CN115055453A - 人造龙卷风利匕复合式非开挖多级清管装置及其清管方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种人造龙卷风利匕复合式非开挖多级清管装置及其清管方法，包括连接的一级清管装置和二级清管装置；清管装置外壁面周向均布多个进风接头管；进风接头管连接空压机；每个出风接头均连接喷嘴；一级清管装置与振动筛连接；还包括后端的排污装置。向清管装置的内腔中输送压缩空气；砂石颗粒被裹挟形成一级气固混合流，并被带至二级清管装置中；多股倾斜且切向射入二级清管装置本体内腔中的高速气流可形成人造龙卷风，使得气固混合流的运动轨迹变为螺旋状且与待清洁工件内壁面相切的方式向前运动，形成二级气固混合流，在此过程中砂石颗粒不断与待清洁工件的内壁面发生刮擦、碰撞，从而达到预期的非开挖无水高效清管效果。

Description

人造龙卷风利匕复合式非开挖多级清管装置及其清管方法

技术领域

本发明属于地下既有管道(涵)及钻柱内部清洁技术领域，具体涉及一种人造龙卷风利匕复合式非开挖多级清管装置及其清管方法。

背景技术

毋庸置疑，敷设于城镇地下一定深度处宛如人体血脉网络一般纵横交错的给水/排污/热力/电力/油气等各种管道(涵)，是维持城镇日常运行不可或缺的地下基础设施生命线，日夜担负着给水、排水、热力、电力、燃气、石油、通讯等物质、资源、信息的传输，因而其使用性能的优劣将直接决定着城镇人口的生活质量和工农业的正常运转。然而，这些管道(涵)在使用一定年限后难免会在管壁及管内残积许多污垢，若不及时清洁，势必会减小管道(涵)的有效过流断面，在影响生活/生产所需流体的正常传输、对输送流体造成污染、降低人居生活/工农业生产质量的同时，也会加速管道(涵)自身的锈/腐蚀和破损/失效，造成许多不必要的损失。因此，对使用年限较长的城镇地下管道(涵)适时清洁是很有必要的。若管道(涵)的规格较大，可派遣专人进入管道(涵)开展人工清洁作业；但若管道(涵)的规格较小，人员无法进入时，只得采取适宜的非开挖无人式清管方法。当前，常用的非开挖无人式清管方法主要有：自进式喷头高压水射流清管、水力脉冲振荡清管、橡胶清管器刮擦清管、管道机器人钻削清管、化学清洁剂清管等；虽然这些方法也能实现对地下管道(涵)的非开挖清洁，但在清管实践中存在水资源浪费严重、清管后的污水难以及时排除、清管装置或管道机器人在管道(涵)中运动受阻及管壁清洁不彻底、清管效率不高、化学清洁剂毒性较大等突出问题。

此外，钻柱作为连接地表钻探设备(钻机/泥浆泵/空压机等)与地下钻磨机具(钻头/磨头等)或孔底动力装置(螺杆钻具/涡轮钻具等)的钻具组合，主要由方钻杆、专用接头、钻杆、钻铤等组成，其基本作用包括：起下钻头、施加钻压、传递动力、输送冲洗液、进行孔内特殊作业(处理孔内事故)等，是钻探作业必不可少的关键部件之一。然而，当每次钻探作业结束后，在钻柱的内外壁面均粘附着泥浆等冲洗液残留物，若不及时清除，很容易造成钻柱的锈/腐蚀、钻柱内部流通断面堵塞、甚至是破裂/损坏等问题的发生。当前，对于钻柱外壁面附着的残留物较易清除，但由于受到钻柱内径规格的制约，故对于钻柱内壁面附着残留物的清除实属不易；常用的清除钻柱内壁面附着残留物的方法与前述的非开挖无人式清管方法类似，存在的突出问题也基本一致。

