高层玻璃幕墙自动清洗装置及其清洗方法与流程

本发明涉及一种清洁设备，尤其涉及一种高层玻璃幕墙自动清洗装置及其清洗方法。

背景技术：

伴随着中国的快速发展，高层甚至超高层建筑越来越多，但是高层玻璃幕墙和窗户的清洗，却一直由人工完成，也就是传统的蜘蛛人，但是这种清洗模式存在着极大的危险性，而且效率极低，同时浪费大量的水资源，尤其是在北方地区。

高层玻璃幕墙一直停留在人工清洗的层次，自动化清洗还是一片空白。2015年4月，央视大楼第一次清洗外层玻璃幕墙，耗资40万人民币、预计耗水60吨、耗时一个月、最大清洗高度离地234米、清洗期间风力大，这次清洗投入大，耗时长，耗水多，危险系数高，由此可见高层玻璃幕墙的人工清洗的种种弊端。

另外，有些玻璃幕墙由下向上逐渐外凸，人工清洗根本无法完成，传统方法往往采用高压水枪冲洗，在遇到超高层建筑时，由于水无法到达如此的高度，往往采用消防天梯或者直升机高压喷水清洗，耗水量极大，而且工作成本及其高昂。

技术实现要素：

本发明的目的：提供一种高层玻璃幕墙自动清洗装置及其清洗方法，收集天然雨水，使用雨水压力势能，通过液压传动机制，实现自动化清洗 高层玻璃幕墙(窗)，从而避高层作业，把蜘蛛人从危险的清洗工作之中解脱出来，并且节约宝贵水之源，和减少能量损耗，同时提高工作效率。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种高层玻璃幕墙自动清洗装置，包括储水箱、A阀体、B阀体、C阀体、D阀体、水管、液压管、顶盖、活塞、三通接头、钢丝绳、多个定滑轮、一对导轨、刷子及喷水管；所述的储水箱的出水口通过所述的水管分别与所述的A阀体及B阀体的一端对应连接，所述的A阀体的另一端通过所述的水管分别与所述的液压管的顶部及所述的D阀体的一端连通，所述的B阀体的另一端通过所述的水管分别与所述的液压管的底部及所述的C阀体的一端连通，所述的液压管通过所述的三通接头与所述的水管固定连接；所述的C阀体及D阀体的另一端分别通过所述的水管与所述的喷水管连通，所述的喷水管水平设置在玻璃幕墙的上方；所述的顶盖密封罩盖在所述的液压管的顶部，所述的活塞同轴设置在所述的液压管内，位于所述的液压管与所述的A阀体及B阀体的连接端之间；所述的钢丝绳的一端穿过所述的顶盖连接在所述的活塞的上端面上，所述的钢丝绳的另一端穿过所述的三通接头连接在所述的活塞的下端面上，所述的钢丝绳的中部通过所述的多个定滑轮与所述的刷子连接；所述的一对导轨分别垂直设置在玻璃幕墙的两侧，所述的刷子的两端分别设置在所述的一对导轨上，所述的刷子位于所述的喷水管的下方，并贴合在玻璃幕墙上。

上述的高层玻璃幕墙自动清洗装置，其中，所述的钢丝绳上设有正向/反向控制组件，所述的正向反向控制组件包括A限位点、B限位点及二档开关；所述的A限位点位于所述的刷子的下方，所述的二档开关位于所述的A限位点与所述的B限位点之间。

上述的高层玻璃幕墙自动清洗装置，其中，还包括刷子连接绳，所述的刷子连接绳的两端分别连接在所述的刷子的两端及钢丝绳上，所述的刷子连接绳分别位于所述的刷子的上方及下方，形成菱形结构。

上述的高层玻璃幕墙自动清洗装置，其中，所述的顶盖上设有通孔，且所述的通孔内设有橡胶密封圈，所述的钢丝绳穿过所述的顶盖上的通孔，所述的钢丝绳通过所述的橡胶密封圈与所述的顶盖密封连接。

