專利名稱：一種用于清洗管道的螺旋波等離子體清洗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種清洗裝置，具體涉及一種用于清洗管道的螺旋波等離子體清洗裝置，以清洗管道內(nèi)壁。
背景技術(shù)：
管道在長時間使用后，不可避免的會在管道內(nèi)部形成沉淀或污垢。這些沉積在管道中的污垢不但會大大增加流體輸送過程中的阻力，而且還會對管道材料造成腐蝕和傷害，嚴重時甚至會使管道破裂，造成運輸流體的外泄，而外泄的流體通常都有較大的危險性，會對正常的生產(chǎn)和生活造成不良影響。因此，對管道進行定期清洗是非常必要的。目前，清洗管道的方法有很多種，常見的有機械清洗方法，如噴砂清洗、噴丸清除、 手工打磨和機械刷洗的方法，以及化學清洗方法等。雖然這些清洗方法在工業(yè)中已經(jīng)應(yīng)用很久，但隨著設(shè)備的大型化以及現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)對經(jīng)濟性的要求，這些方法越來越表現(xiàn)出它們的不足之處。例如，噴砂、噴丸等機械清洗方法的工作機理決定了這些清洗方法很容易使被清洗的物體表面出現(xiàn)磨損，且清洗后還需繼續(xù)對廢物處理，勞動強度較大，并需設(shè)備停止工作，因而無法滿足高潔凈度清洗要求?；瘜W清洗方法雖然能夠使物體表面不出現(xiàn)磨損，但其缺點是如果對化學清洗液選擇不當，會對清洗物造成腐蝕破壞，產(chǎn)生損失；且化學清洗產(chǎn)生的廢液排放也是造成環(huán)境污染的原因之一，因此化學清洗必須配置廢水處理裝置；另外， 化學藥劑操作處理不妥會對人的健康和安全造成危害。針對上述問題，出現(xiàn)了等離子體清洗技術(shù)，其最大的特點是不分處理對象的基材類型均可進行處理，對金屬、半導(dǎo)體、氧化物和大多數(shù)高分子材料(如聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚酰亞胺、聚酯、環(huán)氧樹脂等高聚物)都能很好地處理并可實現(xiàn)整體和局部以及復(fù)雜結(jié)構(gòu)的等離子體清洗。等離子體清洗技術(shù)的機理是主要依靠處于“等離子態(tài)”的物質(zhì)的“活化作用”達到去除物體表面污染物的目的。從目前各類清洗方法來看，等離子體清洗是所有清洗方法中最為徹底的剝離式的清洗。然而，傳統(tǒng)的等離子體技術(shù)只能夠清洗管道的外壁，且清洗效率較低，而對管道內(nèi)壁的清洗毫無辦法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種用于清洗管道的螺旋波等離子體清洗裝置，以清洗管道的內(nèi)壁。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種用于清洗管道的螺旋波等離子體清洗裝置，包括真空系統(tǒng)、放電系統(tǒng)和傳送系統(tǒng)，
所述真空系統(tǒng)包括設(shè)于待清洗管道兩端的密封蓋，以及抽真空裝置；管道一端的密封蓋上設(shè)有的排氣口，排氣口與所述抽真空裝置連接，管道另一端的密封蓋上設(shè)有進氣口 ； 所述放電系統(tǒng)包括射頻電源、天線和磁場線圈； 所述傳送系統(tǒng)包括密封管和傳送桿；所述密封管設(shè)于帶有進氣口的密封蓋的中央，并與密封蓋密封固定連接，所述傳送桿插接于密封管內(nèi)并與密封管密封連接；
所述天線設(shè)于待清洗管道的內(nèi)部并與傳送桿的一端固定連接；所述磁場線圈設(shè)于待清洗管道的外部并與天線處于同一平面內(nèi)；所述射頻電源與天線電連接。上文中，所述真空系統(tǒng)可以采用機械泵-分子泵抽氣系統(tǒng)，系統(tǒng)背景真空可達 ICT4Pa;放電系統(tǒng)則由射頻電源、天線(包含各種能夠激發(fā)螺旋波等離子體的天線)和亥姆霍茲磁場線圈組成；天線與待清洗的管道同軸，且可以根據(jù)所清洗管道的大小，改變天線的尺寸(直徑5 80厘米);使用傳送桿和波紋管移動天線，將整個管道全部掃描到，以達到管道的全面清洗。上述技術(shù)方案的工作參數(shù)為
