一种多工艺耦合式管具内壁仿生清洁装置及其清洁方法与流程

本发明涉及注浆、非开挖、钻掘、油气储运、生命线工程、地下综合管廊和海绵城市等诸多工程技术领域，尤其涉及一种多工艺耦合式管具内壁仿生清洁装置及其清洁方法。

背景技术：

注浆(Injection Grout),又称为灌浆(Grouting)，主要包括静压注浆(Static Pressure Grouting)和高压喷射注浆(High Pressure Jet Grouting)等类型，广泛应用于水利水电、交通、建筑、矿山等工程中的岩土体加固、防渗，以及作为地质灾害治理和地质环境保护中的边坡护坡、溜砂坡防护、水土保持等常用的技术手段。非开挖技术(Trenchless Technology或No-Dig)，是在微开挖或不开挖条件下对地下管线进行探测、铺设、修复或更换，具有不破坏地表环境、不影响地面交通等诸多明挖法无法比拟的技术优势，是一种具有极大发展潜力的环境友好型地下管线施工新技术。钻掘(Drilling&Tunneling)，包括钻探/井(Drilling)和掘进(Tunneling)两个方面，是通过机械、化学等方式破碎岩土层，从而在岩土体中形成规格和质量符合要求的钻孔或坑道，以达到勘探开发矿产资源(包括天然气水合物、页岩气、油页岩等非常规能源)、获取岩(矿)心和冰芯、灾害防治与预警，以及实施工程建设等目的。油气储运(Oil&Gas Storage and Transportation)，是连接油气生产、加工、分配、销售诸环节的纽带，主要包括油气田集输、长距离输送管道、储存与装卸及城市输配系统等。生命线工程(Lifeline Engineering)，是与人们生活密切相关，对社会生活、生产有重大影响的交通、通信、供水、排水、供电、供气、输油等工程系统。地下综合管廊(Underground Pipe Gallery)，即地下城市管道综合走廊，是建于城市地下用于容纳两类及以上城市工程管线的构筑物及附属设施。海绵城市(Sponge City)，是新一代城市雨洪管理概念，是指城市在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好的“弹性”，也可称为“水弹性城市”。

上述诸多工程技术领域的顺利实施都离不开管具，这里的管具主要指管道、钻杆和套管等内部设有通孔的构件。其中的钻杆作为建立地表钻进设备与地下破岩工具间的枢纽，起到传递钻压和扭矩、输送冲洗介质、提取岩(矿)心、延长钻具等重要作用，此外，在钻探(井)实施过程中，当钻遇复杂地层紧靠泥浆护壁堵漏难以奏效时，往往需要下套管，以保障钻探(井)作业的顺利实施，钻杆和套管的使用和日常保养状况，将直接决定了钻杆的使用工况和寿命；而其中的各种铺设于地表或埋设于地下的管道，作为输送石油、天然气、页岩油/气、煤层气、水、矿浆等流体或流固耦合介质的媒介是必不可少的，尤其对于长距离输送的情况更是如此，但当使用一段时间以后，其内壁都将难以避免地出现污泥、结垢、腐蚀、锈蚀等影响管道系统正常运行的诸多问题。综上所述，为改善粘附于管具内壁的泥浆、水泥浆、氧化锈蚀层、腐蚀层等污垢对其使用状况及寿命的不良影响，保障注浆、非开挖、钻掘、油气储运、生命线工程、地下综合管廊和海绵城市等诸多工程技术领域的顺利实施，就需要对管具内壁进行必要的清洁。

现有的管具清洁装置对管具内壁清洁不彻底，清洁方法比较单一，且清洁时能耗较高，作业效率低，灵活性、适应性和稳定性不强。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种多工艺耦合式管具内壁仿生清洁装置及其清洁方法，解决了管道、钻杆和套管等内部设有通孔的构件在使用一段时间后亟待解决的内壁清洁问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种多工艺耦合式管具内壁仿生清洁装置，包括顺次轴向共线连接的左喷头、清管器、钢刷、接头、右喷头、另一所述接头和清障钻头，每个所述接头的外侧壁上间隔环设有多个支腿，所述支腿远离所述接头的一端设有滚轮，且所述滚轮恰好与待清洁管具的内壁接触设置。

所述左喷头、清管器、钢刷、接头和右喷头的中心均设有通孔并顺次形成管路，所述左喷头和右喷头上均设有多个喷嘴，且所述喷嘴分别与对应的所述左喷头或右喷头连通，所述左喷头上的所述喷嘴朝左斜向设置，所述左喷头的左端与通有清洁液的外部高压管连通，清洁液从外部高压管进入所述管路后分别从位于所述左喷头和右喷头上的所述喷嘴喷出，并形成高压射流同时对待清洁管具的内壁进行清洁，且从位于所述左喷头上的所述喷嘴喷出的高压射流产生的反推力驱动整个清洁装置在待清洁管具内移动，同步地，所述清管器、钢刷和清障钻头同时对粘附于待清洁管具内壁上的污垢进行清洁。

