CN114798611A - 煤矿管道内外壁自动除锈装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供煤矿管道内外壁自动除锈装置，涉及管道除锈技术领域。所述煤矿管道内外壁自动除锈装置包括：支架；管道驱动机构，所述管道驱动机构与支架连接，通过管道驱动机构驱动待清理管道转动；高压水射流束泵机构，所述高压水射流束泵机构与支架连接，且高压水射流束泵机构包括壳体，所述支架固定连接有壳体，壳体内安装有电机和增压泵，所述电机的输出端与增压泵的输入端连接，且壳体内安装有用于控制电机转速的变频器；所述增压泵的出水口连接有出水管，且出水管上安装有气动高压阀。本发明提供的煤矿管道内外壁自动除锈装置具有污染小的优点。

Description

煤矿管道内外壁自动除锈装置

技术领域

本发明涉及管道除锈技术领域，尤其涉及煤矿管道内外壁自动除锈装置。

背景技术

因管路在井下潮湿污染的环境下使用，管道外壁腐蚀十分严重，造成管壁厚度减少，耐压指标下降，对生产和安全构成隐患。故井下拆卸下来的管道需升井除锈防腐后再使用。

目前煤矿旧管道除锈普遍采用砂轮打磨进行处理，在对煤矿旧管道进行打磨时，处理过程中灰尘大，对环境造成很大污染和危害操作人员身体健康。

因此，有必要提供新的煤矿管道内外壁自动除锈装置解决上述技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供环保性能好的煤矿管道内外壁自动除锈装置。

本发明提供的煤矿管道内外壁自动除锈装置包括：支架；管道驱动机构，所述管道驱动机构与支架连接，通过管道驱动机构驱动待清理管道转动；高压水射流束泵机构，所述高压水射流束泵机构与支架连接，且高压水射流束泵机构包括壳体，所述支架固定连接有壳体，壳体内安装有电机和增压泵，所述电机的输出端与增压泵的输入端连接，且壳体内安装有用于控制电机转速的变频器；所述增压泵的出水口连接有出水管，且出水管上安装有气动高压阀；外壁清洗机构，所述外壁清洗机构与支架连接；所述外壁清洗机构包括安装板，所述支架的外表面固定连接有安装板，安装板内转动连接有螺纹杆，且安装板的外表面安装有用于驱动螺纹杆转动的电动机；所述安装板内滑动连接有连接块；所述螺纹杆贯穿连接块并与连接块螺纹连接，且连接块贯穿安装板上表面的条形开口并固定连接有支撑座；所述支撑座的上表面固定连接有第一导流管，第一导流管的出水端连接有第一除锈喷头；所述第一导流管的进水口通过第一连接管与出水管相互连通；内壁清洗机构，所述内壁清洗机构与支架连接，且内壁清洗机构包括固定座，所述支架的上外表面固定连接有固定座，固定座靠近支架的端部设置，且固定座滑动连接有齿条，齿条的一端固定连接有第二除锈喷头；所述第二除锈喷头通过第二连接管与出水管相互连通；所述支架的外表面固定连接有驱动电机，驱动电机的输出端固定连接有齿轮，齿轮与齿条相互啮合。

优选的，所述管道驱动机构包括底板，所述支架固定连接有多个均匀分布的底板，底板的上表面转动连接有从动辊和主动辊，且底板上安装有用于驱动主动辊转动的伺服电机。

优选的，所述支架连接有自动上料机构，通过自动上料机构实现管道的自动上料。

优选的，所述自动上料机构包括安装架，所述支架的外表面固定连接有安装架，安装架上固定连接有两个对称设置的固定斜齿板，两个固定斜齿板之间设有两个对称设置的活动斜齿板，活动斜齿板与对应的固定斜齿板错位设置；所述安装架上安装有用于驱动两个活动斜齿板同步运动的第二液压缸；所述安装架的外表面固定连接有两个对称设置且倾斜向上的启动摆臂，启动摆臂靠近支架设置。

