CN112827946A - 一种耐辐射管道激光清洗装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种耐辐射管道激光清洗装置，包括激光器传输机构、固定支座、运动机构、导向吸尘装置和清洗机构，激光器传输机构的发射侧依次贯穿运动机构和导向吸尘装置并与清洗机构连接；导向吸尘装置包括真空吸尘装置、导向轮机构和螺栓，导向轮机构设置于真空吸尘装置外侧，螺栓固定导向轮机构于运动机构前端面；清洗机构包括光纤气管出口处的扩束镜、平面镜、振镜单元和调焦装置，平面镜设置于扩束镜正前方并与清洗机构内壁连接。本申请通过运动机构作用清洗机构同时转动和进给，使聚焦在待清洗管道内壁的光束做螺旋运动，克服了不能适应高辐射剂量率的清洗环境；运动单元中第一支撑杆与两个支撑板之间的端面铰接，具有良好的柔性能。

Description

一种耐辐射管道激光清洗装置及使用方法

技术领域

本申请涉及管道内壁清洗技术领域，具体而言，涉及一种耐辐射管道激光清洗装置及使用方法。

背景技术

管道被广泛应用于石油、天然气运输、农业灌溉等方面，长期使用管道内会存在油泥、锈垢固化造成管径变小等问题，严重时影响管道的正常使用，因此对管道进行清洗，使管道清淤并恢复材质本身表面十分重要，能够保证安全性和延长使用寿命。

目前管道清洗技术分为物理清洗和化学清洗两大类，其中常见的高压液体冲洗和机械清洗两种物理清洗方法都存在对管道锈垢层或附着物清洗效果不佳、对管道损伤较大、清洗成本高、时耗长等缺点。激光清洗作为一种新型技术，能够避开传统方法的弊端。

激光清洗的机理主要是基于物体表面污染物吸收激光能量后，或气化挥发，或瞬间受热膨胀而克服管道表面对粒子的吸附力，使其脱离管道或物体表面，进而达到清洗的目的。由于激光清洗可通过调整激光波长、脉宽、作用时间和作用方式等来适应不同污染物和不同基底的清洗要求，因此广泛适用于各种清洗对象，并常用于管道内一些特殊功能的清洗，以解决常规清洗所不能解决对管道锈垢层或附着物清洗效果不佳、对管道损伤较大、清洗成本高、时耗长的问题。此外，与其它清洗技术相比，激光清洗具有无污染、效率高、低成本等优点。

而现有技术中，管道激光清洗装置多采用电器元件进行传动和控制，存在以下问题：1)、当进入高辐射剂量率的空间进行清洗作业时，电机和控制元器件故障率非常高，无法适应这种工作环境；2)、清洗装置的柔性差，转动和进给通过不同电机驱动，因此激光清洗装置整体进入弯曲管道时表现不佳，同时传动系统控制不便。

发明内容

本申请的目的在于：针对现有管道激光清洗装置在现场清洗作业时，存在不能适应高辐射剂量率的清洗环境、柔性差等问题，提供一种耐辐射的管道激光清洗装置。

为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：本申请提供了一种耐辐射的管道激光清洗装置，该装置包括激光器传输机构、固定支座、运动机构、导向吸尘装置和清洗机构，激光器传输机构的发射一侧依次贯穿运动机构和导向吸尘装置，其前端与清洗机构连接，并且分别于所述贯穿部与运动机构和导向吸尘装置连接；所述固定支座位于激光器传输机构和运动机构正下方，与运动机构固定连接；所述激光器传输机构包括：激光器、光纤气管，光纤气管为长形管，光纤气管一端与激光器发射一侧连接；固定支座包括固定平台、内螺纹座和导轨，所述固定平台上顶面设置导轨，其前段上顶面设置有内螺纹座，所述内螺纹座与运动机构的前端固定；导向吸尘装置包括真空吸尘装置、多个导向轮机构和螺栓，所述导向轮机构设置于所述真空吸尘装置的外侧，所述螺栓固定所述导向轮机构于运动机构前端面上；所述清洗机构包括扩束镜、平面镜、振镜单元和调焦装置，所述扩束镜设置于光纤气管出口处，所述平面镜设置于扩束镜正前方，与清洗机构内壁连接，所述平面镜与清洗机构连接的对应处设置所述振镜单元，振镜单元与调焦装置连接并与所述导向吸尘装置连接。

