CN113263022A - 深水闸门水下清理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种深水闸门水下清理装置，包括水下作业部分和地面部分，所述水下作业部分包括矩形的框架以及用于清洗闸门的清理机器人，所述框架包括两根横向边框和两根纵向边框，所述清理机器人可沿所述框架移动地设在所述框架上，所述水下作业部分包括与闸门两侧的纵向导轨匹配的导向组件，以供所述框架沿闸门两侧的纵向导轨移动。该深水闸门水下清理装置能够对闸门导轨和密封面进行清理，极大降低了作业风险，并具有潜水员无法实现的在线清理功能，能够在节约维修时间窗口的同时降低作业成本。
Description
技术领域
本发明涉及水下闸门维护技术领域，尤其是涉及一种深水闸门水下清理装置。
背景技术
压水堆核电站主要由压水反应堆、一回路系统、二回路系统、三回路系统等部分组成。核裂变放出的热量由流经堆内的一回路系统的高压水带出堆外并在蒸器发生器里将热量传递给二回路的水。水受热后产生的蒸汽推动蒸汽轮机，蒸汽轮机则带动发电机发电。三回路则是由循环水系统将海水泵入凝汽器，为凝汽器提供冷却水以维持凝汽器真空，海水经凝汽器最终排入外海，为核电机组提供最终冷源。
每条海水进水流道设置一个闸门将机组与外海隔离。机组运行时将闸门提出引入海水为机组提供冷源，机组检修时将闸门放入进水流道隔离海水，为机组检修提供条件。机组运行时，在闸门导轨和密封面处经常会附着各类海生物，会阻碍闸门下放，并导致闸门密封不严从而无法将外海海水隔离，影响机组检修。为防止闸门下放时出现此类问题，在闸门下放前需对闸门密封面和闸门导轨进行检查、清理，以确保闸门能够顺利下放并形成良好密封，有效隔离外海海水，为机组提供安全的检修环境。
现有技术为有效隔离外海海水，在闸门下放前，需要通过潜水员在水下对闸门的导轨和密封面进行检查，通过人工方式对附着的海生物进行清理。
现有技术方案要求潜水员水下作业，存在以下缺陷：
1、作业风险高
潜水作业本身具有高风险，对人员素质、辅助装置要求极高。闸门作为机组与外海的隔离边界，水下环境复杂，作业难度大。国内已出现此类作业导致人员伤亡的案例。
2、作业效率低
潜水员在水下对装置进行检查的同时，还需要对附着的海生物进行有效清理，导致潜水员工作负荷加大，无法长时间水下作业；同时对现场作业的进度和安全控制提出了更高要求，作业效率降低。
3、作业成本高
潜水作业作为高风险业务，对合作公司的资质、人员的素质等要求很高，导致人力成本高昂；在潜水作业的同时，需要配备消防、急救的相关人员和装置，进一步增加了成本。
4、无法在线清理
在机组运行时，海水流道内水流速度快，潜水员无法在流动的水中对闸门导轨和密封面进行及时清理。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对相关技术中的上述缺陷，提供一种能够对闸门进行清理的深水闸门水下清理装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括：提供一种深水闸门水下清理装置，包括水下作业部分和地面部分，所述水下作业部分包括矩形的框架以及用于清洗闸门的清理机器人，所述框架包括两根横向边框和两根纵向边框，所述清理机器人可沿所述框架移动地设在所述框架上，所述水下作业部分包括与闸门两侧的纵向导轨匹配的导向组件，以供所述框架沿闸门两侧的纵向导轨移动。
优选地，所述导向组件包括至少两个导向块，所述导向块分别设在所述框架本体的横向两侧，设在所述纵向边框的外侧，所述导向块上设有与闸门两侧的纵向导轨匹配的纵向的导向槽，以供所述框架沿闸门两侧的纵向导轨移动。
优选地，所述框架包括用于清理闸门导轨的导轨清理组件，所述导轨清理组件包括至少两个导轨清理器，所述导轨清理器分别设在所述纵向边框的外侧，设在所述导向块下方；所述导轨清理器上设有供闸门导轨通过的纵向的通过槽，所述通过槽内侧设有用于刮走闸门导轨表面附着物的齿形拉刀，以在所述框架沿闸门导轨下移时，所述导轨清理组件清理闸门导轨上的附着物。
