本發(fā)明涉及管道清洗技術領域，尤其涉及一種管道清洗方法及所用的遙控旋洗式管道清洗機器人，特別適用于石油采油、輸油管道的清洗。
背景技術：
管道由管、管聯(lián)接件和閥門等部件組成，連接后管道用于輸送氣體、液體或帶固體顆粒的流體。通常流體經鼓風機、壓縮機、泵和鍋爐等增壓后，從管道的高壓處流向低壓處，也可利用流體自身的壓力或重力輸送。管道的用途很廣泛，主要用在給水、排水、供熱、供煤氣、長距離輸送石油和天然氣、農業(yè)灌溉、水力工程和各種工業(yè)裝置中。
管道的輸送過程中會有各種物質沉積在管道內壁，這些物質統(tǒng)稱為沉積物或污垢。它們主要由水垢、淤泥、腐蝕產物和生物沉積物構成。這些沉積物或污垢會對管道的輸送功能造成影響。比如使管道通徑減小、產生垢下腐蝕等，如果不及時清理，當結垢達到一定程度時，將嚴重影響管道的正常使用。
石油輸送管道中的污垢通常以混合物形態(tài)存在，管道輸送的油氣等介質中含有大量的有機物、H2S、CO2、多種離子、細菌以及泥砂等雜質，石油輸送管道結垢后的危害有以下幾個方面：1)能源浪費；石油在管道輸送過程中需要使用大量的換熱設備為原油升溫、加熱，污垢的存在會嚴重影響換熱效率，增加換熱用能源的消耗量；2)影響運行；隨著污垢的積聚，換熱設備以及輸送管道出現嚴重堵塞，嚴重影響相關生產的運行；3)增加成本；流體阻力的增加會造成動力費用的上升。
現有技術中，管道清洗主要采用高壓水物理沖洗、藥劑循環(huán)清洗、大管徑人工清洗及遙控機器人清洗等試，按清洗原理可分為物理清洗及化學清洗。目前常用的管道清洗設備主要應用于大管徑、短距離管道的清洗，對于長距離或管徑較小的管道通常是采用遙控機器人進行清洗，但目前用于管道清洗的遙控機器人普遍存在結構復雜、操作繁瑣、制作成本高、應用局限性大、故障率高的缺點；另外，采用高壓水清洗時耗水量巨大，采用鐵刷、刮板等做清理部件操作時容易導致在管道內表面留下溝槽，從而加劇了管道再次形成污垢的速度。
技術實現要素：
本發(fā)明提供了一種管道清洗方法及所用的遙控旋洗式管道清洗機器人，具有管道清洗效果好、適用性強、裝置制作成本低、操作方便的特點；采用獨特的旋洗方式，能夠對管道內壁附著的污垢進行徹底的清洗，藥劑使用率高、用量?。华氂械姆侄问角逑捶绞?，可以避免清洗過程對其他管道區(qū)域的污染。
為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案實現：
一種管道清洗方法，在管道內部將管道分段密封，先向密封段管道內壁旋轉噴射高壓的水/清洗液，再通過葉片攪動在密封段管道內產生旋流，通過噴射、浸泡、旋流沖擊將粘附在管道內壁上的污垢進行強力清除；清洗過程不會對管道內壁產生任何損傷。
管道清洗過程具體包括如下步驟：
1)采用遙控旋洗式管道清洗機器人進行管道清洗，所述遙控旋洗式管道清洗機器人各部分動作均通過遙控控制；
2)首先通過遙控裝置控制行走機構，使遙控旋洗式管道清洗機器人在管道內行走，通過照明燈照明，攝像頭將管道內壁結垢情況實時傳送到外部監(jiān)視設備中，同時通過污垢厚度測量裝置測量管道內壁污垢厚度，并判定管道是否需要清洗；
3)確定管道需要清洗后，遙控啟動密封機構，通過將前、后2個傘狀密封罩撐開并使其外沿與管道內壁緊密貼合實現該段管道的密封；
4)遙控啟動旋洗機構，根據污垢種類確定采用的清洗介質，清洗介質為水或清洗液；如采用清洗液則進一步通過測得的污垢厚度確定清洗液的配比；將水/清洗液加壓后沿空心主軸輸送到2個傘狀密封罩之間的葉片式噴頭處；遙控控制空心主軸旋轉，葉片式噴頭隨之轉動，使水/清洗液沿切向對管道內壁旋轉噴射；