与现有技术相比，本申请的有益效果是：

(1)、本申请的耐辐射管道激光清洗装置，通过采用多级运动单元和软钢蒙皮组成的运动机构，具有良好的柔度，能够对弯曲管道进行激光清洗作业。

(2)、本申请的耐辐射管道激光清洗装置，所述运动机构通过简单的转动传动，就能较好的实现管道内壁的清洗作业作用。

(3)、本申请的耐辐射管道激光清洗装置，通过运动机构内所述第一支撑杆代替铰接头，节约了高端部件铰接头的资源和使用，同样较好的实现运动机构的随待清洗弯曲管道而弯曲跟进的功用。

(4)、本申请的耐辐射管道激光清洗装置，通过所述真空吸尘装置归集洗涤的污渍，避免了清洗作业中洗涤污渍污染环境。

(5)、本申请的耐辐射管道激光清洗装置，通过所述导向轮机构紧贴待清洗管道前端内壁，引导清洗机构安全有序的向待清洗管道内推进，避免推进过程中预阻，使激光清洗探头被折弯。

(6)、本申请的耐辐射管道激光清洗装置，通过扩束镜对传输激光方向的转换，使传输激光可以更有针对性的作用于待清洗管道内壁，配合运动机构可方便对环管道内壁清洗作业作精准控制的要求，提高了清洗质量。

(7)、本申请的耐辐射管道激光清洗装置，通过固定平台及其上铺设的导轨，把运动机构设置于固定平台之上，避免了运动机构因为自重太大在运动时易折损，并通过所述导轨的朝清洗管道内部推进作业，提高了本申请耐辐射管道激光清洗装置的便携移动的机动性。

附图说明

本申请的上述和/或附加方面的优点在结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本申请一种耐辐射管道激光清洗装置的一个实施例的结构示意图；

图2是根据本申请一种耐辐射管道激光清洗装置的一个实施例的支撑杆布置结构示意图；

图3是根据本申请一种耐辐射管道激光清洗装置的一个实施例的螺杆和导向杆布置结构示意图；

图4是根据本申请一种耐辐射激光清洗装置的一个实施例的导向轮机构布置结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

在下面的描述中，阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，本申请提出了一种耐辐射管道激光清洗装置，包括激光器传输机构1、固定支座2、运动机构3、导向吸尘装置4和清洗机构5，

激光器传输机构1的发射一侧依次贯穿运动机构3和导向吸尘装置4，其前端与清洗机构5连接，并且分别于所述贯穿部与运动机构3和导向吸尘装置4连接；所述固定支座2位于激光器传输机构1和运动机构3正下方，与运动机构3固定连接；所述激光器传输机构1包括：激光器11、光纤气管12，光纤气管12为长形管，光纤气管12一端与激光器11发射一侧连接；所述激光器11提供用于清洗加工的激光光束，根据不同的加工介质选用对应波长和频率的激光。

固定支座2包括固定平台21、内螺纹座22和导轨23，所述固定平台21上顶面设置导轨23，其前段上顶面设置有内螺纹座22，所述内螺纹座22与运动机构3的前端固定；所述导轨23之下设置导槽，所述导槽沿所述固定平台21后端铺设至前端，所述导轨23底面与导槽活动连接。

所述运动机构3包括外螺纹管34，所述外螺纹管34由许多节运动单元依次连接而成。所述运动机构3还包括空心轴电机31、轴承座32和移动平台33和空心轴35，所述光纤气管12与激光器11发射一侧相连，另一端依次穿过空心轴电机31、空心轴35、运动机构3、导向及吸尘机构4至清洗机构5，传输激光器11发射的光束用于清洗作业。光纤气管12中直长的气管用于传输气动马达541所需的动力气源，空心轴电机31通过电机支座固定于移动平台33上方提供动力。

固定平台21用于固定支撑内螺纹座22和运动机构的移动平台33，内螺纹座22通过与固定平台21焊接相连，用于与运动机构3的外螺纹管34配合，实现清洗机构5的旋转和轴向进给；导轨23设置于固定支座2的另一侧，动力机构的移动平台33通过导轨23与固定平台21配合，能够沿着固定平台21纵向方向相对移动。

所述外螺纹管34包括：多个运动单元、软钢蒙皮343、第一螺纹344，所述支撑板342中心设置开孔，所述光纤气管12设置于所述开孔内；所述外螺纹管34前端部的支撑板342通过螺栓43与导向吸尘装置4连接。

所述运动单元外部覆盖软钢蒙皮343，所述软钢蒙皮343外部设置第一螺纹344，所述软钢蒙皮343朝向空心轴35的一端与空心轴35近端焊接，所述第一螺纹344与所述内螺纹座22配合。

