一种用于清洗金属粉尘的管道清洗装置及方法
阅读说明：本技术 一种用于清洗金属粉尘的管道清洗装置及方法 (Pipeline cleaning device and method for cleaning metal dust ) 是由 吴撼宇 孙铁平 吕伟 丛培天 张信军 郭宁 来定国 呼义翔 翟戎骁 于 2021-07-15 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种用于清洗金属粉尘的管道清洗装置及方法,解决现有爆炸腔管道采用人工清洗,费时费力、工作效率低,而现有管道清洗装置不适用于爆炸腔清洗的问题。该装置包括箱体、自动伸缩结构、中心调节结构、清洗系统、吸尘系统、外支撑结构及控制系统；自动伸缩结构通过中心调节结构设在箱体上；清洗系统设在自动伸缩结构上,包括清洗爆炸腔管道内壁金属粉尘的清洗组件、便于清洗组件沿爆炸腔管道内壁平稳移动的导向组件、调节导向组件中导轮与爆炸腔管道内壁接触紧密程度的调节组件及避免与爆炸腔底面发生强碰撞或挤压的保护组件；吸尘系统气管设置在安装支架的下部；外支撑结构给自动伸缩结构伸缩杆的伸出和收回提供导向。(The invention provides a pipeline cleaning device and method for cleaning metal dust, and solves the problems that the existing pipeline cleaning device for an explosion chamber is not suitable for cleaning the explosion chamber due to time and labor waste and low working efficiency because the existing pipeline cleaning device for the explosion chamber is manually cleaned. The device comprises a box body, an automatic telescopic structure, a center adjusting structure, a cleaning system, a dust collection system, an outer supporting structure and a control system; the automatic telescopic structure is arranged on the box body through the central adjusting structure; the cleaning system is arranged on the automatic telescopic structure and comprises a cleaning component for cleaning metal dust on the inner wall of the explosion cavity pipeline, a guide component convenient for the cleaning component to stably move along the inner wall of the explosion cavity pipeline, an adjusting component for adjusting the contact tightness degree of a guide wheel in the guide component and the inner wall of the explosion cavity pipeline and a protection component for avoiding strong collision or extrusion with the bottom surface of the explosion cavity; the air pipe of the dust collection system is arranged at the lower part of the mounting bracket; the outer supporting structure provides guidance for extending and retracting the telescopic rod of the automatic telescopic structure.)
