CN113503555B - 一种三自由度水力清灰器及清灰方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种三自由度水力清灰器及清灰方法，该清灰器包括滚筒支座单元、第一滚动组件、第二滚动组件和前后驱动组件；滚筒支座单元，包括并排设置的前滚筒支座和后滚筒支座，前滚筒支座和后滚筒支座之间安装一滚筒，滚筒套设于一喷管上，滚筒伸出滚筒支座单元的两端均安装若干支撑轮，喷管的一端开设清扫介质进口，清扫介质进口连通一连接软管，连接软管与第一滚动组件的输出转动轴连接；第二滚动组件用于驱动所述喷管绕X轴转动；前后驱动组件用于驱动所述喷管沿X轴转动，位于前滚筒支座和后滚筒支座之间。本发明通过第一滚动组件带动喷枪转动、第二滚动组件实现喷管的滚动、前后驱动组件实现喷管的前进，由此实现对清灰的全覆盖。

Description

一种三自由度水力清灰器及清灰方法

技术领域

本发明属于清灰技术领域，尤其涉及一种三自由度水力清灰器及清灰方法。

背景技术

锅炉通过受热面换热进行烟气热量回收，由于生活垃圾中灰分较大，焚烧产生的飞灰会沾粘或累积在锅炉受热面上，阻碍了烟气与受热面的换热，从而降低了锅炉效率。生活垃圾余热锅炉的垂直烟道更容易产生结渣，生活垃圾余热锅炉的过热器与省煤器的管排上也易产生结渣或积灰，因此锅炉结焦、积灰一方面造成锅炉受热面吸热能力降低，降低了锅炉效率，另一方面造成锅炉垂直烟道整体烟气温度提升，加剧锅炉受热面腐蚀，易发生因爆管引起的停炉。

但是传统的水力吹灰器适用于燃煤机组的方形烟道，其布置于垂直烟道的外侧，而生活垃圾焚烧余热锅炉垂直烟道多为狭长的长方形，所以燃煤电厂的水冷清灰设备并不适用于垃圾焚烧锅炉狭长的烟道。CN109863362A 与CN201410308455.X分别提供了一种电站锅炉水力吹灰装置，设计理念相同，设备都是布置在锅炉的炉壁上，通过两个电机调节喷嘴的方向，将水流喷入对面的炉膛内壁，其设备的安装面及四周死角无法清扫，且喷射水流量较大，对锅炉负荷有负效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三自由度水力清灰器及清灰方法，通过第一滚动组件带动喷枪（连接软管的输出端）的转动、第二滚动组件实现喷管的滚动、前后驱动组件实现喷管的前进，由此清扫区域可全方位覆盖到锅炉烟道的内部，最终实现对清灰的全覆盖。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种三自由度水力清灰器，包括：

滚筒支座单元，包括并排设置的前滚筒支座和后滚筒支座，所述前滚筒支座和后滚筒支座之间设置间隙，所述前滚筒支座和后滚筒支座之间安装一滚筒，所述滚筒套设于一喷管上，所述喷管延伸出所述滚筒；所述滚筒的两端均延伸出所述滚筒支座单元；所述滚筒伸出所述滚筒支座单元的两端均安装若干支撑轮，所述支撑轮的圆弧面与所述喷管的外边缘接触以夹紧所述喷管；所述喷管的一端开设清扫介质进口，所述清扫介质进口连通一连接软管，所述连接软管与第一滚动组件的输出转动轴连接；所述输出转动轴安装于所述喷管的内壁；所述连接软管和第一滚动组件均位于所述喷管内；所述连接软管的输出端位于所述喷管的外部；

第二滚动组件，用于驱动所述喷管绕X轴转动，包括一同步带，所述同步带连接一主动带轮和所述滚筒，所述主动带轮与一滚动驱动电机的电机轴连接，所述滚动驱动电机固定于一固定架上，所述固定架设置于所述滚筒支座单元上；

前后驱动组件，用于驱动所述喷管沿X轴移动，位于前滚筒支座和后滚筒支座之间，包括一对前后驱动轮，一对所述前后驱动力轮分布于所述喷管轴心线的两侧；所述前后驱动轮的一侧均伸入所述滚筒内并与所述喷管接触；所述前后驱动轮的轮轴沿Y轴延伸；其中一所述轮轴的下端依次连接第一万向轴联轴器、同步齿轮箱的第一输出轴，上端设置第一夹紧块；另一所述轮轴的下端依次连接第二万向轴联轴器、同步齿轮箱的第二输出轴，上端设置第二夹紧块；所述第一夹紧块和第二夹紧块之间通过一螺杆连接，所述螺杆穿过所述滚筒且位于所述喷管的上方；所述同步齿轮箱的输入端与一前后驱动电机的输出端连接。