5)隨著水/清洗液的不斷噴射，密封段管道內的液面高度不斷上升；當液面上升到密封段管道直徑的3/4高度以上后，隨著空心主軸的繼續(xù)旋轉，葉片式噴頭同時起到旋轉葉片的作用，攪動內部的水/清洗液形成旋流對管道進行旋洗；
6)根據管道結垢情況確定旋洗時間，通過設置在排水管管口的水質監(jiān)測傳感器檢測密封段管道內污水的水質，重點關注電導率和濁度；旋洗時間到后，如污水的電導率和濁度達到設定要求，則遙控停止空心主軸旋轉；啟動排污泵將密封段管道內的污水抽出；
7)照明燈、攝像頭和污垢厚度測量裝置在管道分段密封清洗過程中暫時關閉；當一段管道密封清洗完成后，前、后2個傘狀密封罩向內收縮與管道內壁脫離；此時重新啟動照明燈、攝像頭和污垢厚度測量裝置，遙控旋洗式管道清洗機器人移動到下一個需要清洗的管道段，重復步驟3)～6)對該段管道進行清洗。
用于實現所述管道清洗方法的遙控旋洗式管道清洗機器人，包括空心主軸、行走機構、密封機構、旋洗機構和遙控裝置；所述行走機構由設置在空心主軸兩端的多個行走輪組成，每一端的行走輪分別沿管道周向設置；密封機構由對稱設置在空心主軸兩側的密封組件一和密封組件二組成，密封組件一、密封組件二均包括傘狀密封罩和伸縮桿，2個傘狀密封罩在對應伸縮桿的帶動下打開后其邊沿貼緊在管道內壁上，使管道實現分段密封；旋洗機構由設置在密封組件一和密封組件二之間空心主軸上的多個葉片式噴頭組成，葉片式噴頭沿空心主軸周向均布，空心主軸可轉動并可帶動葉片式噴頭旋轉；葉片式噴頭主體為葉片結構，葉片結構的側面設有多個噴射孔，噴射孔通過葉片式噴頭內的空腔與空心主軸的空腔相連通，空心主軸空腔的一側為進水口；密封機構一端設有至少一根排水管，排水管的管口位于管道底面一側，另一端延伸到密封機構外連接外部排污泵；遙控裝置由遙控信號發(fā)射裝置及遙控信號接收裝置組成，空心主軸、行走機構、密封機構的驅動裝置分別連接遙控信號接收裝置，遙控信號接收裝置固定在密封機構外側。
所述空心主軸一端設有轉動驅動裝置，轉動驅動裝置由轉動驅動電機、傳動齒輪副組成；轉動驅動電機的輸出端連接傳動齒輪副中的主動齒輪，傳動齒輪副的被動齒輪固定在密封機構外側的空心主軸上；轉動驅動電機連接遙控信號接收裝置。
所述行走機構中的行走輪分別通過行走桿與空心主軸固定連接，行走輪的驅動裝置為行走電機，行走電機通過行走控制器與遙控信號接收裝置連接，行走電機和行走控制器分別固定在行走桿上。
所述密封機構中的密封組件一、密封組件二分別由自外向內依次設置在空心主軸上的支撐架、傘狀密封罩、伸縮桿和支撐軸承組成；支撐架中部通過軸承套裝在空心主軸上，傘狀密封罩的固定端與支撐架密封連接，傘狀密封罩的中部沿周向設有多個伸縮桿，伸縮桿的一端鉸接在傘狀密封罩上，另一端與支撐軸承鉸接；伸縮桿為電動伸縮桿，電動伸縮桿的驅動電機控制端并聯(lián)后連接遙控信號接收裝置。
還包括監(jiān)視及檢測機構，監(jiān)視及檢測機構由安裝在支撐架內側的照明燈、攝像頭和厚度傳感器組成；其中厚度傳感器通過電動伸縮機械臂固定在支撐架上組成污垢厚度測量裝置，厚度傳感器的信號輸出端通過信號變送器連接外部計算機，攝像頭的信號輸出端通過信號電纜連接外部監(jiān)視設備。
還包括水質檢測裝置；水質檢測裝置由設置在排水管管口的水質監(jiān)測傳感器組成，水質監(jiān)測傳感器為多參數水質監(jiān)測傳感器，至少具備電導率和濁度檢測功能。
