CN212216501U - 一种管道清扫装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种管道清扫装置，包括主体框架以及均设在主体框架上的行走机构、旋转刀头组件和垃圾回收装置，特别地还包括设在主体框架上的冷却装置，冷却装置喷出的冷气能够使沉积污渍变冷变脆易于清除，显著提高了切割效率并且切割效果好。当本实用新型应用于多年冻土区域时，冷却装置的设置还能够通过冷却管道为局部地层储存冷能。进一步地，本实用新型中旋转刀头组件为多个刚性切割刀片沿周向均布并由周转轮系结构带动旋转，结构设置合理、切削刚度有保障，大大提高了切割效率和切割效果；行走机构依靠磁力产生摩擦力，使得整体复杂度得到简化同时降低了相关零部件的损耗程度，并且行走机构在接触到小障碍物时具备越障能力。

Description

一种管道清扫装置

技术领域

本实用新型涉及油气输送管道清洗技术领域，尤其涉及一种管道清扫装置。

背景技术

管道作为油气输运的主要方式之一，在长时间运营后，石油及天然气中储存的成分复杂的蜡质、氧化物、硫化物、砂砾等在管道内壁附着，进而增大了管道内壁的摩阻力，增加动能损耗。所以，对管道进行周期性的清洗与检验，是管道安全运营必不可少的工作。长久以来，蜡质层在原油管道中的堆积是工业领域的难题之一。

常见的管道清洗手段主要分为化学清洗，机械清洗，高压水射流清洗，磨料清洗，超声波清洗等，其中，机械清洗因其简单高效得到了广泛应用。申请号为201811338134.9的发明专利申请了一种管道清洗机器人，其主要包括驱动装置、压紧装置、高压喷雾装置、吸尘过滤装置、旋转刀头组件和监控系统，但是其具有以下缺点：

（1）沉积污渍切割效果差：虽然在高压喷雾的基础上增加了旋转刀头组件，但是旋转刀头组件具体采用的是呈风车样分布的大叶橡胶刮刀片，一方面刮刀片大叶设置而在旋转切割过程中只有端部真正起到切割作用，结构设置不合理、切割效率低，另一方面橡胶刮刀片刚度较低，不能有效将沉积物切削下来。

（2）驱动装置结构复杂、易损坏：驱动装置采用传统的履带摩擦驱动方式，结构复杂、驱动方式复杂，并且在工作时轮子和履带要时刻保持张紧与管道内壁压紧状态，零部件损耗严重易损坏。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：如何提供一种沉积污渍切割效率高、切割效果好的管道清扫装置。

为解决上述问题，本实用新型提供了一种管道清扫装置，包括主体框架以及均设在所述主体框架上的行走机构、旋转刀头组件和垃圾回收装置，其特征在于，该装置还包括设在所述主体框架上的冷却装置，所述冷却装置至少在管道清扫装置的前端设有冷气喷出口，喷出的冷气能够使沉积污渍变冷变脆易于清除；所述旋转刀头组件用于在所述冷却装置喷出冷气后对所述沉积污渍进行切割清除。

优选的，所述旋转刀头组件包括环形的刀片安装架、沿周向均匀设在所述刀片安装架上的多个刚性切割刀片以及承载并带动所述刀片安装架旋转的周转轮系结构。

优选的，所述旋转刀头组件在轴向上一前一后布设，一前一后所述旋转刀头组件之间设有沿周向均匀布设并且能够整体沿周向旋转的毛刷组件。

优选的，所述垃圾回收装置的吸入口处设有向外延伸一段距离的柔性导管。

优选的，该管道清扫装置还包括设在所述主体框架上的监控组件。

优选的，所述行走机构采用磁力轮组件，所述磁力轮组件包括轮子本体以及与所述轮子本体的旋转中心轴相连的旋转驱动部件，所述轮子本体与金属管道之间依靠磁吸力产生移动所需的摩擦力。

优选的，所述轮子本体本身即为具有磁力吸附功能的强磁滚轮。

优选的，所述轮子本体具有为其提供电流的电流输送部件；所述轮子本体在轴向上包括位于中间的绝缘内轮体和位于两边的导电外轮体，所述导电外轮体与所述电流输送部件相连，工作时两边所述导电外轮体、金属管道和所述电流输送部件形成闭合回路产生磁性；或者，所述轮子本体为内部布设有导电线圈的导电体，所述导电线圈与所述电流输送部件相连，工作时所述导电线圈通电使整个轮子本体产生磁性。

