CN112934860B - 一种抗辐射柔性激光管道清洗装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种抗辐射柔性激光管道清洗装置，包括支撑机构、进给伸缩机构、弯曲机构和转向清洗机构，所述支撑机构包括固定平台、移动平台和支撑块，固定平台固定于待清洗的管道口处，固定平台上方设置滑轨，移动平台搭在滑轨上，能够顺着滑轨移动；所述弯曲装置为光纤管，光纤管为柔性材质，光纤管一端与激光发生器相固接，另一端与转向清洗机构相固接；移动平台上设置支撑块,进给伸缩机构用于将弯曲机构和转向清洗机构向待清洗管道方向移动。通过柔性光纤管上的特殊结构，提高了清洗装置的适应性，整个装置稳定、可靠性高。

Description

一种抗辐射柔性激光管道清洗装置及其方法

技术领域

本发明涉及激光清洗领域，特别是涉及一种抗辐射柔性激光管道清洗装置及其方法。

背景技术

激光清洗相对于与其他的清洗方式有着洁净度高、精准可控、无污染、只需供电、且操作简单等优点。用一般的光纤在传导能量的过程中会不可避免的损失部分能量，同时液芯光纤的内部为可以自由流动的液体，外层是柔性塑料软管，当液芯光纤被弯曲时，其外层软管发生弯曲，内部液体产生流动，使液芯光纤有良好的可挠性。

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。而现有技术中，目前存在以下问题：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；同时清洗现场的空间有限，现有激光清洗装置通常整体都非常大，一方面无法直接进入现场施工，即使进入现场施工空间有限也不方便开展工作。

发明内容

为了解决上述存在的技术问题，本发明提供一种抗辐射柔性激光管道清洗装置及其方法。本发明装置体积小、柔性好、可靠性高，可以高效完成管道内壁的清洗工作。

为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案一种抗辐射柔性激光管道清洗装置，包括支撑机构、进给伸缩机构、弯曲机构和转向清洗机构，其特征在于：

所述支撑机构包括固定平台、移动平台和支撑块，

固定平台固定于待清洗的管道口处，固定平台上方设置滑轨，移动平台搭在滑轨上，能够顺着滑轨移动；

移动平台上设置支撑块；进给伸缩机构用于将弯曲机构和转向清洗机构向待清洗管道方向移动。

进一步地，进给伸缩机构包括第一液压马达、滑轨、液体输送系统、输入通道和回收筒；第一液压马达置于移动平台上并与回收筒固定连接，第一液压马达能够驱动移动平台在滑轨上移动，回收筒是一个环形柱体与激光发生器相固接，用于存放未充液时的光纤管，液体输送系统通过输入通道与光纤管相连通，能够将液体输送到光纤管中。

进一步地，所述弯曲装置为光纤管，光纤管为柔性材质，光纤管一端与激光发生器相固接，另一端与转向清洗机构相固接。

进一步地，光纤管包括内壁、液路、外壁、液囊和环形支撑板；液路是位于内壁和外壁之间的圆形的通道，液囊周布在光纤管的外壁上，每条液路与对应的液囊相连通，并由位于液压输送系统中的对应的液压泵所控制，环形支撑板在外壁上，用于保持光纤管的形状。

进一步地，所述转向清洗机构包括激光发生器、扩束镜、反射镜、振镜、场镜、第二液压马达、第三液压马达、螺杆、场镜板、筒体、滚轮、伸缩架、振镜板和连接架；

激光发生器与光纤管相连接，扩束镜安装在光纤管内壁的右端，第二液压马达安装在光纤线外壁上，第二液压马达驱动筒体进行旋转运动，连接架一端与筒体相连接，另一端与反射镜相连接，振镜安装在振镜板上，振镜板与筒体相接，振镜板上安装着第三液压马达，第三液压马达驱动着螺杆运动与场镜板通过螺纹连接，螺杆的旋转运动控制着场镜板的升降，场镜安装在场镜板上；筒体前后端各自安装着四个对称分布的滚动装置，伸缩架布置在筒体上，伸缩架内部置有弹簧，滚轮与伸缩架内的弹簧连接。

