CN114700325B - 一种排水管道用干冰微爆清淤装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种排水管道用干冰微爆清淤装置及方法，它包括位于地面上的工程车，工程车上搭载有干冰存储箱和控制台；所述干冰存储箱通过橡胶软管与干冰清洗机相连；所述干冰清洗机上同时通过另一根橡胶软管与空气压缩机相连；所述干冰清洗机搭载在管道爬行机器人的顶部；所述管道爬行机器人设置在待清淤管道内部。该装置能够进入管道内部，通过管道爬行机器人带动干冰清洗机到达待清淤部位，对排水管道内的淤积物，尤其是堆积在管涵底部的致密的胶结状淤积物进行高效清淤，该装置具有结构简单、操作方便、无二次污染、无需人工下井、清淤效率高等优点。

Description

一种排水管道用干冰微爆清淤装置及方法

技术领域

本发明属于市政排水管道清淤技术领域，具体涉及一种排水管道用干冰微爆清淤装置及方法。

背景技术

城市的排水管道系统是现代化城市不可或缺的重要市政基础设施，同时也是一个城市水污染防治和城市排渍、排涝以及防洪的骨干工程。排水管道系统负责收集和输送城市生产、生活产生的生活污水、工业废水和大气降水，并及时可靠地将收集到的生活污水、工业废水和大气降水排除，使城市区域内免受污废水之害，免受暴雨时路面积水之灾，从而给人们提供一个安全舒适的生产和生活环境。此外，城市排水管道系统还使得城市生态系统的物质循环和能量流动正常进行，从而维持生态平衡，保证城市的可持续发展。然而随着经济发展和城市规模的不断扩大，城市排水管道系统的不足和问题也不断显现。如管道淤积堵塞导致的排水不畅，不仅影响居民的日常生活，而且严重时会打乱整个城市的正常节奏，使城市生产生活无法正常进行。

但是目前国内外主要的市政排水管道清淤方法有高压水射流清淤法、绞车机械式清淤法、水冲刷清淤法、通沟机清淤法、清淤球以及拦蓄冲洗门等方法。这些方法多为小管径排水管道清淤而设计，对于大型排水管涵清淤效率不高，有些技术运用于大管径排水管道时存在运行成本过高、清淤能力不足、存在二次污染和不能适应复杂地形条件等局限性。且当工程废浆、水泥沙浆直接排入排水管网后，容易与其他淤积物作用形成堆积在管涵底部的致密的结垢，这种结垢很难用传统的管道清淤方法和设备进行清洗。

而微爆技术是以干冰为介质，在管道内造成微爆炸，利用微爆炸清除管道内的淤积物，无需人工进入管道内。其原理为当干冰颗粒以高速喷射到物体表面时，冲击动能瞬间使干冰颗粒气化，并且吸收大量的热，在清洗表面产生剧烈的热交换，迫使附着物骤冷收缩、脆化，而且通常附着物和基底材料具有不同的膨胀系数，表层与内部的温度差将破坏两种材料间的结合，瞬间的快速收缩能够撕开非结构性连接，同时干冰在千分之几秒的气化过程中体积骤增 800 倍，这样就在冲击点造成“微型爆炸”，有效击落附着物，气化后干冰变为二氧化碳气体，没有残留，不产生废物。

该技术已广泛应用于隧道、医学、木制品等领域。大量研究证明，干冰清洗对基体的损伤极小，因此有望将其应用到排水管道清淤领域。但目前所用干冰清洗装置体积较大，且自动化程度较低，无法适用于地下管道。根据排水管道的特性，需研发一套适用于排水管道的微爆清淤装备。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术不足，提供一种排水管道用干冰微爆清淤装置及方法，该装置能够进入管道内部，通过管道爬行机器人带动干冰清洗机到达待清淤部位，对排水管道内的淤积物，尤其是堆积在管涵底部的致密的胶结状淤积物进行高效清淤，该装置具有结构简单、操作方便、无二次污染、无需人工下井、清淤效率高等优点。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种排水管道用干冰微爆清淤装置，它包括位于地面上的工程车，工程车上搭载有干冰存储箱和控制台；