发明内容

针对上述技术问题，本发明基于龙卷风形成原理，通过利用清管装置特殊的内部流道结构生成人造龙卷风，同时裹挟着磨圆度差、带有棱角的机制砂石，宛如锋利的匕首(利匕)一般，沿着简称为待清洁工件的内壁呈螺旋状自一端向另一端运动；其中所用的机制砂石，既可以从建材市场购置现成的，也可使用岩石破碎机对在大块石材，亦或是新建、改扩建或拆除过程中产生的废(沥青)混凝土块、碎石块、碎砖渣等建筑固废进行现场破碎至所需规格后制得，实现建筑固废的再利用；在此过程中，由于人造龙卷风同时存在切向及垂向的运动，既可连续抽吸、裹挟从振动筛向下投入的机制砂石，使它们产生螺旋状且向前的贴壁运动，机制砂石与待清洁工件内壁面间的刮擦、碰撞，有助于清除附着在管壁上的污垢，人造龙卷风较强的抽吸力，有助于及时排除从管(涵)/钻柱内壁上掉落及沉积在管(涵)/钻柱内的污垢，从而实现对地下既有管道(涵)或钻柱的非开挖无水高效清洁。

具体的技术方案为：

人造龙卷风利匕复合式非开挖多级清管装置，包括前端的清管装置，所述的清管装置包括一级清管装置和二级清管装置；

一级清管装置包括依次连接的一级右端法兰盘、一级清管装置本体及一级左端法兰盘；一级清管装置外壁面周向均布多个一级进风接头管；一级进风接头管的轴线与一级清管装置本体的内腔轴线在同一平面内斜交；

二级清管装置包括依次连接的二级右端法兰盘、二级清管装置本体及二级左端法兰盘；二级清管装置外壁面周向均布多个二级进风接头管；二级进风接头管的轴线与二级清管装置本体的内腔壁面倾斜相切；

二级右端法兰盘与一级左端法兰盘连接，使得一级清管装置和二级清管装置密封连接；

一级进风接头管、二级进风接头管分别与多通道换向阀的出风接头密封连接；多通道换向阀还包括进风接头、中空的多通道换向阀本体，进风接头连接空压机；每个出风接头均连接具有收缩断面内部流道的喷嘴；出风接头上设有可调控压缩空气气流启闭和流量大小的截止阀；

一级清管装置的一级右端法兰盘与进料管的入口法兰盘固定连接，进料管与振动筛的出料口连接；

一级进风接头管和二级进风接头管为可调式接头管；所述的可调式接头管包括刚性套筒，还包括连杆式变角机构，连杆式变角机构包括S型导轨、导向螺杆、调节螺母及伸缩导杆；在一级清管装置和二级清管装置的外壁面上间隔地均布S型导轨，S型导轨上设有导槽，导向螺杆的底端设有嵌套于导槽内的滑块，导向螺杆沿着导槽呈S形自由滑动，在导槽的顶面间隔设有若干个限位孔，导向螺杆的下部设有两侧带螺孔的限位底盘，当导向螺杆滑动到适宜位置后，通过螺钉将限位底盘与限位孔固连，即可实现对导向螺杆的固定；

导向螺杆的杆体螺纹与调节螺母螺纹连接；

调节螺母固定在伸缩导杆的一端，调节螺母上、下两侧设有紧固螺母；

伸缩导杆的另一端与刚性套筒铰接，刚性套筒与柔性波纹管同轴嵌套连接，柔性波纹管与一级清管装置本体和二级清管装置本体的内腔密封连接。

还包括后端的排污装置，所述的排污装置为储污箱，或者吸污车，还包括另外一套所述的清管装置。

本发明利用该装置进行人造龙卷风利匕复合式非开挖多级清管方法，包括以下过程：

前端的清管装置安装在待清洁工件的一端，待清洁工件另一端连接后端的排污装置；

根据一级进风接头管、二级进风接头管的数量，打开相应的多通道换向阀的出风接头上的截止阀；启动空压机，经多通道换向阀、喷嘴、一级进风接头管及二级进风接头管，向一级清管装置本体及二级清管装置本体的内腔中输送一定风压和风量的压缩空气；