优选的，所述自动上料机构还包括第一液压缸，所述安装架的外表面固定连接有侧板，侧板上固定连接有第一液压缸，第一液压缸的输出端固定连接有推板。

优选的，所述支架固定连接有自动下料机构，通过自动下料机构实现对管道的自动下料。

优选的，所述自动下料机构包括底座，所述支架的外表面固定连接有多个底座，底座和安装架位于支架的两侧，且底座远离支架的一顿啊固定连接有挡板；所述底座与支架相对的面开设有倾斜向上的滑槽，滑槽内安装有第三液压缸；所述第三液压缸的输出端固定连接有引导板，引导板远离第三液压缸的一端开设有坡面。

优选的，所述支架的上方设有开口向下的防护罩，防护罩开设有用于避让第一除锈喷头和第二除锈喷头的开口，且支架上安装有用于驱动防护罩上下运动的驱动液压缸。

优选的，所述支架的下表面固定连接有开口向上的导流槽。

优选的，所述安装架远离支架的一端固定连接有预料架。

与相关技术相比较，本发明提供的煤矿管道内外壁自动除锈装置具有如下有益效果：

1、本发明中的高压水射流以清洁的自来水作为介质，对环境几乎没有任何污染，并且喷射出的射流雾化后还能降低除锈作业区的粉尘浓度，不需除锈后处理；

2、本发明在使用时，水射流中没有任何酸碱药剂、清洁剂，既不腐蚀管道，又不会损伤被除锈对象的基体；

3、本发明对管道的要求低，在一点范围内，尺寸大小不一、形状不同的管道，调整水射流参数，即压力、流量功率及喷头选择合适，就能高速、有效的除锈，减小装置的使用局限性。

附图说明

图1为本发明提供的煤矿管道内外壁自动除锈装置的较佳实施例的结构示意图；

图2为图1所示的自动上料机构的结构示意图；

图3为图1所示的煤矿管道内外壁自动除锈装置侧视方向的三维结构示意图；

图4为图3所示的外壁清洗机构的结构示意图；

图5为图3所示的内壁清洗机构的结构示意图；

图6为图3所示的自动下料机构结构示意图；

图7为图1所示的煤矿管道内外壁自动除锈装置的局部结构示意图；

图8为图7所示的管道驱动机构的结构示意图；

图9为图3所示的高压水射流束泵机构的结构示意图。

图中标号：1、预料架；2、自动上料机构；21、固定斜齿板；22、活动斜齿板；23、推板；24、第一液压缸；25、启动摆臂；26、第二液压缸；27、安装架；3、支架；4、防护罩；5、外壁清洗机构；51、第一导流管；52、第一除锈喷头；53、支撑座；54、电动机；55、安装板；56、螺纹杆；57、条形开口；58、第一连接管；6、内壁清洗机构；61、齿条；62、固定座；63、第二连接管；64、第二除锈喷头；65、齿轮；66、驱动电机；7、自动下料机构；71、坡面；72、引导板；73、第三液压缸；74、挡板；75、底座；8、管道驱动机构；81、从动辊；82、主动辊；83、底板；9、高压水射流束泵机构；91、电机；92、增压泵；93、变频器；94、气动高压阀；95、出水管；96、壳体；111、驱动液压缸；112、导流槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

请结合参阅图1至图9，煤矿管道内外壁自动除锈装置包括：支架3；管道驱动机构8，所述管道驱动机构8与支架3连接，通过管道驱动机构8驱动待清理管道转动；高压水射流束泵机构9，所述高压水射流束泵机构9与支架3连接；外壁清洗机构5，所述外壁清洗机构5与支架3连接；内壁清洗机构6，所述内壁清洗机构6与支架3连接。

需要说明：装置在使用时，需要除锈的管道放置到管道驱动机构8上，通过管道驱动机构8实现待除锈管道的转动；

还需要说明：通过高压水射流束泵机构9工作，使得外壁清洗机构5和内壁清洗机构6喷出高压水流，外壁清洗机构5沿着管道的外壁运动，外壁清洗机构5喷出的高压水流对管道的外壁进行除锈；且内壁清洗机构6延伸到管道内内部，通过内壁清洗机构6喷出高压水流对管道的内壁进行除锈。

