一种适用于500mm以上管径的管道清洗装置

1.本发明涉及一种适用于500mm以上管径的管道清洗装置。


背景技术：

2.给水、污水等管道长期使用后，管道内壁会存在沉淀物、锈蚀物、黏垢以及生物膜等污染物，从而导致管内径变小、水量不足、供水不畅，增加供水压力的问题；在给水管道中还可能引起水质恶化、产生二次污染等问题，对人的身体健康构成威胁，故需经常对管道内壁进行清洗。
3.目前使用的管道物理清洗方法主要有单向冲洗法、高压射流冲洗法、机械刮管法和气压脉冲清洗法，每种方法都有各自的缺点和不足之处。单向冲洗法：打开供水管网中指定位置的消防栓进行清洗。局限是每次冲洗需要大量的用水，并且在对大管径管道进行冲洗时，由于很难达到所需的流速，因而不适宜采用。高压射流冲洗法：通过高压水发生装置将水加压至数百个大气压以上，再通过具有细小孔径的喷射装置转换为高速的微细“水射流”。局限是仪器操作复杂、技术要求高、清洗距离较短、耗水量多，清洗时间长。机械刮管法：有机械刮管法和弹性冲管器法两种，靠清管器对管壁的磨擦和卷扫作用，使结垢和锈蚀脱离管壁；其次是管道中水产生的冲刷作用可以将没有刮下来的顽固部分进行二次冲洗。局限是对管道内壁的防护层伤害较大、清洗时间长、清洗效率低，变径和复杂管线处无法清洗。气压脉冲清洗法：使管道内流态变为紊流，产生水锤对管壁生长环造成较大的冲击作用。局限是对锈瘤的清洗效果不佳，对水压、气压，气量的控制要求高。
4.冰浆，也被称作流化冰、泵送冰，是一种含有冰颗粒与水混合的固液两相流。通常所说的冰浆，是由直径不超过1mm的冰颗粒构成的，冰晶微小圆润。近些年，随着蓄冷技术的发展，冰浆被逐渐用于冰蓄冷空调中，由于其可以被泵送，在工业管道清洗中开始崭露头角。冰浆作为管道清洗的介质，主要是因为其良好的通过性和可以被泵送的特点。传统的冰浆清洗技术是将冰浆送至需清洗的管道入口，利用水压推动冰浆向前移动清洗管道，这种方式对于管径在100-500mm范围内的管道，存在的问题是：冰浆在管道中易上浮，导致管道清洗不均匀、管道内壁压力不足、不同管径的管道清洗效果不同的问题。对于管径500mm以上的大管径管道，清洗时所需的冰浆用量更大，在将冰浆打入管道内部时传统冰浆清洗技术存在的不足将被进一步放大。