若清管现场条件允许，启动振动筛，向振动筛的筛网上徐徐倾倒棱角分明的机制砂石颗粒，经筛网过滤后的砂石颗粒进入振动筛内部，顺着进料管滑至一级右端法兰盘附近区域，在一级清管装置本体内腔中多股斜向入射的高速气流的抽吸作用下，砂石颗粒被裹挟形成一级气固混合流，并被带至二级清管装置本体的内腔中；多股倾斜且切向射入二级清管装置本体内腔中的高速气流可形成人造龙卷风，使得进入二级清管装置本体内腔中的一级气固混合流的运动轨迹变为螺旋状且与待清洁工件内壁面相切的方式向前运动，形成二级气固混合流，在此过程中砂石颗粒不断与待清洁工件的内壁面发生刮擦、碰撞，如同若干个利匕一般，使得粘附在内壁面上及沉积在管底的污垢被不断清除、剥离下来；

在清管过程中，若发现在一级清管装置和二级清管装置中形成的一级气固混合流和二级气固混合流不能达到预期的清管效果，除了设法增大空压机输出压缩空气的风压和风量外，还可调整一级进风接头管和二级进风接头管的倾角，进而达到调整在一级清管装置本体和二级清管装置本体内腔中生成的一级气固混合流和二级气固混合流的运动状态，从而达到预期的清管效果。

清除下来的污垢排入至排污装置中。

龙卷风(Tornado)是一种局地尺度的气象灾害，它经过的地方常会发生大树被拔起、车辆被掀翻、成片庄稼和果木瞬间被毁，以及交通中断、房屋倒塌、人畜遭害等严重灾情。自然界中龙卷风常发生于直展云系底部和下垫面之间的直立空管状旋转气流，风速通常在30～130m/s，直径小于2km，活动范围在0～25km，持续时间在10min左右，它的产生条件包括近地面的风切变(诱导旋流)、垂直运动及不稳定能量三个方面。由于龙卷风具有能量巨大、抽吸力强的特点，基于龙卷风的形成原理，人造龙卷风被创造性地用于太阳能-龙卷风发电站、粉尘/烟雾抽吸等工程技术领域，具有绿色、清洁、高效等显著优势。

具体地，与当前现有的地下既有管道(涵)/钻柱清洁所用的基于高压水射流、水力脉冲振荡、橡胶清管器、化学清洁剂等常规方法不同，本发明是基于龙卷风形成原理，通过在待清洁管道(涵)/钻柱的一端连接清管装置(含一级和二级，也可为两者组合的更多级)，当空压机通过多通道换向阀向清管装置的若干喷嘴及进风接头管连续输送一定风压和风量的压缩空气时，由于若干一级清管装置的进风接头管的轴线与一级清管装置内腔轴线在同一平面内斜交(夹角为20°～70°)，经一级清管装置的进风接头管进入一级清管装置内腔的多股压缩空气在内腔中汇聚后向前运动，流经设置于一级清管装置内腔的收缩段(拉瓦尔喷管)后流速被增大；由于若干二级清管装置进风接头管的轴线均为与二级清管装置内腔壁面倾斜相切(倾角为25°～75°)，使得多股以切向高速进入二级清管装置内腔的压缩空气流束可形成与二级清管装置内壁倾斜相切且旋转前行的气流(即人造龙卷风)；这里需要说明的是：考虑到进风接头管的机械加工制造以圆筒型较易实现，但为了进一步提升由空压机提供压缩空气进入清管装置内腔时的流速，因而在每个进风接头管的入口端均连接了一个具有收缩断面的喷嘴，两者可采用螺纹连接的方式，方便拆装与更换；同时，经振动筛滑入一级清管装置右端带有棱角的机制砂石被多股气流强力抽吸、裹挟，随同由多级清管装置内腔中生成的人造龙卷风呈螺旋状顺着待清洁工件内壁前行，在运动过程中棱角分明的机制砂石会宛如利匕一般与待清洁工件的内壁面刮擦、碰撞，从而清除掉附着在其内壁面上的污垢，并伴随着人造龙卷风的强力抽吸一同从待清洁工件内排出。此外，一级清管装置和二级清管装置的数量和组合方式，可根据现场工况灵活调整。