参考图1、图3和图9所示，高压水射流束泵机构9包括壳体96，所述支架3固定连接有壳体96，壳体96内安装有电机91和增压泵92，所述电机91的输出端与增压泵92的输入端连接，且壳体96内安装有用于控制电机91转速的变频器93；所述增压泵92的出水口连接有出水管95，且出水管95上安装有气动高压阀94。

需要说明：增压泵92的进水口通过连接管与外部水源连接，通过电机91工作，使得增压泵92工作，从而将外部水源注入到出水管95内。

参考图1和图4所示，所述外壁清洗机构5包括安装板55，所述支架3的外表面固定连接有安装板55，安装板55内转动连接有螺纹杆56，且安装板55的外表面安装有用于驱动螺纹杆56转动的电动机54；所述安装板55内滑动连接有连接块；所述螺纹杆56贯穿连接块并与连接块螺纹连接，且连接块贯穿安装板55上表面的条形开口57并固定连接有支撑座53；所述支撑座53的上表面固定连接有第一导流管51，第一导流管51的出水端连接有第一除锈喷头52；所述第一导流管51的进水口通过第一连接管58与出水管95相互连通。

需要说明：出水管95内的高压水流进入到第一导流管51内，且最终通过第一除锈喷头52喷出，第一除锈喷头52的出水方向朝向待除锈的管道；

还需要说明：通过电动机54工作，使得连接块沿着螺纹杆56运动，从而可以带动支撑座53和第一除锈喷头52同步运动，从而调整第一除锈喷头52的使用位置，第一除锈喷头52喷出的高压水流与管道的外壁接触，通过高压水流实现对管道外壁的除锈操作；

参考图1、图3和图5所示，内壁清洗机构6包括固定座62，所述支架3的上外表面固定连接有固定座62，固定座62靠近支架3的端部设置，且固定座62滑动连接有齿条61，齿条61的一端固定连接有第二除锈喷头64；所述第二除锈喷头64通过第二连接管63与出水管95相互连通；所述支架3的外表面固定连接有驱动电机66，驱动电机66的输出端固定连接有齿轮65，齿轮65与齿条61相互啮合。

需要说明：出水管95内的高压水流还可以进入到第二连接管63内，并最终通过第二除锈喷头64喷出；

还需要说明：驱动电机66工作带动齿轮65转动，在齿轮65的作用下，使得齿条61运动，从而带动第二除锈喷头64同步运动，使得第二除锈喷头64可以延伸到待除锈管道的内部，通过第二除锈喷头64喷出的高压水流与管道的内壁接触，通过高压水流实现对管道内壁的除锈操作。

综上所述，本发明可以同时对管道的内壁和外壁进行除锈操作，提高管道除锈的效率；且本发明中的高压水射流以清洁的自来水作为介质，对环境几乎没有任何污染，并且喷射出的射流雾化后还能降低除锈作业区的粉尘浓度，不需除锈后处理；且水射流中没有任何酸碱药剂、清洁剂，既不腐蚀管道，又不会损伤被除锈对象的基体；同时，本发明对管道的要求低，在一点范围内，尺寸大小不一、形状不同的管道，调整水射流参数，即压力、流量功率及喷头选择合适，就能高速、有效的除锈，减小装置的使用局限性。

参考图7和图8所示，所述管道驱动机构8包括底板83，所述支架3固定连接有多个均匀分布的底板83，底板83的上表面转动连接有从动辊81和主动辊82，且底板83上安装有用于驱动主动辊82转动的伺服电机。

需要说明：需要除锈的管道放置到从动辊81和主动辊82之间，通过从动辊81和主动辊82的转动，实现待除锈管道的转动，保证待除锈管道与高压水流充分的接触，有利于提高待除锈管道除锈效率。