技术领域
本发明涉及管道清洗技术，具体涉及一种用于清洗亚微米金属粉尘的管道清洗装置及方法。
背景技术
爆炸腔管道是2×106V金属丝爆炸断路开关的安装载体，其需要具有良好的绝缘能力。然而，每次实验后爆炸腔管道内壁会粘附大量的金属粉尘，严重影响爆炸腔管道内壁绝缘能力。因此需要对爆炸腔管道进行清洗。
通常爆炸腔管道较为狭长且一端封闭，因此通常采用人工借助一端绑有清洗刷头的长杆对爆炸腔进行清洗。在清洗过程中，除了刷头需要不断更换外，为了保证清洗质量，刷头和内壁还需要紧密挤压，这导致刷头前后移动以及旋转较为困难。同时，金属粉尘牢固粘附在内壁上，靠人工很难完全清理干净，尤其是爆炸腔远端(封闭端)位置。现有人工清洗方式费时费力，严重影响工作效率。因此需要研制针对爆炸腔内壁清洗的装置，以确保爆炸腔内壁洁净，更可以提高实验工作效率。
目前，现有管道清洗装置包括以下文献[1]-[6]：
公开号为CN203817006U，专利名称为管道清洗机的中国专利；
公开号为CN203565438U，专利名称为管道清洗器的中国专利；
公开号为CN203635573U，专利名称为煤气管道清洗系统的中国专利；
公开号为CN202527423U，专利名称为多功能管道清洗装置的中国专利；
公开号为CN202343518U，专利名称为管道清洗装置的中国专利；
浅谈双向可调式空穴射流器在管线清洗上的应用[J]，中国设备工程，2020，01，p177-178。
文献[1]描述的管道清洗机是利用高压气体将清洗剂喷到管道内，进行清洗并利用抽液马达抽取废液，达到管道清洗的目的。文献[2]描述的管道清洗器由刷头、驱动刷头转动的动力装置以及连接动力装置与刷头的传动装置组成，主要用于清洗换热管。文献[3]描述的煤气管道清洗系统通过喷射高速蒸汽对煤气管道内的杂质进行冲洗。文献[4]描述的多功能管道清洗装置是利用高压气体喷射液体清洗管线。文献[5]描述的管道清洗装置采用了软体有弹性的清洗球，从管道一侧置入，清洗球紧贴管道内壁，从管道另一侧拉取出清洗球，从而达到清洗管线的目的。文献[6]描述的双向可调式空穴射流器是利用水流压力和弹性叶片紧贴管壁，产生高速水流将污垢粉碎并冲走，该装置既可前行也可后退，主要用于油田输水管道的清洗。
上述文献均描述了针对不同工作条件下，清洗管道的专用清洗装置。文献[1]-[6]描述的装置主要清理对象是管道长期输运原料而在内壁上生成的污垢，而大多情况下清除的污垢可以通过管道排出。而且这些装置针对其自身的工作条件，设计了多种特殊的结构和功能，结构较复杂。而爆炸腔管道的腔长约4m，管道直径约150mm，且一端封闭，其内壁上的污染物是金属丝爆炸后形成的金属粉尘，与内壁粘附紧密，很难清除。另外，为了保证内壁绝缘性能，整个清洗过程不能用水等液体，只能用酒精等易挥发有机液体。由于该类液体易燃，所以不能大量使用。因此现有管道清洗装置都不适用于爆炸腔管道的清洗。
发明内容
为了解决现有爆炸腔管道采用人工清洗，费时费力、工作效率低，而现有管道清洗装置不适用于爆炸腔清洗的技术问题，本发明提供了一种用于清洗金属粉尘的管道清洗装置及方法。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种用于清洗金属粉尘的管道清洗装置，其特殊之处在于：包括箱体、自动伸缩结构、中心调节结构、清洗系统、吸尘系统、外支撑结构以及设置在箱体内的控制系统；
所述自动伸缩结构的固定座通过中心调节结构设置在箱体上，中心调节结构用于调整自动伸缩结构的位置，使自动伸缩结构的伸缩杆与待清洗爆炸腔管道同轴；
所述清洗系统同轴设置在自动伸缩结构的伸缩杆上，其包括清洗组件、调节组件、导向组件和保护组件；
所述清洗组件包括清洗刷头、电机和安装支架，电机设置在安装支架内，清洗刷头位于安装支架的前侧，且与电机的输出同轴相连；