优选的，所述磁力轮组件还包括设在所述轮子本体旁边的磁感应传感器和与所述磁感应传感器相连的处理器，所述处理器与所述电流输送部件相连；工作时所述处理器根据来自所述磁感应传感器的磁感应强度大小控制所述电流输送部件的加载电流大小，以使所述轮子本体与所述管道之间的磁吸力保持在一定范围内。

优选的，该管道清扫装置还包括设在与所述磁力轮组件轴向垂直方向上并与之相连的导向连接杆，套设在所述导向连接杆上的弹簧以及配合使用的限位套筒；所述弹簧靠近所述磁力轮组件的一端在所述导向连接杆上位置固定，另一端由所述限位套筒上的环形平台限位卡住，所述限位套筒内具有供所述导向连接杆远离所述磁力轮组件一端伸入的空间。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型中，在传统管道清扫装置基础上还设有冷却装置，其喷出的冷气能够使沉积污渍变冷变脆易于清除，显著提高了切割效率并且切割效果好。此外，当本实用新型应用于多年冻土区域时，冷却装置的设置还能够通过冷却管道为局部地层储存冷能，保护多年冻土避免管道因冻土融沉而发生倾斜或断裂。

2、本实用新型中，旋转刀头组件为多个刚性切割刀片沿周向均布并由周转轮系结构带动旋转，结构设置合理、切削刚度有保障，大大提高了切割效率和切割效果；此外，模块化的切削刃降低了刀具切削成本。进一步地，双旋转刀头组件加上毛刷清理的配合设置，实现较好的高效切割清扫效果。

3、本实用新型中，行走机构依靠磁力轮组件与金属管道之间产生磁吸力进而产生移动所需的摩擦力，以带动整个管道清扫装置沿管道轴向移动，降低了整个行走机构的结构复杂度，同时降低了相关零部件的损耗程度。磁力轮组件进一步能够根据沉积污渍厚度情况调整磁性大小使得其与管道之间的磁吸力保持在一定范围内，保证两者之间始终处于较为稳定的吸引状态。

4、本实用新型中，磁力轮组件上导向连接杆、弹簧和限位套筒的设置使得行走机构在接触到小障碍物时具备越障能力。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本实用新型实施例提供的管道清扫装置的整体外观结构示意图。

图2为本实用新型实施例提供的旋转刀头组件的爆炸图。

图3为本实用新型实施例提供的限位套筒的结构示意图。

图4为本实用新型实施例提供的磁力轮组件及相连部件的结构示意图。

图5为本实用新型实施例提供的磁力轮组件的结构示意图。

图中：1—毛刷组件，2—旋转刀头组件，3—冷气喷出口，4—监控摄像头，5—磁力轮组件，6—安装卡套，7—螺纹，8—限位块，9—导向连接杆，10—弹簧，11—限位套筒。

2a—尾透盖，2b—固定齿轮安装轴，2c—第一电机，2d—封装连接杆，2e—同2c，2f—同2b，2g—第一推力球轴承，2h—刀片安装架，2i—刀片安装口，2j—周转轮，2k—刚性切割刀片，2l—固定齿轮，2m—同2g，2n—顶盖。

5a—第二电机，5b—齿轮，5c—传动轴，5d—轮轴轴承，5e—石墨触头，5f—旋转中心轴，5g—导电外轮体，5h—绝缘内轮体，5i—同5g，5j—同5e，5k—第二推力球轴承，5l—安装限位件，5m—封装保护外壳，5n—导线；5o—轮子本体，5p—导电线圈，5q—线圈接触片。

具体实施方式

实施例1

本实用新型实施例提供了一种管道清扫装置，整体外观呈近圆柱状，其在包括传统管道清扫装置同样具有的主体框架以及均设在主体框架上的行走机构、旋转刀头组件和垃圾回收装置之外，特别地还包括设在主体框架上的冷却装置。可以理解的是，在实际应用中设在在主体框架上的这些结构除了需要露出实现相应功能的部件外其余部件使用保护外壳进行封装起来。