参考图1和图2所示，所述支架3连接有自动上料机构2，通过自动上料机构2实现管道的自动上料。

需要说明：通过自动上料机构2实现管道的自动上料，减小操作人员的负担，同时减小管道上料的时间，提高管道的清理速度。

参考图2所示，所述自动上料机构2包括安装架27，所述支架3的外表面固定连接有安装架27，安装架27上固定连接有两个对称设置的固定斜齿板21，两个固定斜齿板21之间设有两个对称设置的活动斜齿板22，活动斜齿板22与对应的固定斜齿板21错位设置；所述安装架27上安装有用于驱动两个活动斜齿板22同步运动的第二液压缸26；所述安装架27的外表面固定连接有两个对称设置且倾斜向上的启动摆臂25，启动摆臂25靠近支架3设置。

需要说明：需要除锈的管道放置到固定斜齿板21上，通过第二液压缸26伸缩驱动可以带动活动斜齿板22在竖直方向运动，由于活动斜齿板22与对应的固定斜齿板21错位设置，斜齿高低运行，实现管道单只上料，同时实现单只单向输送，使得管道靠近支架3；当管道运动到活动斜齿板22的尾端(靠近支架3的一端)时，启动摆臂25工作，在两个启动摆臂25的作用下向上托起管道，使得管道可以平稳的进入到从动辊81和主动辊82之间，实现管道的自动上料；减小操作人员的负担，同时，自动上料可以减小管道上料的时间，从而提高管道除锈的速度。

参考图2所示，所述自动上料机构2还包括第一液压缸24，所述安装架27的外表面固定连接有侧板，侧板上固定连接有第一液压缸24，第一液压缸24的输出端固定连接有推板23。

需要说明：通过第一液压缸24伸缩驱动可以带动推板23运动，通过推板23可以与固定斜齿板21上的管道接触，通过推板23使得管道的一端平齐，使得管道位置相对固定，提高管道摆放的准确度，从而有利于对管道的除锈。

参考图3和图6所示，所述支架3固定连接有自动下料机构7，通过自动下料机构7实现对管道的自动下料。

需要说明：通过自动下料机构7实现对管道的自动下料，从而减小操作人员的负担，同时减小管道下料所需要的时间，从而提高管道除锈的速度。

参考图6所示，所述自动下料机构7包括底座75，所述支架3的外表面固定连接有多个底座75，底座75和安装架27位于支架3的两侧，且底座75远离支架3的一顿啊固定连接有挡板74；所述底座75与支架3相对的面开设有倾斜向上的滑槽，滑槽内安装有第三液压缸73；所述第三液压缸73的输出端固定连接有引导板72，引导板72远离第三液压缸73的一端开设有坡面71。

需要说明：当管道除锈完成后，第三液压缸73工作，通过第三液压缸73伸缩驱动可以带动运引导板72运动，使得引导板72可以延伸到管道的下方并托起除锈后的管道，由于引导板72倾斜向下设置，在引导板72的引导下，使得管道沿着引导板72向下运动，并被挡板74阻挡，实现管道的自动下料，减小操作人员的负担，同时减小管道下料所需要的时间，从而提高管道除锈的速度；

还需要说明：通过坡面71有利于引导板72延伸到管道的下方，有利于装置的使用。

参考图1和图3所示，所述支架3的上方设有开口向下的防护罩4，防护罩4开设有用于避让第一除锈喷头52和第二除锈喷头64的开口，且支架3上安装有用于驱动防护罩4上下运动的驱动液压缸111。

需要说明：防护罩4可以实现防护的效果，减小管道除锈时发生水体以及碎屑飞溅的几率，提高装置使用的安全性；

还需要说明：通过驱动液压缸111伸缩驱动可以带动防护罩4在竖直方向运动，当管道需要上料或者下料时，通过驱动液压缸111使得防护罩4向上升起，避免对管道上料或者下料的干扰；且通过开口可以避让第一除锈喷头52和第二除锈喷头64，避免防护罩4对第一除锈喷头52和第二除锈喷头64运动的干扰，有利于装置的使用。