优选地，所述横向边框包括至少两段拼接件以及用于调节所述横向边框长度的宽度调节件，所述宽度调节件上设有多个横向分布的用于与拼接件连接的连接结构，所述至少两段拼接件通过所述宽度调节件相连，以通过所述拼接件与所述宽度调节件的不同位置的所述连接结构连接，调节所述横向边框的长度，进而所述调节框架的宽度。
优选地，所述宽度调节件的所述连接结构包括横向分布的多个连接孔，所述宽度调节件通过螺纹连接件穿过所述连接孔与所述拼接件连接。
优选地，所述水下作业部分包括用于清理闸门两侧密封面和/或底部角落的清理喷嘴，所述清理喷嘴设在所述框架上。
优选地，所述清理喷嘴为空化射流喷嘴。
优选地，所述地面部分包括与所述清理喷嘴连接的用于控制所述清理喷嘴的空化射流清洗机。
优选地，所述地面部分包括与所述空化射流清洗机连接的水箱，以向所述清理喷嘴提供喷射用的水。
优选地，所述清理喷嘴设在所述框架的侧面底部，向外喷射。
优选地，所述清理机器人包括至少四个所述清理机器人，所述框架的每一边框至少设置至少一台清理机器人。
优选地，所述清理机器人包括基体以及设在所述基体上的驱动组件和由驱动组件驱动的导轮，所述导轮与所述框架匹配，以使所述清理机器人通过所述导轮沿所述框架移动。
优选地，所述清理机器人包括连接所述基体与所述导轮的用于快速安装拆卸所述导轮的快拆结构。
优选地，所述清理机器人包括基体以及设在所述基体上的用于清理闸门的刷头。
优选地，所述刷头为旋转式的，与所述基体转动连接。
优选地，所述刷头是由所述清理机器人驱动的多级进给磨刷。
优选地，所述清理机器人包括基体以及设在所述基体上的摄像头。
优选地，所述地面部分包括用于控制所述水下作业部分的控制箱。
优选地，所述控制箱上设有与所述摄像头连接的显示屏，以显示所述摄像头拍摄的画面。
优选地，所述地面部分包括用于向所述水下作业部分供电的电源箱。
实施本发明的技术方案，至少具有以下的有益效果：该深水闸门水下清理装置能够对闸门导轨和密封面进行清理，极大降低了作业风险，并具有潜水员无法实现的在线清理功能，能够在节约维修时间窗口的同时降低作业成本。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明的一种实施方式的深水闸门水下清理装置的结构示意图。
图2是图1的框架、导向组件、导轨清理组件和清理喷嘴的主视图。
图3是图1的框架、导向组件、导轨清理组件和清理喷嘴的立体图。
图4是图3中A部位的局部放大图。
图5是图3中B部位的局部放大图。
图6是图1中设在顶部的横向边框和两根纵向边框上的清理机器人的主视图。
图7是图1中设在顶部的横向边框和两根纵向边框上的清理机器人的右视图。
图8是图1中设在底部的横向边框上的清理机器人的主视图。
图9是图1中设在底部的横向边框上的清理机器人的右视图。
图10是图1的控制箱在打开状态下的结构示意图。
图11是图1的电源箱在打开状态下的结构示意图。
图中的标号表示：水下作业部分1，框架11，横向边框111，拼接件1111，宽度调节件1112，连接结构1113，纵向边框112，清理机器人12，基体121，导轮122，快拆结构123，刷头124，摄像头125，推板进给驱动装置126，导向块13，导向槽131，导轨清理器14，通过槽141，齿形拉刀142，清理喷嘴15，地面部分2，空化射流清洗机21，水箱22，控制箱23，显示屏231，电源箱24。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。需要理解的是，如果文中出现“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“纵”、“横”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“头”、“尾”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系、以特定的方位构造和操作，仅是为了便于描述本技术方案，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如果文中出现“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。当一个元件被称为在另一元件“上”或“下”时，该元件能够“直接地”或“间接地”位于另一元件之上，或者也可能存在一个或更多个居间元件。如果文中出现术语“第一”、“第二”、“第三”等仅是为了便于描述本技术方案，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
