CN112916533A - 一种管道内壁除垢装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道内壁除垢装置，包括环形刮板（6）及刮刀（8），其特征在于：所述环形刮板（6）及所述刮刀（8）连接在转轴（10）上；所述环形刮板（6）与所述转轴（10）共同沿管道移动以清除管道内壁上的第一垢质；所述刮刀（8）通过向所述管道内壁施加周向切削力以刮除所述管道内壁上的第二垢质；所述第二垢质的硬度大于所述第一垢质的硬度；所述转轴（10）连接控制组件；所述控制组件在所述环形刮板（6）遇到所述第二垢质时被启动以驱动所述转轴（10）带动所述刮刀（8）转动并向所述管道内壁施加周向切削力；解决现有管道的内壁清理机构对垢质清理的针对性不强导致清除不彻底或做无用功的问题，以及机构传动系统复杂的问题。

Description

一种管道内壁除垢装置

技术领域

本发明涉及管道内壁除垢装置。

背景技术

对于管道的内壁清理机构，如一种可自适应连续工作的远程输油管道清理机器人，利用流体动能驱动前进，包括刮壁部件及清洁脚，其中刮壁部件与管壁接触并沿管壁轴向移动，即刮壁部件通过向管壁施加轴向刮擦力以清除管壁上的软质垢或附着力弱的硬质垢；而同时流体冲击带动涡轮旋转，涡轮进一步通过齿轮带动清洁脚做圆周运动以切削管道内壁硬垢，达到对管壁进一步清理的目的。

可以看出，该清洁脚只是单纯的在刮壁部件已经对管壁进行简单清理后重复的对管壁再次进行周向的刮削，而不论刮壁部件是否已将管壁上的垢质清除干净，这种模式在遇到以下两种情形后会有以下后果出现，其一是，在管壁已经清理干净的情况下，清洁脚的二次刮削只是做了无用功；其二是，若管壁上残留的硬垢比较顽固的情况下，清洁脚虽然对该硬垢进行了二次刮削，但因其并不会对该硬垢进行有针对性的反复刮削，所以，仍会有刮削不彻底的可能出现。

另外，保证清洁脚持续进行圆周运动需要复杂的传动系统，而复杂的传动系统能量消耗也越多，能量利用率也越低，必然造成能量浪费。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种管道内壁清理装置，解决现有管道的内壁清理机构对垢质清理的针对性不强导致清除不彻底或做无用功的问题，以及机构传动系统复杂的问题。