该发明提供了一种抗辐射柔性激光管道清洗方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、将固定平台固定在待清洗管道口处，第一液压马达驱动移动平台在滑轨上移动，移动至待清洗管道口处，将转向清洗机构推入管道中，液体输送系统通过其中的液压泵逐渐的向光纤管内输入液体，同时液囊中也会输入液体；

步骤2、清洗机构的弯曲调节；每个光纤管的液囊都由液体输送系统中的一个液压泵控制，遇到弯曲管道时进行相应的调节；

步骤3、清洗机构的转向调节，第二液压马达装在光纤管的伸出端，筒体上有内齿轮，当第二液压马达工作时，能够驱动筒体的转动；

步骤4、完成聚焦清洗，激光发生器发射激光通过充满液芯的光纤管，在柔性光纤管内传播，并在待清洗的部位聚焦，执行清洗任务；

步骤5、清洗结束后，光纤管液囊靠近激光发生器一段先收回液体，同时控制光纤管内的液体量，使得光纤管慢慢向回收筒收缩，待收缩到转向清洗装置靠近管道口处，启动第一液压马达，驱动移动平台在滑轨上回到初始位置，同时光纤管带着转向清洗机构移动到固定平台上，整个激光清洗装置完全退出管道口。

进一步地，步骤1中：先将光纤管远离回收筒一端的液囊充满液体，这样光纤管会慢慢的向前伸出展开，推动着转向清洗机构进给。

进一步地，步骤3中，筒体四周配有滚动装置，伸缩架配有弹簧，当滚轮前进时，装置可以较为平稳的前进，同时管道径口大小不一时，也可以压缩弹簧，适应复杂的管道环境，提高清洗装置的可靠性，随着第二液压马达的转动，筒体转动，其上面的场镜板也会跟着周转运动。

进一步地，步骤4中，激光发生器发射激光通过充满液芯的光纤管，抵达扩束镜，扩束镜扩大激光光束，提高聚焦效果，使得激光能量分散均匀，激光经过反射镜反射给振镜、场镜，同时第三液压马达旋转，驱动螺杆旋转运动，场镜板有螺杆通过螺纹连接，将螺杆的旋转运动变为场镜板的升降运动，使得光线可以在待清洗的部位聚焦，执行清洗任务。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过采用有液芯光纤管等技术，解决了传统激光清洗装置体积大问题；同时该发明装置不包含电子元器件，故可以适应于高辐射的管道内作业；通过柔性光纤管上的特殊结构，可以顺应管的形状儿变化，提高了清洗装置的适应性，整个装置稳定、可靠性高。

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是本发明清洗装置的总体结构示意图；

图2是本发明光纤管的结构示意图；

图3是本发明光纤管的横切面示意图；

图1至图3中：1-支撑机构：1.1-固定平台；1.2-移动平台；1.3-支撑块；2-进给伸缩结构：2.1-第一液压马达；2.2-滑轨；2.3-液体输送系统；2.4-输入管道；2.5-回收筒；3-光纤管弯曲机构：3.1-柔性光纤管；3.1.1-内壁；3.1.2-液路；3.1.3-外壁；3.1.4-液囊；4-转向清洗机构：4.1-激光发生器；4.2-扩束镜；4.3-反射镜；4.4-振镜；4.5-场镜；4.6-第二液压马达；4.7-第三液压马达；4.8-螺杆；4.9-场镜板；4.10-筒体；4.11-滚轮；4.12-伸缩架；4.13-振镜板；4.14-连接架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步的描述。应当理解，本实施例仅用来说明本发明，但不用来限制本发明范围。

如图1所示，本发明的一种抗辐射柔性激光管道清洗装置，该装置包括支撑机1、进给伸缩机构2、弯曲机构3和转向清洗机构4，

所述支撑机构1包括固定平台1.1、移动平台1.2和支撑块1.3，

固定平台1.1为一长方体结构，固定于待清洗的管道口处，固定平台1.1上方设置滑轨2.2，移动平台1.2搭在滑轨2.2上，可以顺着滑轨2.2移动。

移动平台1.2上设置支撑块1.3，支撑块1.3用于支撑清洗装置；

进给伸缩机构2包括第一液压马达2.1、滑轨2.2、液体输送系统2.3、输入通道2.4和回收筒2.5；

第一液压马达2.1至于移动平台1.2上并与回收筒2.5固定连接，第一液压马达2.1可以驱动移动平台1.2在滑轨2.2上移动，将装置向待清洗管道方向移动，回收筒2.5是一个环形柱体与激光发生器4.1相固接，用于存放未充液时的光纤管3.1，液体输送系统2.3通过输入通道2.4与光纤管3.1相连通，可以将液体输送到光纤管3.1中；

