CN206425309U - 一种遥控旋洗式管道清洗机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种遥控旋洗式管道清洗机器人，包括空心主轴、行走机构、密封机构、旋洗机构和遥控装置；密封机构由对称设置在空心主轴两侧的密封组件一和密封组件二组成，密封组件一、密封组件二均包括伞状密封罩和伸缩杆；旋洗机构由设置在密封组件一和密封组件二之间空心主轴上的多个叶片式喷头组成；密封机构一端设有至少一根排水管；遥控装置由遥控信号发射装置及遥控信号接收装置组成。本实用新型具有管道清洗效果好、适用性强、制作成本低、操作方便的特点；采用独特的旋洗方式，能够对管道内壁附着的污垢进行彻底的清洗，药剂使用率高、用量小；独有的分段式清洗方式，可以避免清洗过程对其他管道区域的污染。

Description

一种遥控旋洗式管道清洗机器人

技术领域

本实用新型涉及管道清洗技术领域，尤其涉及一种特别适用于石油采油、输油管道清洗的遥控旋洗式管道清洗机器人。

背景技术

管道由管、管联接件和阀门等部件组成，连接后管道用于输送气体、液体或带固体颗粒的流体。通常流体经鼓风机、压缩机、泵和锅炉等增压后，从管道的高压处流向低压处，也可利用流体自身的压力或重力输送。管道的用途很广泛，主要用在给水、排水、供热、供煤气、长距离输送石油和天然气、农业灌溉、水力工程和各种工业装置中。

管道的输送过程中会有各种物质沉积在管道内壁，这些物质统称为沉积物或污垢。它们主要由水垢、淤泥、腐蚀产物和生物沉积物构成。这些沉积物或污垢会对管道的输送功能造成影响。比如使管道通径减小、产生垢下腐蚀等，如果不及时清理，当结垢达到一定程度时，将严重影响管道的正常使用。

石油输送管道中的污垢通常以混合物形态存在，管道输送的油气等介质中含有大量的有机物、H₂S、CO₂、多种离子、细菌以及泥砂等杂质，石油输送管道结垢后的危害有以下几个方面：1)能源浪费；石油在管道输送过程中需要使用大量的换热设备为原油升温、加热，污垢的存在会严重影响换热效率，增加换热用能源的消耗量；2)影响运行；随着污垢的积聚，换热设备以及输送管道出现严重堵塞，严重影响相关生产的运行；3)增加成本；流体阻力的增加会造成动力费用的上升。

现有技术中，管道清洗主要采用高压水物理冲洗、药剂循环清洗、大管径人工清洗及遥控机器人清洗等试，按清洗原理可分为物理清洗及化学清洗。目前常用的管道清洗设备主要应用于大管径、短距离管道的清洗，对于长距离或管径较小的管道通常是采用遥控机器人进行清洗，但目前用于管道清洗的遥控机器人普遍存在结构复杂、操作繁琐、制作成本高、应用局限性大、故障率高的缺点；另外，采用高压水清洗时耗水量巨大，采用铁刷、刮板等做清理部件操作时容易导致在管道内表面留下沟槽，从而加剧了管道再次形成污垢的速度。

发明内容

本实用新型提供了一种遥控旋洗式管道清洗机器人，具有管道清洗效果好、适用性强、制作成本低、操作方便的特点；采用独特的旋洗方式，能够对管道内壁附着的污垢进行彻底的清洗，药剂使用率高、用量小；独有的分段式清洗方式，可以避免清洗过程对其他管道区域的污染。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：

一种遥控旋洗式管道清洗机器人，包括空心主轴、行走机构、密封机构、旋洗机构和遥控装置；所述行走机构由设置在空心主轴两端的多个行走轮组成，每一端的行走轮分别沿管道周向设置；密封机构由对称设置在空心主轴两侧的密封组件一和密封组件二组成，密封组件一、密封组件二均包括伞状密封罩和伸缩杆，2个伞状密封罩在对应伸缩杆的带动下打开后其边沿贴紧在管道内壁上，使管道实现分段密封；旋洗机构由设置在密封组件一和密封组件二之间空心主轴上的多个叶片式喷头组成，叶片式喷头沿空心主轴周向均布，空心主轴能够转动并能够带动叶片式喷头旋转；叶片式喷头主体为叶片结构，叶片结构的侧面设有多个喷射孔，喷射孔通过叶片式喷头内的空腔与空心主轴的空腔相连通，空心主轴空腔的一侧为进水口；密封机构一端设有至少一根排水管，排水管的管口位于管道底面一侧，另一端延伸到密封机构外连接外部排污泵；遥控装置由遥控信号发射装置及遥控信号接收装置组成，空心主轴、行走机构、密封机构的驱动装置分别连接遥控信号接收装置，遥控信号接收装置固定在密封机构外侧。