在待清洁工件的另一端，可与储物箱或吸污车用高压胶管连通；也可在待清洁工件的两端均与多级清管装置连通，然后再将位于待清洁工件的出口端一侧的多级清管装置与储物箱或吸污车用高压胶管连通。若是与储物箱直接连通，则混杂着砂石和污垢的气固混合流顺着高压胶管直接进入储污箱中，待整个清洁作业结束后，再对储污箱中的固体颗粒混合物进行筛选分离，将还能继续使用的机制砂石分离出来循环使用。若是与吸污车直接连通，则混杂着砂石和污垢的气固混合流除了原本具有的螺旋状前行动力以外，吸污车还会对其提供额外的抽吸力，从而增强对污垢等的抽吸排除效率。若是先与多级清管装置连通，再与吸污车连通，则由吸污车产生的对多级清管装置内腔空气的抽吸作用，使得在待清洁工件的出口端也可产生人造龙卷风效应，从而进一步增强对混杂着砂石和污垢的气固混合流的螺旋状抽吸排除效果。

此外，考虑到不同的送风角度会导致所生成人造龙卷风的效果也不同，本发明还提出了送风角度可调式清管装置，即清管装置进风接头管的倾角可根据实际工况灵活调整，该功能是通过在清管装置外壁面上设置连杆式变角机构、刚性套筒及柔性波纹管组件，其中的柔性波纹管与清管装置内腔密封连通，刚性套筒同轴嵌套在柔性波纹管外，且刚性套筒未与柔性波纹管及清管装置外壁面固连，刚性套筒的中部与连杆式变角机构的伸缩导杆铰接，连杆式变角机构与清管装置外壁面滑动连接，即连杆式变角机构的导向螺杆可沿着固连于清管装置外壁面上的S型导轨的导槽自由滑动并固定于合适的位置，达到调节柔性波纹管倾角的目的，从而改变人造龙卷风的旋向、运动方式和抽吸效果。

综上所述，本发明基于龙卷风形成原理，通过在待清洁的地下既有管道(涵)/钻柱内生成人造龙卷风，利用人造龙卷风的旋转运动和较强的抽吸力，从待清洁管道(涵)/钻柱的一端裹挟着带有棱角的机制砂石沿着其内壁面呈螺旋状向另一端运动，在此过程中砂石会与管道(涵)/钻柱的内壁面刮擦、碰撞，可将附着于管道(涵)/钻柱内壁面上及沉积于底部的污垢清除下来，在人造龙卷风、或人造龙卷风及吸污车提供的抽吸力作用下从管道(涵)/钻柱内排除出去，使用后的机制砂石可筛分后重复利用，从而实现无水高效绿色的非开挖清管作业。本发明可适用于端部为法兰、螺纹及平口等多种型式的管道(涵)/钻柱的非开挖工况下的清洁作业，相比于现有常规的清管方法，具有安全、高效、低碳、环保等显著优势，应用和推广前景十分广阔。

附图说明

图1(a)为待清洁工件一端连接储污箱、另一端连接清管装置时的结构示意图；

图1(b)为待清洁工件一端连接吸污车、另一端连接清管装置时的结构示意图；

图1(c)为待清洁工件两端均连接清管装置时的结构示意图；

图2为本发明多通道换向阀的结构示意图；

图3(a)为待清洁工件两端为螺纹时与清管装置端部法兰盘连接方式示意图；

图3(b)为待清洁工件两端为平口时与清管装置端部法兰盘连接方式示意图；

图3(c)为平口连接出口法兰盘分解结构示意图；

图3(d)为平口连接出口法兰盘整体结构示意图；

图4为本发明人造龙卷风利匕复合式非开挖多级清管装置整体的结构示意图；其中，

图4(a)为本发明人造龙卷风利匕复合式非开挖多级清管装置整体结构示意图；

图4(b)为本发明人造龙卷风利匕复合式非开挖多级清管装置整体结构的透视图；

图4(c)为本发明人造龙卷风利匕复合式非开挖多级清管装置整体结构的爆炸图；

图5(a)为本发明一级清管装置结构的透视图；

图5(b)为本发明一级清管装置结构的剖视图；

图6(a)为本发明二级清管装置结构示意图；

图6(b)为本发明二级清管装置结构的透视图；

图7为本发明送风角度可调式清管装置整体结构示意图；

图8(a)为本发明可调式接头管的结构透视图；

图8(b)为本发明可调式接头管部件分离时的结构透视图。

具体实施方式

结合实施例说明本发明的具体技术方案。

如图1(a)到图1(c)，以及如图4(a)到图4(c)，本发明涉及一种人造龙卷风利匕复合式非开挖多级清管装置，主要由振动筛11、空压机12、多通道换向阀13、储污箱14或吸污车15、一级清管装置21、二级清管装置22、S型导轨31、导向螺杆32、调节螺母33、伸缩导杆34、刚性套筒36、柔性波纹管35，以及其它配套的附属零部件构成。