参考图1和图7所示，所述支架3的下表面固定连接有开口向上的导流槽112。

需要说明：通过导流槽112实现对废水的导流，从而有利于对废水的收集与后续处理。

参考图1所示，所述安装架27远离支架3的一端固定连接有预料架1。

需要说明：通过预料架1有利于多个需要除锈管道的预先摆放。

对高压水射流冲洗到管道进行分析：

高压水射流冲洗到管道表面时，其原有速度的大小和方向均发生改变，其动量也随之改变。动量的改变是由于射流与物体间的相互作用引起的，失去的一部分动量以作用力形式传递到管道表面上；当连续水射流连续冲击管道表面时，形成稳定冲击力，即为射流管道表面的总冲击力。设高压水射流为理想不可压缩流体，以速度v1射向管道。假定流动是定常的，

根据动量守恒定律可得：FΔt＝mv₂-mv₁(1)

式中：F—单位时间内作用在单位体积流体上的力；Δt—力F作用于单位体积流体上的时间；m—单位体积流体质量；v1、v2—喷嘴出口截面内、外流体平均流速，其中v₁＝v₂＝v。F＝ρqv-ρqvcosθ，污垢单位面积受力为：基于高压丸禹吭埠巷鞠农筛档称枷辟酝签岗务肿悠梁蔽禄霉碗矛形汇络锥

式中：ρ—水射流的密度；v—水射流的速度；θ—射流方向变化的角度。式(2)计算出的射流应力为理论最大值。由于射流的扩散和空气阻力影响，射流实际产生的应力小于理论应力。

当管道锈所受到的应力σ_f大于管道锈本身的的极限应力σ_p，管道锈就会破裂，从而达到清除管道锈的目地。基于高研

研究的水射流除锈性能参数主要有两方面：一方面是与除锈过程相关的参数，主要包括喷射流水速、水压、靶距、射流的通道数；

喷射流水速，把σ_p带入式(2)得：基于高压水射流清洗技术的研究基于高压

式中：σ_p—管道锈耐压强度极限应力(N/m²)；ρ—射流密度(Kg/m³)。

θ—射流方向变化的角度。

喷嘴入口压力，根据孔口出流原理，射流在喷嘴口速度v为：

式中：v—喷嘴出口速度(m/s)；H—射流在喷嘴入口处压力(mH2O)；g—重力加速度(m/s²)；

—喷嘴系数，一般为0.97；

由式(4)可得：

将式(3)代入式(5)得：

即：

式中：P—喷嘴入口处的压力(N/m²)。基于

以理论计算为基础，确定喷嘴的参数，由于管道内、外壁各段上锈程度不同，内壁外壁上锈程度也不同，喷嘴输出的高压水射流束压力过高很容易把管道击穿，压力过小除锈

质量不好，而且速度慢。

煤矿井下管道品种很多，除锈管道的规格见下表：

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.煤矿管道内外壁自动除锈装置，其特征在于，包括：

支架(3)；

管道驱动机构(8)，所述管道驱动机构(8)与支架(3)连接，通过管道驱动机构(8)驱动待清理管道转动；

高压水射流束泵机构(9)，所述高压水射流束泵机构(9)与支架(3)连接，且高压水射流束泵机构(9)包括壳体(96)，所述支架(3)固定连接有壳体(96)，壳体(96)内安装有电机(91)和增压泵(92)，所述电机(91)的输出端与增压泵(92)的输入端连接，且壳体(96)内安装有用于控制电机(91)转速的变频器(93)；所述增压泵(92)的出水口连接有出水管(95)，且出水管(95)上安装有气动高压阀(94)；

外壁清洗机构(5)，所述外壁清洗机构(5)与支架(3)连接；所述外壁清洗机构(5)包括安装板(55)，所述支架(3)的外表面固定连接有安装板(55)，安装板(55)内转动连接有螺纹杆(56)，且安装板(55)的外表面安装有用于驱动螺纹杆(56)转动的电动机(54)；所述安装板(55)内滑动连接有连接块；所述螺纹杆(56)贯穿连接块并与连接块螺纹连接，且连接块贯穿安装板(55)上表面的条形开口(57)并固定连接有支撑座(53)；所述支撑座(53)的上表面固定连接有第一导流管(51)，第一导流管(51)的出水端连接有第一除锈喷头(52)；所述第一导流管(51)的进水口通过第一连接管(58)与出水管(95)相互连通；