其中，行走机构用于带动整个管道清扫装置沿管道轴向移动；旋转刀头组件用于对管道内壁上的沉积污渍进行切削；垃圾回收装置用于将切削下来的垃圾进行吸入回收。

参考图1，冷却装置至少在管道清扫装置的前端设有冷气喷出口3，数量视情况设定；喷出的冷气能够使沉积污渍变冷变脆易于清除；旋转刀头组件用于在冷却装置喷出冷气后对沉积污渍进行切割清除。

在实际应用中冷却装置可以由干冰、风扇、冷气输送管以及冷气喷出口3等组成；垃圾回收装置可以包括垃圾容纳箱、吸入口以及将清扫下来的垃圾从吸入口吸入到垃圾容纳箱的吸入机构和相应的运输通道。

本实用新型进一步还包括设在主体框架上的监控组件，比如图1所示将监控摄像头4设在管道清扫装置的最前端，便于实时观察管道内部的情况，并实时调整管道清扫工作方案；为避免线缆影响清扫工作，采用无线传输的方式进行。

在实际应用中，管道清扫装置在管道外配置有控制和监控终端，实现对行走机构、旋转刀头组件、垃圾回收装置等结构的控制和工作状态的监控。

实施例2

在上述实施例1的基础上，本实用新型针对旋转刀头组件提供一种新的实现方式，相较现有技术结构设置合理、切削刚度有保障，大大提高了切割效率和切割效果。

具体地，参考图1和图2，旋转刀头组件2包括环形的刀片安装架2h、沿周向均匀设在刀片安装架2h预设刀片安装口2i上的多个刚性切割刀片2k以及承载并带动刀片安装架2h旋转的周转轮系结构。旋转刀头组件2的主要功能是进行管道内壁附着物的刚性切割，电机带动固定齿轮旋转，固定齿轮通过传动带动周转齿轮运动，同时周转齿轮带动切割装置进行工作。

其中，周转轮系结构的实现参考现有技术即可，或者为便于直接了解相关内容，本文简要阐述一下：参考图2示出的爆炸图，第一电机2c、2f带动固定齿轮2l旋转，固定齿轮2l通过传动带动周转轮2j运动，同时周转轮2j带动刀片安装架2h上的所有刚性切割刀片2k旋转进行切割工作。所有部件连接完成后由封装连接杆2d和顶盖2n封装连接起来。可以理解的是，图2所示情况对应的是旋转刀头组件2设在整个管道清扫装置的最前端，因此设有顶盖2n。

进一步地，上述旋转刀头组件2在轴向上一前一后布设（比如图1所示的双刀盘设置，当然更多数量的设置，视具体需求而定即可），一前一后两个旋转刀头组件2之间设有沿周向均匀布设并且能够整体沿周向旋转的毛刷组件1。工作时，行走机构产生驱动力使整个管道清扫装置向前移动，双刀盘通过旋转切割去除管壁的污渍，毛刷组件1使粘结在管壁的杂物刷除，在重力作用下，污渍会落在管壁靠下位置，垃圾回收装置进行污渍回收，从而实现较好的高效切割清扫效果。

垃圾回收装置相应设置多级（也就是多处）吸入口，以实现更好的回收效果。在现有技术中，吸入口与垃圾之间未设置衔接引渡部件，由于垃圾的自身重力等原因需要较强的吸力才能将垃圾吸入，本实用新型中吸入口处进一步设有向外延伸一段距离的柔性导管，有效克服了这一缺点，提高了垃圾吸入的效率和完成率。

实施例3

基于上述各实施例公开的内容，本实用新型中行走机构上行走单元采用磁力轮组件，磁力轮组件主要包括轮子本体和与轮子本体的旋转中心轴相连的旋转驱动部件，轮子本体带有磁性与管道（通常为铁质管道）之间产生磁吸力，进而吸附在金属管道内壁产生摩擦力，同时，由于摩擦力的存在，整个轮子本体在旋转驱动部件的带动下进行旋转进而实现前进、后退等移动。相较现有技术履带驱动方式，结构简单并且简化了驱动原理，同时降低了相关零部件的损耗程度。考虑到行走机构与金属管道之间沉积污渍（主要为蜡质层）的存在，使行走机构至少在前进方向上第一个旋转刀头组件之后开始布设，这样使得行走机构直接在进行过切削的通道上进行行走，降低蜡质层对磁吸力大小的影响。