为实现上述发明目的，所述的一种管道内壁除垢装置，包括环形刮板及刮刀，其特征在于：

所述环形刮板及所述刮刀连接在转轴上；

所述环形刮板与所述转轴共同沿管道移动以向所述管道内壁施加轴向刮擦力以清除所述管道内壁上的第一垢质；

所述刮刀通过向所述管道内壁施加周向切削力以刮除所述管道内壁上的第二垢质；

所述第二垢质的硬度大于所述第一垢质的硬度；

所述转轴连接控制组件；

所述控制组件，在所述环形刮板遇到所述第二垢质时被启动以驱动所述转轴带动所述刮刀转动并向所述管道内壁施加周向切削力。

进一步地，所述转轴为空心轴；

所述控制组件包括偏心喷头及控流阀；

所述偏心喷头与所述转轴连接；

所述控流阀，用于驱动所述偏心喷头产生转矩；

所述转矩，用于驱动所述转轴带动所述刮刀向所述管道内壁施加周向切削力。

进一步地，所述偏心喷头的水射流对应所述刮刀与所述环形刮板之间的管壁；

所述水射流，用于清洗所述刮刀以保持切削性能及对所述第二垢质施加切削力；

所述切削力，用于与所述周向切削力共同作用以刮除所述管道内壁上的所述第二垢质。

进一步地，所述控流阀设置在所述转轴内，包括内筒及滑套；

所述内筒的侧壁上开有通孔；

所述滑套套在所述内筒外侧，并封堵所述内筒的出口；

所述内筒腔内压力升高驱使所述滑套沿所述内筒外壁滑动以打开所述通孔，所述管道内流体沿所述通孔及所述转轴内腔流入所述偏心喷头内；

所述流体，用于驱动所述偏心喷头产生所述转矩。

进一步地，所述滑套连接复位机构；

所述复位机构包括弹簧及压板；

所述压板通过螺栓与所述内筒连接；

所述螺栓，用作所述滑套的滑轨；

所述滑套与所压板之间设置所述弹簧；

所述弹簧，用于所述滑套沿所述内筒外壁滑动以打开所述通孔时被压缩以蓄积复位弹力；

所述复位弹力，用于所述内筒的所述腔内压力降低时驱动所述滑套复位以关闭所述通孔。

进一步地，所述内筒的入口与所述转轴之间的环形间隙设置端盖；

所述端盖，用于隔绝所述管道内流体从所述环形间隙进入所述转轴；

所述内筒与所述转轴之间设置定位轴承；

所述定位轴承，用于固定所述内筒并减少所述转轴的转动阻力。

进一步地，所述转轴的外侧设置外壳；

所述转轴与所述外壳之间设置轴承；

所述外壳，用于支撑固定所述转轴。

进一步地，所述环形刮板上设置皮碗；

所述皮碗，用于将管道内流体的压力转变为所述环形刮板沿管道移动的动力及辅助所述环形刮板清除所述第一垢质。

进一步地，所述刮刀通过刮臂固定在所述转轴上并位于所述环形刮板前面；

所述刮刀与所述环形刮板之间无缝隙对接。

进一步地，所述刮刀的数量至少为一个，沿所述转轴周向均布。

本发明具有如下有益效果：

本发明的管道内壁除垢装置，利用环形刮板向管道内壁施加轴向刮擦力以清除管道内壁上的第一垢质，利用刮刀向管道内壁施加周向切削力以刮除管道内壁上的第二垢质，其中，所述第二垢质的硬度大于所述第一垢质的硬度，即所述环形刮刀不能对第二垢质进行有效清除，所述环形刮板及所述刮刀连接在转轴上，所述转轴连接控制组件；在环形刮板与转轴共同沿管道移动以清除所述第一垢质的过程中，所述刮刀并不发生转动，当环形刮板遇到第二垢质时，因为环形刮板不能清除第二垢质而被逼停在管道内，装置后端的流体压力升高，导致所述控制组件被启动，所述控制组件驱动所述转轴带动所述刮刀转动，进一步地，所述刮刀刮除所述第二垢质。也就是说，刮刀只是在清除第二垢质的时候才被启动，解决现有管道的内壁清理机构对垢质清理的针对性不强导致清除不彻底或做无用功的问题，以及机构传动系统复杂的问题。

另外，本发明装置利用压力识别第一垢质及第二垢质，当装置感受的压力大于清理第一垢质时的压力，自动从清理第一垢质模式自动切换到清理第二垢质的模式，转换原理简单，不需要齿轮传动等复杂的传动模式，能量利用率高。

附图说明

通过以下参考附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点更为清楚，在附图中：

图1是本发明实施例的管道内壁除垢装置的结构示意图；

图2是本发明实施例的控流阀的关闭状态示意图；

图3是本发明实施例管道内壁除垢装置遇到第二垢质时工作状态的结构示意图；

图4是本发明实施例的控流阀的打开状态示意图；

图5是本发明实施例的偏心喷头的结构示意图；

图6是本发明实施例的刮刀的结构示意图；

图7是本发明实施例的锥形密封的示意图。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是值得说明的是，本发明并不限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。然而，对于没有详尽描述的部分，本领域技术人员也可以完全理解本发明。

此外，本领域普通技术人员应当理解，所提供的附图只是为了说明本发明的目的、特征和优点，附图并不是实际按照比例绘制的。

同时，除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包含但不限于”的含义。

图1是本发明实施例的的管道内壁除垢装置的结构示意图；在图1中，本实施例的管道内壁除垢装置，包括环形刮板6及刮刀8，所述环形刮板6通过向管道内壁施加轴向刮擦力以清除所述管道内壁上的第一垢质，所述刮刀8通过向所述管道内壁施加周向切削力以刮除所述管道内壁上的第二垢质，所述第二垢质的硬度大于所述第一垢质的硬度；所述环形刮板6及所述刮刀8连接在转轴10上，其中，所述环形刮板6与所述转轴10共同沿所述管道移动以清除所述第一垢质；所述转轴10还连接控制组件，在环形刮板6与所述转轴10共同沿所述管道移动的过程中遇到所述第二垢质，则控制组件被启动，启动的所述控制组件驱动所述转轴10带动所述刮刀8转动，所述刮刀8转动的同时向所述管道内壁施加周向切削力，以刮除所述第二垢质。