待清洁管道(涵)或钻柱，简称为待清洁工件01。

其中，振动筛11的作用在于对投入清管装置内部参与清管作业的带有棱角的机制砂石进行筛分，既可有效防止当大量砂石集中投放时堵塞管路，也可对砂石的规格进行筛分(若砂石颗粒太大，则要求人造龙卷风的抽吸力更大，在清管过程中不易裹挟，其运动轨迹不好控制，影响清管效果；若砂石颗粒太小，则对待清洁工件01内壁面的刮擦、碰撞作用较弱，清洁效果不佳)；振动筛11的筛网可通过颗粒的规格为1～10mm；振动筛11通过进料管110及入口法兰盘111与一级清管装置21的一级右端法兰盘211固连。

多通道换向阀13的作用在于将由空压机12输出的压缩空气按需求进行分配输送，如图2所示，它主要由进风接头130、中空的多通道换向阀本体131及出风接头132构成。为了增强向周向均布于一级清管装置21和二级清管装置22外壁面的多个一级进风接头管213和二级进风接头管223输送压缩空气的流速，在每个一级进风接头管213和二级进风接头管223的入口端均固连了一个具有收缩断面内部流道的喷嘴133。出风接头132的数量应大于等于一级进风接头管213和二级进风接头管223数量之和，在出风接头132上设有可调控压缩空气气流启闭和流量大小的截止阀，出风接头132与喷嘴133之间用高压胶管密封连接。此外，由空压机12输送压缩空气的风压和风量应满足现场工况的要求，可采用一台或多台空压机并联的方式供气；多通道换向阀13的数量和连接方式，也应根据现场工况灵活调整。

如图4(a)到图4(c)以及图5(a)、图5(b)所示，一级清管装置21主要由一级右端法兰盘211、一级清管装置本体212、一级进风接头管213及一级左端法兰盘214构成；它的作用在于利用从其外壁面周向均布的若干(3～8)个一级进风接头管213高速进入一级清管装置本体212内腔的多股气流产生的抽吸力，对经进料管110连续滑入的棱角分明的砂石颗粒进行抽吸，形成一级气固混合流(空气+砂石)；在一级清管装置本体212的内腔左侧、一级进风接头管213之前，设有收缩段(拉瓦尔喷管)，当气流流经时可提升其流速、增强对砂石颗粒的抽吸效果。由于一级清管装置21的主要目的在于连续抽吸砂石颗粒，形成一级气固混合流，因而一级进风接头管213的轴线与一级清管装置本体212的内腔轴线在同一平面内斜交(夹角为20°～70°)，此时并未生成具有螺旋状运动的人造龙卷风。若要在一级清管装置21内腔中生成人造龙卷风，则需设法调整一级进风接头管213与一级清管装置本体212内腔的倾角布设方式。

如图4(a)到图4(c)以及图6(a)、图6(b)所示，二级清管装置22主要由二级右端法兰盘221、二级清管装置本体222、二级进风接头管223及二级左端法兰盘224构成；它的作用在于利用从其外壁面周向均布的若干(3～8)个二级进风接头管223高速进入二级清管装置本体222内腔的多股气流产生的人造龙卷风，改变经一级清管装置21形成的一级气固混合流的运动轨迹，形成螺旋状沿着待清洁工件01的内壁面向前运动的二级气固混合流，同时也会对经振动筛11滑入的砂石颗粒产生一定的抽吸作用；在人造龙卷风带动、裹挟下，二级气固混合流中的砂石颗粒宛如一个个利匕，持续地刮擦、碰撞待清洁工件01的内壁面，使得粘附于内壁面上及沉积在底部的污垢被清除下来，在人造龙卷风的抽吸、裹挟下排向管外，从而达到清洁管道(涵)或钻柱内壁的效果。此外，由于二级清管装置22的主要目的在于形成人造龙卷风，即形成具有切向和垂向运动、且强抽吸力的空气流，因而二级进风接头管223的轴线与二级清管装置本体222的内腔壁面倾斜相切(倾角为25°～75°)，使得多股以切向高速进入二级清管装置内腔的压缩空气流束可形成与二级清管装置内壁倾斜相切且螺旋状前行的气流(即人造龙卷风)。若一个二级清管装置22形成的人造龙卷风强度有限，形成的二级气固混合流不足以达到理想的清管效果，也可将多个二级清管装置22串联起来，以提升人造龙卷风的强度。