上述的高层玻璃幕墙自动清洗装置，其中，所述的储水箱内设有过滤网。

上述的高层玻璃幕墙自动清洗装置，其中，当所述的储水箱的高度低于10米时，所述的储水箱与所述的水管的连接端增设增压水泵。

一种高层玻璃幕墙自动清洗装置的清洗方法，该方法至少包括如下步骤：

步骤1：所述的储水箱收集雨水，并通过所述的过滤网过滤。

步骤2：所述的二档开关处于a向连通，使所述的A阀体及C阀体导通，且所述的B阀体及D阀体截止，雨水经过所述的A阀体流入所述的液压管的上端，雨水推动所述的活塞向下运动。

步骤3：所述的活塞下部的雨水经由所述的C阀体流入所述的喷水管中，所述的喷水管将雨水喷洒到玻璃幕墙上。

步骤4：所述的活塞在上部雨水的作用下向下运动，所述的钢丝绳联动并带动所述的刷子向上运动，刷洗玻璃幕墙。

步骤5：所述的刷子运动到顶端时，所述的钢丝绳上的B限位点带动所述的二档开关的杆，使所述的二档开关处于b向连通，使所述的B阀体及D阀体导通，且所述的A阀体及C阀体截止。

步骤6：雨水经由所述的B阀体流入所述的液压管的下端，推动所述的活塞向上运动。

步骤7：所述的活塞上部的雨水经由所述的D阀体流入所述的喷水管中，并将水喷洒在玻璃幕墙上。

步骤8：所述的活塞带动所述的钢丝绳联动，所述的刷子向下运动，再次刷洗玻璃幕墙。

步骤9：所述的刷子运动到底端时，所述的钢丝绳上的A限位点带动所述的二档开关的杆，使所述的二档开关回到a向连通。

步骤10，重复所述的步骤2至步骤9，实现所述的刷子的往复运动，完成玻璃幕墙的刷洗。

本发明在楼顶收集雨水，直接利用所储雨水的位势能及其转化为的压强势能，通过液压传动机构，为装置提供动力和清洗用水，节约能源和清洁耗水；以机械化、自动化代替人工清洁的方法，避免人员高空作业的危险和高昂的作业成本；使雨水资源能合理、高效利用，积极响应国家创新和节能减排号召。

附图说明

图1是本发明高层玻璃幕墙自动清洗装置的主视图。

图2是本发明高层玻璃幕墙自动清洗装置的清洗方法的流程图。

图3是本发明高层玻璃幕墙自动清洗装置的阀体控制电路图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明的实施例。

请参见附图1所示，一种高层玻璃幕墙自动清洗装置，包括储水箱1、A阀体2、B阀体3、C阀体4、D阀体5、水管6、液压管7、顶盖8、活塞9、三通接头10、钢丝绳11、多个定滑轮12、一对导轨13、刷子14及喷水管15；所述的储水箱1的出水口通过所述的水管6分别与所述的A阀体2及B阀体3的一端对应连接，所述的A阀体2的另一端通过所述的水管6分别与所述的液压管7的顶部及所述的D阀体5的一端连通，所述的B阀体3的另一端通过所述的水管6分别与所述的液压管7的底部及所述的C阀体4的一端连通，所述的液压管7通过所述的三通接头10与所述的水管6固定连接；所述的C阀体4及D阀体5的另一端分别通过所述的水管与所述的喷水管15连通，所述的喷水管15水平设置在玻璃幕墙20的上方；所述的顶盖8密封罩盖在所述的液压管7的顶部，所述的活塞9同轴设置在所述的液压管7内，位于所述的液压管7与所述的A阀体2及B阀体3的连接端之间；所述的钢丝绳11的一端穿过所述的顶盖8连接在所述的活塞9的上端面上，所述的钢丝绳11的另一端穿过所述的三通接头10连接在所述的活塞9的下端面上，所述的钢丝绳11的中部通过所述的多个定滑轮12与所述的刷子14连接；所述的一对导轨13分别垂直设置在玻璃幕墙20的两侧，所述的刷子14的两端分别设置在所述的一对导轨13上，所述的刷子14位于所述的喷水管15的下方，并贴合在玻璃幕墙20上。