所述空心主轴一端设有转动驱动装置，转动驱动装置由转动驱动电机、传动齿轮副组成；转动驱动电机的输出端连接传动齿轮副中的主动齿轮，传动齿轮副的被动齿轮固定在密封机构外侧的空心主轴上；转动驱动电机连接遥控信号接收装置。

所述行走机构中的行走轮分别通过行走杆与空心主轴固定连接，行走轮的驱动装置为行走电机，行走电机通过行走控制器与遥控信号接收装置连接，行走电机和行走控制器分别固定在行走杆上。

所述密封机构中的密封组件一、密封组件二分别由自外向内依次设置在空心主轴上的支撑架、伞状密封罩、伸缩杆和支撑轴承组成；支撑架中部通过轴承套装在空心主轴上，伞状密封罩的固定端与支撑架密封连接，伞状密封罩的中部沿周向设有多个伸缩杆，伸缩杆的一端铰接在伞状密封罩上，另一端与支撑轴承铰接；伸缩杆为电动伸缩杆，电动伸缩杆的驱动电机控制端并联后连接遥控信号接收装置。

一种遥控旋洗式管道清洗机器人，还包括监视及检测机构，监视及检测机构由安装在支撑架内侧的照明灯、摄像头和厚度传感器组成；其中厚度传感器通过电动伸缩机械臂固定在支撑架上组成污垢厚度测量装置，厚度传感器的信号输出端通过信号变送器连接外部计算机，摄像头的信号输出端通过信号电缆连接外部监视设备。

一种遥控旋洗式管道清洗机器人，还包括水质检测装置；水质检测装置由设置在排水管管口的水质监测传感器组成，水质监测传感器为多参数水质监测传感器，至少具备电导率和浊度检测功能。

所述空心主轴一端或支撑架外侧设有牵引挂钩。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1)经试验证实，采用本实用新型能够实现对不同管道内壁污垢的清洗，且清洗效果良好；

2)结构简单，操作灵活，能够适应复杂环境下管道清洗工作，有效解决管道的堵塞问题及防止垢下腐蚀的发生，保障生产的正常进行；

3)能耗低、效率高；采用独特的旋洗方式，水/清洗液用量少，利用率高，既可实现对复杂结构管道的清洗，又降低了清洗成本；

4)适用水洗、化学药剂清洗、气洗等多种清洗方式，并可根据污垢的类型及污垢厚度选择小剂量点喷清洗、大剂量旋洗或汽水混合清洗等方式。

附图说明

图1是本实用新型所述遥控旋洗式管道清洗机器人的结构示意图。

图中：1.行走轮 2.行走电机 3.行走杆 4.电源 5.支撑架 6.照明灯 7.摄像头8.空心主轴 9.伞状密封罩 10.厚度传感器 11.电动伸缩机械臂 12.遥控信号接收装置13.行走控制器 14.牵引挂钩 15.伸缩杆 16.叶片式喷头 17.支撑轴承 18.水质检测传感器 19.轴承 20.排水管 21.转动驱动电机 22.传动齿轮副

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：

如图1所示，本实用新型所述一种遥控旋洗式管道清洗机器人，包括空心主轴8、行走机构、密封机构、旋洗机构和遥控装置；所述行走机构由设置在空心主轴8两端的多个行走轮1组成，每一端的行走轮1分别沿管道周向设置；密封机构由对称设置在空心主轴8两侧的密封组件一和密封组件二组成，密封组件一、密封组件二均包括伞状密封罩9和伸缩杆15，2个伞状密封罩9在对应伸缩杆15的带动下打开后其边沿贴紧在管道内壁上，使管道实现分段密封；旋洗机构由设置在密封组件一和密封组件二之间空心主轴8上的多个叶片式喷头16组成，叶片式喷头16沿空心主轴8周向均布，空心主轴8能够转动并能够带动叶片式喷头16旋转；叶片式喷头16主体为叶片结构，叶片结构的侧面设有多个喷射孔，喷射孔通过叶片式喷头16内的空腔与空心主轴8的空腔相连通，空心主轴8空腔的一侧为进水口；密封机构一端设有至少一根排水管20，排水管20的管口位于管道底面一侧，另一端延伸到密封机构外连接外部排污泵；遥控装置由遥控信号发射装置及遥控信号接收装置12组成，空心主轴8、行走机构、密封机构的驱动装置分别连接遥控信号接收装置12，遥控信号接收装置12固定在密封机构外侧。