所述干冰存储箱通过橡胶软管与干冰清洗机相连；

所述干冰清洗机上同时通过另一根橡胶软管与空气压缩机相连；

所述干冰清洗机搭载在管道爬行机器人的顶部；所述管道爬行机器人设置在待清淤管道内部。

所述干冰清洗机通过伸缩支架升降调节的安装在管道爬行机器人的顶部。

所述伸缩支架是由多根壁杆和伸缩油缸组成；伸缩支架的顶端壁杆与干冰清洗机铰接相连，顶端壁杆和干冰清洗机之间通过伸缩油缸铰接相连，并保证干冰清洗机能够实现90°范围内的俯仰动作；伸缩支架的底端壁杆通过球铰与管道爬行机器人的顶端之间通过铰接连接，并保证伸缩支架能够实现360°范围内的旋转动作；铰接相连的壁杆之间铰接有伸缩油缸，并保证干冰清洗机能够实现升降动作。

所述干冰清洗机的下部固定安装有多个用于在管道内补光并便于摄像机拍摄的LED灯。

所述干冰清洗机由清洗喷嘴、固气混合室、密封轴承、风扇、出风口和高清摄像机组成；

所述高清摄像机固定在干冰清洗机的头部，对管道内部的情况进行实时摄影监测、记录，并保证操作人员无需进入管内便能够准确了解管道内淤积物的堆积情况以及微爆清淤效果；

所述风扇和出风口用于清除粘附在摄像机上的雾和干冰，保证拍摄效果；

所述固气混合室通过橡胶软管与空气压缩机和干冰存储箱相连，通过空气压缩机产生真空，将干冰粒从干冰存储箱中吸出，并在固气混合室中汇合、加速，从清洗喷嘴喷出，射向待清洗管道表面。

所述清洗喷嘴采用螺旋的方式布置在固气混合室上，并保证混合物喷出后，其反向冲力将带动喷嘴和固气混合室旋转，保证干冰能够均匀喷射到管道内壁；固气混合室通过密封轴承与干冰清洗机的本体转动相连。

所述清洗喷嘴的轴线与干冰清洗机轴线夹角为45°，与干冰清洗机径向夹角为45°；所述干冰清洗机的干冰喷射速度由空气压缩机的泵送压力和流量控制。

所述管道爬行机器人包括四个麦克纳姆轮、电机、GPS定位系统和车体外壳组成；所述麦克纳姆轮能够使管道爬行机器人在管道内全方位移动，具有前进、后退、平移、旋转、空挡、变速功能；所述GPS定位系统能够实时监测管道爬行机器人在管道内的位置；所述管道爬行机器人由大功率直流电机驱动，四轮驱动模式，具有爬坡能力，爬坡角度不小于45°，能够跨越障碍物。

所述控制台用于操纵管道爬行机器人和伸缩支架，所述控制台包括远程超控杆，显示屏幕，超控按键和信号接收模块；

所述干冰存储箱用于临时存储干冰，将预制好的干冰颗粒保存在干冰存储箱，运送至施工现场，所述干冰存储箱采用夹层结构，内外壳为聚乙烯注塑成形，夹层填充聚氨酯材料，防止干冰气化，干冰存储时间不小于1天；

所述空气压缩机固定在工程车上或单独置于地面。

采用排水管道用干冰微爆清淤装置进行管道清淤的方法，包括以下步骤：

步骤一，封堵：干冰微爆清淤之前，首先对管道进行安全封堵，利用封堵气囊，在待清淤的管道上游检查井的上端进行封堵，在待清淤管段的下游检查井的下端也进行封堵；

步骤二，高压清洗：在干冰微爆清淤之前，首先用高压水车进行清洗，将易于除掉的淤泥杂质首先清除掉，预先的清洗程序使干冰微爆清淤更加的高效经济；

步骤三，微爆清淤：干冰清洗机与管道爬行机器人及LED灯组装好后，将该设备置于管道内，检测整个管道内的淤积物的堆积情况，并记录下淤积物位置和堆积情况，然后将干冰清洗机与空气压缩机和干冰存储箱连接，通过控制台，操纵管道爬行机器人带动干冰清洗机进入管道，在高清摄像机的指引下到达淤积物处，然后开启空气压缩机的开关，当干冰清洗机上的清洗喷嘴绕干冰清洗机的轴线稳定转动后，打开干冰存储箱的出冰口，利用压缩空气管道产生真空，将干冰粒从干冰管道中吸出，在固气混合室中汇合、加速，然后从喷嘴喷出，射向待清洗管道表面；然后操纵管道机器人，边行走边喷射，同时，通过高清摄像机观察清淤情况；清淤结束后，首先关闭干冰存储箱的开关，再关闭空气压缩机；