技术实现要素：

5.发明目的：本发明目的是提供一种清洗过程中无冰浆上浮问题且适用于500mm以上管径的管道清洗装置。
6.技术方案：本发明所述的适用于500mm以上管径的管道清洗装置，包括固定在高压水管出水口端的喷头，所述喷头与高压水管转动连接；所述喷头顶端封闭；所述喷头侧壁沿圆周方向均匀开设有多个贯穿侧壁的柱形孔道；孔道的轴线与喷头中轴线呈倾斜设置；每个孔道内均固连有伸出孔道的喷管，多个喷管通过环形支架固连成整体；与喷头中轴线呈
倾斜设置的孔道在喷出高压冰浆时使喷头相对高压水管发生转动。
7.其中，所述喷头包括连接区和喷射区，连接区通过轴承与高压水管转动连接；喷射区呈圆台形状；喷射区的外径沿喷头前进方向依次递减。
8.其中，所述轴承包括带外螺纹的轴承外圈以及与轴承外圈转动连接的轴承内圈，轴承外圈与连接区通过内外螺纹固定连接；轴承内圈通过连接轴和变直径接头与高压水管固定连接。轴承内圈可以直接与连接轴一端通过内外螺纹固定连接，也可以轴承内圈套设卡在连接轴外，通过圆螺母以及止动垫圈将轴承内圈与连接轴固定。
9.其中，孔道的轴线与喷头的中轴线呈45
°
夹角设置，冰浆从孔道喷出方向与喷头前进方向呈135
°
夹角。从而使喷头在管道中旋转前进，使得冰浆通过接在孔道里的喷管旋转喷射出来，均匀地清洗掉管道内壁上的沉积物。
10.孔道的轴线与喷头的中轴线呈45
°
夹角时，冰浆从孔道喷出方向与高压水管前进方向呈135
°
夹角，使得喷射出的冰浆与管轴平行以及与管轴垂直的两个反作用力分力大小相等，与管轴垂直的分作用力产生使喷头绕管轴线旋转的力矩。若夹角小于45
°
，冰浆从孔道喷出方向与高压水管前进方向的夹角更大，从而使得喷射出来的冰浆经历更长的距离到达管道内壁，削弱了冰浆的剪切力，进而使得垂直于管轴的反作用力更小，旋转力矩减小，喷头旋转不够快。若夹角大于45
°
，冰浆从孔道喷出方向与高压水管前进方向的夹角更小，从而使得喷射出来的冰浆经历更短的距离到达管道内壁，加强了冰浆的剪切力，进而使得垂直于管轴的反作用力更大，旋转力矩增大，喷头旋转加快，容易降低与喷头相连的螺母元件和轴承元件的使用寿命。
11.其中，所述孔道数量为六个，喷头与孔道通过内外螺纹固定连接。六个孔道对应在喷头内壁上圆的圆心位于同一水平面上，对应在喷头外壁上圆的圆心位于同一水平面上，六个孔道沿圆周方向均匀分布在喷头上。
12.其中，相邻孔道对应在喷头内壁上的圆的圆心到喷头中轴线的垂线之间的夹角为 60
°
，孔道对应在内壁上的圆-的圆心到喷头中轴线的垂线与该孔道对应在外壁上的圆的圆心到喷头中轴线的垂线之间的夹角为30
°
。
13.其中，所述环形支架由多根支架拼合而成；每根支架均包括金属杆以及与金属杆固连的半圆形固定器，金属杆两端分别通过球形铰与对应的半圆形固定器连接，相邻支架连接处的半圆形固定器相对放置且固定连接。
14.其中，本发明装置还包括水泵、冰浆运输车、水质检测装置和污水井；高压水管的进水端通过水泵与冰浆运输车连接，高压水管带喷头端伸入待清洗管道的一端开口，清洗废水从管道另一端开口流出，流入水质检测装置，经水质检测装置检测后，废水通过污水井排入污水管道中。
15.有益效果：相比于现有技术，本发明的显著效果为：本发明装置利用在管道中旋转前进的喷头，使得冰浆可以从旋转喷头中喷射出来，从而使冰浆能够均匀地喷向管道内壁各处，利用喷头的喷射强度，结合冰浆的撞击刮擦以及水流的剪切多种作用力清洗管道，实现快速有效且均匀的清洗掉管道内壁上沉积物的效果，解决了传统冰浆清洗技术由于冰浆上浮存在的管道清洗不均匀、管道内壁压力不足的问题；同时，本发明装置有效提高了冰浆的利用率，进而节省冰浆使用量，通过喷头旋转高速喷出的冰浆比直接流过管道内部的冰浆对于管道各个点的清洗更加均匀，因此在利用相同体积的冰浆的条件下，本发明装置可
以在更短的时间内获得更好的清洗效果，在管道口径越大，清洗中利用率高的优势更明显。
附图说明
16.图1为本发明管道清洗装置的原理图；
17.图2为喷头的结构示意图；
18.图3为高压水管与喷头的连接示意图；
19.图4为高压水管与喷头连接处的仰视图；
20.图5为图4沿a-a向的剖面示意图；
[0021][0022]
图6为轴承、止动垫圈、圆螺母以及与连接轴的安装示意图；
[0023]
图7为环形支架的结构示意图；
[0024]
图8为六个孔道的截面示意图。
具体实施方式
[0025]
如图1～8所示，本发明适用于500mm以上管径的管道清洗装置，包括固定在高压水管10出水口端的喷头5，喷头5与高压水管10转动连接；喷头5顶端封闭；喷头5 侧壁沿圆周方向均匀开设有多个贯穿侧壁的柱形孔道1；孔道1的轴线与喷头5中轴线呈45
°
夹角设置，冰浆从孔道1喷出方向与喷头5前进方向呈135
°
夹角；每个孔道1 内均固连有伸出孔道1的喷管4，多个喷管4通过环形支架23固连成整体；与喷头5 中轴线呈45
°
夹角设置的孔道1在喷出高压冰浆时使喷头5相对高压水管10发生转动。
[0026]
对于管径500mm以上的管道来说，喷头5外径为300mm，内径为280mm，壁厚为 10mm；孔道1直径为10mm；圆台1-4高为45mm，喷头5整体高度为100mm；喷管4 外径略小于10mm，长度在100mm以上。喷头5的外径加上喷管4伸出孔道1的长度之和略小于管道的内径。因此喷管4的长度是基于管道内径的变化而变化。