所述弯曲装置3主要是光纤管3.1结构，

参照图2、图3，光纤管3.1是由柔性材质制作成，一端与激光发生器4.1相固接，另一端与转向清洗机构相固接，光纤管3.1还包括内壁3.1.1、液路3.1.2、外壁3.1.3、液囊3.1.4结构和环形支撑板3.1.5，液路3.1.2是位于内壁3.1.1和外壁3.1.3之间的一个个圆形的通道，液囊3.1.4周布在光纤管3.1的外壁3.1.3上，每条液路3.1.2与对应的液囊3.1.4相连通，并由位于液压输送系统2.3中的对应的液压泵所控制，环形支撑板3.1.5在外壁3.1.3上，用于保持光纤管3.1的形状，光纤管3.1的右端小部分为硬质材料所制成，且为圆柱状，以便安装其他机构；

所述转向清洗机构4包括激光发生器4.1、扩束镜4.2、反射镜4.3、振镜4.4、场镜4.5、第二液压马达4.6、第三液压马达4.7、螺杆4.8、场镜板4.9、筒体4.10、滚轮4.11、伸缩架4.12、振镜板4.13和连接架4.14，

激光发生器4.1与回收筒2.5相固接，并与光纤管3.1相连接，扩束镜4.2安装在光纤管内壁3.1.1的右端，第二液压马达4.6安装在光纤线外壁3.1.3上，并与筒体4.10相接，可以驱动筒体4.10进行旋转运动，连接架4.14一端与筒体4.10相连接，另一端与反射镜4.3相连接，振镜4.4安装在振镜板4.13上，振镜板4.13与筒体4.10相接，振镜板4.13上安装着第三液压马达4.7，第三液压马达4.7驱动着螺杆4.8运动与场镜板4.9通过螺纹连接，螺杆4.8的旋转运动控制着场镜板4.9的升降，场镜4.5安装在场镜板4.9上，筒体4.10前后端各自安装着四个对称分布的滚动装置，伸缩架4.12布置在筒体4.10上，伸缩架4.12内部置有弹簧，滚轮4.11与伸缩架4.12内的弹簧连接。

该实施例还提供了一种抗辐射柔性激光管道清洗方法，该方法包括以下步骤：

步骤1、装置的展开；将固定平台1.1固定在待清洗管道口处，第一液压马达驱动移动平台1.2在滑轨2.2上移动，移动至待清洗管道口处，将转向清洗机构4推入管道中，液体输送系统2.3通过其中的液压泵逐渐的向光纤管3.1内输入液体，同时液囊3.1.4中也会输入液体，先将光纤管3.1远离回收筒2.5一端的液囊3.1.4充满液体，这样光纤管3.1会慢慢的向前伸出展开，推动着转向清洗机构4进给。

步骤2、清洗机构的弯曲调节；每个光纤管3.1的液囊3.1.4都由液体输送系统2.3中的一个液压泵控制，遇到弯曲管道时进行相应的调节。

如当待清洗管道向下弯曲时，此时，通过控制液压泵，使得对应位置的光纤管3.1下方的液囊3.1.4暂不充入液体，上方液囊3.1.4充满液体，同时又有环形支撑板3.1.5保持形状，这样光纤管3.1便可以达到在管道向下弯曲时也可以相应的弯曲，可以清理较为复杂的管道装置。

步骤3、清洗机构的转向调节，第二液压马达4.6装在光纤管3.1的伸出端，筒体4.10上有内齿轮，当第二液压马达4.6工作时，能够驱动筒体4.10的转动。

筒体4.10四周配有滚动装置，伸缩架4.12配有弹簧，当滚轮4.11前进时，装置可以较为平稳的前进，同时管道径口大小不一时，也可以压缩弹簧，适应复杂的管道环境，提高清洗装置的可靠性，随着第二液压马达4.6的转动，筒体4.10转动，其上面的场镜板4.9也会跟着周转运动。