步骤四，高压冲洗，微爆清淤结束后，清洗下来的淤积物都堆积在管底，再利用高压水车，将管道内的淤积物冲到下游检查井，然后再通过吸污车排出。

本发明有如下有益效果：

1、该装置能够进入管道内部，通过管道爬行机器人带动干冰清洗机到达待清淤部位，对排水管道内的淤积物，尤其是堆积在管涵底部的致密的胶结状淤积物进行高效清淤，该装置具有结构简单、操作方便、无二次污染、无需人工下井、清淤效率高等优点。

2、该装置的整个清淤过程可通过地面控制台完成；清淤效果好，该装置不仅能够准确到达淤积物的部位，而且所用介质干冰，可有效清除被清洗物表面及孔隙中的污垢；干冰气化与污垢发生的热交换使污垢的温度降低，低温下的污垢具有脆性，不会附着在临近的位置上。而二氧化碳的密度大于空气的密度，升华后的干冰下沉会阻止污垢的乱飞。这样使干冰清洗能够达到彻底去除污垢的目的。且经喷嘴喷出的干冰颗粒体积较小，易于进入孔隙中，因此，孔隙中的污垢亦可被彻底去除。

3、可视化程度高，该装置带有高清摄像机，不仅能过够快速了解管道内的淤积情况，而且能够实时了解清淤效果，无需再利用管道检测机器人检测。

4、通过设置的自动除雾装置能够实现自动除雾，进而能够有效解决镜头雾化，拍摄不清晰的问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明一种排水管道用干冰微爆清淤装置示意图。

图2是本发明干冰清洗机示意图。

图3是本发明干冰清洗机左视图。

图4是本发明麦克纳姆轮结构图。

图中：1干冰清洗机、2LED灯、3管道爬行机器人、4伸缩支架、5橡胶软管、6空气压缩机、7干冰存储箱、8控制台、9工程车、10封堵气囊、11淤积物、12高清摄像机、13出风口、14清洗喷嘴、15密封轴承、16固气混合室、17风扇、18轮辐、19轮毂、20辊子。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

请参阅图1-4，一种排水管道用干冰微爆清淤装置，它包括位于地面上的工程车9，工程车9上搭载有干冰存储箱7和控制台8；所述干冰存储箱7通过橡胶软管5与干冰清洗机1相连；所述干冰清洗机1上同时通过另一根橡胶软管5与空气压缩机6相连；所述干冰清洗机1搭载在管道爬行机器人3的顶部；所述管道爬行机器人3设置在待清淤管道内部。通过采用上述的微爆清淤装置，能够借助干冰微爆的原理，实现管道的清淤使用。具体使用过程中，通过地面控制台8操纵管道爬行机器人3带动干冰清洗机1，通过高清摄像机的指引到达待清淤部位，开启空气压缩机6的开关，当干冰清洗机上的喷嘴绕干冰清洗机的轴线稳定转动后，打开干冰存储箱7的出冰口，利用压缩空气管道产生真空，将干冰粒从干冰管道中吸出，在固气混合室中汇合、加速，然后从喷嘴喷出，射向待清洗管道表面，干冰吸热产生微爆，利用干冰的微爆力使淤积物从管道内表面脱离，从而达到清淤的目的，然后操纵管道机器人，边行走边喷射，同时，通过高清摄像机察清淤情况。