所述空心主轴8一端设有转动驱动装置，转动驱动装置由转动驱动电机21、传动齿轮副22组成；转动驱动电机21的输出端连接传动齿轮副22中的主动齿轮，传动齿轮副22的被动齿轮固定在密封机构外侧的空心主轴8上；转动驱动电机21连接遥控信号接收装置12。

所述行走机构中的行走轮1分别通过行走杆3与空心主轴8固定连接，行走轮1的驱动装置为行走电机2，行走电机2通过行走控制器13与遥控信号接收装置12连接，行走电机2和行走控制器13分别固定在行走杆3上。

所述密封机构中的密封组件一、密封组件二分别由自外向内依次设置在空心主轴8上的支撑架5、伞状密封罩9、伸缩杆15和支撑轴承17组成；支撑架5中部通过轴承19套装在空心主轴8上，伞状密封罩9的固定端与支撑架5密封连接，伞状密封罩9的中部沿周向设有多个伸缩杆15，伸缩杆15的一端铰接在伞状密封罩9上，另一端与支撑轴承17铰接；伸缩杆15为电动伸缩杆，电动伸缩杆的驱动电机控制端并联后连接遥控信号接收装置12。

还包括监视及检测机构，监视及检测机构由安装在支撑架5内侧的照明灯6、摄像头7和厚度传感器10组成；其中厚度传感器10通过电动伸缩机械臂11固定在支撑架5上组成污垢厚度测量装置；厚度传感器10的信号输出端通过信号变送器连接外部计算机，摄像头7的信号输出端通过信号电缆连接外部监视设备。

还包括水质检测装置；水质检测装置由设置在排水管20管口的水质监测传感器18组成，水质监测传感器18为多参数水质监测传感器，至少具备电导率和浊度检测功能。

所述空心主轴8一端或支撑架5外侧设有牵引挂钩14。

本实用新型所述一种遥控旋洗式管道清洗机器人的工作原理是：在管道内部将管道分段密封，先向密封段管道内壁旋转喷射高压的水/清洗液，再通过叶片搅动在密封段管道内产生旋流，通过喷射、浸泡、旋流冲击将粘附在管道内壁上的污垢进行强力清除；清洗过程不会对管道内壁产生任何损伤。

采用本实用新型所述一种遥控旋洗式管道清洗机器人进行管道清洗的过程具体包括如下步骤：

1)所述遥控旋洗式管道清洗机器人各部分动作均通过遥控控制；

2)首先通过遥控装置控制行走机构，使遥控旋洗式管道清洗机器人在管道内行走，通过照明灯6照明，摄像头7将管道内壁结垢情况实时传送到外部监视设备中，同时通过污垢厚度测量装置测量管道内壁污垢厚度，并判定管道是否需要清洗；

3)确定管道需要清洗后，遥控启动密封机构，通过将前、后2个伞状密封罩9撑开并使其外沿与管道内壁紧密贴合实现该段管道的密封；

4)遥控启动旋洗机构，根据污垢种类确定采用的清洗介质，清洗介质为水或清洗液；如采用清洗液则进一步通过测得的污垢厚度确定清洗液的配比；将水/清洗液加压后沿空心主轴8输送到2个伞状密封罩9之间的叶片式喷头16处；遥控控制空心主轴8旋转，叶片式喷头16随之转动，使水/清洗液沿切向对管道内壁旋转喷射；

5)随着水/清洗液的不断喷射，密封段管道内的液面高度不断上升；当液面上升到密封段管道直径的3/4高度以上后，随着空心主轴8的继续旋转，叶片式喷头16同时起到旋转叶片的作用，搅动内部的水/清洗液形成旋流对管道进行旋洗；