如图7所示，一级进风接头管213和二级进风接头管223设计为可调式接头管，可调式接头管由柔性波纹管35和刚性套筒36同轴嵌套组成的布设角度可调式结构；S型导轨31、导向螺杆32、调节螺母33及伸缩导杆34组成连杆式变角机构。如图8(a)、图8(b)所示，具体地，是在一级清管装置21和二级清管装置22的外壁面上间隔地均布S型导轨31，S型导轨31可用螺钉或强力胶固连在清管装置外壁面上，导向螺杆32的底端设有嵌套于导槽311内的滑块，导向螺杆32可沿着导槽311呈S形自由滑动，在导槽311的顶面间隔设有若干个限位孔312，导向螺杆32的下部设有两侧带螺孔的限位底盘321，当导向螺杆32滑动到适宜位置后，可通过螺钉将限位底盘321与限位孔312固连，即可实现对导向螺杆32的固定。调节螺母33可沿着导向螺杆32的杆体螺纹上下自由旋动，伸缩导杆34的一端与调节螺母33的中部固连，当调节螺母33旋动到适宜位置时，可用设置于其上、下两侧的紧固螺母331将其紧固；伸缩导杆34的另一端与刚性套筒36铰接，刚性套筒36与柔性波纹管35同轴嵌套在一起，柔性波纹管35与一级清管装置本体212和二级清管装置本体222的内腔密封连接，通过调整伸缩导杆34的长短、导向螺杆32和调节螺母33的位置，可对刚性套筒36的角度进行调节，进而带动柔性波纹管35的角度实现调控。

由于实际的待清洁工件01的接头类型并非固定不变，大多为法兰、螺纹或平口的型式，因而与待清洁工件01端部连接的出口法兰盘23的接头型式应根据实际工况灵活选用。如图3(a)所示，若待清洁工件01的接头为法兰时，可直接选用二级左端法兰盘224固连；若待清洁工件01的接头为螺纹时，可选用一侧带有螺纹接头的螺纹连接出口法兰盘231固连；如图3(b)、图3(c)、图3(d)所示，若待清洁工件01的接头为平口时，可选用带有卡固槽2321、定位孔2322、连接螺孔2323及臌胀密封圈2324的平口连接出口法兰盘232，其中的臌胀密封圈2324由橡胶制成，可通过充气阀2325进行充气臌胀或放气收缩；臌胀密封圈2324嵌套于卡固槽2321中，臌胀密封圈2324的充气阀2325从定位孔2322向下伸出；为方便与平口接头型的待清洁工件01端部相连，起初臌胀密封圈2324不充气、处于收缩状态，将规格适宜的平口连接出口法兰盘232嵌套入待清洁工件01的平口接头中，使用螺钉穿过连接螺孔2323与待清洁工件01的内壁固连，再使用小型空气压缩机通过充气阀2325向臌胀密封圈2324内充气使其臌胀至与待清洁工件01的内壁面紧密贴合，从而实现两者的固连。

法兰之间通过螺栓25连接。

当需要对使用一定年限后的地下既有管道(涵)内部进行非开挖原位清管，或是对钻探作业后钻柱的内部进行清洁时，首先需根据待清洁工件01的规格、接头类型、内部污垢淤积情况，合理选用适宜的清管装置。