所述调节组件包括调节杆、调节套管、调节支架、弹簧和限位件，调节杆的前端与安装支架的后端相连，且调节杆与清洗刷头同轴设置，调节杆的中部外表面设有外螺纹，调节杆的后端面开设有中心孔，调节套管以螺纹配合方式套装在调节杆的外螺纹上，弹簧和限位件由前至后依次套设在调节杆上，且弹簧的两端分别通过调节套管后端面和限位件限位，调节支架设置在调节套管上，且调节支架能够相对调节套管转动；
所述导向组件包括导向支架、前连接杆、后连接杆以及设置在导向支架上的至少2个导轮，前连接杆的两端分别与安装支架的前端、导向支架的前端铰接，后连接杆的两端分别与导向支架的后端、调节支架铰接；
所述保护组件包括前板、后板、缓冲支杆、定位杆和保护弹簧；前板设置在缓冲支杆的前部，且能够在缓冲支杆上前后移动，后板固定在缓冲支杆的后端，前板与调节杆后端相连，定位杆的后端与后板固定，其前端穿过前板伸入调节杆后端的中心孔内，保护弹簧套设在定位杆上，且两端通过前板和后板限位；
所述后板与自动伸缩结构的伸缩杆相连，且定位杆与伸缩杆同轴设置；
所述吸尘系统的气管设置在安装支架的下部，且气管出口朝向下方；
所述外支撑结构用于与待清洗爆炸腔管道开口端同轴相连，给自动伸缩结构伸缩杆的伸出和收回提供导向；
所述控制系统控制电机、自动伸缩结构伸缩杆以及中心调节结构的动作。
进一步地，还包括活动连接组件；
所述活动连接组件包括连接法兰和可活动关节轴承，连接法兰的前侧面通过可活动关节轴承与后板相连，其后侧面与伸缩杆的前端相连。
进一步地，所述导向组件为3个，且以调节杆轴线为中心圆周均布；
每个所述导向组件还包括中连接杆，中连接杆的两端分别与导向支架的中部和安装支架侧壁铰接。
进一步地，所述安装支架包括外筒和设置在外筒后端的端盖，电机位于外筒内；
所述调节杆与端盖相连。
进一步地，所述安装支架下部设有用于固定气管的气管固定结构；
所述气管的出口位于安装支架的前部。
进一步地，所述限位件为环状限位板。
进一步地，所述安装支架、调节支架、导向支架均采用铝合金材料。
同时，本发明还提供了一种用于清洗金属粉尘的管道清洗方法，其特殊之处在于，采用上述用于清洗金属粉尘的管道清洗装置，包括以下步骤：
1)将外支撑结构同轴固连在爆炸腔管道开口端处；
2)将箱体置于爆炸腔管道开口端外侧，通过中心调节结构调整自动伸缩结构的位置，使自动伸缩结构的伸缩杆与待清洗爆炸腔管道同轴；
3)将伸缩杆上的清洗系统置于外支撑结构上，通过调节组件调整导向支架上导轮与爆炸腔管道内壁接触，且前后移动顺畅；
4)启动控制系统和吸尘系统；
5)控制系统控制自动伸缩结构的伸缩杆伸出，将清洗系统推入爆炸腔管道内，同时，控制系统控制电机动作，清洗刷头转动开始清洗爆炸腔管道内壁粉尘，粉尘同时被吸尘系统吸走；
6)在自动伸缩结构上的清洗系统达到爆炸腔管道底部时，关闭吸尘系统，控制系统控制自动伸缩结构的伸缩杆收回，清洗系统从爆炸腔管道内移出，关闭吸尘系统；
7)清洗系统移出爆炸腔管道后，关闭控制系统。
进一步地，还包括：
步骤8)观察爆炸腔管道内壁金属粉尘是否清洗干净，若清洗干净，执行步骤9)，若否，重复执行步骤4)至步骤7)，直至爆炸腔管道内壁金属粉尘清洗干净，执行步骤9)；
步骤9)清洗刷头更换为羊绒刷头并洒上酒精，执行步骤4)至步骤7)，完成爆炸腔管道内壁的清洗。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、本发明清洗装置依靠清洗刷头和爆炸腔管道内壁的紧密接触，清洗刷头旋转以清除粘附在爆炸腔管道内壁上的亚微米金属粉尘，且脱落的金属粉尘由吸尘系统吸走储存并整体销毁或废弃，避免环境污染；导向组件给清洗组件的移动，提供导向作用，便于清洗组件沿爆炸腔管道内壁移动；调节组件调节导轮与爆炸腔管道内壁的接触紧密程度，以确保爆炸腔内壁清洗洁净；保护组件利用保护弹簧的伸缩特性，在清洗系统到达爆炸腔管道尽头(底部)时，避免清洗系统与管道底面发生强碰撞或挤压，而引起爆炸腔管道或者清洗刷头的损坏。
2、本发明通过控制系统控制电机驱动清洗刷头转动，实现爆炸腔管道内壁的自动化清洗，提高工作效率。
3、由于爆炸腔管道过长可能会产生一定程度的形变，本发明伸缩杆与清洗系统之间通过活动连接组件连接，可活动关节轴承可确保清洗系统更流畅地移动，进而提高清洗效果。
4、本发明安装支架、调节支架、导向支架均采用铝合金材料，以减轻清洗系统的重量，提高移动的平稳性。
5、本发明清洗装置可应用于绝缘材料组成的狭长管道内壁的清理，省时省力，并提高操作人员的工作效率。
附图说明
图1是本发明用于清洗金属粉尘的管道清洗装置的结构示意图；