氣壓 0. 01-10 Pa，射頻頻率 13. 56 MHz,電源功率 100-2000 W，磁場 100-20000 G ；
(1)工作氣體氧氣、氫氣和氬氣；
氧氣化學工藝中等離子體與管道表面上的化合物反應(yīng)；例如，有機污染物可以有效地用氧氣等離子去掉，這里氧氣等離子與污染物反應(yīng)，產(chǎn)生二氧化碳、一氧化碳和水； 氫氣氫氣可供去除管道表面氧化物使用；它經(jīng)常與氬氣混合使用，以提高去除速度； 氬氣物理轟擊是氬氣清洗的機理；氬氣是最有效的物理等離子體清洗氣體，原因在于它原子的尺寸大，可以用很大的力量轟擊管道表面；正的氬離子將被吸引到接地的管道； 撞擊力足以去除表面上的任何污垢；然后這些氣體污物通過真空泵排出；
(2)壓力處理管道內(nèi)的壓力是工藝氣體流速、管道泄露率和泵抽速的函數(shù)；工藝氣體的選擇決定等離子體清洗機制(物理、化學、物理/化學)；
物理工藝需要較低的壓力物理等離子體清洗要求受激的粒子碰撞管道表面，如果工藝壓力高，已激勵的粒子在到達清洗表面之前將與其他粒子經(jīng)過很多次的碰撞，損失能量， 可是，如果壓力降低太多，將沒有足夠的活性反應(yīng)組分在合理的時間內(nèi)來清潔管道；
化學工藝依靠氣體等離子體與管道表面的化學反應(yīng)，所以反應(yīng)粒子數(shù)越多就會增加清洗能力，需要使用較高壓力，較高的壓力使化學工藝具有較快的清潔速度；
(3)功率增加等離子體功率是通過增加等離子體內(nèi)的離子密度和離子能量來增加清潔速度和清潔強度，可是，如果增加功率太多，可是對管道有害，并且對結(jié)果也是無效的；
(4)時間一般來說要在最短的工藝時間內(nèi)到達最佳的清洗效果，是工藝時間與功率、 氣壓和氣體類型平衡，功率的設(shè)置主要要與處理時間相平衡，增加功率可以降低處理時間， 然而，會使管道內(nèi)溫度升高，對于大多數(shù)處理工藝來說，較高的溫度相當于催化劑，并會導(dǎo)致不均勻或清洗過度，所以要想優(yōu)化處理工藝，綜合考慮這兩個參數(shù)是必須的。本發(fā)明的螺旋波激發(fā)放電具有很寬的工作范圍，包含各種頻率(ωci ω ωce)， 功率(100 2000 W)，氣壓(0.01 10 Pa)，磁場強度(100 20000 G)和磁場位形。螺旋波等離子體作為很有前途的低溫高密度等離子體源具有很多獨特的性能，如密度高且均勻，電離效率高，磁場低，所需設(shè)備簡單，氣壓工作范圍寬，離子和電子能量能夠獨立控制，直流自偏壓和功率電流驅(qū)動等特點。本發(fā)明的螺旋波等離子清洗的機理是
(1)化學反應(yīng)有機物的去除是利用等離子體將氣體分子激活， O2 ->0+0+2e" , O+ O2-> O3, O3-> O+ O2然后利用0，O3與有機物進行反應(yīng)(有機物+o，o3—co2+ii2o )生成+ 副產(chǎn)物由真空系統(tǒng)排出，從而達到將有機物排除的目的；表面活化是利用0，O3含氧官能團的表面活化作用，來改善材料的濕潤性能,其反應(yīng)為』_+0·4Λ0·,3·+02 —Roo* ；
(2)物理反應(yīng)離化惰性氣體氬氣，e + Jr 4 Jr+ Vie',主要是利用等離子體里的離子作純物理的撞擊，把材料表面的原子或附著在材料表面的原子打掉，而通過離子的沖擊作用可以極大促進物體表面化學反應(yīng)發(fā)生的幾率；由于離子在工作氣壓較低時的平均自由程較長，有能量的積累，因而在物理撞擊時，離子能量越高，清洗的效率也就越高；且清洗完的管道粗糙度比傳統(tǒng)的等離子體裝置低很多；
利用天線伸入到管道內(nèi)，激發(fā)產(chǎn)生低氣壓高密度等離子體，沿著磁力線運動到管道內(nèi)壁，轟擊管道內(nèi)壁或者與內(nèi)壁表面發(fā)生化學反應(yīng)，以達到清洗管道內(nèi)壁表面污染物的效果； 通過波紋管和傳送桿，天線可以在管道內(nèi)任意移動，與此同時移動管道外面的磁場線圈與天線同步，從而實現(xiàn)管道內(nèi)壁的清洗。上述技術(shù)方案中，所述抽真空裝置為分子泵。上述技術(shù)方案中，所述密封管為波紋管。兩者的連接結(jié)構(gòu)為傳送桿插接于波紋管內(nèi)，隨著波紋管的收縮或拉伸實現(xiàn)傳送桿在管道內(nèi)的伸進或伸出。上述技術(shù)方案中，所述射頻源通過匹配網(wǎng)路與天線電連接。由于上述技術(shù)方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點