步骤4、完成聚焦清洗，激光发生器4.1发射激光通过充满液芯的光纤管3.1，在柔性光纤管4.1内传播，并在待清洗的部位聚焦，执行清洗任务。

激光发生器4.1发射激光通过充满液芯的光纤管3.1，抵达扩束镜4.2，扩束镜4.2扩大激光光束，提高聚焦效果，使得激光能量分散均匀，激光经过反射镜4.3反射给振镜4.4、场镜4.5，同时第三液压马达4.7旋转，驱动螺杆4.8旋转运动，场镜板4.9有螺杆4.8通过螺纹连接，将螺杆4.8的旋转运动变为场镜板4.9的升降运动，使得光线可以在待清洗的部位聚焦，执行清洗任务。

步骤5、装置的收缩，清洗结束后，光纤管液囊3.1.4靠近激光发生器4.1一段先收回液体，同时控制光纤管3.1内的液体量，使得光纤管3.1慢慢向回收筒2.5收缩，待收缩到转向清洗装置靠近管道口处，启动第一液压马达2.1，驱动移动平台1.2在滑轨2.2上回到初始位置，同时光纤管3.1带着转向清洗机构4移动到固定平台1.1上，整个激光清洗装置完全退出管道口。

以上对本发明所提供的一种抗辐射柔性激光管道清洗装置及其方法进行了详细的介绍，但应理解的是，这些描述仅仅用具体的个例对原理以及实施方式进行阐述，并非用来限制本发明专利的应用。本发明的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本发明专利保护范围和精神下针对发明专利所做的各种变性，改革及等效方案。

Claims (7)

1.一种抗辐射柔性激光管道清洗装置，包括支撑机构(1)、进给伸缩机构(2)、弯曲机构(3)和转向清洗机构(4)，其特征在于：

所述支撑机构(1)包括固定平台(1.1)、移动平台(1.2)和支撑块(1.3)，固定平台(1.1)固定于待清洗的管道口处，固定平台(1.1)上方设置滑轨(2.2)，移动平台(1.2)搭在滑轨(2.2)上，能够顺着滑轨(2.2)移动；

所述弯曲机构(3)为光纤管(3.1)，光纤管(3.1)为柔性材质，光纤管(3.1)一端与激光发生器(4.1)相固接，另一端与转向清洗机构(4)相固接；

移动平台(1.2)上设置支撑块(1.3),进给伸缩机构(2)用于将弯曲机构(3)和转向清洗机构(4)向待清洗管道方向移动；

光纤管(3.1)包括内壁(3.1.1)、液路(3.1.2)、外壁(3.1.3)、液囊(3.1.4)和环形支撑板(3.1.5)；液路(3.1.2)是位于内壁(3.1.1)和外壁(3.1.3)之间的圆形的通道，液囊(3.1.4)周布在光纤管(3.1)的外壁(3.1.3)上，每条液路(3.1.2)与对应的液囊(3.1.4)相连通，并由位于液体输送系统(2.3)中的对应的液压泵所控制，环形支撑板(3.1.5)在外壁(3.1.3)上，用于保持光纤管(3.1)的形状；光纤管(3.1)会慢慢的向前伸出展开时，能够推动着转向清洗机构(4)进给。

2.根据权利要求1所述的抗辐射柔性激光管道清洗装置，其特征在于：进给伸缩机构(2)包括第一液压马达(2.1)、滑轨(2.2)、液体输送系统(2.3)、输入通道(2.4)和回收筒(2.5)；第一液压马达(2.1)置于移动平台(1.2)上并与回收筒(2.5)固定连接，第一液压马达(2.1)能够驱动移动平台(1.2)在滑轨(2.2)上移动，回收筒(2.5)是一个环形柱体与激光发生器(4.1)相固接，用于存放未充液时的光纤管(3.1)，液体输送系统(2.3)通过输入通道(2.4)与光纤管(3.1)相连通，能够将液体输送到光纤管(3.1)中。

3.根据权利要求1所述的抗辐射柔性激光管道清洗装置，其特征在于：所述转向清洗机构(4)包括激光发生器(4.1)、扩束镜(4.2)、反射镜(4.3)、振镜(4.4)、场镜(4.5)、第二液压马达(4.6)、第三液压马达(4.7)、螺杆(4.8)、场镜板(4.9)、筒体(4.10)、滚轮(4.11)、伸缩架(4.12)、振镜板(4.13)和连接架(4.14)；