A阀体2、B阀体3、C阀体4、D阀体5采用常闭型电磁阀，通电时导通，断电时关闭，其控制电路图如附图3所示。水管6采用耐压水管，本发明采用电源适配器供电，将市电转换为12V直流电。

所述的钢丝绳11上设有正向/反向控制组件，所述的正向反向控制组 件包括A限位点16、B限位点17及二档开关18；所述的A限位点16位于所述的刷子14的下方，所述的二档开关18位于所述的A限位点16与所述的B限位点17之间。

还包括刷子连接绳19，所述的刷子连接绳19的两端分别连接在所述的刷子14的两端及钢丝绳11上，所述的刷子连接绳19分别位于所述的刷子14的上方及下方，形成菱形结构。

所述的顶盖8上设有通孔，且所述的通孔内设有橡胶密封圈，所述的钢丝绳11穿过所述的顶盖8上的通孔，所述的钢丝绳11通过所述的橡胶密封圈与所述的顶盖8密封连接，防止漏水。

所述的储水箱1内设有过滤网。

当所述的储水箱1的高度低于10米时，所述的储水箱1与所述的水管6的连接端增设增压水泵。

按照液压管7设计直径为100mm计算

(1)当储水箱1水头高度为10m时

理论压强为P＝ρ*g*h＝1000*10*10＝1Mpa

考虑到沿程损失和动能，取流速为1m/s由伯努利方程：

p₁+1/2ρv₁²+ρgh₁＝p₂+1/2ρv₂²+ρgh₂

取0.6的安全系数，压强为50000pa

理论压力为F＝50000*3.14*0.05²＝784N

设计计算系数为0.5

设计压力为F＝784*0.5＝392N

实际阻力183N(弹簧测力计实测获得)

设计F为实际阻力的两倍多，设计可行。

(2)当水头高于10米时，压强更大，提供的液压压力更大，但是阻力大小基本不变，更能保证整个装置的运行。

(3)当水头低于10米时(建筑最顶端的一到两层)，为了保证本发明的稳定运行，可以在水管6的进水端安装增压水泵，水泵扬程为10米，此时压力可以保证系统运行。

请参见附图2所示，一种高层玻璃幕墙自动清洗装置的清洗方法，该方法至少包括如下步骤：

步骤1：所述的储水箱1收集雨水，并通过所述的过滤网过滤。

步骤2：所述的二档开关18处于a向连通，使所述的A阀体2及C阀体4导通，且所述的B阀体3及D阀体5截止，雨水经过所述的A阀体2流入所述的液压管7的上端，雨水推动所述的活塞9向下运动。

步骤3：所述的活塞9下部的雨水经由所述的C阀体4流入所述的喷水管15中，所述的喷水管15将雨水喷洒到玻璃幕墙20上。

步骤4：所述的活塞9在上部雨水的作用下向下运动，所述的钢丝绳11联动并带动所述的刷子14向上运动，刷洗玻璃幕墙20。

步骤5：所述的刷子14运动到顶端时，所述的钢丝绳11上的B限位点17带动所述的二档开关18的杆，使所述的二档开关18处于b向连通，使所述的B阀体3及D阀体5导通，且所述的A阀体2及C阀体4截止。

步骤6：雨水经由所述的B阀体3流入所述的液压管7的下端，推动所述的活塞9向上运动。

步骤7：所述的活塞9上部的雨水经由所述的D阀体5流入所述的喷水管15中，并将水喷洒在玻璃幕墙20上。

步骤8：所述的活塞9带动所述的钢丝绳11联动，所述的刷子14向 下运动，再次刷洗玻璃幕墙20。

步骤9：所述的刷子14运动到底端时，所述的钢丝绳11上的A限位点16带动所述的二档开关18的杆，使所述的二档开关18回到a向连通。

步骤10，重复所述的步骤2至步骤9，实现所述的刷子14的往复运动，完成玻璃幕墙20的刷洗。

实施例：

对于一栋对40层大楼，楼高120米，大楼长宽均为40米。

玻璃表面积为S：120*40*4＝19200m²

每年清洗所需水量为：

按照在大楼四面，每面安装一套装置，每月清洗一次，每次刷子来回清洗8次计算(相当于刷子刷16次，经由模型试验结果，得知擦洗16次可以保证擦洗干净)

