CN114918203A - 采用自动连续高压脉冲放电的水下管道壁清洗装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于管道清洗技术领域，具体涉及一种采用自动连续高压脉冲放电的水下管道壁清洗装置，包括：清洗主体；用于产生自动连续高压脉冲放电；两个旋转机构，对称设置在清洗主体两侧；两个可移动支架，分别安装旋转机构上；所述旋转机构带动清洗主体在竖直面内旋转；以及所述可移动支架适于带动清洗主体沿水下管道水平移动，可以根据环境调节清洗主体的位置并实现在竖直平面内的360°旋转清洗，解决了管道清洗困难的问题。

Description

采用自动连续高压脉冲放电的水下管道壁清洗装置

技术领域

本发明属于管道清洗技术领域，具体涉及一种采用自动连续高压脉冲放电的水下管道壁清洗装置。

背景技术

不同长输管道的特点有较大差异，例如种类多，数量多，跨度大，边界条件复杂，材料种类多等等。此外，管道及其部件的质量参差不齐，且大部分管道铺设在地下。这些都增加了管道清洗的难度，对清洗仪器和清洗技术提出了更高的要求。管道内壁附着杂质不仅会影响长输管道的输送速度，还降低了管道的预期寿命，存在各种安全隐患。由此可见，管道清洗技术面临着巨大环境威胁，发展道路急需提速。

发明内容

本发明提供了一种采用自动连续高压脉冲放电的水下管道壁清洗装置，通过两个可移动支架带动清洗主体沿水下管道水平移动，并通过旋转机构带动清洗主体在竖直平面内旋转，可以根据环境调节清洗主体的位置并实现在竖直平面内的360°旋转清洗，解决了管道清洗困难的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种采用自动连续高压脉冲放电的水下管道壁清洗装置，包括：清洗主体；用于产生自动连续高压脉冲放电；两个旋转机构，对称设置在清洗主体两侧；两个可移动支架，分别安装旋转机构上；所述旋转机构带动清洗主体在竖直面内旋转；以及所述可移动支架适于带动清洗主体沿水下管道水平移动。

进一步，所述可移动支架包括：主轴，安装在旋转机构上；两个支撑杆，设置在主轴上且交叉呈人字形；两个移动轮，分别与支撑杆一一对应连接；其中所述移动轮通过步进电机驱动，以带动可移动支架沿水下管道水平移动。

进一步，所述水下管道壁清洗装置还包括位于支撑杆上的伸缩机构；两个支撑杆的交叉处通过固定旋转轴与主轴转动连接，以通过相应的伸缩机构调节移动轮接触水下管道的内壁。

进一步，所述伸缩机构包括径向伸缩器和切向伸缩器；其中所述径向伸缩器位于支撑杆的端部，以带动移动轮沿支撑杆径向伸缩；所述切向伸缩器的一端连接支撑杆的侧面，另一端连接旋转机构，以调节支撑杆与主轴的夹角。

进一步，所述径向伸缩器包括：径向筒，固定在支撑杆的端部；径向弹簧，位于径向筒的内部；径向杆，其一端连接径向弹簧，另一端伸出径向筒连接移动轮。

进一步，所述切向伸缩器包括：切向筒，固定在旋转机构上；切向弹簧，位于切向筒的内部；切向杆，其一端连接切向弹簧，另一端伸出切向筒连接支撑杆的外侧。

进一步，所述旋转机构包括：安装架；旋转电机，位于安装架上，其输出轴通过联轴器连接清洗主体的转轴，以通过转轴带动清洗主体在竖直平面内旋转。

进一步，所述清洗主体包括：清洗座；至少一组钨针电极对，位于清洗座上，其放电端适于朝向水下管道的内壁产生自动连续高压脉冲放电；清洗摄像头，处于钨针电极对的中间，适于采集水下管道内壁上的附着污染物；前进摄像头，与清洗摄像头相对设置，适于采集水下管道的内部环境。

进一步，所述钨针电极对通过连续致泡单元产生自动连续高压脉冲放电；所述连续致泡单元包括多个自动致泡模块并由单片机控制实现交替自动连续放电；以及各自动致泡模块的输入端并联在电源的正极，输出端并联在钨针电极对的两端。

进一步，所述自动致泡模块包括：直流电源与继电器串联后并联反接至晶闸管两端；单片机连接晶闸管门极和继电器输入控制端口，控制晶闸管导通和继电器通断；当致泡时，单片机为门极提供触发电流控制晶闸管导通后立即停止，此时相当于电容接入放电电路；导通一定时间后，单片机向继电器发送控制信号，对晶闸管两端施加反向电压，截断晶闸管，电容重新连接到充电电路中。