参见图1-11，本发明的一种实施方式中的深水闸门水下清理装置，包括用于下放到水中作业的水下作业部分1和用于在地面的与水下作业部分1连接的地面部分2，水下作业部分1包括矩形的框架11以及用于清洗闸门的清理机器人12，框架11包括两根横向边框111和两根纵向边框112，框架11优选为钢板和型钢焊接成的结构件，材质为不锈钢；清理机器人12可沿框架11移动地设在框架11上，水下作业部分1包括矩形的与闸门两侧的纵向导轨匹配的导向组件，以供框架11沿闸门两侧的纵向导轨移动，下放到闸门底部。
该深水闸门水下清理装置能够对闸门导轨和密封面进行清理，极大降低了作业风险，并具有潜水员无法实现的在线清理功能，能够在节约维修时间窗口的同时降低作业成本。
导向组件包括至少两个导向块13，导向块13分别设在框架11本体的横向两侧，设在纵向边框112的外侧，导向块13上设有与闸门两侧的纵向导轨匹配的纵向开通的导向槽131，以供框架11沿闸门两侧的纵向导轨移动，水下作业部分1沿轨道下放。
框架11包括用于清理闸门导轨的导轨清理组件，导轨清理组件包括至少两个导轨清理器14，导轨清理器14分别设在框架11的纵向边框112的外侧底部，设在导向块13下方；导轨清理装置设计为拉刀形式，具体而言，导轨清理器14呈块状，其上设有供闸门导轨通过的纵向的通过槽141，通过槽141内侧设有用于刮走闸门导轨表面附着物的齿形拉刀142，以在框架11沿闸门导轨下移时，通过框架11自身重力，使导轨清理组件清理闸门导轨上的附着物，防止装置在下放过程中卡涩。
框架11的横向边框111包括至少两段拼接件1111以及用于调节横向边框111长度的宽度调节件1112，宽度调节装置设计为拼装形式，具体而言，宽度调节件1112上设有多个横向分布的用于与拼接件1111连接的连接结构1113，至少两段拼接件1111通过宽度调节件1112相连，以通过拼接件1111与宽度调节件1112的不同位置的连接结构1113连接，调节横向边框111的长度，进而调节框架11的宽度，适应不同宽度的闸门。优选地，宽度调节件1112的连接结构1113包括横向分布的多个连接孔，宽度调节件1112通过螺纹连接件例如螺栓穿过连接孔与拼接件1111连接。
水下作业部分1包括用于清理闸门两侧密封面和/或底部角落的清理喷嘴15，清理喷嘴15设在框架11上。优选地，清理喷嘴15为空化射流喷嘴，空化射流技术是目前国际上最先进的水下清洗海生物技术，可用于清洗不同水下装置表面的海生物以及其他附着物。本装置选用空化射流最大压力16MPa，通过空化射流与机器人磨刷的结合，能够有效保证密封面的清理效果。
地面部分2包括与清理喷嘴15连接的用于控制清理喷嘴15的空化射流清洗机21。地面部分2还包括与空化射流清洗机21连接的水箱22，以向清理喷嘴15提供喷射用的水。清理喷嘴15设在框架11的侧面底部，向外喷射。
清理机器人12包括至少四个清理机器人12，框架11的每一边框至少设置至少一台清理机器人12，也即每一横向边框111和纵向边框112至少设置一台清理机器人12。
优选地，清理机器人12包括基体121以及设在基体121上的驱动组件和由驱动组件驱动的导轮122，导轮122与框架11匹配，以使清理机器人12通过导轮122沿框架11移动。
优选地，清理机器人12包括连接基体121与导轮122的用于快速安装拆卸导轮122的快拆结构123，以便于机器人本体快速安装与拆卸。