1.本發(fā)明的清洗裝置在清洗過程中不需要使用有機溶劑，可以長期使用，因而它的運行成本較低；適合于大部分金屬及其合金，清洗可以去除氧化物、污染物、保護潤滑劑、加工過程中的潤滑劑等，特別是不耐溶劑的基底材料，而且還可以有選擇地對材料的整體、局部或復(fù)雜結(jié)構(gòu)進行部分清洗；而且，在完成清洗去污的同時，可以除去晶間腐蝕，也可以使如折皺、裂紋等缺陷暴露和除去凹凸部分，在清洗過程中還能改變材料本身的表面性能，如提高表面的潤濕性能；清洗后，被清洗物體已經(jīng)很干燥，不必再經(jīng)過干燥處理工序，所以清洗效率極高。2.本發(fā)明的清洗裝置可以通過控制工藝參數(shù)，在不損傷基材表面的情況下有效去除污染物，是目前所有清洗方法中最為徹底的剝離式的清洗。3.本發(fā)明的清洗裝置將天線設(shè)于待清洗管道的內(nèi)部，并由天線激發(fā)產(chǎn)生等離子體，從而在管道內(nèi)引入等離子體達到清洗管道內(nèi)壁的目的，這是其他等離子體裝置所不能實現(xiàn)的。4.本發(fā)明的清洗裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，電路簡單，調(diào)試方便造價低廉。


圖1是發(fā)明實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。其中1、待清洗管道；2、密封蓋；4、進氣口 ；5、排氣口 ；6、磁場線圈；7、磁力線；8、 天線；9、密封管；10、傳送桿；11、射頻接頭；13、匹配網(wǎng)絡(luò)；14、射頻電源。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述實施例一
參見圖1所示，一種用于清洗管道的螺旋波等離子體清洗裝置，包括真空系統(tǒng)、放電系統(tǒng)和傳送系統(tǒng)，
所述真空系統(tǒng)包括設(shè)于待清洗管道1兩端的密封蓋2，以及抽真空裝置；管道一端的密封蓋上設(shè)有的排氣口 5，排氣口與所述抽真空裝置連接，管道另一端的密封蓋上設(shè)有進氣口 4 ；所述放電系統(tǒng)包括射頻電源14、天線8和磁場線圈6 ；所述傳送系統(tǒng)包括密封管9和傳送桿10 ；所述密封管設(shè)于帶有進氣口的密封蓋的中央，并與密封蓋密封固定連接，所述傳送桿插接于密封管內(nèi)并與密封管密封連接；所述天線設(shè)于待清洗管道的內(nèi)部并與傳送桿的一端固定連接；所述磁場線圈設(shè)于待清洗管道的外部并與天線處于同一平面內(nèi)；所述射頻電源與天線電連接。密封蓋2可以采用真空法蘭，密封管9可以采用波紋管。清洗時，由抽真空裝置通過排氣口 5將待清洗管道1抽至較低壓強(lO—^lO—2 Pa) 后，工作氣體(例如氬氣和氧氣混合氣體)通過進氣口 4進入管道，通入的氬氣使得管道的壓強上升(10_，10 Pa)；放電系統(tǒng)則由射頻電源14、匹配網(wǎng)絡(luò)13、天線8和磁場線圈6組成， 首先給磁場線圈6接通直流電源，獲得合適的磁場(100-20000 G)，然后通過匹配網(wǎng)絡(luò)13 和射頻接頭11給天線8提供射頻功率(100-2000 W)，激發(fā)氣體，產(chǎn)生等離子體；當射頻電源接通天線時，高頻電流流經(jīng)天線后，產(chǎn)生感生電場，由于電子在平行磁場方向可以自由移動，在垂直于磁場方向電子橫越磁場較困難，垂直于磁場方向的電場得以建立，擊穿并維持等離子體放電；