本发明的有益效果是，本发明的采用自动连续高压脉冲放电的水下管道壁清洗装置通过两个可移动支架带动清洗主体沿水下管道水平移动，并通过旋转机构带动清洗主体在竖直平面内旋转，可以根据环境调节清洗主体的位置并实现在竖直平面内的360°旋转清洗，可适应不同管道类型，尤其面对较深水下裂缝，甚至在狭窄复杂水下管道内都具有很好的调节适用性，有效解决了解决管道清洗困难的问题。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是水下管道壁清洗装置的俯视图；

图2是水下管道壁清洗装置的左视图；

图3是伸缩机构在俯视角度的装配图；

图4是连续致泡单元的电路图；

图5是水下管道壁清洗装置的工作流程图；

图中：

清洗主体1，清洗座11，转轴111，钨针电极对12，清洗摄像头13，前进摄像头14，旋转机构2，安装架21，旋转电机22，联轴器23，可移动支架3，主轴31，支撑杆32，移动轮33，步进电机34，固定旋转轴35，水下管道4，伸缩机构5，向伸缩器51，径向筒511，径向弹簧512，径向杆513，切向伸缩器52，切向筒521，切向弹簧522，切向杆523。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

见图1-图5，本实施例提供了一种采用自动连续高压脉冲放电的水下管道壁清洗装置，包括：清洗主体1；用于产生自动连续高压脉冲放电；两个旋转机构2，对称设置在清洗主体1的两侧；两个可移动支架3，分别安装旋转机构2上；所述旋转机构2带动清洗主体1在竖直面内旋转；以及所述可移动支架3适于带动清洗主体1沿水下管道4水平移动。

可选的，见图3，所述旋转机构2包括：安装架21；旋转电机22，位于安装架21上，其输出轴通过联轴器23连接清洗主体1的转轴111，以通过转轴111带动清洗主体1在竖直平面内旋转。在本案中可以通过两个旋转电机22同步转动带动清洗主体1竖直平面内旋转，当然也可以通过任意一侧的旋转电机22主动转动，另一侧设置旋转架从动转动，保证清洗主体1竖直平面内转动平衡，即可实现清洗主体1竖直平面内旋转。

作为可移动支架的一种可选的实施方式。

见图2和图3，所述可移动支架3包括：主轴31，水平设置且固定在安装架21上；两个支撑杆32，设置在主轴31上且交叉呈人字形；两个移动轮33，分别与支撑杆32一一对应连接；其中所述移动轮33通过步进电机34驱动，以带动可移动支架3沿水下管道4水平移动。

优选的，见图3，所述水下管道壁清洗装置还包括位于支撑杆32上的伸缩机构5；两个支撑杆32的交叉处通过固定旋转轴35与主轴31转动连接，以通过相应的伸缩机构5调节移动轮33接触水下管道的内壁。具体的，所述固定旋转轴35竖直设置，以垂直安装在主轴31的端部。具体的，所述伸缩机构5包括径向伸缩器51和切向伸缩器52；其中所述径向伸缩器51位于支撑杆32的端部，以带动移动轮33沿支撑杆32径向伸缩；所述切向伸缩器52的一端连接支撑杆32的侧面，另一端连接旋转机构2，以调节支撑杆32与主轴31的夹角。以及所述径向伸缩器51包括：径向筒511，固定在支撑杆32的端部；径向弹簧512，位于径向筒511的内部且与径向筒511底部固定连接；径向杆513，其一端连接径向弹簧512的自由端，另一端伸出径向筒511连接移动轮33。所述切向伸缩器52包括：切向筒521，固定在旋转机构2的安装架21上；切向弹簧522，位于切向筒521的内部与切向筒521底部固定连接；切向杆523，其一端连接切向弹簧522的自由端，另一端伸出切向筒522连接支撑杆32的外侧或径向筒511的外侧。

在本案中，主轴31、支撑杆32、径向筒511、径向杆513、切向筒521、切向杆523等都是刚性件，优选为绝缘体，再可以支撑清洗主体1保持在一定水平面上，由于水下管道4是圆形的，通过调节同一个可移动支架上两个移动轮的间距大于钨针电极对12的旋转直径，可以避免清洗主体及其上的钨针电极对12触碰到水下管道4的内壁，使清洗主体可以顺利连续转动360°。交叉的两个支撑杆32可以安装在同一竖直面上也可以水平错位安装。

本实施方式的可移动支架通过步进电机带动移动轮滚动，以使可移动支架沿水下管道水平移动，在移动过程中，通过径向伸缩器带动移动轮沿支撑杆径向伸缩，调节可移动支架的两个移动轮的间距，以适应不同直径的水下管道；还可以结合切向伸缩器调节支撑杆与主轴的夹角，以调节清洗主体的朝向，尤其可以满足较深水下裂缝的清洗要求。

