CN115488116A - 一种液力驱动管道清洗装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种液力驱动管道清洗装置，包括动力主体（1），所述动力主体（1）由两级或两级以上叶轮同轴装配构成；刮削组件（2），所述刮削组件（2）与所述动力主体（1）铰接并通过第一斜支组件（2‑2）柔性支撑，调整所述第一斜支组件（2‑2）的支撑点位置以使所述刮削组件（2）与不同管径的管道相应；及刷洗组件（3），所述刷洗组件（3）与所述动力主体（1）铰接并通过第二斜支组件（3‑2）柔性支撑，调整所述第二斜支组件（3‑2）的支撑点位置以使所述刷洗组件（3）与不同管径的管道相应；解决现有管道清洗机器人存在多方面不足导致应用受限的问题。
Description
技术领域
本公开涉及一种管道清洗装置，属于液力驱动清洗机器人技术领域。
背景技术
本节中的陈述只提供与本公开有关的背景信息并且不构成现有技术。
目前管道清洗机器人可以清洗不同管径的管道，适用性广，但部分清管机器人在理想状态下，其性能确实可以得到充分发挥，也能达到一定的效果，但在非理想状态下，往往不但不能获得良好的效果，甚至不能保证基本的使用寿命，导致其应用性受到很大限制。例如，公布号为CN 208991400 U 的实用新型专利，公开了一种“一种无动力管道清洗机器人”，经本公开发明人研究发现，一方面，该机器人清洗机构动力不足，清洗效果有限；另一方面，一般管道杂质吸附在管道内壁，该机器人未考虑对管道的适应性及清洗构件与管壁的贴合问题，不能保证清洗强度，且当用于复杂情况管道清洗时，有堵塞管道的可能。公布号CN 108580460 A的发明专利，公布了一种“一种管道清洗机器人”，结构复杂，因采用齿轮传动存在制造和安装精度要求较高的问题，亦未考虑机器人清洗适应性问题，且内置驱动。公告号为CN 204672645U的“可自适应连续工作的远程输油管道清理机器人”，外置限速电机，清洗续航不能保证，故障率高。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包含不构成现有技术的信息。
发明内容
鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供一种液力驱动管道清洗装置，解决现有管道清洗机器人存在多方面不足导致应用受限的问题。
为实现上述发明目的，所述的液力驱动管道清洗装置，其特征在于，包括：
动力主体，所述动力主体由两级或两级以上叶轮同轴装配构成；
刮削组件，所述刮削组件与所述动力主体铰接并通过第一斜支组件柔性支撑，调整所述第一斜支组件的支撑点位置以使所述刮削组件与不同管径的管道相应；以及
刷洗组件，所述刷洗组件与所述动力主体铰接并通过第二斜支组件柔性支撑，调整所述第二斜支组件的支撑点位置以使所述刷洗组件与不同管径的管道相应。
在本公开的实施例中，所述刮削组件包括刮刀，所述刮刀是软质韧性刮刀。
在本公开的实施例中，所述刮削组件和所述刷洗组件，分别沿所述二级阶梯筒的周向均布。
在本公开的实施例中，所述刮削组件和所述刷洗组件分别为4-6个，刮削组件和刷洗组件以周向交错方式布置。
在本公开的实施例中，所述刮削组件与所述第一斜支组件及所述刷洗组件与所述第二斜支组件分别以周向交错方式布置。
在本公开的实施例中，所述刀杆连接导轮；
所述导轮沿所述管道内壁滚动以引导所述动力主体沿所述管道移动，及限位所述刮刀的刮削深度以防止所述刮刀损伤所述管道内壁。
在本公开的实施例中，所述刷头连接弹性元件，所述弹性元件利用其弹力控制所述刷头与管道内壁的贴合度。
在本公开的实施例中，所述第一斜支组件与所述第二斜支组件分别设置预压缩的弹性件，所述弹性件提供所述柔性。
在本公开的实施例中，所述动力主体后端连接引流筒，所述引流筒具有扩径结构，所述扩径结构用于增加进入所述叶轮的液流量。
在本公开的实施例中，所述引流筒外径小于清洗管道内径的0.79倍。
本公开具有如下有益效果：