特别地，相较现有技术中行走机构需要在整个周向上均匀具有足够的压紧力即至少在周向上呈120°均匀设置三组行走单元，本实用新型中由于行走机构是通过磁性吸附力产生的摩擦力进行前进和后退的，因此在周向上仅在正下方对称设置呈120°夹角的两组行走单元即可满足基本的行走需求，降低了整个行走机构的结构复杂度。可以理解的是，这段内容的重点在于相较现有技术中需要三组本实用新型能够在仅有两组行走单元的情况下即能满足基本的行走需求，而不是只能使用两组，在实际应用中在不考虑简化结构降低成本的情况下当然可以使用更多组。

本实用新型中，磁力轮组件中轮子本体带有磁性有以下三种实现方式：第一种是轮子本体本身即为具有磁力吸附功能的强磁滚轮；后两者是轮子本体需要通电才能产生磁性，即轮子本体具有为其提供电流的电流输送部件。以下对后两者进行分别阐述。第二种：参考图1和图4，轮子本体在轴向上包括位于中间的绝缘内轮体5h和位于两边的导电外轮体5g、5i，导电外轮体5g、5i均与电流输送部件相连。工作时，两边导电外轮体5g、5i、金属管道和电流输送部件形成闭合回路，由于电磁效应产生磁性

旋转驱动部件主要包括第二电机5a和端部带有驱动齿轮5b的传动轴5c，这些部件配合轮子本体的旋转中心轴5f构成进矩形结构。工作时第二电机5a的驱动力经由左右两边的驱动齿轮5b、传动轴5c传递到旋转中心轴5f，进而使轮子本体进行旋转。

电流输送部件主要包括与电源相连的导线5n和连接导线5n与导电外轮体5g、5i的石墨触头5e、5j，石墨触头是指以炭质材料或石墨材料为基材制造的，将电流由一个部件导向另一个部件的滑动或滚动接触体。

这里需要说明的是，管道内并不是所有位置都有沉积物，有沉积物的话厚度也不是都一样，而且对于导电外轮体5g、5i与金属管道内壁之间存在沉积物的情况，只要沉积物厚度在一定范围内（这个范围由加载的固定的电流大小决定），两边导电外轮体5g、5i与金属管道之间仍然形成闭合回路，只不过磁性相较不存在沉积物时会弱些，但仍能产生基本需求的磁吸力。

第三种：参考图5，磁力轮组件中轮子本体5o本身即为导电体，其内部布设有导电线圈5p，导电线圈5p两端与电流输送部件相连；导电线圈5p两端的线圈接触片5q保证其与石墨触头5e、5j时刻接触；其它结构和相关内容参考上文。工作时导电线圈5p通电使得轮子本体5o也得电，由于电磁效应轮子本体5o产生磁性。

考虑到轮子本体与金属管道之间蜡质层的存在，理论上只要轮子本体产生或者带有的磁力足够强，虽然磁吸力会随着蜡质层厚度的变化而产生变化，但对于一定厚度范围内的沉积物还是能产生满足基本需求的磁吸力。但如果有维持较为稳定磁吸力的进一步需求，可以在上述后两种轮子本体需要通电才能具有磁性的基础上，根据管道内壁沉积物厚度情况设置合适的加载电流大小。比如：磁力轮组件还包括设在轮子本体旁边的磁感应传感器和与磁感应传感器相连的处理器，处理器与电流输送部件相连；工作时处理器根据来自磁感应传感器的磁感应强度大小控制电流输送部件的加载电流大小，以使轮子本体与管道之间的磁吸力保持在一定范围内，保证两者之间始终处于较为稳定的吸引状态。

实施例4

在上述实施例3公开内容的基础上，本实用新型管道清扫装置中行走机构利用弹簧的缓冲作用在接触到小障碍物时具备越障能力。具体地，参考图3和图4，本实用新型管道清扫装置还包括设在与磁力轮组件5轴向垂直方向上并与之相连的导向连接杆9，套设在导向连接杆9上的弹簧10以及配合使用的限位套筒11；弹簧10靠近磁力轮组件5的一端在导向连接杆9上位置固定，另一端由限位套筒11上的环形平台限位卡住，限位套筒11内具有供导向连接杆9远离磁力轮组件5一端伸入的空间。