优选地，所述第一滚动组件还包括安装于所述喷管内壁上的输入转动轴；所述输入转轴上安装一驱动圆盘，所述输出转动轴上安装一从动圆盘，所述驱动圆盘和从动圆盘之间设置一传动链。

优选地，所述喷管的外壁上包括一水冷夹套，所述水冷夹套上开设冷却水进口和冷却水出口；所述水冷夹套包括输入通道和输出通道；所述输入通道的一端连通所述冷却水进口，另一端连通所述输出通道；所述输出通道靠近冷却水进口的一端，连通所述冷却水出口。

优选地，进一步包括一拖链，所述拖链为一中空结构且两端敞开；所述冷却水进口、连接冷却水出口和清扫介质进口处的软管，均延伸至所述拖链内。

优选地，进一步包括一主机架，所述前滚筒支座和后滚筒支座均固定于所述主机架；所述拖链的一端固定于所述主机架。

优选地，所述固定架设置于所述前滚筒支座和后滚筒支座之间。

优选地，所述连接软管卡设于所述输出转动轴。

一种水力清灰方法，基于所述的三自由度水力清灰器，包括：

启动滚动驱动电机，滚动驱动电机带动主动带轮转动，主动带轮经同步带，带动滚筒绕X轴转动，滚筒上的支撑轮随滚筒转动并带动喷管转动，最终实现喷管随滚筒同步绕X轴转动；

启动前后驱动电机，前后驱动电机带动同步齿轮箱内的主动齿轮转动，与主动齿轮啮合的两从动齿轮，随主动齿轮转动；在两从动齿轮转动的过程中，一从动齿轮上的第一输出轴转动且另一从动齿轮上的第二输出轴转动，最终实现两个前后驱动轮绕Y轴同步转动，在前后驱动轮转动的过程中，前后驱动轮与喷管产生摩擦力，以驱动喷管沿X向移动；

转动输出转动轴，连接软管的输出端随输出转动轴转动，以实现喷射角度的变化。

优选地，还包括：首先将喷管伸入待清扫区域内，之后通过清扫介质进口通入清扫介质至喷管，经连接软管后由连接软管向外喷出；通过冷却水进口通入冷却水至连接软管，吸热后的冷却水由冷却水出口排出。

与现有技术相比，本发明的优点为：

（1）利用可伸缩且可旋转喷管、可转动喷嘴，实现对锅炉炉膛或垂直烟道的清灰的全覆盖。

（2）喷管插入至炉膛内部可以使喷枪更加接近水冷壁，喷出的水蒸发比重较小，所需喷射水流量相对较小，对锅炉负荷影响小。

（3）采用设有水冷夹套的喷管，在高温烟气中有效的保护了喷管，避免了喷管的烧蚀及高温腐蚀，可长期处于高温烟气环境中。

（4）无需额外增设独立的供喷管运动的轨道，而利用喷管本身作为轨道，减少了设备重量。

附图说明

图1为本发明一实施例的三自由度水力清灰器立体图；

图2为图1中前后驱动组件和第二滚动组件的剖视图；

图3为图1中第一滚动组件的结构图；

图4为图1中前后驱动组件的另一方向剖视图；

图5为图1的局部示意图；

图6为图1中三自由度水力清灰器的工作状态图；

图7为图6的侧视图。

其中，1-喷枪，2-喷管，3-冷却水进口，4-冷却水出口，5-清扫介质进口，6-支撑轮，7-滚筒，8-同步带，9-滚动驱动电机，10-前滚筒支座，11-主机架，12-前后驱动轮，13-夹紧机构，14-前后驱动单元，15-拖链，16-外壳，17-前后驱动电机 ，18-同步齿轮箱，19-万向轴联轴器，20-从动圆盘，21-水冷夹套，22-连接软管，23-传动链，24-驱动圆盘，30-锅炉垂直烟道水冷壁，31-位置1的清扫介质轮廓，32-位置2的清扫介质轮廓，33-位置3的清扫介质轮廓，34- 位置4的清扫介质轮廓，35-初始清扫介质轮廓，36-转过一定角度后清扫介质轮廓。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