依据现场实际工况将各部分零部件密封连接好，确保管路及接头处不漏风；再根据一级进风接头管213、二级进风接头管223的数量，打开相应的多通道换向阀13的出风接头132上的截止阀；启动空压机12，经多通道换向阀13、若干条高压胶管、若干个喷嘴133、一级进风接头管213及二级进风接头管223，向一级清管装置本体212及二级清管装置本体222的内腔中输送一定风压和风量的压缩空气。若清管现场条件允许，可从建材市场直接购置所需规格的带棱角的砂石颗粒，也可使用岩石破碎机对大块石材或建筑固废进行破碎至所需规格后制得；启动振动筛11，向振动筛11的筛网上徐徐倾倒棱角分明的机制砂石颗粒，经筛网过滤后规格在1～10mm范围内的砂石颗粒进入振动筛11内部，顺着进料管110滑至一级右端法兰盘211附近区域，在一级清管装置本体212内腔中多股斜向入射的高速气流的抽吸作用下，砂石颗粒被裹挟形成一级气固混合流，并被带至二级清管装置本体222的内腔中；多股倾斜且切向射入二级清管装置本体222内腔中的高速气流可形成人造龙卷风，使得进入二级清管装置本体222内腔中的一级气固混合流的运动轨迹变为螺旋状且与待清洁工件01内壁面相切的方式向前运动，形成二级气固混合流，在此过程中砂石颗粒不断与待清洁工件01的内壁面发生刮擦、碰撞，宛如若干个利匕一般，使得粘附在内壁面上及沉积在管底的污垢被不断清除、剥离下来。

如图1(a)所示，当待清洁工件01的出口端连通的是储污箱14时，则被清除下来的污垢在人造龙卷风的抽吸、裹挟下，混杂在二级气固混合流中被带至储污箱14中；如图1(b)所示，当待清洁工件01的出口端连通的是吸污车15时，则被清除下来的污垢在人造龙卷风的抽吸、裹挟，以及吸污车15的抽吸作用下，混杂在二级气固混合流中被带至吸污车15；如图1(c)所示，当待清洁工件01的出口端连通的也是一级清管装置21和二级清管装置22时，则被清除下来的污垢可在双倍人造龙卷风的抽吸、裹挟作用下被带至储污箱14中或吸污车15中。

在清管过程中，若发现在一级清管装置21和二级清管装置22中形成的一级气固混合流和二级气固混合流不能达到预期的清管效果，除了设法增大空压机输出压缩空气的风压和风量外，还可将固定式的一级进风接头管213和二级进风接头管223变为倾角可调式的结构，通过合理调节导向螺杆32、调节螺母33、伸缩导杆34、柔性波纹管35及刚性套筒36的位置，即可调节通过一级进风接头管213和二级进风接头管223进入一级清管装置本体212和二级清管装置本体222内腔中多股高速气流的入射状态，进而达到调整在一级清管装置本体212和二级清管装置本体222内腔中生成的一级气固混合流和二级气固混合流的运动状态，从而达到预期的清管效果。

待清管作业结束后，可向待清洁工件01中放入CCTV管道检测机器人(管道闭路电视检测系统)，查看待清洁工件01经本发明清洁后的内壁面情况，确认清洁效果达到既定要求后，拆除各个零部件，并恢复现场环境。

Claims (5)

1.人造龙卷风利匕复合式非开挖多级清管装置，其特征在于，包括前端的清管装置，所述的清管装置包括一级清管装置(21)和二级清管装置(22)；

一级清管装置(21)包括依次连接的一级右端法兰盘(211)、一级清管装置本体(212)及一级左端法兰盘(214)；一级清管装置(21)外壁面周向均布多个一级进风接头管(213)；一级进风接头管(213)的轴线与一级清管装置本体(212)的内腔轴线在同一平面内斜交；

二级清管装置(22)包括依次连接的二级右端法兰盘(221)、二级清管装置本体(222)及二级左端法兰盘(224)；二级清管装置(22)外壁面周向均布多个二级进风接头管(223)；二级进风接头管(223)的轴线与二级清管装置本体(222)的内腔壁面倾斜相切；

二级右端法兰盘(221)与一级左端法兰盘(214)连接，使得一级清管装置(21)和二级清管装置(22)密封连接；

一级进风接头管(213)、二级进风接头管(223)分别与多通道换向阀(13)的出风接头(132)密封连接；多通道换向阀(13)还包括进风接头(130)、中空的多通道换向阀本体(131)，进风接头(130)连接空压机(12)；每个出风接头(132)均连接具有收缩断面内部流道的喷嘴(133)；出风接头(132)上设有可调控压缩空气气流启闭和流量大小的截止阀；