具体地，限位套筒11包括同轴设置的小内径筒和大内径筒，大内径筒朝向磁力轮组件5、供导向连接杆9和全部弹簧10伸入，两者衔接处形成环形平台；小内径筒固定在主体框架上，其内部空间即为供导向连接杆9远离磁力轮组件5一端伸入的空间。为了保证导向连接杆9与限位套筒11的同轴度，在限位套筒11靠近磁力轮组件5一端通过螺纹7螺纹连接设有安装卡套6，安装卡套6中心具有直径与导向连接杆9相适应的通孔。

此外，基于以上结构，对于实施例3中为轮子本体提供电流的电流输送部件（包括导线5n和石墨触头5e、5j），导线5n从磁力轮组件5的封装保护外壳5m引出后从导向连接杆9的轴向内部通道穿过连向电源，这样的暗线布置保证了结构的整洁度和外观美感度。

以上对本实用新型所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的结构及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种管道清扫装置，包括主体框架以及均设在所述主体框架上的行走机构、旋转刀头组件和垃圾回收装置，其特征在于，该装置还包括设在所述主体框架上的冷却装置，所述冷却装置至少在管道清扫装置的前端设有冷气喷出口，喷出的冷气能够使沉积污渍变冷变脆易于清除；所述旋转刀头组件用于在所述冷却装置喷出冷气后对所述沉积污渍进行切割清除。

2.如权利要求1所述的管道清扫装置，其特征在于，所述旋转刀头组件包括环形的刀片安装架、沿周向均匀设在所述刀片安装架上的多个刚性切割刀片以及承载并带动所述刀片安装架旋转的周转轮系结构。

3.如权利要求1或2所述的管道清扫装置，其特征在于，所述旋转刀头组件在轴向上一前一后布设，一前一后所述旋转刀头组件之间设有沿周向均匀布设并且能够整体沿周向旋转的毛刷组件。

4.如权利要求1所述的管道清扫装置，其特征在于，所述垃圾回收装置的吸入口处设有向外延伸一段距离的柔性导管。

5.如权利要求1所述的管道清扫装置，其特征在于，该管道清扫装置还包括设在所述主体框架上的监控组件。

6.如权利要求1所述的管道清扫装置，其特征在于，所述行走机构采用磁力轮组件，所述磁力轮组件包括轮子本体以及与所述轮子本体的旋转中心轴相连的旋转驱动部件，所述轮子本体与金属管道之间依靠磁吸力产生移动所需的摩擦力。

7.如权利要求6所述的管道清扫装置，其特征在于，所述轮子本体本身即为具有磁力吸附功能的强磁滚轮。

8.如权利要求6所述的管道清扫装置，其特征在于，所述轮子本体具有为其提供电流的电流输送部件；所述轮子本体在轴向上包括位于中间的绝缘内轮体和位于两边的导电外轮体，所述导电外轮体与所述电流输送部件相连，工作时两边所述导电外轮体、金属管道和所述电流输送部件形成闭合回路产生磁性；或者，所述轮子本体为内部布设有导电线圈的导电体，所述导电线圈与所述电流输送部件相连，工作时所述导电线圈通电使整个轮子本体产生磁性。

9.如权利要求8所述的管道清扫装置，其特征在于，所述磁力轮组件还包括设在所述轮子本体旁边的磁感应传感器和与所述磁感应传感器相连的处理器，所述处理器与所述电流输送部件相连；工作时所述处理器根据来自所述磁感应传感器的磁感应强度大小控制所述电流输送部件的加载电流大小，以使所述轮子本体与所述管道之间的磁吸力保持在一定范围内。

10.如权利要求6所述的管道清扫装置，其特征在于，该管道清扫装置还包括设在与所述磁力轮组件轴向垂直方向上并与之相连的导向连接杆，套设在所述导向连接杆上的弹簧以及配合使用的限位套筒；所述弹簧靠近所述磁力轮组件的一端在所述导向连接杆上位置固定，另一端由所述限位套筒上的环形平台限位卡住，所述限位套筒内具有供所述导向连接杆远离所述磁力轮组件一端伸入的空间。

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