如图2所示，所述运动单元包括两个第一支撑杆341和一个支撑板342，两个所述第一支撑杆341分别设置于前后两个支撑板342之间，并分别与所述两个支撑板342之间的端面铰接，所述两个第一支撑杆341轴心与所述运动单元轴心位于同一平面上，并且具有良好的柔性，进入弯曲管道时，能够相对进入的弯曲管道内壁转动以适应进入管道通道的弯曲形状，支撑板342中心开孔用于光纤气管12穿过；软钢蒙皮343也能随着第一支撑杆341相对支撑板342的转动而随着外部管道通道的弯曲而变形，外部制有第一螺纹344用于与内螺纹座22配合。

在工作时，空心轴电机31输出扭矩带动空心轴35和软钢蒙皮343旋转，由此内螺纹座22与外螺纹管34相互啮合，使运动机构3受到纵向力和/或横向力，带动移动平台33在固定支座2的导轨23上移动，并将清洗机构5旋入待清洗管道中。

导向吸尘装置4包括真空吸尘装置41、多个导向轮机构42和螺栓43，导向吸尘装置4与外螺纹管34端部的支撑板342通过螺栓43连接，工作时与外螺纹管34同步转动。轴承座32通过螺栓43与移动平台33连接，用于支承空心轴35的受力，空心轴35的一端通过联轴器与所述空心轴电机31的电机轴相连，另一端与运动机构3的软钢蒙皮343焊接，真空吸尘装置41用于收集清洗下来的污染物及尘埃，防止已清洗区域的二次污染同时避免清洗的污渍回流污染场镜544。

如图4所示，所述导向轮机构42设置于所述真空吸尘装置41的外侧面，所述螺栓43固定所述导向轮机构42于运动机构3前端面上；所述导向轮机构42包括万向轮421、第二支撑杆422、弹簧423，所述各个导向轮机构42沿导向吸尘装置4圆柱表面周向间隔120度布置于真空吸尘装置41的外表面，用于清洗机构5在待清洗管道中的定位和支撑，提高轴向移动和转动的稳定性，避免无规则的摆动。

所述万向轮421贴合清洗管道内壁，沿清洗管道轴向和径向转动；所述第二支撑杆422的长度可以调节，与圆柱表面转动连接，第二支撑杆422包括支撑杆E4221和支撑杆F4222，所述支撑杆E4221与导向吸尘装置4外部的圆柱表面转动连接，支撑杆F4222一端设凸起，其凸起与所述圆柱表面设置的滑槽活动连接；两个第二支撑杆422中部设有弹簧423。

在静态时，在弹簧423拉力作用下支撑杆F4222往支撑杆F4222处滑动，万向轮421被撑起；在工作时，在管道内壁径向压力作用下，万向轮421被压向吸尘装置的外表面，弹簧423被拉长，支撑杆F4222往外滑动，万向轮421在径向力与弹簧423恢复力的平衡作用下，与待清洗管道内壁接触。各个导向轮机构42沿周向间隔120度布置，轴向上根据实际情况布置若干组。

所述真空吸尘装置41为一段中空的圆柱形封闭空间，其外侧壁设置小孔，所述小孔尺寸大于掉落的污渍尺寸，所述真空吸尘装置41轴心处两端壁面设置通孔，所述光纤气管12贯穿所述通孔，贯穿部由所述真空吸尘装置41设置的密封连接件密封连接。

所述清洗机构5包括扩束镜51、平面镜52、振镜单元和调焦装置54，所述扩束镜51设置于光纤气管12出口处，所述平面镜52设置于扩束镜51正前方，与清洗机构5内壁连接，所述扩束镜51设置于光纤气管12出口处，扩束镜51反射镜面所在镜面与光纤气管12中轴具有倾斜角度，其反射面与光纤气管12和所述振镜单元相对应。

所述平面镜52及其与清洗机构连接的对应处设置所述振镜单元，振镜单元与调焦装置54连接并与所述导向吸尘装置4连接。

所述调焦装置54包括气动马达541、螺杆542、场镜支撑板543和场镜544，所述振镜单元包括振镜53和振镜支撑板，所述振镜53设置于所述振镜支撑板；所述调焦装置54设置于所述振镜支撑板的下板面，气动马达541由螺栓43连接于振镜支撑板底部，两个气动马达541平行布置，所述螺杆542一端与气动马达541通过联轴器相连，另一端通过螺纹与场镜支撑板543上的螺孔配合，配合处设置球轴承使运动同步，所述场镜544设置于所述场镜支撑板543上。