本公开的管道清洗装置，由多级叶轮串联并做一定程度的变形后组成动力主体，该动力主体即作为动力机构，同时用以安装刮削组件及刷洗组件，所以装置结构紧凑、简单；且多级叶轮结合高压水流可以为装置提供足够驱动力，所以不用额外内置或外置驱动；同时，利用柔性支撑保证刮削组件及刷洗组件与管道内壁的贴合程度及与适应不同管道的能力；本公开装置对现有管道清洗机器人的多方面缺陷进行了有针对性的改进，所以本公开提供了一种综合性能优良的管道清洗装置。
附图说明
通过以下参考附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优点更为清楚，在附图中：
图1是本公开实施例的管道清洗装置整体结构示意图；
图2是本公开实施例的动力主体的结构示意图；
图3是本公开实施例的一级叶轮结构示意图；
图4是本公开实施例的二级叶轮结构示意图；
图5是本公开实施例的引流外管结构示意图；
图6是本公开实施例的固定环结构示意图；
图7是本公开实施例的动力主体结构流场正视图；
图8是本公开实施例的动力主体结构流场侧视图；
图9是单级叶轮模型流场速度云图；
图10是本公开实施例的动力主体模型流场速度云图；
图11是本公开实施例的单组刮削组件和刷洗组件结构示意图；
图12是本公开实施例的第一斜支件的结构示意图。
具体实施方式
以下基于实施例对本公开进行描述，但是值得说明的是，本公开并不限于这些实施例。在下文对本公开的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。然而，对于没有详尽描述的部分，本领域技术人员也可以完全理解本公开。
此外，本领域普通技术人员应当理解，所提供的附图只是为了说明本公开的目的、特征和优点，附图并不是实际按照比例绘制的。本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”。如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”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申请和简化描述，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，不能理解为对本申请的限制。
同时，除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包含但不限于”的含义。
图1是本公开实施例的管道清洗装置整体结构示意图；由图1所示，所述的管道清洗装置，包括动力主体1、刮削组件2及刷洗组件3；其中，动力主体1由两级或两级以上叶轮同轴装配构成；刮削组件2与动力主体1铰接并通过第一斜支组件2-2柔性支撑，调整第一斜支组件2-2的支撑点位置以使刮削组件2与不同管径的管道相应；刷洗组件3与动力主体1铰接并通过第二斜支组件3-2柔性支撑，调整第二斜支组件3-2的支撑点位置以使刷洗组件3与不同管径的管道相应。
由图2所示，本公开实施例的动力主体1包括一级叶轮1-1及二级叶轮1-2，并在二级叶轮1-2的后端连接引流筒1-3；一级叶轮1-1的直径小于二级叶轮1-2的直径，一级叶轮1-1作为装置的前端，引流筒1-3作为装置的后端。当然动力主体1也可以采用三级叶轮的结构形式，但不宜过多，因为一方面会使得结构复杂，增加制造加工的难度，另一方面管内设计也有一定的局限性。
由图4所示，本公开实施例的二级叶轮1-2，作为动力主体1的主体部分，包括内筒及外筒，其中内筒长于外筒，沿内筒与外筒的环形间隙安装若干叶片，内筒前端固定十字型结构，用于装配和定位一级叶轮1-1；由图3所示，本公开实施例的一级叶轮1-1前端设有十字卡槽，与二级叶轮1-2内筒前端的十字型设计配合以周向定位装配；定位螺栓1-5将一级叶轮1-1轴向定位于二级叶轮1-2内筒前端；由图5所示，本公开实施例的引流筒1-3前端与二级叶轮1-2外筒进行周向定位装配；定位螺栓1-4将引流筒1-3轴向定位于二级叶轮1-2外筒外部。