本实施例的管道内壁除垢装置，利用环形刮板6向管道内壁施加轴向刮擦力以清除管道内壁上的第一垢质，利用刮刀8向管道内壁施加周向切削力以刮除管道内壁上的第二垢质，因为所述第二垢质的硬度大于所述第一垢质的硬度，所以环形刮刀不能对第二垢质进行有效清除；在环形刮板与转轴共同沿管道移动以清除所述第一垢质的过程中，所述刮刀并不发生转动，当环形刮板遇到第二垢质时，因为环形刮板不能清除第二垢质而被逼停在管道内，此时所述控制组件被启动，所述控制组件驱动所述转轴带动所述刮刀转动，进一步地，所述刮刀刮除所述第二垢质。也就是说，刮刀只是在清除第二垢质的过程中才向管壁施加周向切削力，解决现有管道的内壁清理机构对垢质清理的针对性不强导致清除不彻底或做无用功的问题，以及机构传动系统复杂的问题。

优选地，在图1中，所述转轴10为空心轴，所述控制组件包括偏心喷头9及控流阀，所述偏心喷头9与所述转轴10螺纹连接，所述控流阀的作用是驱动所述偏心喷头9产生转矩，偏心喷头9通过该转矩驱动所述转轴10带动所述刮刀8进行转动。

由图2-图4所示，所述控流阀设置在所述转轴10内，具体包括内筒19及滑套16。

其中，所述内筒19的侧壁上开有通孔，所述滑套16套在所述内筒19外侧并封堵所述内筒19的出口。虽然所述管道内流体进入所述内筒19中，但控流阀是随所述转轴10移动的，所述内筒19的腔内压力与管道内压力一致，上述通孔处于关闭状态。

当环形刮板6遇到第二垢质时，环形刮板6不能对第二垢质进行有效清除，则环形刮板6被逼停在管道内，而管道内流体依然进入到内筒19的内腔中，导致所述内筒19的腔内压力升高。

因为所述内筒19的腔内压力升高，所述压力驱使所述滑套16沿所述内筒19的外壁滑动以打开所述通孔，所述管道内流体经过所述通孔及所述转轴10内腔流入转轴10前端的所述偏心喷头9内，所述流体驱动所述偏心喷头9产生所述转矩。

在图5中，所述偏心喷头9采用的是双偏心喷头结构。

优选地，所述偏心喷头9的水射流对应所述刮刀8与环形刮板6之间的管壁，该所述水射流的作用是，一方面用于清洗所述刮刀8刮削下来的所述第二垢质以保持切削性能，另一方面，该水射流可以对所述第二垢质施加切削力，所述第二垢质在该水射流产生的所述切削力与刮刀产生的所述周向切削力共同作用下被从所述管道内壁上刮除下来。

在图6中，所述刮刀8可以是两个，分别位于刀臂7的左右两端，其中刀臂7与环形刮板6之间设置有水平刮刀，即该水平刮刀与管道内壁平行，所述刮刀8在管道内转动的时候，该水平刮刀以相切于管道内壁的方式刮削管道内壁上的第二垢质。

且该水平刮刀优选采用锯齿结构的刀刃，因为锯齿结构的刀刃具有更加快速的刮削效果。

水平刮刀的相对端设置垂直刮刀，该垂直刮刀的刀刃在转轴10前进的过程中，若遇到较易清除的第二垢质，有可能在该垂直刮刀的作用下即时就被刮削下来，此时，就不需要通过转轴10及环形刮板6被第二垢质逼停，然后启动控流阀及偏心喷头9驱动水平刮刀对第二垢质进行刮削的方式。当然该垂直刮刀也优选采用锯齿结构的刀刃。

因为第二垢质被刮刀及水射流刮除下来后，本实施例装置还应该继续沿管道移动，以继续管壁的除垢操作，则滑套16还要复位以关闭通孔，以进一步停止偏心喷头9的转动，为此，所述滑套16需要连接复位机构。

在图1-图4中，所述复位机构包括弹簧15及压板14，所述压板14通过螺栓17与所述内筒19连接，所述螺栓17用作所述滑套16的滑轨；所述滑套16与所压板14之间设置所述弹簧15，所述滑套16沿所述内筒外壁滑动以打开所述通孔时所述弹簧15被压缩以蓄积复位弹力，当所述内筒19的所述腔内压力降低时，所述复位弹力驱动所述滑套16复位以关闭所述通孔。

所述通孔被关闭，管道内流体不能通过该通孔进入到偏心喷头9，偏心喷头9停止工作，转轴10及刮刀8不再转动，环形刮板6在管道内水流的作用下继续前进并继续刮除管道内壁上的所述第一垢质。

在图1及图3中，所述内筒19的入口与所述转轴10之间的环形间隙设置第一端盖21，所述第一端盖21的作用是隔绝所述管道内流体从所述环形间隙进入所述转轴10的空心腔内，以免管道内流体随时进入到偏心喷头9内，引发偏心喷头9的转动。