(1)每次清洗所需水量

一个来回需水量为Q＝Π*液压管半径的平方(r²)*大楼高度*系统数量*2，即Q＝3.14*0.05²*120*4*2＝7.536m³

10个来回总需水量：Q总＝3.768*8*2＝60.288m³

(2)每年清洗所需水量：S年总＝Q总*12＝60.288*12＝723.456m³

3、每年可收集水量

根据我国年降水线，取上海、北京、广州、武汉、哈尔滨、重庆、乌鲁木齐等七个城市，分别代表我国的华东、华北、华南、华中、东北、西南、西北等七个地区。

(1)上海——华东

年降水量1010mm

楼顶可收集水量q＝面积*降水量，即q＝40*40*1.01＝1616m³

(2)北京——华北

年降水量545.3mm

楼顶可收集水量q＝面积*降水量，即q＝40*40*0.5453＝872.48m³

(3)广州——华南

年降水量1780mm

楼顶可收集水量q＝面积*降水量，即q＝40*40*1.78＝2848m³

(4)武汉——华中

年降水量1100mm

楼顶可收集水量q＝面积*降水量，即q＝40*40*1.1＝1760m³

(5)哈尔滨——东北

年降水量480mm

楼顶可收集水量q＝面积*降水量，即q＝40*40*0.048＝768m³

(6)重庆——西南

年降水量1069mm

楼顶可收集水量q＝面积*降水量，即q＝40*40*1.069＝1710m³

(7)乌鲁木齐——西北

年降水量277mm

楼顶可收集水量q＝面积*降水量，即q＝40*40*0.277＝443.2m³

由降水量可以分析得知，华东、华南、华中、华北、西南五个地区，降水量均远大于所需水量，可以满足使用，东北降水量略大于所需水量，基本可以保证使用，西北降水量远小于所需水量，相差280立方米。

我国超高层建筑主要分布于华东、华南、华北、华中、东北、西南，这 些地区，可以保证系统用水量，对于西北地区，比较干旱，降水量较小，但是高层建筑分布极少，需要装该系统建筑很少，并不影响系统的使用。

对于一栋40层大楼，表面积19200平方米，一年清洗12次(每个月清洗一次)：本发明清洗的耗水量：使用天然雨水，并不额外用水，故用水量为0，节水量为720吨，相当于一个三人家庭14个月用水量。

使用本发明每次清洗耗时1小时，整个系统功率为10W，安装有4套系统，一年总共耗电：0.01*4*12＝0.48kW·h，相对于人工清洗耗电量，完全可以忽略，节约电能6720kW·h，相当于一个三人家庭6年用电量。使用本发明清洗，排放为零。

本发明绝大部分为简单机械装置，电路部分只有四个电磁阀(平均工作寿命1000小时，按照该系统设计使用频率，可以正常工作83年)，工作可靠，寿命高，故障点少。

在有大风等恶劣气候之中，人工清洗考虑到危险性，必须停止工作，但是本发明不存在这个问题，依然可以保证工作正常，完成清洗工作。

综上所述，本发明在楼顶收集雨水，直接利用所储雨水的位势能及其转化为的压强势能，通过液压传动机构，为装置提供动力和清洗用水，节约能源和清洁耗水；以机械化、自动化代替人工清洁的方法，避免人员高空作业的危险和高昂的作业成本；使雨水资源能合理、高效利用，积极响应国家创新和节能减排号召。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用附属在其他相关产品的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。