为了分析本公开实施例的动力主体1在流域中的速度大小，使用商用流体软件Fluent对其建模仿真，速度入口处设置大小为20m/s，且流体属性为液态水。动力主体1仿真得到的流线图结果如图7、图8所示, 可直观的展示装置在运行过程中，流体通过动力主体1的运动轨迹及产生旋转和前进动力的原理。单级叶轮模型和本公开动力主体1模型进行比较，其中普通单级叶轮模型的速度流场如图9所示，流场区域为浅色，模型后端液体流场速度约为22m/s。本公开动力主体1模型速度流场如图10所示。可以看到本公开动力主体1模型流场后方除了有较高流速的流场区域，还有更高的流场区域，流场区域为深色，流场区域速度高达约为35m/s。因此本公开动力主体1模型在同样的外界条件下拥有更大的移动速度和转动速度，所以无需内置或外置驱动，该动力主体1的高旋转和高通过性能够带动刮削组件2及刷洗组件3对管道内壁进行清洗。
本公开实施例的引流筒1-3直径大于二级叶轮1-2外筒直径，如采用45°过渡设计以增大装置筒径，增加流经一级叶轮1-1及二级叶轮1-2的液流量，起到引流增压的作用，进一步保证叶轮能够产生足够动力。
因为在管道清洗过程中，圆形管道内流体状态为主体做轴向运动，同时有径向脉动的的湍流，雷诺数Re≥4000，或不是独立流型（层流+湍流）的过渡流，雷诺数2000<Re<4000，管道内速度分布由经验公式：
较常见的情况，当Re处于1.1×
~3.2×
之间时，n=1/7，此时
=0.82，动能校正因子α≈1，通常可取
所以在供流流量一定情况下，引流筒外径不超过需清管径的0.79倍可达到适宜直径。
由图11所示，本公开实施例的刮削组件2包括刀片2-1-1，刀片2-1-1的刀杆2-1-3下端通过铰链连接在动力主体1上，进一步利用第一斜支件2-2进行支撑；本公开实施例的刀杆2-1-3上设置若干连接孔，第一斜支件2-2通过这些连接孔与刀杆2-1-3铰接，而第一斜支件2-2与不同的连接孔铰接，则相应改变刀杆2-1-3的倾斜角度，从而改变与刀杆2-1-3末端连接或一体成型的刀片2-1-1的工作半径，从而使得本公开装置可适用的管径范围增大。
为了使刀片2-1-1能够尽可能地与管道内壁贴合，本公开实施例设计了如下方案：一是将刀杆2-1-3上部设置成弯曲结构，二是使用曲面结构的刀片2-1-1，三使用柔性材质的刀片2-1-1。上述三种方案可以同时采用，也可以选择其中的一种或两种方案使用。
根据管道内壁杂质的坚硬程度，本公开实施例配备相应的刀片2-1-1，刀片2-1-1的大小也可以调换，以适应切割硬质杂质、粘性杂质、蜡质或不同厚度垢质等。
本公开实施例的刀杆2-1-3上部还连接导轮2-1-2，导轮2-1-2与刀片2-1-1铰接在刀杆2-1-3的两侧，在装置运行过程中，导轮2-1-2在装置带动下贴合被清洗管道内壁成螺旋线运动，一方面，导轮2-1-2为整个装置导向，防止碰撞管壁，使得装置稳定运行，另一方面，可以限位刀片2-1-1的切割深度以防止刀片2-1-1损伤管道内壁。
由图11所示，本公开实施例的刷洗组件3包括刷头3-1-1，刷头3-1-1铰接在刷杆3-1-3的上端，刷杆3-1-3下端铰接在动力主体1上并利用第二斜支件3-2进行支撑；本公开实施例的刷杆3-1-3上设置若干位置孔，第二斜支件3-2通过这些位置孔与刷杆3-1-3铰接，而第二斜支件3-2与不同的位置孔铰接，则相应改变刷杆3-1-3的倾斜角度，从而改变与刷杆3-1-3末端连接或一体成型的刷头3-1-1的工作半径，从而使得本公开装置可适用的管径范围增大。
为了提高刷头3-1-1与管道内壁的贴合程度，本公开实施例设计了如下方案：一是刷杆3-1-3采用弯杆结构，二是在刷杆3-1-3与刷头3-1-1之间利用弹性元件进行连接，该弹性元件是弹簧，或其他具有相同功能的类似物，优选将弹簧内置固定在弹簧筒3-1-2内组成弹性组件，弹簧筒3-1-2的作用是保护弹簧，弹簧筒3-1-2连接在刷杆3-1-3上，弹簧则钩挂刷头3-1-1的前端。因为刷头3-1-1是铰接在刷杆3-1-3的上端，所以在弹簧作用下，刷头3-1-1具有一定范围的转动能力，从而使得刷头3-1-1能够最大限度贴合被清洗管道内壁，提高洗刷效率。上述二种方案可以同时采用，也可以任选其一使用。