图2是本发明用于清洗金属粉尘的管道清洗装置中清洗系统的结构示意图；
其中，附图标记如下：
01-箱体，02-自动伸缩结构，03-中心调节结构，04-清洗系统，05-吸尘系统，06-外支撑结构，07-控制系统，08-爆炸腔管道；
1-清洗刷头，2-导轮，3-导向支架，4-电机，5-旋转轴承，6-安装支架，61-外筒，62-端盖，7-气管固定结构，8-调节套管，9-调节支架，10-弹簧，11-调节杆，111-中心孔，12-缓冲支杆，13-保护弹簧，14-可活动关节轴承，15-前板，16-连接法兰，17-后限位件，18-前限位件，19-前连接杆，20-后连接杆，21-后板，22-定位杆，23-中连接杆,24-气管。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。
如图1所示，一种用于清洗金属粉尘的管道清洗装置，包括箱体01、自动伸缩结构02、中心调节结构03、清洗系统04、吸尘系统05、外支撑结构06以及设置在箱体01内的控制系统07，控制系统07主要负责对清洗系统04工作状态的开关。
自动伸缩结构02主要控制清洗系统04的前进后退，自动伸缩结构02包括固定座和与固定座配合的伸缩杆，伸缩杆可相对固定座伸出和收回；自动伸缩结构02的固定座通过中心调节结构03设置在箱体01上，中心调节结构03用于调整自动伸缩结构02的位置，使自动伸缩结构02的伸缩杆与待清洗爆炸腔管道08同轴。
清洗系统04负责爆炸腔管道08内壁的清洗；清洗系统04同轴设置在自动伸缩结构02的伸缩杆上，如图2所示，清洗系统04包括清洗组件、调节组件、导向组件和保护组件。
清洗组件包括清洗刷头1、电机4和安装支架6，电机4设置在安装支架6内，清洗刷头1位于安装支架6的前侧，清洗刷头1通过旋转轴承5与电机4的输出轴同轴相连；本实施例安装支架6包括外筒61和设置在外筒61后端的端盖62，电机4位于外筒61内。
调节组件包括调节杆11、调节套管8、调节支架9、弹簧10和限位件18，调节杆11的前端与端盖62相连，且调节杆11与清洗刷头1同轴设置，调节杆11的中部外表面设有外螺纹，调节杆11的后端面开设有中心孔111，调节套管8以螺纹配合方式套装在调节杆11的外螺纹上，弹簧10和限位件18由前至后依次套设在调节杆11上，且弹簧10的两端分别通过调节套管8后端面和限位件18限位，调节支架9套设在调节套管8上，且调节套管8的后端设有用于调节支架9后端面轴向限位的环形凸起，调节套管8上设有环形凹槽，通过环形挡板设置在环形凹槽内，实现调节支架9前端面的轴向限位。本实施例限位件18为环状限位板。
导向组件包括导向支架3、前连接杆19、后连接杆20、中连接杆23以及设置在导向支架3上的2个导轮2，2个导轮2分别位于导向支架3的前端和后端，前连接杆19的两端分别与安装支架6的前端、导向支架3的前端铰接，后连接杆20的两端分别与导向支架3的后端、调节支架9铰接，中连接杆23的两端分别导向支架3的中部和安装支架6侧壁铰接。本实施例导向组件为3个，且以调节杆轴线为中心圆周均布。
保护组件包括前板15、后板21、缓冲支杆12、定位杆22和保护弹簧13；前板15设置在缓冲支杆12的前部，且能够在缓冲支杆12上前后移动，后板21固定在缓冲支杆12的后端，前板15与调节杆11后端相连，调节杆11上设有后限位件17，且后限位件17抵靠在前板15的前端面，定位杆22的后端与后板21固定，其前端穿过前板15伸入调节杆11后端的中心孔111内，保护弹簧13套设在定位杆22上，且两端通过前板15和后板21限位。
伸缩杆与清洗系统04之间通过活动连接组件连接，活动连接组件包括连接法兰16和可活动关节轴承14，连接法兰16的前侧面通过可活动关节轴承14与后板21相连，其后侧面与伸缩杆的前端相连，且定位杆22、调节杆11与伸缩杆同轴设置。
本实施例清洗系统04中，清洗组件用于清洗爆炸腔管道08内壁的金属粉尘；导向组件便于清洗组件沿爆炸腔管道08内壁平稳移动；调节组件调节导向组件中导轮2与爆炸腔管道08内壁的接触紧密程度，以提高清洗效果；保护组件利用保护弹簧13的伸缩特性，在清洗系统04到达爆炸腔管道08尽头(底部)时，避免清洗系统04与爆炸腔管道08底面发生强碰撞或挤压，而引起爆炸腔管道或者清洗刷头的损坏；活动连接组件通过与伸缩杆的连接构成自动伸缩件，在控制系统07操作下，控制清洗系统04的移动，由于爆炸腔管道08过长可能会产生一定程度的形变，可活动关节轴承14可确保清洗系统04更流畅地移动。