如图3所示，两个导向杆焊接在振镜支撑板底部，与螺杆542上下间间隔90°布置，导向杆与场镜支撑板543的光孔设置为间隙配合，控制场镜支撑板543运动的稳定性，避免螺纹传动过程中的来回振动，提高激光清洗的准确性。

扩束镜51设置于光纤气管12的激光光纤出口处，用于将激光光束扩大，改善聚焦效果，使能量均匀分散，清洗机构5轴向上呈45度布置一块平面镜52，将从扩束镜51沿轴向发射出的光束径向射出至振镜53，扫描振镜53控制光束运动和场镜544将光束聚焦输出在待清洗的金属管道内壁上。

气动马达541将扭矩传递给螺杆542，螺杆542与场镜支撑板543的螺纹啮合并将螺杆542的旋转运动转换为场镜支撑板543沿导向杆的直线运动，气动马达541的旋转方向控制场镜支撑板543的移动方向，通过调节场镜544与振镜的距离进行调焦。场镜544接收振镜53传输出的激光并在待清洗管道内壁上聚焦，通过聚焦的高强度激光对目标部位进行清洗，根据沿管道内壁的清洗需求，所述调焦装置54相对管道内壁环周旋转，精准对准待清洗部位重点清洗，保证清洗质量。

基于同一构思，本发明还提供了一种耐辐射管道激光清洗装置清洗工艺，其步骤如下，

本清洗装置在作业时，根据清洗管道内径大小调整导向轮机构42，包括首先移动固定平台21靠近待清洗管道，根据待清洗管道内壁直径大小调整导向机构的弹簧423和第二支撑杆422的长度，使万向轮421在适宜的受力状态下运动并进入待清洗管道内。

本清洗装置在作业时，清洗机构5进入待清洗管道，步骤包括有：然后将清洗机构5和导向吸尘装置41放进待清洗管道后，启动空心轴电机31和激光器11，空心轴电机31带动空心轴35、外螺纹管34、导向吸尘装置4和清洗机构5一起朝待清洗管道内部旋转，外螺纹管34与固定的内螺纹座22相互啮合并将耐辐射管道激光清洗机构5不断旋入待清洗管道内部，同时移动平台33在导轨23上沿待清洗管道轴向移动。清洗机构5、导向吸尘装置在运动机构3的作用下，同时向待清洗管道内部做旋转和轴向进给运动，此时各个导向轮机构42环待清洗管道周向间隔120布置，万向轮421紧贴着待清洗管道内壁保证清洗机构5始终稳定在待清洗管道轴旋转中心处，保证运动的稳定性和连续性。

本清洗机构5在作业时，执行清洗任务并回收污染物，包括激光器11可发出不同频率和波长的光束，经过光纤气管12中光纤传导至扩束镜51，扩束镜51使激光能量均匀分散，经过对应的平面镜52反射后，沿待清洗管道轴向射入的光线沿着管道径向朝振镜53射出，再经过振镜53和场镜544聚焦将光束聚焦输出在待清洗管道内壁上执行清洗的任务作业。由于在运动机构3作用下清洗机构5同时朝待清洗管道内转动和进给，因此聚焦在待清洗管道内壁的光束做螺旋运动进行清洗加工作业，同时真空吸尘器41收集清洗下的污染物体。

本清洗装置在作业时，根据清洗工作的情况通过调节振镜焦距及旋转转速来调整清洗速度，步骤包括有通过控制气动马达541的转动方向和转速，可使场镜544沿着导向杆移动来调节调焦装置的焦距。此外，根据待清洗管道实际的清洗环境，调整空心轴电机31的转速以调节清洗速度，对于不易清洗的管道适当降低清洗速度，保证清洗的质量。

本申请中的步骤可根据实际需求进行顺序调整、合并和删减。

本申请装置中的单元可根据实际需求进行合并、划分和删减。

尽管参考附图详地公开了本申请，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本申请的应用。本申请的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本申请保护范围和精神的情况下针对发明所作的各种变型、改型及等效方案。

Claims (10)

1.一种耐辐射管道激光清洗装置，其特征在于，包括激光器传输机构(1)、固定支座(2)、运动机构(3)、导向吸尘装置(4)和清洗机构(5)，

激光器传输机构(1)的发射一侧依次贯穿运动机构(3)和导向吸尘装置(4)，其前端与清洗机构(5)连接，并且分别于所述贯穿部与运动机构(3)和导向吸尘装置(4)连接；