所述空心主軸一端或支撐架外側設有牽引掛鉤。
與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：
1)經試驗證實，采用本發(fā)明所述方法能夠實現對不同管道內壁污垢的清洗，且清洗效果良好；
2)結構簡單，操作靈活，能夠適應復雜環(huán)境下管道清洗工作，有效解決管道的堵塞問題及防止垢下腐蝕的發(fā)生，保障生產的正常進行；
3)遙控旋洗式管道清洗機器人的能耗低、效率高；采用獨特的旋洗方式，水/清洗液用量少，利用率高，既可實現對復雜結構管道的清洗，又降低了清洗成本；
4)適用水洗、化學藥劑清洗、氣洗等多種清洗方式，并可根據污垢的類型及污垢厚度選擇小劑量點噴清洗、大劑量旋洗或汽水混合清洗等方式。
附圖說明
圖1是本發(fā)明所述遙控旋洗式管道清洗機器人的結構示意圖。
圖中：1.行走輪 2.行走電機 3.行走桿 4.電源 5.支撐架 6.照明燈 7.攝像頭 8.空心主軸 9.傘狀密封罩 10.厚度傳感器 11.電動伸縮機械臂 12.遙控信號接收裝置 13.行走控制器 14.牽引掛鉤 15.伸縮桿 16.葉片式噴頭 17.支撐軸承 18.水質檢測傳感器 19.軸承 20.排水管 21.轉動驅動電機 22.傳動齒輪副
具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步說明：
如圖1所示，本發(fā)明所述一種管道清洗方法，在管道內部將管道分段密封，先向密封段管道內壁旋轉噴射高壓的水/清洗液，再通過葉片攪動在密封段管道內產生旋流，通過噴射、浸泡、旋流沖擊將粘附在管道內壁上的污垢進行強力清除；清洗過程不會對管道內壁產生任何損傷。
管道清洗過程具體包括如下步驟：
1)采用遙控旋洗式管道清洗機器人進行管道清洗，所述遙控旋洗式管道清洗機器人各部分動作均通過遙控控制；
2)首先通過遙控裝置控制行走機構，使遙控旋洗式管道清洗機器人在管道內行走，通過照明燈6照明，攝像頭7將管道內壁結垢情況實時傳送到外部監(jiān)視設備中，同時通過污垢厚度測量裝置測量管道內壁污垢厚度，并判定管道是否需要清洗；
3)確定管道需要清洗后，遙控啟動密封機構，通過將前、后2個傘狀密封罩9撐開并使其外沿與管道內壁緊密貼合實現該段管道的密封；
4)遙控啟動旋洗機構，根據污垢種類確定采用的清洗介質，清洗介質為水或清洗液；如采用清洗液則進一步通過測得的污垢厚度確定清洗液的配比；將水/清洗液加壓后沿空心主軸8輸送到2個傘狀密封罩9之間的葉片式噴頭16處；遙控控制空心主軸8旋轉，葉片式噴頭16隨之轉動，使水/清洗液沿切向對管道內壁旋轉噴射；
5)隨著水/清洗液的不斷噴射，密封段管道內的液面高度不斷上升；當液面上升到密封段管道直徑的3/4高度以上后，隨著空心主軸8的繼續(xù)旋轉，葉片式噴頭16同時起到旋轉葉片的作用，攪動內部的水/清洗液形成旋流對管道進行旋洗；
6)根據管道結垢情況確定旋洗時間，通過設置在排水管20管口的水質監(jiān)測傳感器18檢測密封段管道內污水的水質，重點關注電導率和濁度；旋洗時間到后，如污水的電導率和濁度達到設定要求，則遙控停止空心主軸8旋轉；啟動排污泵將密封段管道內的污水抽出；
7)照明燈6、攝像頭7和污垢厚度測量裝置在管道分段密封清洗過程中暫時關閉；當一段管道密封清洗完成后，前、后2個傘狀密封罩9向內收縮與管道內壁脫離；此時重新啟動照明燈6、攝像頭7和污垢厚度測量裝置，遙控旋洗式管道清洗機器人移動到下一個需要清洗的管道段，重復步驟3)～6)對該段管道進行清洗。