6)根据管道结垢情况确定旋洗时间，通过设置在排水管20管口的水质监测传感器18检测密封段管道内污水的水质，重点关注电导率和浊度；旋洗时间到后，如污水的电导率和浊度达到设定要求，则遥控停止空心主轴8旋转；启动排污泵将密封段管道内的污水抽出；

7)照明灯6、摄像头7和污垢厚度测量装置在管道分段密封清洗过程中暂时关闭；当一段管道密封清洗完成后，前、后2个伞状密封罩9向内收缩与管道内壁脱离；此时重新启动照明灯6、摄像头7和污垢厚度测量装置，遥控旋洗式管道清洗机器人移动到下一个需要清洗的管道段，重复步骤3)～6)对该段管道进行清洗。

如图1所示，遥控旋洗式管道清洗机器人的大部分部件均设置在密封组件一、密封组件二的外侧，电源4固定在支撑架5外侧，为所有用电部件供电。

由于遥控旋洗式管道清洗机器人需要在管道内部工作，因此所有动作均需要遥控实现。遥控装置分为遥控信号发射装置及遥控信号接收装置12，其中遥控信号发射装置留在管道外部，由操作人员进行操纵。遥控信号接收装置12固定在遥控旋洗式管道清洗机器人一侧支撑架5的外侧，其输出端通过电缆与各执行机构连接，通过发送控制信号控制各功能部件动作的开始与结束。

遥控旋洗式管道清洗机器人依靠行走机构实现在管道内的移动，图1中，遥控旋洗式管道清洗机器人沿移动方向的前、后两侧分别各设有3组行走轮1，每组行走轮1由行走电机2提供动力，行走电机2的速度由行走控制器13控制。多个行走轮1的行走控制器13并联后接遥控信号接收装置12，以实现行走动作的同步。行走杆3与支撑架5之间还可以设置预紧弹簧，以保证行走轮1压紧在管道内壁上。牵引挂钩14用于在行走机构出现故障时通过牵引装置将遥控旋洗式管道清洗机器人从管道内拖出。

在现有技术中，有关遥控管道清洗机器人遥控及行走、供水功能的技术方案已经公开了很多，在此不加赘述。

本实用新型的独特之处在于：1)采用旋流方式清洗管道；2)喷头为结构形式为叶片式；3)采用伞状密封罩9实现管道内的分段密封。其中叶片式喷头16和伞状密封罩9也是为了实现旋流清洗而研发的。

叶片式喷头16的外形为叶片形，每个叶片在与转动方向相同的一侧设有多个喷射孔，其内部设有空腔，该空腔与空心主轴8的空腔相连通。从空心主轴8进水口输入的高压水/清洗液能够从喷射孔喷出。另外，在旋流清洗过程中，喷射孔不仅喷射水/清洗液，而且作为叶片实现搅动功能。因此叶片式喷头16同时兼具喷头和叶片的功能。

伞状密封罩9的结构类似于雨伞，能够撑开和收拢；撑开程度不同，伞状密封罩9也就具有不同的直径，因此可以适应不同内径的管道，使用时只要伞状密封罩9的外侧边沿贴紧在管道内壁即可实现密封。本实用新型中，为防止伞状密封罩9受污垢及清洗液的侵蚀，需要采用防酸碱腐蚀、弹性好的材料制作，优先选用乙丙橡胶或氯醇橡胶。

本实用新型中，污垢厚度测量装置采用厚度传感器10与电动伸缩机械臂11组成，厚度传感器10的探头能够在电动伸缩机械臂11的带动下灵活移动，测量时，通过摄像机7监视，操作电动伸缩机械臂11，使厚度传感器10的探头表面贴紧在污垢表面，测量其到钢管内壁之间的距离，该距离即为管道内壁附着的污垢厚度。厚度传感器10优选超声波厚度传感器或微波厚度传感器。

本实用新型应用方式灵活，可以采用多种清洗方式。如对于局部结垢严重的管道在分段密封后进行清洗，可以对重点结垢部位进行强力清洗，而其它部位则采用常规的喷液或喷气法进行清洗。另外，分段清洗因为清洗过程采用封闭式处理，不会有污水外流，也能够最大限度地保护其它管道部位不受污染。

