜位于同一水平面上，用于将反射激光透射到待清洗的高温锅炉管道内壁；
耐高温全反射镜位于激光传输清洗系统最顶端，与多个耐高温分束镜的中心在同一轴线上，用于接收各耐高温分束镜透射传输过来的激光，并反射到与耐高温全反射镜所对应的耐高温聚焦镜上然后经过耐高温激光出口镜透射到高温锅炉内壁；
冷却循环系统包括冷却水或气体通入口和循环冷却水或气体；高温锅炉管道温度若大于350℃则从冷却水或气体通入口注入循环冷却水进行冷却，若小于或等于350℃则通入循环冷却气体进行冷却。
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