如图1~5所示，一种三自由度水力清灰器，包括：主机架1、滚筒支座单元、滚筒7、喷管2、第一滚动组件、第二滚动组件和前后驱动组件。

主机架11，用于安装前滚筒支座10、后滚筒支座和拖链15。其中，拖链15为一中空结构且两端敞开；后文中冷却水进口3、连接冷却水出口4和清扫介质进口5处的软管，均延伸收纳至拖链15内。

滚筒支座单元，用于安装滚筒7，包括并排设置的前滚筒支座10和后滚筒支座，前滚筒支座10和后滚筒支座之间设置间隙，前滚筒支座10和后滚筒支座之间安装一滚筒7。

滚筒7，套设于一喷管2上，喷管2延伸出滚筒7；滚筒7的两端均延伸出滚筒支座单元；滚筒7伸出滚筒支座单元的两端均安装若干支撑轮6，支撑轮6的圆弧面与喷管2的外边缘接触以夹紧喷管2；喷管2的一端开设清扫介质进口5，清扫介质进口5连通一连接软管22，连接软管22与第一滚动组件的输出转动轴连接；输出转动轴安装于喷管2的内壁；连接软管22和第一滚动组件均位于喷管2内；连接软管22自清扫介质进口5，由喷管2和传动链23之间穿过，延伸至输出转动轴，连接软管22的输出端（喷枪1）位于喷管2的外部。优选地，滚筒7及其驱动系统上部安装有外壳16，从而保护电机等关键部位。

喷管2为水冷夹套21结构，设置有冷却水进口3、冷却水出口4、清扫介质进口5；运行时，冷却水通过冷却水进口3进入水冷夹套21，吸热后的冷却水再从冷却水出口4排出，清扫介质通过清扫介质进口5进入连接软管22，再从喷枪1喷入锅炉垂直烟道。其中，冷却水进口3、连接冷却水出口4和清扫介质进口5处的软管，均延伸收纳至拖链15内，冷却水和清扫介质由拖链15外注入。即喷管2的外壁上包裹一水冷夹套21，水冷夹套21上开设冷却水进口3和冷却水出口4；水冷夹套21包括输入通道和输出通道；输入通道的一端连通冷却水进口3，另一端连通输出通道；输出通道靠近冷却水进口3的一端，连通冷却水出口4。

第一滚动组件包括上述输出转动轴、安装于喷管2内壁上的输入转动轴、驱动圆盘24和从动圆盘20。其中，输入转轴上安装一驱动圆盘24，输出转动轴上安装一从动圆盘20，连接软管22卡设于输出转动轴；驱动圆盘24和从动圆盘20之间设置一传动链23。即喷枪1的角度可以转动，其安装在一个从动圆盘20上，从动圆盘20通过传动链23与喷管2尾部的驱动圆盘24连接组成一个传动结构，通过驱动圆盘24的转动带动喷枪1的转动；驱动圆盘24与一电机的输出轴连接，该电机固定于喷管2内壁上。其中，喷枪1安装在喷管2的一端，并收缩在喷管2内；喷枪1即为连接软管22的输出端。

第二滚动组件，用于驱动喷管2绕X轴转动，包括滚动驱动电机9、主动带轮同步带8、上述滚筒7和支撑轮6。具体的，同步带8连接一主动带轮和滚筒7，主动带轮与滚动驱动电机9的电机轴连接，滚动驱动电机9固定于一固定架上，固定架设置于前滚筒支座10和后滚筒支座之间。即在滚筒7的前部、后部均安装有支撑轮6，并布置一周，喷管2被滚筒7上的支撑轮6夹紧，滚筒7通过带传动与滚动驱动电机9连接。滚动驱动电机9可通过传动使滚筒7滚动，而滚筒7上的支撑轮6夹紧喷管2，从而实现滚动与喷管2同步滚动。

前后驱动组件，用于驱动喷管2沿X轴移动，位于前滚筒支座10和后滚筒支座之间，包括一对前后驱动轮12、第一万向轴联轴器19、同步齿轮箱18、第一夹紧块、第二万向轴联轴器、第二夹紧块和螺杆。具体的，一对前后驱动力轮分布于喷管2轴心线的两侧；前后驱动轮12的一侧均伸入滚筒7内并与喷管2接触；前后驱动轮12的轮轴沿Y轴延伸；其中一个轮轴的下端依次连接第一万向轴联轴器19、同步齿轮箱18的第一输出轴，上端设置第一夹紧块；另一个轮轴的下端依次连接第二万向轴联轴器、同步齿轮箱18的第二输出轴，上端设置第二夹紧块；第一夹紧块和第二夹紧块之间通过一螺杆连接，螺杆穿过滚筒7且位于喷管2的上方；同步齿轮箱18的输入端与一前后驱动电机17的输出端连接。即第一夹紧块、第二夹紧块和螺杆构成夹紧机构13。通过螺杆上的螺栓，将第一夹紧块和第二夹紧块之间的距离固定。