所述内筒19与所述转轴10之间设置定位轴承24，所述定位轴承24用于固定所述内筒19并减少所述转轴10的转动阻力。

所述定位轴承24两端分别通过第一卡簧23及第二卡簧25进行固定。

在图1中，所述转轴10的外侧设置外壳4，所述外壳4的作用是支撑固定所述转轴10。

所述转轴10与所述外壳4之间设置第一轴承1及第二轴承27，所述第一轴承1的两端分别通过第三卡簧2及第四卡簧29进行固定，而所述第二轴承27的两端分别通过第五卡簧26及第六卡簧28进行固定。

所述外壳4与所述转轴10的端部设置第二端盖22，所述第二端盖22用于保护第一轴承1及第二轴承27。

在图1中，所述环形刮板6上通过螺栓螺母连接皮碗5，环形刮板6两端通过第七卡簧13固定在所述转轴10上。

所述皮碗5的作用是在流体作用下推动装置向前运动。皮碗5与管道之间有良好的接触，起到密封管道内腔的作用，作用于皮碗后端的流体不会流到皮碗前端，因此流体通过有效推动皮碗5进而推动装置向前运动。另外，可以辅助所述环形刮板6清除所述第一垢质。

在图1中，所述刮刀8通过刮臂7固定在所述转轴10上并位于所述环形刮板6前面；所述刮臂7两端通过第八卡簧11及第九卡簧12固定在所述转轴10上。

所述刮刀8的水平刮刀与所述环形刮板6之间无缝隙对接，即水平刮刀的刀刃直抵环形刮板6的侧面，以确保水平刮刀可以无残留的刮除第二垢质。

优选地，所述刮刀8的数量为三个，沿所述转轴10周向均布，也就是这三个刮刀8之间的夹角为120°。

优选地，在内筒16与滑套16之间设置密封件20，该密封件20可以采用传统的O形密封圈；而O形密封圈经过磨损，会产生间隙，导致控流阀的密封效果下降，本实施例的密封件优选采用如图7所示的密封形式，图7中的密封件20为锥形密封，与O形密封圈相比，锥形密封的密封面间可以做到无间隙，能够完全切断通道，即使相互磨损，阀门也不会泄漏，密封效果更好。在滑套16左右滑动的过程中，锥形密封的磨损更小，实现了无损动密封，即可以实现“两体脱离、接触密封”，不存在常规密封刮削密封圈减弱密封效果的危险。

具体地，结合附图对本实施例的装置的工作过程进行描述，以进一步说明本申请的技术方案并帮助理解本发明的有益效果：

需要清理管道内壁时，将本实施例的装置放入到管道内，皮碗5的外径与管道的内径相应，管道内流体的压力作用在皮碗5的表面，从而驱动皮碗5带动转轴10沿着管道移动，在移动的过程中，环形刮板6与管道内壁接触摩擦，从而将管道内壁上较软的垢质（第一垢质）刮除。在此过程中，环形刮板6前方的刮刀8的垂直刮刀，若碰到较硬的单点垢质（第二垢质），若该垢质被垂直刮刀刮削下来，则刮除该第二垢质的时候，并不影响转轴10及环形刮刀6继续前进。

在继续前进的过程中，当管道内壁上出现大块较硬的垢质（第二垢质），而该较硬的垢质并没有被垂直刮刀碰到，则环形刮刀6又不具备将该较硬的垢质刮除的能力，环形刮刀6在该垢质的作用下，不能前行而被逼停在管道内，而管道内流体在内筒19的内腔中积聚压力到一定程度，推动滑套16前移并打开通孔，流体经该通孔进入到转轴10内腔中并冲击偏心喷头9，偏心喷头9在流体的作用下驱动转轴10带动刮刀8转动，刮刀8转动并对管道内壁施加周向切削力，在该周向切削力及偏心喷头9的水射流作用下，第二垢质被刮刀8的水平刮刀及水射流切削下来，达到清除该垢质的目的。

当第二垢质被清除下来后，环形刮刀6前进的阻力消失，管道内流体压力继续推动皮碗5，皮碗5带动转轴10继续前进，环形刮刀6恢复对管道内壁的第一垢质进行刮除的操作。而内筒19内的流体压力随着转轴10的继续前进而消减，滑套16打开通孔并压缩弹簧15时蓄积的复位弹力驱动滑套16关闭通孔，驱动偏心喷头9产生转矩的流体被切断，转轴10停止转动，刮刀8停止对管道内壁施加周向切削力。