内壁清洗机构(6)，所述内壁清洗机构(6)与支架(3)连接，且内壁清洗机构(6)包括固定座(62)，所述支架(3)的上外表面固定连接有固定座(62)，固定座(62)靠近支架(3)的端部设置，且固定座(62)滑动连接有齿条(61)，齿条(61)的一端固定连接有第二除锈喷头(64)；所述第二除锈喷头(64)通过第二连接管(63)与出水管(95)相互连通；所述支架(3)的外表面固定连接有驱动电机(66)，驱动电机(66)的输出端固定连接有齿轮(65)，齿轮(65)与齿条(61)相互啮合。

2.根据权利要求1所述的煤矿管道内外壁自动除锈装置，其特征在于，所述管道驱动机构(8)包括底板(83)，所述支架(3)固定连接有多个均匀分布的底板(83)，底板(83)的上表面转动连接有从动辊(81)和主动辊(82)，且底板(83)上安装有用于驱动主动辊(82)转动的伺服电机。

3.根据权利要求2所述的煤矿管道内外壁自动除锈装置，其特征在于，所述支架(3)连接有自动上料机构(2)，通过自动上料机构(2)实现管道的自动上料。

4.根据权利要求3所述的煤矿管道内外壁自动除锈装置，其特征在于，所述自动上料机构(2)包括安装架(27)，所述支架(3)的外表面固定连接有安装架(27)，安装架(27)上固定连接有两个对称设置的固定斜齿板(21)，两个固定斜齿板(21)之间设有两个对称设置的活动斜齿板(22)，活动斜齿板(22)与对应的固定斜齿板(21)错位设置；所述安装架(27)上安装有用于驱动两个活动斜齿板(22)同步运动的第二液压缸(26)；所述安装架(27)的外表面固定连接有两个对称设置且倾斜向上的启动摆臂(25)，启动摆臂(25)靠近支架(3)设置。

5.根据权利要求4所述的煤矿管道内外壁自动除锈装置，其特征在于，所述自动上料机构(2)还包括第一液压缸(24)，所述安装架(27)的外表面固定连接有侧板，侧板上固定连接有第一液压缸(24)，第一液压缸(24)的输出端固定连接有推板(23)。

6.根据权利要求5所述的煤矿管道内外壁自动除锈装置，其特征在于，所述支架(3)固定连接有自动下料机构(7)，通过自动下料机构(7)实现对管道的自动下料。

7.根据权利要求6所述的煤矿管道内外壁自动除锈装置，其特征在于，所述自动下料机构(7)包括底座(75)，所述支架(3)的外表面固定连接有多个底座(75)，底座(75)和安装架(27)位于支架(3)的两侧，且底座(75)远离支架(3)的一顿啊固定连接有挡板(74)；所述底座(75)与支架(3)相对的面开设有倾斜向上的滑槽，滑槽内安装有第三液压缸(73)；所述第三液压缸(73)的输出端固定连接有引导板(72)，引导板(72)远离第三液压缸(73)的一端开设有坡面(71)。

8.根据权利要求1-7任一所述的煤矿管道内外壁自动除锈装置，其特征在于，所述支架(3)的上方设有开口向下的防护罩(4)，防护罩(4)开设有用于避让第一除锈喷头(52)和第二除锈喷头(64)的开口，且支架(3)上安装有用于驱动防护罩(4)上下运动的驱动液压缸(111)。

9.根据权利要求1-7任一所述的煤矿管道内外壁自动除锈装置，其特征在于，所述支架(3)的下表面固定连接有开口向上的导流槽(112)。

10.根据权利要求7所述的煤矿管道内外壁自动除锈装置，其特征在于，所述安装架(27)远离支架(3)的一端固定连接有预料架(1)。

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