吸尘系统05负责吸走清洗系统04清理后掉落下来的金属粉尘，吸尘系统05的气管24设置在安装支架6的下部，安装支架6下部设有用于固定气管24的气管固定结构7，气管24的出口位于安装支架6的前部且出口朝向下方。
外支撑结构06用于与待清洗爆炸腔管道08开口端同轴相连，给自动伸缩结构02伸缩杆的伸出和收回提供导向。
控制系统07用于控制电机4、自动伸缩结构02伸缩杆以及中心调节结构的的动作，本实施例控制系统07采用简单的PLC控制电路，实现对清洗系统04的控制。
本实施例清洗系统04中安装支架6、调节支架9、导向支架3均采用铝合金材料，以减轻重量。
本实施例用于清洗金属粉尘的管道清洗装置的安装过程：
1)将外支撑结构06与爆炸腔管道08开口用销钉、螺母同轴连接；
2)将箱体01摆放到爆炸腔管道08开口后侧，接着使用连接在箱体01上面的中心调节结构03仔细调节自动伸缩结构02的位置，确保自动伸缩结构02的伸缩杆与待清洗爆炸腔管道08共轴排列；
3)将清洗系统04放置在外支撑结构06上，爆炸腔管道08的爆炸腔入口处；
4)利用清洗系统04的调节组件，具体为螺旋转动调节套管8，进而带动调节支架9的前后移动，使得导向支架3远离外筒61或靠近外筒61移动，进而改变导向支架3上导轮2与爆炸腔管道08内壁之间的配合，本实施例以确保导轮2与爆炸腔管道08内壁接触，且前后移动顺畅为宜；
5)用导线连接电机4和控制系统07，并将吸尘系统05的气管24固定在清洗系统04安装支架6的下方，且气管24的出口位于安装支架6的前部且出口朝向下方；
6)用螺栓将清洗系统04的连接法兰16与自动伸缩结构02的伸缩杆前端面连接。
本实施例用于清洗金属粉尘的管道清洗装置使用过程：
1)确保清洗装置各器件准备完毕；
2)根据需要选择合适的清洗刷头1和确定清洗组件中电机4的转速；
3)开启控制系统07和吸尘系统05；
4)启动控制系统07上刷头启动开关按钮(电机4动作)，再启动控制系统07上伸出启停开关按钮(自动伸缩结构02的伸缩杆伸出)，自动伸缩结构02的伸缩杆伸出，将清洗系统04推入爆炸腔管道08内，清洗刷头1转动开始清洗爆炸腔管道08内壁粉尘；
同时，吸尘系统05吸走清洗刷头1清洗掉的粉尘；
5)当自动伸缩结构02停止时，表明清洗系统04已到达爆炸腔管道08尽头(爆炸腔管道08底部)，关闭控制系统07上伸出启停开关按钮，再启动控制系统07上收回启停开关按钮(自动伸缩结构02的伸缩杆收回)，自动伸缩结构02的伸缩杆收回，清洗系统04从爆炸腔管道08内往外移动；
6)清洗系统04回到爆炸腔管道08外面，关闭所有开关；
7)观察爆炸腔管道08内壁金属粉尘是否清洗干净，若清洗干净，执行步骤8)，若否，重复执行步骤3)至步骤6)，直至爆炸腔管道08内壁金属粉尘清洗干净，在重复清洗过程中，根据实际情况可进行更换清洗刷头1，清洗完成后执行步骤8)；
8)爆炸腔管道08内壁清洗情况满足要求后，清洗刷头1更换为羊绒刷头并洒上酒精，重复步骤3)至步骤6)数次，确保内壁清洁，完成爆炸腔管道08内壁的清洗。
本实施例管道清洗装置采用简单的PLC控制电路实现对清洗系统04的控制，实现自动操作的目的。当清洗装置在旋转清洗刷头1时，依靠清洗刷头1和爆炸腔管道08内壁的紧密接触、清洗刷头1适当速度的旋转以清除粘附在爆炸腔管道08内壁上的亚微米金属粉尘，脱落的金属粉尘由吸尘系统05吸走储存并整体销毁或废弃，避免环境污染。本实施例管道清洗装置可应用于工程实践中。
本实施例管道清洗装置采用电机带清洗刷头高速旋转擦洗爆炸腔管道内壁，对内壁粘附的粉尘进行清洗，利用吸尘系统吸出掉落的粉尘。同时采用自动伸缩结构、导轨技术(外支撑结构和导向组件)和中心调节结构，确保清洗系统能流畅地在爆炸腔管道内前后移动。本实施例管道清洗装置可应用于绝缘材料组成的狭长管道内壁的清理，省时省力，可提高操作人员的工作效率。
以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明主要技术构思的基础上所作的任何变形都属于本发明所要保护的技术范畴。
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