优选地，清理机器人12包括基体121以及设在基体121上的用于清理闸门的刷头124。刷头124为旋转式的，与基体121转动连接。刷头124优选是由清理机器人12驱动的多级进给磨刷。清理机器人通过驱动多级进给磨刷实现对密封面附着物的有效清理，刷头124的刷丝使用钢丝，可以有效清理密封面且不会造成损伤。驱动电使无刷电机，体积小，控制简单；清理机器人12本体线缆、接口均采用防水插头进行对接；接近开关采用大规格非接触式感应开关，距离远且在水下使用不受影响，性能稳定可靠。航空插头采用了多次防水处理，可在下30米使用，安全可靠。
清理机器人12包括基体121以及设在基体121上的摄像头125。在清理机器人12上集成摄像头125，能够实时监控清理机器人12清理效果。可根据水下海生物附着情况进行有针对性的清理，在保证清理效果的情况下，具有可视化、高效率的特点。摄像头125采用高清摄像头125，并自带补光灯，视野角度大，可视距离长，能在水下30米使用，可实时观察水下作业情况和清理效果。其中，设在顶部的横向边框111和两根纵向边框112上的清理机器人12结构相同，设在底部的横向边框111上的清理机器人12多一个推板进给驱动装置126。
地面部分2包括用于控制水下作业部分1的控制箱23，控制箱23同样采用便携式三防箱，箱体分为上、下两层，箱盖打开后并能垂直固定。箱体的下层布置有电源模块、主控盒等元件；箱体的上层布置有触摸屏、急停按钮及其它开关按钮。控制箱23上设有与摄像头125连接的显示屏231，以显示摄像头125拍摄的画面，并且能够在不同摄像头125之间切换。
地面部分2包括用于向水下作业部分1供电的电源箱24。箱体采用便携式三防箱，便于在复杂的环境下移动，内部含有开关电源、空气开关、交流接触器、航空插头、轴流风扇等电器元件。
现有深水闸门密封面清理方案要求潜水员进行水下作业，风险高，难度大。在发电厂长期运行，尤其是核电厂换料周期大幅延长的背景下，水下装置的长期稳定运行变得尤为重要。本发明的深水闸门水下清理装置能够达到以下技术效果：
1、替代潜水员进行水下自动清理，地面远程控制保证人员安全，杜绝人员水下作业的人因风险；
2、清理机器人12配合空化射流清理喷嘴15对闸门密封面、导轨和易附着海生物的死角进行全面清理，清理效果好，工作效率高；
3、能够通过地面部分2对水下作业部分1进行控制，实现在线清理，在流速2m/s的水流中能够稳定运行，可根据需要随时对闸门密封面进行清理，确保密封面附着物不沉积，从而在机组维修期间节约维修时间窗口，提高电站的经济效益；
4、结构简单可靠，操作方便，易于维护，使用成本低。
5、框架11的宽度尺寸可调，能够适应多种宽度闸门，适用面广。
6、通过清理机器人12控制刷头124和喷嘴对闸门工作面实现有效清理；
7、通过导向块13下方的导轨清理组件的齿形拉刀142实现对闸门导轨的清理；
8、能够在发电机组运行中在线作业，应用灵活。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改、组合和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (20)
1.一种深水闸门水下清理装置，其特征在于，包括水下作业部分(1)和地面部分(2)，所述水下作业部分(1)包括矩形的框架(11)以及用于清洗闸门的清理机器人(12)，所述框架(11)包括两根横向边框(111)和两根纵向边框(112)，所述清理机器人(12)可沿所述框架(11)移动地设在所述框架(11)上，所述水下作业部分(1)包括与闸门两侧的纵向导轨匹配的导向组件，以供所述框架(11)沿闸门两侧的纵向导轨移动。
2.根据权利要求1所述的深水闸门水下清理装置，其特征在于，所述导向组件包括至少两个导向块(13)，所述导向块(13)分别设在所述框架(11)本体的横向两侧，设在所述纵向边框(112)的外侧，所述导向块(13)上设有与闸门两侧的纵向导轨匹配的纵向的导向槽(131)，以供所述框架(11)沿闸门两侧的纵向导轨移动。