可以看出，在本申请最终清除管道内壁的垢质过程中，刮刀8只是在需要清理较硬的垢质的过程中才会被启动，而且该刮刀8对该较硬垢质进行针对性的刮削，直至该较硬的垢质被彻底清除。

以上所述实施例仅为表达本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、同等替换、改进等，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种管道内壁除垢装置，包括环形刮板（6）及刮刀（8），其特征在于：

所述环形刮板（6）及所述刮刀（8）连接在转轴（10）上；

所述环形刮板（6）与所述转轴（10）共同沿管道移动以向所述管道内壁施加轴向刮擦力以清除所述管道内壁上的第一垢质；

所述刮刀（8）通过向所述管道内壁施加周向切削力以刮除所述管道内壁上的第二垢质；

所述第二垢质的硬度大于所述第一垢质的硬度；

所述转轴（10）连接控制组件；

所述控制组件，在所述环形刮板（6）遇到所述第二垢质时被启动以驱动所述转轴（10）带动所述刮刀（8）转动并向所述管道内壁施加周向切削力。

2.根据权利要求1所述的管道内壁除垢装置，其特征在于：

所述转轴（10）为空心轴；

所述控制组件包括偏心喷头（9）及控流阀；

所述偏心喷头（9）与所述转轴（10）连接；

所述控流阀，用于驱动所述偏心喷头（9）产生转矩；

所述转矩，用于驱动所述转轴（10）带动所述刮刀（8）向所述管道内壁施加周向切削力。

3.根据权利要求2所述的管道内壁除垢装置，其特征在于：

所述偏心喷头（9）的水射流对应所述刮刀（8）与所述环形刮板（6）之间的管壁；

所述水射流，用于清洗所述刮刀（8）以保持切削性能及对所述第二垢质施加切削力；

所述切削力，用于与所述周向切削力共同作用以刮除所述管道内壁上的所述第二垢质。

4.根据权利要求2所述的管道内壁除垢装置，其特征在于：

所述控流阀设置在所述转轴（10）内，包括内筒（19）及滑套（16）；

所述内筒（19）的侧壁上开有通孔；

所述滑套（16）套在所述内筒（19）外侧，并封堵所述内筒（19）的出口；

所述内筒（19）腔内压力升高驱使所述滑套（16）沿所述内筒外壁滑动以打开所述通孔，所述管道内的流体沿所述通孔及所述转轴（10）内腔流入所述偏心喷头（9）内；

所述流体，用于驱动所述偏心喷头（9）产生所述转矩。

5.根据权利要求4所述的管道内壁除垢装置，其特征在于：

所述滑套（16）连接复位机构；

所述复位机构包括弹簧（15）及压板（14）；

所述压板（14）通过螺栓（17）与所述内筒（19连接；

所述螺栓（17），用作所述滑套（16）的滑轨；

所述滑套（16）与所压板（14）之间设置所述弹簧（15）；

所述弹簧（15），用于所述滑套（16）沿所述内筒外壁滑动以打开所述通孔时被压缩以蓄积复位弹力；

所述复位弹力，用于所述内筒（19）的所述腔内压力降低时驱动所述滑套（16）复位以关闭所述通孔。

6.根据权利要求4所述的管道内壁除垢装置，其特征在于：

所述内筒（19）的入口与所述转轴（10）之间的环形间隙设置端盖；

所述端盖，用于隔绝所述管道内流体从所述环形间隙进入所述转轴（10）；

所述内筒（19）与所述转轴（10）之间设置定位轴承（24）；

所述定位轴承（24），用于固定所述内筒（19）并减少所述转轴（10）的转动阻力。

7.根据权利要求1-6任一项所述的管道内壁除垢装置，其特征在于：

所述转轴（10）的外侧设置外壳（4）；

所述转轴（10）与所述外壳（4）之间设置轴承；

所述外壳（4），用于支撑固定所述转轴（10）。

8.根据权利要求7所述的管道内壁除垢装置，其特征在于：

所述环形刮板（6）上设置皮碗（5）；

所述皮碗（5），用于将管道内流体的压力转变为所述环形刮板（6）沿管道移动的动力及辅助所述环形刮板清除所述第一垢质。

9.根据权利要求7所述的管道内壁除垢装置，其特征在于：

所述刮刀（8）通过刮臂（7）固定在所述转轴（10）上并位于所述环形刮板（6）的前面；

所述刮刀（8）与所述环形刮板（6）之间无缝隙对接。

10.根据权利要求9所述的管道内壁除垢装置，其特征在于：

所述刮刀（8）的数量至少为一个，沿所述转轴（10）周向均布。

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