本公开实施例的第一斜支件2-2及第二斜支件3-2采用的是相同的结构，结合图12所示，以第一斜支件2-2为例，具体由接头2-2-1、螺母2-2-2、柱筒2-2-3、弹簧筒螺母2-2-4、弹簧2-2-5、弹簧筒2-2-6组成。接头2-2-1上端与刀杆2-1-3铰接，接头2-2-1下端通过螺纹与柱筒2-2-3连接，并通过螺母2-2-2锁紧，弹簧筒2-2-6内置弹簧2-2-5，柱筒2-2-3另一端由弹簧筒螺母2-2-4通过与弹簧筒2-2-6螺纹连接压紧在弹簧筒2-2-6内。其中，弹簧2-2-5在置入弹簧筒2-2-6前进行预压缩，所以第一斜支件2-2提供的是一种柔性支撑，该柔性支撑为整个装置在进入管道内部时提供预紧力，在动力主体1产生的高转速离心力共同作用下使得刀片可以更贴合被清洗管道内壁；同时使得导轮2-1-2也紧贴被清洗管道内壁。同理，第二斜支件3-2的柔性支撑作用提高刷头与清洗管道内壁保的贴合程度。特别的，当管道截面适度椭圆屈曲变形情况下，刀杆2-1-3及刷杆3-1-3在阻力下分别压缩第一斜支件2-2及第二斜支件3-2，使得装置能够顺利通过屈曲变形段，装置的其他零部件不会因此而损害，也不会因为装置不能通过而堵塞管道的情况发生，使得本公开装置对清洗管道有较高的适应性。
由图1所示，本公开实施例的刮削组件2及刷洗组件3分别通过固定环4与动力主体1进行装配连接 。固定环4可通过固定螺栓与动力主体1连接。
如图6所示，本公开实施例的固定环4的基座4-1-3通过螺栓4-1-2与基环4-1-1铰接，基座4-1-3可360°旋转，适用于各种不同角度的连接。
本公开实施例利用固定环4连接刮削组件2及刷洗组件3，而刮削组件2及刷洗组件3分别设置为六个，六个刮削组件2及刷洗组件3分别对应六个第一斜支件2-2及第二斜支件3-2，且分别沿动力主体1的周向均布。其中，刮削组件2的刀杆2-1-3与第一斜支件2-2的下端分别通过螺栓连接于第一固定环4-1和第二固定环4-2上，相邻两刀杆2-1-3之间的装配圆周跨度60°；同样，每个刷洗组件3的刷杆3-1-3与第二斜支件3-2分别通过螺栓连接于第二固定环4-2及第三固定环4-3上，相邻两刷杆3-1-3之间的装配圆周跨度60°。该种布置方式有助于装置在运行过程中做旋转运动时减小装置阻力，提高清洗效率。
本公开实施例相邻的刀杆2-1-3与刷杆3-1-3之间的周向装配跨度为30°，使得刀片刮削轨迹与刷头洗刷轨迹不重合，刷头能够充分的对刮削后管道内壁的残余杂质进行刷洗。
本公开实施例的刀杆2-1-3与第一斜支件2-2之间及刷杆3-1-3与第二斜支件3-2之间的周向装配跨度也为30°，即呈一种螺旋式装配方式，在装置运行过程中可减小阻力。
当然本公开实施例的替代实施例，可以选择刮削组件2及刷洗组件3的数量不是六个，比如是四个、五个等，同时相邻两刀杆2-1-3之间、相邻两刷杆3-1-3之间、相邻的刀杆2-1-3与刷杆3-1-3之间、刀杆2-1-3与第一斜支件2-2之间及刷杆3-1-3与第二斜支件3-2之间的装配圆周跨度都需要相应的进行调节。当然替代实施例选择的刮削组件2及刷洗组件3的数量是六个，但相邻两刀杆2-1-3之间及相邻两刷杆3-1-3之间的装配圆周跨度并不是60°，相邻的刀杆2-1-3与刷杆3-1-3之间、刀杆2-1-3与第一斜支件2-2之间及刷杆3-1-3与第二斜支件3-2之间的装配圆周跨度不是30°。至少满足刮削组件2及刷洗组件3之间周向交错，刮削组件2与第一斜支件2-2之间及刷洗组件3与第二斜支件3-2之间存在周向交错，同时轴向上呈相互交错状态。
本公开实施例的装置通过多刀片刮削，多刷头清洗，再由高压水流冲刷，充分的对管道内壁杂质进行高效清洗。
本公开实施例的关于刮削组件2、刷洗组件3、第一斜支件2-2及第二斜支件3-2的各零部件及组件间的连接均通过螺栓铰链进行连接，可以提高刀片2-1-1及刷头3-1-1在工作过程中的灵活性，更好应对管道内壁的各种状况。