本发明的有益效果是：本发明的多工艺耦合式管具内壁仿生清洁装置，集高压射流清洁、清管器刮削、钢刷刮擦、清障钻头清障多工艺耦合式对待清洁管具内壁进行有效清洁，具有高效、环保、低耗、应用面广、灵活性和适应性强，全方位无死角且可去除常规方法难以清洁的污垢等一系列显著优势。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步：所述左喷头包括顺次连接的左喷头入口段、左喷头本体和左喷头出口段，所述左喷头入口段和左喷头出口段分别轴向共线设置在所述左喷头本体的左右两端，所述左喷头入口段与所述左喷头出口段连通；所述左喷头入口段的左端与外部高压管连通，所述左喷头出口段的右端与所述清管器的左端连通；所述左喷头本体左端面上朝左斜向设有多个左喷头连接孔，所有所述左喷头连接孔均与所述管路连通，所述喷嘴一一对应地设置在所述左喷头连接孔处，并与所述左喷头连接孔连通。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述左喷头可以为整个装置在待清洁管具内向右移动提供动力，同时通过所述喷嘴喷射出的高压射流也具有清洁管具内壁的作用。

进一步：所述清管器包括两个清管器连接段和呈圆柱形的清管器本体，两个所述清管器连接段轴向共线设置在所述清管器本体的左右两端，且两个所述清管器连接段相互连通，两个所述清管器连接段远离所述清管器本体的一端分别与所述左喷头和钢刷连接，所述清管器本体的侧表面和左右端面分别设有仿生非光滑单元。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述清管器可以刮削待清洁管具内壁上的污垢，同时还可以排除残积在管具底部的污垢碎屑、积液及其它杂物。

进一步：所述仿生非光滑单元为凹坑、凸包和棱纹中的一种或多种，且仿生非光滑单元间隔设置在所述清管器本体的侧表面和左右端面以及所述滚轮的表面上，且所述仿生非光滑单元排列成多行，相邻两行的所述仿生非光滑单元之间交错设置。

上述进一步方案的有益效果是：通过在所述清管器本体的侧表面和左右端面以及所述滚轮的表面上交错设置所述仿生非光滑单元，使得原本连续光滑的清管器本体的侧表面和左右端面以及所述滚轮的表面变得不连续且非光滑(凹凸不平)，呈现仿生非光滑形态，因而可以有效降低清管器本体的侧表面和滚轮表面沿管具内壁移动过程中与管具内壁的接触面积、减小摩阻力、降低能耗、增强耐磨性能，同时还可改善清管器本体的侧表面和左右端面以及滚轮表面与管具内壁上粘附污垢的粘连状态，具有防粘的效果。

进一步：所述钢刷包括两个钢刷连接段和呈圆柱形的钢刷本体，两个所述钢刷连接段轴向共线设置在所述钢刷本体的左右两端，且两个所述钢刷连接段相互连通，两个所述钢刷连接段远离所述钢刷本体的一端分别与所述清管器和位于所述右喷头左端的所述接头连接，所述钢刷本体的侧表面和左右端面分别设有刷毛。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述钢刷可以刮擦待清洁管具内壁上的锈蚀层等难以去除的污垢，同时也有助于排出残积在待清洁管具底部的污垢碎屑及其它杂物。

进一步：所述右喷头包括两个右喷头连接段和右喷头本体，两个所述右喷头连接段轴向共线设置在所述右喷头本体的左右两端，且两个所述右喷头连接段相互连通，两个所述右喷头连接段远离所述右喷头本体的一端分别与位于所述右喷头左右两端的两个所述接头对应连接；所述右喷头本体的侧表面上设有若干个右喷头连接孔，所有所述右喷头连接孔均与所述管路连通，且所述喷嘴一一对应地设置在所述右喷头连接孔处，并与所述右喷头连接孔连通。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述右喷头及喷嘴喷射出高压射流可以对待清洁管具内壁的全断面进行有效清洁，保障清洁效果。

进一步：所述清管器、钢刷和接头的通孔内壁面以及所述喷嘴的内壁面均间隔地设有若干环槽，所述若干环槽的设置方向与对应的所述清管器、钢刷、接头以及所述喷嘴的内壁面垂直。