进一步的，所述干冰清洗机1通过伸缩支架4升降调节的安装在管道爬行机器人3的顶部。所述伸缩支架4是由多根壁杆和伸缩油缸组成；伸缩支架4的顶端壁杆与干冰清洗机1铰接相连，顶端壁杆和干冰清洗机1之间通过伸缩油缸铰接相连，并保证干冰清洗机1能够实现90°范围内的俯仰动作；伸缩支架4的底端壁杆通过球铰与管道爬行机器人3的顶端之间通过铰接连接，并保证伸缩支架4能够实现360°范围内的旋转动作；铰接相连的壁杆之间铰接有伸缩油缸，并保证干冰清洗机1能够实现升降动作。通过上述的伸缩支架4能够方便的调节干冰清洗机1的高度、俯仰角度和方位角，进而实现管道内部的全方位覆盖，保证后续实现管道内部淤积物11的全方位清洗。工作过程中，通过相应的伸缩油缸驱动壁杆，进而实现干冰清洗机1的位置调节。

进一步的，所述干冰清洗机1的下部固定安装有多个用于在管道内补光并便于摄像机拍摄的LED灯2。通过LED灯2保证了对管道内部进行拍摄的效果，进而保证了整个装置能够在管道内部正常行走。

进一步的，所述干冰清洗机1由清洗喷嘴14、固气混合室16、密封轴承15、风扇17、出风口13和高清摄像机12组成。

进一步的，所述高清摄像机12固定在干冰清洗机1的头部，对管道内部的情况进行实时摄影监测、记录，并保证操作人员无需进入管内便能够准确了解管道内淤积物11的堆积情况以及微爆清淤效果。

进一步的，所述风扇17和出风口13用于清除粘附在摄像机上的雾和干冰，保证拍摄效果。通过上述的风扇17能够实现高清摄像机12外表面的自动清理，进而保证了其后续正常的摄像作业过程。

进一步的，所述固气混合室16通过橡胶软管5与空气压缩机6和干冰存储箱7相连，通过空气压缩机6产生真空，将干冰粒从干冰存储箱7中吸出，并在固气混合室16中汇合、加速，从清洗喷嘴14喷出，射向待清洗管道表面。干冰吸热产生微爆，利用干冰的微爆力使淤积物从管道内表面脱离，从而达到清淤的目的。

进一步的，所述清洗喷嘴14采用螺旋的方式布置在固气混合室16上，并保证混合物喷出后，其反向冲力将带动喷嘴和固气混合室旋转，保证干冰能够均匀喷射到管道内壁；固气混合室16通过密封轴承15与干冰清洗机1的本体转动相连。通过上述的清洗喷嘴14保证了清洗过程中，在反作用力下清洗喷嘴14能够实现正常的转动。

进一步的，所述清洗喷嘴14的轴线与干冰清洗机1轴线夹角为45°，与干冰清洗机1径向夹角为45°；所述干冰清洗机1的干冰喷射速度由空气压缩机6的泵送压力和流量控制。通过上述的角度布置方式保证了清洗喷嘴14最佳的反作用转动效果。

进一步的，所述管道爬行机器人包括四个麦克纳姆轮、电机、GPS定位系统和车体外壳组成；所述麦克纳姆轮能够使管道爬行机器人在管道内全方位移动，具有前进、后退、平移、旋转、空挡、变速功能；所述GPS定位系统能够实时监测管道爬行机器人在管道内的位置；所述管道爬行机器人由大功率直流电机驱动，四轮驱动模式，具有爬坡能力，爬坡角度不小于45°，能够跨越障碍物。通过上述的管道爬行机器人能够搭载整个干冰清洗机1在管道内部的移动行走。

进一步的，所述控制台8用于操纵管道爬行机器人3和伸缩支架4，所述控制台8包括远程超控杆，显示屏幕，超控按键和信号接收模块；通过上述的控制台8能够实现整个装置的自动控制，提高了控制效率和自动化程度。

进一步的，所述干冰存储箱7用于临时存储干冰，将预制好的干冰颗粒保存在干冰存储箱7，运送至施工现场，所述干冰存储箱7采用夹层结构，内外壳为聚乙烯注塑成形，夹层填充聚氨酯材料，防止干冰气化，干冰存储时间不小于1天。通过上述的干冰存储箱7能够实现干冰的有效储存。