作为清洗主体的一种可选的实施方式。

见图2，所述清洗主体1包括：清洗座11，其两侧均通过转轴111安装在旋转电机22的输出轴上；至少一组钨针电极对12，位于清洗座1上，其放电端适于朝向水下管道4的内壁产生自动连续高压脉冲放电；清洗摄像头13，处于钨针电极对12的中间，适于采集水下管道4内壁上的附着污染物；前进摄像头14，与清洗摄像头13相对设置，适于采集水下管道4的内部环境。

可选的，所述清洗座11为圆柱体，其两端面上可以设置钨针电极对12，以及钨针电极对12的外侧包裹有绝缘橡胶。

具体的，前进摄像头14将采集到的水下管道4的内部环境通过无线传输模块反馈到上位机进行处理分析，计算出清洗主体的前进方向和距离，通过单片机控制步进电机34带动移动轮33前进或转动，实现可移动支架3沿水下管道4的轴向(长度)水平移动，清洗摄像头13将采集到的附着污染物信息通过无线传输模块反馈到上位机进行处理分析，计算出清洗主体的旋转速度和致泡频率，并且计算出钨针电极对到水下管道4内壁之间的距离是否能够有效清洗，然后控制钨针电极对12在旋转电机22的带动下在竖直平面上持续转动，即水下管道4的径向转动，即朝向水下管道4的内壁四周产生自动连续高压脉冲放电，当该处水下管道的内壁一周完成清洗，上位机向单片机发送信号，由单片机控制四个移动轮同向同速前进，达到下一清洗处，最终实现整个水下管道的内壁清洗。尤其对于狭窄复杂的水下管道4或深水下裂缝，也可以通过清洗摄像头13采集相应信息，然后由上位机发送操作指令至单片机，由单片机控制移动轮转动或前进，以通过伸缩机构自动对移动轮进行距离微调，以使清洗主体位于水下管道4中心轴线上或合适的清洗位置上，以满足具体的清洗要求。

可选的，见图4，所述钨针电极对12通过连续致泡单元产生自动连续高压脉冲放电；所述连续致泡单元包括多个自动致泡模块并由单片机控制实现交替自动连续放电；以及各自动致泡模块的输入端并联在电源的正极，输出端并联在钨针电极对的两端。具体的，所述自动致泡模块包括：12V电压直流电源与继电器串联后并联反接至晶闸管两端；单片机连接晶闸管门极和12V继电器输入控制端口，控制晶闸管导通和继电器通断，以调节每个自动致泡模块的致泡时间间隔，实现每一定时间致泡一次。当致泡时，单片机为门极提供触发电流控制晶闸管导通后立即停止，此时相当于电容接入放电电路；导通一定时间后，单片机向继电器发送控制信号，对晶闸管两端施加反向电压，截断晶闸管，电容重新连接到充电电路中。充电电路中的储能单元使用低压直流，通过二十倍倍压整流模块与高频电路可稳定提供10kV以上的脉冲电压，并且使用电容进行储能，也可以根据管道壁附着污染物的厚度调整致泡频率。

相较于现有高速射流清洗污垢具有以下优势：第一，利用高电压脉冲放电技术，利用放电时建立的高能等离子体通道、雪崩击穿效应、焦耳热效应、空化效应，实现高效自动化清洗水下管道壁附着物；第二，储能时使用高压聚丙烯薄膜电容器，耐压值30KV，放电频率高，耗费低，大大的简化了装置充放电电路的实现与维护；第三，使用电子电力元器件晶闸管实现充放电控制，耐高压特性使其不会受到电磁干扰，能够准确灵敏控制电路开断；第四，通过信息采集与处理对污垢严重程度进行分析，自动调节电路中晶闸管开断速度控制产生空化泡的频率，从而对不同污垢进行针对性清洗；第五，机械结构灵活，适应不同管道内壁，且配有巡航定位模式，采用多位摄像头精准化清洗。

见图5，在本案中，采用自动连续高压脉冲放电的水下管道壁清洗装置的具体工作过程如下：

(1)将水下管道壁清洗装置放至所需清洗的管道入口处；

(2)通过前进摄像头拍摄管道内部环境，通过无线传输模块传输至上位机进行图像分析，然后上位机通过单片机调节四个支撑杆的角度和长度，使水下管道壁清洗装置在管道内部稳定行走；