所述固定支座(2)位于激光器传输机构(1)和运动机构(3)正下方，与运动机构(3)固定连接；

所述激光器传输机构(1)包括：激光器(11)、光纤气管(12)，光纤气管(12)为长形管，光纤气管(12)一端与激光器(11)发射一侧连接；

固定支座(2)包括固定平台(21)、内螺纹座(22)和导轨(23)，

所述固定平台(21)上顶面设置导轨(23)，其前段上顶面设置有内螺纹座(22)，所述内螺纹座(22)与运动机构(3)的前端固定；

导向吸尘装置(4)包括真空吸尘装置(41)、多个导向轮机构(42)和螺栓(43)，

所述导向轮机构(42)设置于所述真空吸尘装置(41)的外侧，所述螺栓(43)固定所述导向轮机构(42)于运动机构(3)前端面上；

所述清洗机构(5)包括扩束镜(51)、平面镜(52)、振镜单元和调焦装置(54)，所述扩束镜(51)设置于光纤气管(12)出口处，所述平面镜(52)设置于扩束镜(51)正前方，与清洗机构(5)内壁连接；

所述平面镜(52)与清洗机构连接的对应处设置所述振镜单元，振镜单元与调焦装置(54)连接并与所述导向吸尘装置(4)连接。

2.如权利要求1所述的耐辐射管道激光清洗装置，其特征在于，所述调焦装置(54)包括气动马达(541)、螺杆(542)、场镜支撑板(543)和场镜(544)，

所述振镜单元包括振镜(53)和振镜支撑板，所述振镜(53)设置于所述振镜支撑板；

所述调焦装置(54)设置于所述振镜支撑板的下板面，气动马达(541)由螺栓(43)连接于振镜支撑板底部，

所述螺杆(542)一端与气动马达(541)通过联轴器相连，另一端通过螺纹与场镜支撑板(543)上的螺孔配合，配合处设置球轴承；

所述场镜(544)设置于所述场镜支撑板(543)上。

3.如权利要求1所述的耐辐射管道激光清洗装置，其特征在于，所述导向轮机构(42)包括万向轮(421)、第二支撑杆(422)、弹簧(423)，所述各个导向轮机构(42)沿导向吸尘装置(4)圆柱表面周向间隔120度布置于真空吸尘装置(41)的外表面；

所述万向轮(421)贴合清洗管道内壁；

所述第二支撑杆(422)包括支撑杆E(4221)和支撑杆F(4222)，所述支撑杆E(4221)与导向吸尘装置(4)外部的圆柱表面转动连接，支撑杆F(4222)一端设凸起，其凸起与所述圆柱表面设置的滑槽活动连接；

两个第二支撑杆(422)中部设有弹簧(423)。

4.如权利要求1所述的耐辐射管道激光清洗装置，其特征在于，所述真空吸尘装置(41)外侧壁设置小孔，所述小孔尺寸大于掉落的污渍尺寸，所述真空吸尘装置(41)轴心处两端壁面设置通孔，所述光纤气管(12)贯穿所述通孔，贯穿部由所述真空吸尘装置(41)设置的密封连接件密封连接。

5.如权利要求1所述的耐辐射管道激光清洗装置，其特征在于，所述扩束镜(51)设置于光纤气管(12)出口处，扩束镜(51)反射镜面所在镜面与光纤气管(12)中轴具有倾斜角度，其反射面与光纤气管(12)和所述振镜单元相对应。

6.如权利要求1所述的耐辐射管道激光清洗装置，其特征在于，所述导轨(23)之下设置导槽，所述导槽沿所述固定平台(21)后端铺设至前端，所述导轨(23)底面与导槽活动连接。

7.如权利要求1所述的耐辐射管道激光清洗装置，其特征在于，所述运动机构(3)包括外螺纹管(34)，

所述外螺纹管(34)由许多节运动单元依次连接而成。

8.如权利要求1所述的耐辐射管道激光清洗装置，其特征在于，所述外螺纹管(34)包括：多个运动单元、软钢蒙皮(343)、第一螺纹(344)，

所述运动单元外部覆盖软钢蒙皮(343)，所述软钢蒙皮(343)外部设置第一螺纹(344)，所述软钢蒙皮(343)朝向空心轴(35)的一端与空心轴(35)近端焊接，所述第一螺纹(344)与所述内螺纹座(22)配合。

9.如权利要求8所述的耐辐射管道激光清洗装置，其特征在于，所述运动单元包括两个第一支撑杆(341)和一个支撑板(342)，

两个所述第一支撑杆(341)分别设置于前后两个支撑板(342)之间，并分别与所述两个支撑板(342)之间的端面铰接。

10.如权利要求9所述的耐辐射管道激光清洗装置，其特征在于，

所述外螺纹管(34)前端部的支撑板(342)通过螺栓(43)与导向吸尘装置(4)连接。

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