[0027]
喷头5包括连接区1-3和喷射区1-4，连接区1-3通过轴承7与高压水管10转动连接；喷射区1-4呈圆台形状；喷射区1-4的外径沿喷头5前进方向依次递减。轴承7包括带外螺纹的轴承外圈11以及与轴承外圈11转动连接的轴承内圈14，轴承外圈11与连接区1-3通过内外螺纹固定连接；轴承内圈14通过连接轴8和变直径接头9与高压水管10固定连接。轴承内圈14可以直接与连接轴8一端通过内外螺纹固定连接，也可以轴承内圈14套设卡在连接轴8外，通过圆螺母16以及止动垫圈24将轴承内圈14与连接轴8固定。当轴承内圈14与连接轴8通过圆螺母16以及止动垫圈24方式固定时，如图5～6所示，轴承内圈14套在连接轴8外，连接轴8上开有一处键槽25，止动垫圈 24的内止动耳18从此键槽25处卡入，使得圆螺母16在旋进时止动垫圈24相对于连接轴8与轴承7不动，当圆螺母16旋紧到位后，止动垫圈24的外止动耳17弯向圆螺母 16的凹槽19内，防止轴承内圈14与连接轴8连接的松动。这样，通过止动垫圈24、圆螺母16与连接轴8的配合，达到固定轴承内圈14的目的。
[0028]
对于500mm以上管径的管道来说，本发明喷头5整体呈顶部封闭且中空的圆台形状，喷头5使用碳纤维轻质材料，从而使其在前进过程中不会太重下落，喷管4材料则为硬塑料。喷头5上开有若干贯穿喷头5侧壁的圆形孔道1，孔道1内壁设有内螺纹，喷管4通过外螺纹3与孔道1内螺纹通过内外螺纹固定连接；多个喷管4通过环形支架 23固定；连接轴承内
圈14的连接轴8通过变直径接头9与高压水管10相接；使用水泵 30将冰浆泵入高压水管10，冰浆以不小于3m/s的流速从喷管4喷出，多个喷管4同时喷射冰浆。喷头5末端通过内螺纹2与轴承外圈11上的外螺纹6固定，可以一同旋转，轴承内圈14通过圆螺母16和止动垫圈固定在连接轴8上。根据动量守恒原理，在水泵 30的压力下，冰浆从喷管4向后高速喷出，与管壁产生摩擦，产生反作用力，一方面可以推动喷头5前进，一方面可以通过冰浆与管垢的接触与高速喷射产生的切割力，将管垢清离管道内壁；孔道1的孔轴线与喷头5中轴线呈45
°
夹角，使得冰浆从喷管4喷出方向与高压水管10前进方向呈135
°
夹角。这种倾斜喷射冰浆的设计使得喷射出的冰浆的反作用力与管轴不平行，在与管轴平行的方向和与管轴垂直的方向均可产生分力，从而产生使喷头5绕管轴线旋转的力矩。多个喷管4同时喷射冰浆，于是整体上会让喷头 5在管道中前进的同时还可以进行旋转，带动轴承外圈11旋转，而轴承内圈14固定，可以使高压水管10在管道中稳定前进而不旋转。这种旋转前进的喷射方式，使得冰浆可以均匀地清洗管道内壁，达到良好的清洗效果，有效解决了原冰浆清洗管道方式中的冰浆上浮的问题。
[0029]
孔道1数量为六个，喷头5与孔道1通过内外螺纹固定连接。六个孔道1对应在喷头内壁1-1上圆1-5的圆心位于同一水平面上，对应在喷头外壁1-2上圆1-6的圆心位于同一水平面上，六个孔道1沿圆周方向均匀分布在喷头5上。相邻孔道1对应在喷头内壁上的圆1-5的圆心到喷头5中轴线的垂线之间的夹角为60
°
，孔道1对应在内壁上的圆1-5的圆心到喷头5中轴线的垂线与该孔道1对应在外壁上的圆1-6的圆心到喷头 5中轴线的垂线之间的夹角为30
°
。
[0030]
如图7所示，环形支架23由多根支架拼合而成，形成正六边形；金属杆20两端连有球形铰22，金属杆20两端分别通过球形铰22与对应的半圆形固定器21连接，一根金属杆20与两个半圆形固定器21组成一根支架，一根支架的两端各有一个半圆形固定器21，半圆形固定器21上有两个螺孔，将一根支架一端的半圆形固定器21上的螺孔与另一根支架一端的半圆形固定器21上的螺孔对准，通过两根螺丝和两个螺帽完成两根支架的连接，环形支架23由数根支架相连接组成。
[0031]
本发明管道清洗装置还包括水泵30、冰浆运输车31、水质检测装置32和污水井33；高压水管10的进水端通过水泵30与冰浆运输车31连接，高压水管10带喷头端伸入待清洗管道34的一端开口，清洗废水从管道34另一端开口流出，流入水质检测装置32，经水质检测装置32检测后，废水通过污水井33排入污水管道中。
[0032]
另说明一下，图2中，将正六边形的环形支架23简化成圆形的环形支架，而两个半圆形固定器拼合的结构简化成圆形，是一种简略表述，环形支架23的具体结构以图7 中所示为准。
[0033]
现有冰浆清洗技术，是打开上游水阀，利用上游市政压力推动冰浆向前进行清洗，对于管径为800mm、具有一定污染程度且长度为10m的管道来说，所需水压一般为 0.28mpa，清洗所需冰浆量为1357kg，清洗出污染物的质量为0.3kg，清洗时间为1.5min。采用本发明管道清洗装置，在清洗与上述污染程度相同、管径相同且长度也相同的管道时，所需水泵压力为0.13mpa，冰浆以不小于3m/s的流速从喷管4喷出，清洗所需冰浆量为1086kg；清洗出污染物的质量为0.4kg，清洗时间为1min。