用于實現所述管道清洗方法的遙控旋洗式管道清洗機器人，包括空心主軸8、行走機構、密封機構、旋洗機構和遙控裝置；所述行走機構由設置在空心主軸8兩端的多個行走輪1組成，每一端的行走輪1分別沿管道周向設置；密封機構由對稱設置在空心主軸8兩側的密封組件一和密封組件二組成，密封組件一、密封組件二均包括傘狀密封罩9和伸縮桿15，2個傘狀密封罩9在對應伸縮桿15的帶動下打開后其邊沿貼緊在管道內壁上，使管道實現分段密封；旋洗機構由設置在密封組件一和密封組件二之間空心主軸8上的多個葉片式噴頭16組成，葉片式噴頭16沿空心主軸8周向均布，空心主軸8可轉動并可帶動葉片式噴頭16旋轉；葉片式噴頭16主體為葉片結構，葉片結構的側面設有多個噴射孔，噴射孔通過葉片式噴頭16內的空腔與空心主軸8的空腔相連通，空心主軸8空腔的一側為進水口；密封機構一端設有至少一根排水管20，排水管20的管口位于管道底面一側，另一端延伸到密封機構外連接外部排污泵；遙控裝置由遙控信號發(fā)射裝置及遙控信號接收裝置12組成，空心主軸8、行走機構、密封機構的驅動裝置分別連接遙控信號接收裝置12，遙控信號接收裝置12固定在密封機構外側。
所述空心主軸8一端設有轉動驅動裝置，轉動驅動裝置由轉動驅動電機21、傳動齒輪副22組成；轉動驅動電機21的輸出端連接傳動齒輪副22中的主動齒輪，傳動齒輪副22的被動齒輪固定在密封機構外側的空心主軸8上；轉動驅動電機21連接遙控信號接收裝置12。
所述行走機構中的行走輪1分別通過行走桿3與空心主軸8固定連接，行走輪1的驅動裝置為行走電機2，行走電機2通過行走控制器13與遙控信號接收裝置12連接，行走電機2和行走控制器13分別固定在行走桿3上。
所述密封機構中的密封組件一、密封組件二分別由自外向內依次設置在空心主軸8上的支撐架5、傘狀密封罩9、伸縮桿15和支撐軸承17組成；支撐架5中部通過軸承19套裝在空心主軸8上，傘狀密封罩9的固定端與支撐架5密封連接，傘狀密封罩9的中部沿周向設有多個伸縮桿15，伸縮桿15的一端鉸接在傘狀密封罩9上，另一端與支撐軸承17鉸接；伸縮桿15為電動伸縮桿，電動伸縮桿的驅動電機控制端并聯(lián)后連接遙控信號接收裝置12。
還包括監(jiān)視及檢測機構，監(jiān)視及檢測機構由安裝在支撐架5內側的照明燈6、攝像頭7和厚度傳感器10組成；其中厚度傳感器10通過電動伸縮機械臂11固定在支撐架5上組成污垢厚度測量裝置；厚度傳感器10的信號輸出端通過信號變送器連接外部計算機，攝像頭7的信號輸出端通過信號電纜連接外部監(jiān)視設備。
還包括水質檢測裝置；水質檢測裝置由設置在排水管20管口的水質監(jiān)測傳感器18組成，水質監(jiān)測傳感器18為多參數水質監(jiān)測傳感器，至少具備電導率和濁度檢測功能。
所述空心主軸8一端或支撐架5外側設有牽引掛鉤14。
如圖1所示，遙控旋洗式管道清洗機器人的大部分部件均設置在密封組件一、密封組件二的外側，電源4固定在支撐架5外側，為所有用電部件供電。
由于遙控旋洗式管道清洗機器人需要在管道內部工作，因此所有動作均需要遙控實現。遙控裝置分為遙控信號發(fā)射裝置及遙控信號接收裝置12，其中遙控信號發(fā)射裝置留在管道外部，由操作人員進行操縱。遙控信號接收裝置12固定在遙控旋洗式管道清洗機器人一側支撐架5的外側，其輸出端通過電纜與各執(zhí)行機構連接，通過發(fā)送控制信號控制各功能部件動作的開始與結束。