进一步的，所述空气压缩机6固定在工程车上或单独置于地面。通过采用上述的空气压缩机6主要用于对混合室16产生真空，进而将干冰颗粒吸出，并进入到混合室16进行混合。

进一步的，为了提高清淤效果，且不损伤管道基体，所述干冰颗粒直径为1mm~3mm；

进一步的，为了提高干冰喷射速度，所述干冰清洗机喷嘴内径不宜过大，略大于干冰粒径，以4~6mm为宜。喷嘴应超出干冰清洗机壳体2~5mm。

实施例2：

采用排水管道用干冰微爆清淤装置进行管道清淤的方法，包括以下步骤：

步骤一，封堵：干冰微爆清淤之前，首先对管道进行安全封堵，利用封堵气囊10，在待清淤的管道上游检查井的上端进行封堵，在待清淤管段的下游检查井的下端也进行封堵；

步骤二，高压清洗：在干冰微爆清淤之前，首先用高压水车进行清洗，将易于除掉的淤泥杂质首先清除掉，预先的清洗程序使干冰微爆清淤更加的高效经济；

步骤三，微爆清淤：干冰清洗机1与管道爬行机器人3及LED灯2组装好后，将该设备置于管道内，检测整个管道内的淤积物的堆积情况，并记录下淤积物位置和堆积情况，然后将干冰清洗机1与空气压缩机6和干冰存储箱7连接，通过控制台8，操纵管道爬行机器人3带动干冰清洗机1进入管道，在高清摄像机12的指引下到达淤积物11处，然后开启空气压缩机6的开关，当干冰清洗机1上的清洗喷嘴14绕干冰清洗机1的轴线稳定转动后，打开干冰存储箱7的出冰口，利用压缩空气管道产生真空，将干冰粒从干冰管道中吸出，在固气混合室中汇合、加速，然后从喷嘴喷出，射向待清洗管道表面；然后操纵管道机器人，边行走边喷射，同时，通过高清摄像机12观察清淤情况；清淤结束后，首先关闭干冰存储箱7的开关，再关闭空气压缩机6；

步骤四，高压冲洗，微爆清淤结束后，清洗下来的淤积物都堆积在管底，再利用高压水车，将管道内的淤积物冲到下游检查井，然后再通过吸污车排出。

Claims (5)

1.一种排水管道用干冰微爆清淤装置，其特征在于，它包括位于地面上的工程车（9），工程车（9）上搭载有干冰存储箱（7）和控制台（8）；

所述干冰存储箱（7）通过橡胶软管（5）与干冰清洗机（1）相连；

所述干冰清洗机（1）上同时通过另一根橡胶软管（5）与空气压缩机（6）相连；

所述干冰清洗机（1）搭载在管道爬行机器人（3）的顶部；所述管道爬行机器人（3）设置在待清淤管道内部；

所述干冰清洗机（1）通过伸缩支架（4）升降调节的安装在管道爬行机器人（3）的顶部；

所述伸缩支架（4）是由多根壁杆和伸缩油缸组成；伸缩支架（4）的顶端壁杆与干冰清洗机（1）铰接相连，顶端壁杆和干冰清洗机（1）之间通过伸缩油缸铰接相连，并保证干冰清洗机（1）能够实现90°范围内的俯仰动作；伸缩支架（4）的底端壁杆通过球铰与管道爬行机器人（3）的顶端之间通过铰接连接，并保证伸缩支架（4）能够实现360°范围内的旋转动作；铰接相连的壁杆之间铰接有伸缩油缸，并保证干冰清洗机（1）能够实现升降动作；

所述干冰清洗机（1）由清洗喷嘴（14）、固气混合室（16）、密封轴承（15）、风扇（17）、出风口（13）和高清摄像机（12）组成；

所述高清摄像机（12）固定在干冰清洗机（1）的头部，对管道内部的情况进行实时摄影监测、记录，并保证操作人员无需进入管内便能够准确了解管道内淤积物（11）的堆积情况以及微爆清淤效果；