所述的一级清管装置(21)的一级右端法兰盘(211)与进料管(110)的入口法兰盘(111)固定连接，进料管(110)与振动筛(11)的出料口连接。

2.根据权利要求1所述的人造龙卷风利匕复合式非开挖多级清管装置，其特征在于，还包括后端的排污装置，前端的清管装置安装在待清洁工件(01)的一端，待清洁工件(01)另一端连接后端的排污装置。

3.根据权利要求1所述的人造龙卷风利匕复合式非开挖多级清管装置，其特征在于，所述的一级进风接头管(213)和二级进风接头管(223)为可调式接头管。

4.根据权利要求3所述的人造龙卷风利匕复合式非开挖多级清管装置，其特征在于，所述的可调式接头管包括刚性套筒(36)，还包括连杆式变角机构，连杆式变角机构包括S型导轨(31)、导向螺杆(32)、调节螺母(33)及伸缩导杆(34)；在一级清管装置(21)和二级清管装置(22)的外壁面上间隔地均布S型导轨(31)，S型导轨(31)上设有导槽(311)，导向螺杆(32)的底端设有嵌套于导槽(311)内的滑块，导向螺杆(32)沿着导槽(311)呈S形自由滑动，在导槽(311)的顶面间隔设有若干个限位孔(312)，导向螺杆(32)的下部设有两侧带螺孔的限位底盘(321)，当导向螺杆(32)滑动到适宜位置后，通过螺钉将限位底盘(321)与限位孔(312)固连，即可实现对导向螺杆(32)的固定；

导向螺杆(32)的杆体螺纹与调节螺母(33)螺纹连接；

调节螺母(33)固定在伸缩导杆(34)的一端，调节螺母(33)上、下两侧设有紧固螺母(331)；

伸缩导杆(34)的另一端与刚性套筒(36)铰接，刚性套筒(36)与柔性波纹管(35)同轴嵌套连接，柔性波纹管(35)与一级清管装置本体(212)和二级清管装置本体(222)的内腔密封连接。

5.人造龙卷风利匕复合式非开挖多级清管方法，其特征在于，采用权利要求1到4任一项所述的人造龙卷风利匕复合式非开挖多级清管装置，包括以下步骤：

前端的清管装置安装在待清洁工件(01)的一端，待清洁工件(01)另一端连接后端的排污装置；

根据一级进风接头管(213)、二级进风接头管(223)的数量，打开相应的多通道换向阀(13)的出风接头(132)上的截止阀；启动空压机(12)，经多通道换向阀(13)、喷嘴(133)、一级进风接头管(213)及二级进风接头管(223)，向一级清管装置本体(212)及二级清管装置本体(222)的内腔中输送一定风压和风量的压缩空气；

启动振动筛(11)，向振动筛(11)的筛网上倾倒棱角分明的机制砂石颗粒，经筛网过滤后的砂石颗粒进入振动筛(11)内部，顺着进料管(110)滑至一级右端法兰盘(211)附近区域，在一级清管装置本体(212)内腔中多股斜向入射的高速气流的抽吸作用下，砂石颗粒被裹挟形成一级气固混合流，并被带至二级清管装置本体(222)的内腔中；多股倾斜且切向射入二级清管装置本体(222)内腔中的高速气流可形成人造龙卷风，使得进入二级清管装置本体(222)内腔中的一级气固混合流的运动轨迹变为螺旋状且与待清洁工件(01)内壁面相切的方式向前运动，形成二级气固混合流，在此过程中砂石颗粒不断与待清洁工件(01)的内壁面发生刮擦、碰撞，如同若干个利匕一般，使得粘附在内壁面上及沉积在管底的污垢被不断清除、剥离下来；

在清管过程中，若发现在一级清管装置(21)和二级清管装置(22)中形成的一级气固混合流和二级气固混合流不能达到预期的清管效果，除了设法增大空压机输出压缩空气的风压和风量外，还可调整一级进风接头管(213)和二级进风接头管(223)的倾角，进而达到调整在一级清管装置本体(212)和二级清管装置本体(222)内腔中生成的一级气固混合流和二级气固混合流的运动状态，从而达到预期的清管效果；

清除下来的污垢排入至排污装置中。

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