螺旋波由射頻驅(qū)動天線激發(fā)，然后發(fā)射到等離子體中，在那里螺旋波具有橫波模式結(jié)構(gòu)并且沿著等離子體柱傳播，電磁波的能量則通過碰撞或無碰撞阻尼被電子吸收，螺旋波激發(fā)的等離子體沿著磁力線7到達管道內(nèi)壁，轟擊管道內(nèi)壁或者與內(nèi)壁表面發(fā)生化學反應(yīng)，以達到清洗管道內(nèi)壁表面污染物的效果?？梢允褂貌煌壤难鯕?氬氣/氫氣混合氣體，獲得最佳的清洗效果。對管道內(nèi)壁有機物進行清洗的工藝參數(shù)為氧氣/氬氣的氣體流量比為20/2 sccm，工作氣壓為0. 1 Pa，電源功率為700 W時，可達到清洗速率>2400 nm/min，均勻性<3% 的清洗效果，遠高于傳統(tǒng)的等離子體裝置的清洗速率(<600 nm/min)。這是由于與傳統(tǒng)的射頻等離子體的離化程度10_，10_5相比，螺旋波等離子體的離化程度高達100%，提高4-5個數(shù)量級，而且螺旋波等離子體密度即使在工作氣壓0. 133 Pa以下的范圍仍可維持IOllIO13 cm-3的量級，比其他傳統(tǒng)的等離子密度(不超過IO11 cm—3)高1_2個量級；由于低氣壓具有粒子的平均自由程大，電場可以輔助帶電粒子沿著磁力線游向管道內(nèi)壁，不致因受到太多的碰撞而產(chǎn)生散射效應(yīng)，其清洗角度可以達到90°的垂直效果。本發(fā)明利用等離子體速度快、能量密度大及氣氛可控等特點，從真空室內(nèi)部的天線產(chǎn)生等離子體柱沿著磁場方向到達管道內(nèi)壁，使被照射的物質(zhì)發(fā)生振動、熔化、蒸發(fā)、燃燒等一系列復(fù)雜的物理化學過程，最終脫離物品表面，從而實現(xiàn)對表面污染物的清除。由于天線能夠伸入到管道內(nèi)部進行清洗，若天線沿著管道移動，可以對管道實現(xiàn)全方位清洗。這樣可對管道內(nèi)壁實現(xiàn)快速，均勻，無死角和無污染的清洗。
權(quán)利要求
1.一種用于清洗管道的螺旋波等離子體清洗裝置，其特征在于包括真空系統(tǒng)、放電系統(tǒng)和傳送系統(tǒng)，所述真空系統(tǒng)包括設(shè)于待清洗管道(1)兩端的密封蓋(2)，以及抽真空裝置；管道一端的密封蓋上設(shè)有的排氣口(5)，排氣口與所述抽真空裝置連接，管道另一端的密封蓋上設(shè)有進氣口⑷；所述放電系統(tǒng)包括射頻電源(14)、天線⑶和磁場線圈(6)；所述傳送系統(tǒng)包括密封管(9)和傳送桿(10)；所述密封管設(shè)于帶有進氣口的密封蓋的中央，并與密封蓋密封固定連接，所述傳送桿插接于密封管內(nèi)并與密封管密封連接；所述天線設(shè)于待清洗管道的內(nèi)部并與傳送桿的一端固定連接；所述磁場線圈設(shè)于待清洗管道的外部并與天線處于同一平面內(nèi)；所述射頻電源與天線電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于清洗管道的螺旋波等離子體清洗裝置，其特征在于所述抽真空裝置為分子泵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于清洗管道的螺旋波等離子體清洗裝置，其特征在于所述密封管(9)為波紋管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于清洗管道的螺旋波等離子體清洗裝置，其特征在于所述射頻電源(14)通過匹配網(wǎng)路(13)與天線(8)電連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于清洗管道的螺旋波等離子體清洗裝置，包括真空系統(tǒng)、放電系統(tǒng)和傳送系統(tǒng)，所述真空系統(tǒng)包括設(shè)于待清洗管道兩端的密封蓋，以及抽真空裝置；管道一端的密封蓋上設(shè)有的排氣口，排氣口與所述抽真空裝置連接，管道另一端的密封蓋上設(shè)有進氣口；所述放電系統(tǒng)包括射頻電源、天線和磁場線圈；所述傳送系統(tǒng)包括密封管和傳送桿；所述密封管設(shè)于帶有進氣口的密封蓋的中央，并與密封蓋密封固定連接，所述傳送桿插接于密封管內(nèi)并與密封管密封連接；所述天線設(shè)于待清洗管道的內(nèi)部并與傳送桿的一端固定連接；所述磁場線圈設(shè)于待清洗管道的外部并與天線處于同一平面內(nèi)；所述射頻電源與天線電連接。本發(fā)明可以在管道內(nèi)引入，這是其他等離子體裝置所不能實現(xiàn)的。
文檔編號B08B9/027GK102218422SQ20111009272
公開日2011年10月19日 申請日期2011年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月13日
發(fā)明者葉超, 吳雪梅, 葛水兵, 諸葛蘭劍, 金成剛 申請人:蘇州大學