所述风扇（17）和出风口（13）用于清除粘附在摄像机上的雾和干冰，保证拍摄效果；

所述固气混合室（16）通过橡胶软管（5）与空气压缩机（6）和干冰存储箱（7）相连，通过空气压缩机（6）产生真空，将干冰粒从干冰存储箱（7）中吸出，并在固气混合室（16）中汇合、加速，从清洗喷嘴（14）喷出，射向待清洗管道表面；

所述清洗喷嘴（14）采用螺旋的方式布置在固气混合室（16）上，并保证混合物喷出后，其反向冲力将带动喷嘴和固气混合室旋转，保证干冰能够均匀喷射到管道内壁；固气混合室（16）通过密封轴承（15）与干冰清洗机（1）的本体转动相连；

所述管道爬行机器人包括四个麦克纳姆轮、电机、GPS定位系统和车体外壳组成；所述麦克纳姆轮能够使管道爬行机器人在管道内全方位移动，具有前进、后退、平移、旋转、空挡、变速功能；所述GPS定位系统能够实时监测管道爬行机器人在管道内的位置；所述管道爬行机器人由大功率直流电机驱动，四轮驱动模式，具有爬坡能力，爬坡角度不小于45°，能够跨越障碍物。

2.根据权利要求1所述一种排水管道用干冰微爆清淤装置，其特征在于：所述干冰清洗机（1）的下部固定安装有多个用于在管道内补光并便于摄像机拍摄的LED灯（2）。

3.根据权利要求1所述一种排水管道用干冰微爆清淤装置，其特征在于：所述清洗喷嘴（14）的轴线与干冰清洗机（1）轴线夹角为45°，与干冰清洗机（1）径向夹角为45°；所述干冰清洗机（1）的干冰喷射速度由空气压缩机（6）的泵送压力和流量控制。

4.根据权利要求1所述一种排水管道用干冰微爆清淤装置，其特征在于：所述控制台（8）用于操纵管道爬行机器人（3）和伸缩支架（4），所述控制台（8）包括远程超控杆，显示屏幕，超控按键和信号接收模块；

所述干冰存储箱（7）用于临时存储干冰，将预制好的干冰颗粒保存在干冰存储箱（7），运送至施工现场，所述干冰存储箱（7）采用夹层结构，内外壳为聚乙烯注塑成形，夹层填充聚氨酯材料，防止干冰气化，干冰存储时间不小于1天；

所述空气压缩机（6）固定在工程车上或单独置于地面。

5.采用权利要求1-4任意一项所述排水管道用干冰微爆清淤装置进行管道清淤的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，封堵：干冰微爆清淤之前，首先对管道进行安全封堵，利用封堵气囊（10），在待清淤的管道上游检查井的上端进行封堵，在待清淤管段的下游检查井的下端也进行封堵；

步骤二，高压清洗：在干冰微爆清淤之前，首先用高压水车进行清洗，将易于除掉的淤泥杂质首先清除掉，预先的清洗程序使干冰微爆清淤更加的高效经济；

步骤三，微爆清淤：干冰清洗机（1）与管道爬行机器人（3）及LED灯（2）组装好后，将该设备置于管道内，检测整个管道内的淤积物的堆积情况，并记录下淤积物位置和堆积情况，然后将干冰清洗机（1）与空气压缩机（6）和干冰存储箱（7）连接，通过控制台（8），操纵管道爬行机器人（3）带动干冰清洗机（1）进入管道，在高清摄像机（12）的指引下到达淤积物（11）处，然后开启空气压缩机（6）的开关，当干冰清洗机（1）上的清洗喷嘴（14）绕干冰清洗机（1）的轴线稳定转动后，打开干冰存储箱（7）的出冰口，利用压缩空气管道产生真空，将干冰粒从干冰管道中吸出，在固气混合室中汇合、加速，然后从喷嘴喷出，射向待清洗管道表面；然后操纵管道机器人，边行走边喷射，同时，通过高清摄像机（12）观察清淤情况；清淤结束后，首先关闭干冰存储箱（7）的开关，再关闭空气压缩机（6）；

步骤四，高压冲洗，微爆清淤结束后，清洗下来的淤积物都堆积在管底，再利用高压水车，将管道内的淤积物冲到下游检查井，然后再通过吸污车排出。

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