遙控旋洗式管道清洗機器人依靠行走機構實現在管道內的移動，圖1中，遙控旋洗式管道清洗機器人沿移動方向的前、后兩側分別各設有3組行走輪1，每組行走輪1由行走電機2提供動力，行走電機2的速度由行走控制器13控制。多個行走輪1的行走控制器13并聯(lián)后接遙控信號接收裝置12，以實現行走動作的同步。行走桿3與支撐架5之間還可以設置預緊彈簧，以保證行走輪1壓緊在管道內壁上。牽引掛鉤14用于在行走機構出現故障時通過牽引裝置將遙控旋洗式管道清洗機器人從管道內拖出。
在現有技術中，有關遙控管道清洗機器人遙控及行走、供水功能的技術方案已經公開了很多，在此不加贅述。
本發(fā)明的獨特之處在于：1)采用旋流方式清洗管道；2)噴頭為結構形式為葉片式；3)采用傘狀密封罩9實現管道內的分段密封。其中葉片式噴頭16和傘狀密封罩9也是為了實現旋流清洗而研發(fā)的。
葉片式噴頭16的外形為葉片形，每個葉片在與轉動方向相同的一側設有多個噴射孔，其內部設有空腔，該空腔與空心主軸8的空腔相連通。從空心主軸8進水口輸入的高壓水/清洗液能夠從噴射孔噴出。另外，在旋流清洗過程中，噴射孔不僅噴射水/清洗液，而且作為葉片實現攪動功能。因此葉片式噴頭16同時兼具噴頭和葉片的功能。
傘狀密封罩9的結構類似于雨傘，能夠撐開和收攏；撐開程度不同，傘狀密封罩9也就具有不同的直徑，因此可以適應不同內徑的管道，使用時只要傘狀密封罩9的外側邊沿貼緊在管道內壁即可實現密封。本發(fā)明中，為防止傘狀密封罩9受污垢及清洗液的侵蝕，需要采用防酸堿腐蝕、彈性好的材料制作，優(yōu)先選用乙丙橡膠或氯醇橡膠。
本發(fā)明中，污垢厚度測量裝置采用厚度傳感器10與電動伸縮機械臂11組成，厚度傳感器10的探頭能夠在電動伸縮機械臂11的帶動下靈活移動，測量時，通過攝像機7監(jiān)視，操作電動伸縮機械臂11，使厚度傳感器10的探頭表面貼緊在污垢表面，測量其到鋼管內壁之間的距離，該距離即為管道內壁附著的污垢厚度。厚度傳感器10優(yōu)選超聲波厚度傳感器或微波厚度傳感器。
本發(fā)明應用方式靈活，可以采用多種清洗方式。如對于局部結垢嚴重的管道在分段密封后進行清洗，可以對重點結垢部位進行強力清洗，而其它部位則采用常規(guī)的噴液或噴氣法進行清洗。另外，分段清洗因為清洗過程采用封閉式處理，不會有污水外流，也能夠最大限度地保護其它管道部位不受污染。
通過排水管20內的水質檢測傳感器18對清洗后污水的水質進行實時監(jiān)測，通過清洗前、后水/清洗液中化學元素的變化確認清洗效果。清洗后，可再次展開傘狀密封罩9，向密封段管道內注入清水對殘留藥劑進行沖洗，或鼓入空氣進行干燥處理。排水管20位于傘狀密封罩9兩側的連接段采用可伸縮軟管以適應傘狀密封罩9的形狀變化，可伸縮軟管與傘狀密封罩9之間采用密封連接；位于傘狀密封罩9內的排水管20一端向管道底部一側延伸，保證排水時能夠將密封段管道內的污水排凈。另外，排水管20也應選用耐酸堿腐蝕的材料。
透過攝像頭7及水質檢測傳感器18，操作人員可以對清洗全過程以及清洗效果進行實時觀察和監(jiān)視。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，根據本發(fā)明的技術方案及其發(fā)明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。