即滚动两侧均安装有前后驱动轮12，前后驱动轮12上端连接夹紧机构，可使前后驱动轮12夹紧喷管2，下端连接前后驱动单元14；其中前后驱动单元14包括前后驱动电机17、同步齿轮箱18、第一万向轴联轴器19和第二万向轴联轴器。前后驱动电机17驱动同步齿轮箱18的输入轴，同步齿轮箱18将前后驱动电机17的驱动力转化为两个同步的输出轴的驱动力，输出轴通过万向轴联轴器19连接在相对应的前后驱动轮12轴下端。在前后驱动单元14的驱动下，滚筒7两侧的前后驱动轮12可实现同步转动，从而驱动喷管2向前或者向后运动。

该三自由度水力清灰器的工作原理：

S1、喷管2伸入锅炉垂直烟道内。

S2、通过清扫介质进口5通入工业水至喷管2，经连接软管22后由连接软管22向外喷出；通过冷却水进口3通入冷却水至连接软管22，吸热后的冷却水由冷却水出口4排出。

S3、启动滚动驱动电机9，滚动驱动电机9带动主动带轮转动，主动带轮经同步带8，带动滚筒7绕X轴转动，滚筒7上的支撑轮6随滚筒7转动并带动喷管2转动，最终实现喷管2随滚筒7同步绕X轴转动，最终实现喷管2在锅炉垂直烟道内转动。

启动前后驱动电机17，前后驱动电机17带动同步齿轮箱18内的主动齿轮转动，与主动齿轮啮合的两从动齿轮，随主动齿轮转动；在两从动齿轮转动的过程中，一从动齿轮上的第一输出轴转动且另一从动齿轮上的第二输出轴转动，最终实现两个前后驱动轮12绕Y轴同步转动，在前后驱动轮12转动的过程中，前后驱动轮12与喷管2产生摩擦力，以驱动喷管2沿X向移动，最终实现喷管2在锅炉垂直烟道内移动。

通过电机转动驱动圆盘24，驱动圆盘24通过传动链23带动从动圆盘20转动，从动圆盘20上的输出转动轴转动，连接软管22的输出端（喷枪1）随输出转动轴转动，以实现喷射角度的变化。

该三自由度水力清灰器在运行时，喷管22伸入锅炉垂直烟道，开始对锅炉垂直烟道水冷壁30进行清扫，如图6所示，为俯视图；在位置1时，喷枪1的清扫正对方向（与喷管22轴向方向呈90°），可实现锅炉垂直烟道水冷壁30侧墙与前后墙的清扫，清扫轮廓见位置1的清扫介质轮廓31；在位置2时，喷枪1的清扫正对方向（与喷管22轴向方向呈90°），可实现锅炉垂直烟道水冷壁30前后墙的清扫，清扫轮廓见位置2的清扫介质轮廓32；在位置3时(如图6)，喷枪1的清扫正对方向（与喷管22轴向方向呈90°），可实现锅炉垂直烟道水冷壁30前后墙的清扫，清扫轮廓见位置3的清扫介质轮廓33；在位置4时，喷枪1的清扫正对方向（与喷管22轴向方向呈90°），可实现锅炉垂直烟道水冷壁对面侧墙的清扫，清扫轮廓见位置4的清扫介质轮廓34；如图7所示，喷管22可实现滚动清扫，从初始清扫角度变化为转过一定角度的清扫角度。其中，初始清扫介质轮廓35和转过一定角度后清扫介质轮廓36见图7。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种三自由度水力清灰器，其特征在于，包括：