通过排水管20内的水质检测传感器18对清洗后污水的水质进行实时监测，通过清洗前、后水/清洗液中化学元素的变化确认清洗效果。清洗后，可再次展开伞状密封罩9，向密封段管道内注入清水对残留药剂进行冲洗，或鼓入空气进行干燥处理。排水管20位于伞状密封罩9两侧的连接段采用可伸缩软管以适应伞状密封罩9的形状变化，可伸缩软管与伞状密封罩9之间采用密封连接；位于伞状密封罩9内的排水管20一端向管道底部一侧延伸，保证排水时能够将密封段管道内的污水排净。另外，排水管20也应选用耐酸碱腐蚀的材料。

透过摄像头7及水质检测传感器18，操作人员可以对清洗全过程以及清洗效果进行实时观察和监视。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种遥控旋洗式管道清洗机器人，其特征在于，包括空心主轴、行走机构、密封机构、旋洗机构和遥控装置；所述行走机构由设置在空心主轴两端的多个行走轮组成，每一端的行走轮分别沿管道周向设置；密封机构由对称设置在空心主轴两侧的密封组件一和密封组件二组成，密封组件一、密封组件二均包括伞状密封罩和伸缩杆，2个伞状密封罩在对应伸缩杆的带动下打开后其边沿贴紧在管道内壁上，使管道实现分段密封；旋洗机构由设置在密封组件一和密封组件二之间空心主轴上的多个叶片式喷头组成，叶片式喷头沿空心主轴周向均布，空心主轴能够转动并能够带动叶片式喷头旋转；叶片式喷头主体为叶片结构，叶片结构的侧面设有多个喷射孔，喷射孔通过叶片式喷头内的空腔与空心主轴的空腔相连通，空心主轴空腔的一侧为进水口；密封机构一端设有至少一根排水管，排水管的管口位于管道底面一侧，另一端延伸到密封机构外连接外部排污泵；遥控装置由遥控信号发射装置及遥控信号接收装置组成，空心主轴、行走机构、密封机构的驱动装置分别连接遥控信号接收装置，遥控信号接收装置固定在密封机构外侧。

2.根据权利要求1所述的一种遥控旋洗式管道清洗机器人，其特征在于，所述空心主轴一端设有转动驱动装置，转动驱动装置由转动驱动电机、传动齿轮副组成；转动驱动电机的输出端连接传动齿轮副中的主动齿轮，传动齿轮副的被动齿轮固定在密封机构外侧的空心主轴上；转动驱动电机连接遥控信号接收装置。

3.根据权利要求1所述的一种遥控旋洗式管道清洗机器人，其特征在于，所述行走机构中的行走轮分别通过行走杆与空心主轴固定连接，行走轮的驱动装置为行走电机，行走电机通过行走控制器与遥控信号接收装置连接，行走电机和行走控制器分别固定在行走杆上。

4.根据权利要求1所述的一种遥控旋洗式管道清洗机器人，其特征在于，所述密封机构中的密封组件一、密封组件二分别由自外向内依次设置在空心主轴上的支撑架、伞状密封罩、伸缩杆和支撑轴承组成；支撑架中部通过轴承套装在空心主轴上，伞状密封罩的固定端与支撑架密封连接，伞状密封罩的中部沿周向设有多个伸缩杆，伸缩杆的一端铰接在伞状密封罩上，另一端与支撑轴承铰接；伸缩杆为电动伸缩杆，电动伸缩杆的驱动电机控制端并联后连接遥控信号接收装置。

5.根据权利要求1所述的一种遥控旋洗式管道清洗机器人，其特征在于，还包括监视及检测机构，监视及检测机构由安装在支撑架内侧的照明灯、摄像头和厚度传感器组成；其中厚度传感器通过电动伸缩机械臂固定在支撑架上组成污垢厚度测量装置，厚度传感器的信号输出端通过信号变送器连接外部计算机，摄像头的信号输出端通过信号电缆连接外部监视设备。

6.根据权利要求1所述的一种遥控旋洗式管道清洗机器人，其特征在于，还包括水质检测装置；水质检测装置由设置在排水管管口的水质监测传感器组成，水质监测传感器为多参数水质监测传感器，至少具备电导率和浊度检测功能。

7.根据权利要求1所述的一种遥控旋洗式管道清洗机器人，其特征在于，所述空心主轴一端或支撑架外侧设有牵引挂钩。