(3)通过清洗摄像头拍摄的管道内壁画面的附着污染物，通过无线传输模块传输至上位机计算脉冲放电模块的旋转速度和致泡频率；

(4)上位机通过单片机调整电容之间的充放电时间间隔，以实现脉冲放电模块的致泡频率；

(5)启动高压脉冲放电电源，为连续致泡单元提供适宜电压；

(6)连续致泡单元自动连续致泡清洗附着物；

(7)通过清洗摄像头实时采集图像，并通过上位机分析该处清洗程度是否达标；

(8)清洗达标后，图像采集系统向上位机发送信号，上位机通过单片机控制前进至下一处清洗；

(9)当水下管道壁清洗装置旋转完成该位置内壁一周的清洗，自动前进移动到下一清洗位置；

(10)全部清洗完毕，关闭高压脉冲放电电源。

综上所述，本案的用自动连续高压脉冲放电的水下管道壁清洗装置通过可移动支架和伸缩机构可自动调节机械臂的长度，适应不同管道类型，通过旋转机构实现清洗主体在垂直管道方向的360°重复旋转，再结合高压脉冲放电致泡的方式充分利用空化效应，产生冲击波和高速射流，对管壁面附着杂质剥落清洗，可实现自动连续化致泡，具有工作效率高、设备轻巧、清洗成本低，只需低压输入且无需额外机械动力等优点。

在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种采用自动连续高压脉冲放电的水下管道壁清洗装置，其特征在于，包括：

清洗主体；用于产生自动连续高压脉冲放电；

两个旋转机构，对称设置在清洗主体两侧；

两个可移动支架，分别安装旋转机构上；

所述旋转机构带动清洗主体在竖直面内旋转；以及

所述可移动支架适于带动清洗主体沿水下管道水平移动。

2.根据权利要求1所述的采用自动连续高压脉冲放电的水下管道壁清洗装置，其特征在于，

所述可移动支架包括：

主轴，安装在旋转机构上；

两个支撑杆，设置在主轴上且交叉呈人字形；

两个移动轮，分别与支撑杆一一对应连接；其中

所述移动轮通过步进电机驱动，以带动可移动支架沿水下管道水平移动。

3.根据权利要求2所述的采用自动连续高压脉冲放电的水下管道壁清洗装置，其特征在于，

所述水下管道壁清洗装置还包括位于支撑杆上的伸缩机构；

两个支撑杆的交叉处通过固定旋转轴与主轴转动连接，以通过相应的伸缩机构调节移动轮接触水下管道的内壁。

4.根据权利要3所述的采用自动连续高压脉冲放电的水下管道壁清洗装置，其特征在于，

所述伸缩机构包括径向伸缩器和切向伸缩器；其中

所述径向伸缩器位于支撑杆的端部，以带动移动轮沿支撑杆径向伸缩；

所述切向伸缩器的一端连接支撑杆的侧面，另一端连接旋转机构，以调节支撑杆与主轴的夹角。

5.根据权利要求4所述的采用自动连续高压脉冲放电的水下管道壁清洗装置，其特征在于，

所述径向伸缩器包括：

径向筒，固定在支撑杆的端部；

径向弹簧，位于径向筒的内部；

径向杆，其一端连接径向弹簧，另一端伸出径向筒连接移动轮。

6.根据权利要求4所述的采用自动连续高压脉冲放电的水下管道壁清洗装置，其特征在于，

所述切向伸缩器包括：

切向筒，固定在旋转机构上；

切向弹簧，位于切向筒的内部；

切向杆，其一端连接切向弹簧，另一端伸出切向筒连接支撑杆的外侧。

7.根据权利要求1所述的采用自动连续高压脉冲放电的水下管道壁清洗装置，其特征在于，

所述旋转机构包括：

安装架；

旋转电机，位于安装架上，其输出轴通过联轴器连接清洗主体的转轴，以通过转轴带动清洗主体在竖直平面内旋转。

8.根据权利要求1所述的采用自动连续高压脉冲放电的水下管道壁清洗装置，其特征在于，

所述清洗主体包括：

清洗座；

至少一组钨针电极对，位于清洗座上，其放电端适于朝向水下管道的内壁产生自动连续高压脉冲放电；

清洗摄像头，处于钨针电极对的中间，适于采集水下管道内壁上的附着污染物；

前进摄像头，与清洗摄像头相对设置，适于采集水下管道的内部环境。

9.根据权利要求8所述的采用自动连续高压脉冲放电的水下管道壁清洗装置，其特征在于，

所述钨针电极对通过连续致泡单元产生自动连续高压脉冲放电；

所述连续致泡单元包括多个自动致泡模块并由单片机控制实现交替自动连续放电；以及

各自动致泡模块的输入端并联在电源的正极，输出端并联在钨针电极对的两端。

10.根据权利要求9所述的采用自动连续高压脉冲放电的水下管道壁清洗装置，其特征在于，

所述自动致泡模块包括：直流电源与继电器串联后并联反接至晶闸管两端；单片机连接晶闸管门极和继电器输入控制端口，控制晶闸管导通和继电器通断；

当致泡时，单片机为门极提供触发电流控制晶闸管导通后立即停止，此时相当于电容接入放电电路；导通一定时间后，单片机向继电器发送控制信号，对晶闸管两端施加反向电压，截断晶闸管，电容重新连接到充电电路中。

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