滚筒支座单元，包括并排设置的前滚筒支座和后滚筒支座，所述前滚筒支座和后滚筒支座之间设置间隙，所述前滚筒支座和后滚筒支座之间安装一滚筒，所述滚筒套设于一喷管上，所述喷管延伸出所述滚筒；所述滚筒的两端均延伸出所述滚筒支座单元；所述滚筒伸出所述滚筒支座单元的两端均安装若干支撑轮，所述支撑轮的圆弧面与所述喷管的外边缘接触以夹紧所述喷管；所述喷管的一端开设清扫介质进口，通过所述清扫介质进口通入工业水，所述清扫介质进口连通一连接软管，所述连接软管与第一滚动组件的输出转动轴连接；所述输出转动轴安装于所述喷管的内壁；所述连接软管和第一滚动组件均位于所述喷管内；所述连接软管的输出端位于所述喷管的外部；

第二滚动组件，用于驱动所述喷管绕X轴转动，包括一同步带，所述同步带连接一主动带轮和所述滚筒，所述主动带轮与一滚动驱动电机的电机轴连接，所述滚动驱动电机固定于一固定架上，所述固定架设置于所述滚筒支座单元上；

前后驱动组件，用于驱动所述喷管沿X轴移动，位于前滚筒支座和后滚筒支座之间，包括一对前后驱动轮，一对所述前后驱动轮分布于所述喷管轴心线的两侧；所述前后驱动轮的一侧均伸入所述滚筒内并与所述喷管接触；所述前后驱动轮的轮轴沿Y轴延伸；其中一所述轮轴的下端依次连接第一万向轴联轴器、同步齿轮箱的第一输出轴，上端设置第一夹紧块；另一所述轮轴的下端依次连接第二万向轴联轴器、同步齿轮箱的第二输出轴，上端设置第二夹紧块；所述第一夹紧块和第二夹紧块之间通过一螺杆连接，所述螺杆穿过所述滚筒且位于所述喷管的上方；所述同步齿轮箱的输入端与一前后驱动电机的输出端连接。

2.根据权利要求1所述的三自由度水力清灰器，其特征在于，所述第一滚动组件还包括安装于所述喷管内壁上的输入转动轴；所述输入转动轴上安装一驱动圆盘，所述输出转动轴上安装一从动圆盘，所述驱动圆盘和从动圆盘之间设置一传动链。

3.根据权利要求2所述的三自由度水力清灰器，其特征在于，所述喷管的外壁上包括一水冷夹套，所述水冷夹套上开设冷却水进口和冷却水出口；所述水冷夹套包括输入通道和输出通道；所述输入通道的一端连通所述冷却水进口，另一端连通所述输出通道；所述输出通道靠近冷却水进口的一端，连通所述冷却水出口。

4.根据权利要求3所述的三自由度水力清灰器，其特征在于，进一步包括一拖链，所述拖链为一中空结构且两端敞开；所述冷却水进口、连接冷却水出口和清扫介质进口处的软管，均延伸至所述拖链内。

5.根据权利要求4所述的三自由度水力清灰器，其特征在于，进一步包括一主机架，所述前滚筒支座和后滚筒支座均固定于所述主机架；所述拖链的一端固定于所述主机架。

6.根据权利要求1所述的三自由度水力清灰器，其特征在于，所述固定架设置于所述前滚筒支座和后滚筒支座之间。

7.根据权利要求1所述的三自由度水力清灰器，其特征在于，所述连接软管卡设于所述输出转动轴。

8.一种水力清灰方法，基于权利要求1~7之任一项所述的三自由度水力清灰器，其特征在于，包括：

启动滚动驱动电机，滚动驱动电机带动主动带轮转动，主动带轮经同步带，带动滚筒绕X轴转动，滚筒上的支撑轮随滚筒转动并带动喷管转动，最终实现喷管随滚筒同步绕X轴转动；

启动前后驱动电机，前后驱动电机带动同步齿轮箱内的主动齿轮转动，与主动齿轮啮合的两从动齿轮，随主动齿轮转动；在两从动齿轮转动的过程中，一从动齿轮上的第一输出轴转动且另一从动齿轮上的第二输出轴转动，最终实现两个前后驱动轮绕Y轴同步转动，在前后驱动轮转动的过程中，前后驱动轮与喷管产生摩擦力，以驱动喷管沿X向移动；

转动输出转动轴，连接软管的输出端随输出转动轴转动，以实现喷射角度的变化。

9.根据权利要求8所述的水力清灰方法，其特征在于，还包括：首先将喷管伸入待清扫区域内，之后通过清扫介质进口通入清扫介质至喷管，经连接软管后由连接软管向外喷出；通过冷却水进口通入冷却水至连接软管，吸热后的冷却水由冷却水出口排出。

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