3.根据权利要求2所述的深水闸门水下清理装置，其特征在于，所述框架(11)包括用于清理闸门导轨的导轨清理组件，所述导轨清理组件包括至少两个导轨清理器(14)，所述导轨清理器(14)分别设在所述纵向边框(112)的外侧，设在所述导向块(13)下方；所述导轨清理器(14)上设有供闸门导轨通过的纵向的通过槽(141)，所述通过槽(141)内侧设有用于刮走闸门导轨表面附着物的齿形拉刀(142)，以在所述框架(11)沿闸门导轨下移时，所述导轨清理组件清理闸门导轨上的附着物。
4.根据权利要求1所述的深水闸门水下清理装置，其特征在于，所述横向边框(111)包括至少两段拼接件(1111)以及用于调节所述横向边框(111)长度的宽度调节件(1112)，所述宽度调节件(1112)上设有多个横向分布的用于与拼接件(1111)连接的连接结构(1113)，所述至少两段拼接件(1111)通过所述宽度调节件(1112)相连，以通过所述拼接件(1111)与所述宽度调节件(1112)的不同位置的所述连接结构(1113)连接，调节所述横向边框(111)的长度，进而所述调节框架(11)的宽度。
5.根据权利要求4所述的深水闸门水下清理装置，其特征在于，所述宽度调节件(1112)的所述连接结构(1113)包括横向分布的多个连接孔，所述宽度调节件(1112)通过螺纹连接件穿过所述连接孔与所述拼接件(1111)连接。
6.根据权利要求1所述的深水闸门水下清理装置，其特征在于，所述水下作业部分(1)包括用于清理闸门两侧密封面和/或底部角落的清理喷嘴(15)，所述清理喷嘴(15)设在所述框架(11)上。
7.根据权利要求6所述的深水闸门水下清理装置，其特征在于，所述清理喷嘴(15)为空化射流喷嘴。
8.根据权利要求7所述的深水闸门水下清理装置，其特征在于，所述地面部分(2)包括与所述清理喷嘴(15)连接的用于控制所述清理喷嘴(15)的空化射流清洗机(21)。
9.根据权利要求8所述的深水闸门水下清理装置，其特征在于，所述地面部分(2)包括与所述空化射流清洗机(21)连接的水箱(22)，以向所述清理喷嘴(15)提供喷射用的水。
10.根据权利要求6所述的深水闸门水下清理装置，其特征在于，所述清理喷嘴(15)设在所述框架(11)的侧面底部，向外喷射。
11.根据权利要求1所述的深水闸门水下清理装置，其特征在于，所述清理机器人(12)包括至少四个所述清理机器人(12)，所述框架(11)的每一边框至少设置至少一台清理机器人(12)。
12.根据权利要求1所述的深水闸门水下清理装置，其特征在于，所述清理机器人(12)包括基体(121)以及设在所述基体(121)上的驱动组件和由驱动组件驱动的导轮(122)，所述导轮(122)与所述框架(11)匹配，以使所述清理机器人(12)通过所述导轮(122)沿所述框架(11)移动。
13.根据权利要求12所述的深水闸门水下清理装置，其特征在于，所述清理机器人(12)包括连接所述基体(121)与所述导轮(122)的用于快速安装拆卸所述导轮(122)的快拆结构(123)。
14.根据权利要求1所述的深水闸门水下清理装置，其特征在于，所述清理机器人(12)包括基体(121)以及设在所述基体(121)上的用于清理闸门的刷头(124)。
15.根据权利要求14所述的深水闸门水下清理装置，其特征在于，所述刷头(124)为旋转式的，与所述基体(121)转动连接。
16.根据权利要求14所述的深水闸门水下清理装置，其特征在于，所述刷头(124)是由所述清理机器人(12)驱动的多级进给磨刷。
17.根据权利要求1所述的深水闸门水下清理装置，其特征在于，所述清理机器人(12)包括基体(121)以及设在所述基体(121)上的摄像头(125)。
18.根据权利要求17所述的深水闸门水下清理装置，其特征在于，所述地面部分(2)包括用于控制所述水下作业部分(1)的控制箱(23)。
19.根据权利要求18所述的深水闸门水下清理装置，其特征在于，所述控制箱(23)上设有与所述摄像头(125)连接的显示屏(231)，以显示所述摄像头(125)拍摄的画面。
20.根据权利要求1所述的深水闸门水下清理装置，其特征在于，所述地面部分(2)包括用于向所述水下作业部分(1)供电的电源箱(24)。
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