激光发生器(4.1)与光纤管(3.1)相连接，扩束镜(4.2)安装在光纤管内壁(3.1.1)的右端，第二液压马达(4.6)安装在光纤线外壁(3.1.3)上，第二液压马达(4.6)驱动筒体(4.10)进行旋转运动，连接架(4.14)一端与筒体(4.10)相连接，另一端与反射镜(4.3)相连接，振镜(4.4)安装在振镜板(4.13)上，振镜板(4.13)与筒体(4.10)相接，振镜板(4.13)上安装着第三液压马达(4.7)，第三液压马达(4.7)驱动着螺杆(4.8)运动与场镜板(4.9)通过螺纹连接，螺杆(4.8)的旋转运动控制着场镜板(4.9)的升降，场镜(4.5)安装在场镜板(4.9)上；筒体(4.10)前后端各自安装着四个对称分布的滚动装置，伸缩架(4.12)布置在筒体(4.10)上，伸缩架(4.12)内部置有弹簧，滚轮(4.11)与伸缩架(4.12)内的弹簧连接。

4.一种利用权利要求1所述的抗辐射柔性激光管道清洗装置的清洗管道的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、将固定平台(1.1)固定在待清洗管道口处，第一液压马达驱动移动平台(1.2)在滑轨(2.2)上移动，移动至待清洗管道口处，将转向清洗机构(4)推入管道中，液体输送系统(2.3)通过其中的液压泵逐渐的向光纤管(3.1)内输入液体，同时液囊(3.1.4)中也会输入液体；

步骤2、清洗机构的弯曲调节；每个光纤管(3.1)的液囊(3.1.4)都由液体输送系统(2.3)中的一个液压泵控制，遇到弯曲管道时进行相应的调节；

步骤3、清洗机构的转向调节，第二液压马达(4.6)装在光纤管(3.1)的伸出端，筒体(4.10)上有内齿轮，当第二液压马达(4.6)工作时，能够驱动筒体(4.10)的转动；

步骤4、完成聚焦清洗，激光发生器(4.1)发射激光通过充满液芯的光纤管(3.1)，在柔性光纤管(3.1)内传播，并在待清洗的部位聚焦，执行清洗任务；

步骤5、清洗结束后，光纤管液囊(3.1.4)靠近激光发生器(4.1)一段先收回液体，同时控制光纤管(3.1)内的液体量，使得光纤管(3.1)慢慢向回收筒(2.5)收缩，待收缩到转向清洗装置靠近管道口处，启动第一液压马达(2.1)，驱动移动平台(1.2)在滑轨(2.2)上回到初始位置，同时光纤管(3.1)带着转向清洗机构(4)移动到固定平台(1.1)上，整个激光清洗装置完全退出管道口。

5.根据权利要求4所述的清洗管道的方法，其特征在于：步骤1中：先将光纤管(3.1)远离回收筒(2.5)一端的液囊(3.1.4)充满液体，这样光纤管(3.1)会慢慢的向前伸出展开，推动着转向清洗机构(4)进给。

6.根据权利要求4所述的清洗管道的方法，其特征在于：步骤3中，筒体(4.10)四周配有滚动装置，伸缩架(4.12)配有弹簧，当滚轮(4.11)前进时，装置可以较为平稳的前进，同时管道径口大小不一时，也可以压缩弹簧，适应复杂的管道环境，提高清洗装置的可靠性，随着第二液压马达(4.6)的转动，筒体(4.10)转动，其上面的场镜板(4.9)也会跟着周转运动。

7.根据权利要求4所述清洗管道的方法，其特征在于：步骤4中，激光发生器(4.1)发射激光通过充满液芯的光纤管(3.1)，抵达扩束镜(4.2)，扩束镜(4.2)扩大激光光束，提高聚焦效果，使得激光能量分散均匀，激光经过反射镜(4.3)反射给振镜(4.4)、场镜(4.5)，同时第三液压马达(4.7)旋转，驱动螺杆(4.8)旋转运动，场镜板(4.9)有螺杆(4.8)通过螺纹连接，将螺杆(4.8)的旋转运动变为场镜板(4.9)的升降运动，使得光线可以在待清洗的部位聚焦，执行清洗任务。

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