工作时，调整第一斜支件2-2及第二斜支件3-2分别与刮削组件2及刷洗组件3的支撑连接点，使得刀片2-1-1及刷头3-1-1的工作半径与待清洗管道内径相应，将装置送入待清洗管道，六个导轮在第一斜支件2-2预紧力的作用下接触管道内壁，刀片2-1-1同样由于预紧力以及自身柔韧性紧贴管壁，刷头3-1-1在第二斜支件3-2的预紧力的作用下接触管道内壁，同样借助弹簧2-2-5的作用紧密贴合管壁。
当高压水流进入管道时，水流通过动力主体1的一级叶轮1-1及二级叶轮1-2，叶轮旋转产生轴向力及径向离心力，在这两个力的作用下，动力主体1旋转同时产生轴向位移，径向离心力又进一步使得刀片和刷头紧密贴合管壁进行清洗，六个刀片2-1-1对管道内壁上的污垢层进行多次旋转刮削，六个刷头3-1-1对刮削后的污垢层残留进行多次旋转洗刷，最后再由高压水流冲洗，可通过对高压水流的控制调节装置的轴向通行速度及转速。
以上所述实施例仅为表达本公开的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本公开专利范围的限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开构思的前提下，还可以做出若干变形、同等替换、改进等，这些都属于本公开的保护范围。因此，本公开专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种液力驱动管道清洗装置，其特征在于，包括：
动力主体（1），所述动力主体（1）由两级或两级以上叶轮同轴装配构成；
刮削组件（2），所述刮削组件（2）与所述动力主体（1）铰接并通过第一斜支组件（2-2）柔性支撑，调整所述第一斜支组件（2-2）的支撑点位置以使所述刮削组件（2）与不同管径的管道相应；以及
刷洗组件（3），所述刷洗组件（3）与所述动力主体（1）铰接并通过第二斜支组件（3-2）柔性支撑，调整所述第二斜支组件（3-2）的支撑点位置以使所述刷洗组件（3）与不同管径的管道相应。
2.根据权利要求1所述的管道清洗装置，其特征在于：
所述刮削组件（2）包括刮刀（2-1-1），所述刮刀（2-1-1）是软质韧性刮刀。
3.根据权利要求1或2所述的管道清洗装置，其特征在于：
所述刮削组件（2）和所述刷洗组件（3），分别沿所述二级阶梯筒的周向均布。
4.根据权利要求3所述的管道清洗装置，其特征在于：
所述刮削组件（2）和所述刷洗组件（3）分别为4-6个，刮削组件（2）和刷洗组件（3）以周向交错方式布置。
5.根据权利要求4所述的管道清洗装置，其特征在于：
所述刮削组件（2）与所述第一斜支组件（2-2）及所述刷洗组件（3）与所述第二斜支组件（3-2）分别以周向交错方式布置。
6.根据权利要求1、2、4或5所述的管道清洗装置，其特征在于：
所述刀杆（2-1-3）连接导轮（2-1-2）；
所述导轮（2-1-2沿所述管道内壁滚动以引导所述动力主体（1）沿所述管道移动，及限位所述刮刀（2-1-1）的刮削深度以防止所述刮刀（2-1-1）损伤所述管道内壁。
7.根据权利要求6所述的管道清洗装置，其特征在于：
所述刷头（3-1-1）连接弹性元件，所述弹性元件利用其弹力控制所述刷头（3-1-1）与管道内壁的贴合度。
8. 根据权利要求1、2、4 、5或7所述的管道清洗装置，其特征在于：
所述第一斜支组件（2-2）与所述第二斜支组件（3-2）分别设置预压缩的弹性件，所述弹性件提供所述柔性。
9.根据权利要求8所述的管道清洗装置，其特征在于：
所述动力主体（1）后端连接引流筒（1-3），所述引流筒（1-3）具有扩径结构，所述扩径结构用于增加进入所述叶轮的液流量。
10.根据权利要求9所述的管道清洗装置，其特征在于：
所述引流筒外径小于清洗管道内径的0.79倍。
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