上述进一步方案的有益效果是：间隔且垂直地设置在所述清管器、钢刷和接头的通孔内壁面以及所述喷嘴的内壁面上的若干环槽，使原本连续光滑的清管器、钢刷和接头的通孔内壁以及所述喷嘴的内壁的表面变得不连续且非光滑(凹凸不平)，呈现仿生非光滑形态，因而清洁液在所述清管器、钢刷、接头和喷嘴内部流动时，可以在所述环槽内形成反转的涡流，由反转的涡流造成了环槽内清洁液与环槽外清洁液的“液-液”接触，从而形成“涡垫效应”；处于环槽内部反转的涡流与在环槽外清洁液之间的接触表面上的摩阻力形成了附加动力，这对处于环槽外部的清洁液而言产生了“推进效应”；若干环槽内反转的涡流，宛如若干安装在所述清管器、钢刷、接头和所述喷嘴内壁面上的“液力轴承”一般，能够有效降低清洁液在它们的内部流动过程中与它们内壁面之间的摩阻力损耗；由于若干环槽内反转的涡流，还可改变清洁液中混杂的固相颗粒的运动状态，有利于驱离欲与所述清管器、钢刷、接头和所述喷嘴内壁面接触的固相颗粒，即产生“驱离效应”；同时，由于若干环槽的设置，使得混杂在清洁液中的固相颗粒对所述清管器、钢刷、接头和所述喷嘴原本光滑的内壁面的连续刮划变得不连续，且当混杂在清洁液中的固相颗粒撞击到凹凸不平的非光滑表面时，容易形成反弹效果而改变其运动轨迹，在此综合作用下有助于提升所述清管器、钢刷、接头和所述喷嘴内壁面的耐磨性能，延长所述清管器、钢刷、接头和所述喷嘴的使用寿命等诸多功效。

进一步：所述喷嘴还包括用于调节其喷射方向和喷射角度的弯接头，所述弯接头的一端与所述左喷头或右喷头连接，另一端与所述喷嘴入口段连接，且所述喷嘴入口段通过所述弯接头与对应的所述左喷头或右喷头连通。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述弯接头可以调整喷嘴喷射出的高压射流的喷射方向和喷射角度，使得整个清洁装置在清洁管具内壁的过程中有更加灵活的清洁范围，确保待清洁管具的内壁不存在清洁死角，保证清洁质量。

进一步：还包括封堵接头，所述封堵接头设置在所述右喷头与靠近其右端的所述接头之间，且所述封堵接头的一端与所述右喷头连接，另一端与所述靠近右端的所述接头连接。

上述进一步方案的有益效果是：通过设置所述封堵接头可以防止管路内的清洁液进一步向右流动，且能够尽可能地降低清洁液在管路中流动过程中的能耗和损失，提高清洁液的有效利用率；当所述清障钻头为喷射式钻头时，可以通过选择性安装或拆卸所述封堵接头来实现清障钻头的清障以及清障和喷射复合式清洁。

本发明还提供了一种所述的多工艺耦合式管具内壁仿生清洁装置的清洁方法，包括如下步骤：

步骤1：将所述清洁装置与通有清洁液的外部高压管连通；

步骤2：将所述清洁装置从待清洁管具的一端置入，并确保装有所述清障钻头的一端朝向待清洁管具的另一端；

步骤3：接通外部高压管并对待清洁管具内壁进行清洁，具体为：清洁液从外部高压管进入所述管路后分别在所述左喷头和右喷头上的所述喷嘴处形成高压射流喷向待清洁管具内壁，对待清洁管具内壁进行清洁，同时从所述左喷头上的所述喷嘴喷出的高压射流产生的反推力驱动所述清洁装置在待清洁管具内移动，同步地，所述清管器2对待清洁管具0内壁刮削，所述钢刷3对待清洁管具0的内壁刮擦，所述清障钻头10对待清洁管具0的内部进行清障；

步骤4：重复上述步骤2和步骤3，对待清洁管具的内壁进行多次清洁。

本发明的多工艺耦合式管具内壁仿生清洁装置的清洁方法，集左喷头高压射流清洁、清管器刮削、钢刷刮擦、右喷头高压射流全断面清洁和清障钻头清障多工艺耦合式的有效清洁，同时左喷头上的喷嘴喷出的高压射流产生的反推力驱动整个清洁装置在管具内移动，具有高效、环保、低耗、应用面广、灵活性和适应性强，全方位无死角且可去除常规方法难以清洁的污垢等一系列显著优势。

附图说明

图1为本发明的一种多工艺耦合式管具内壁仿生清洁装置主视图；

图2为本发明的一种多工艺耦合式管具内壁仿生清洁装置爆炸示意图；

图3为本发明的一种多工艺耦合式管具内壁仿生清洁装置工作示意图；

图4为本发明的左喷头结构示意图；

图5为本发明的凹坑型仿生非光滑表面的清管器轴测图；

图6为本发明的凹坑型仿生非光滑表面的清管器剖视图；

图7为本发明的棱纹型仿生非光滑表面的清管器轴测图；

图8为本发明的棱纹型仿生非光滑表面的清管器侧视图；

图9为本发明的棱纹-凹坑耦合型仿生非光滑表面的清管器轴测图；

图10为本发明的棱纹-凹坑耦合型仿生非光滑表面的清管器表面局部放大图；

图11为本发明的钢刷轴测图；

图12为本发明的钢刷剖视图；

图13为本发明的接头轴测图；

图14为本发明的接头剖视图；

图15为本发明的支腿和滚轮连接示意图；

图16为本发明的表面仿生非光滑单元为半球形截面凹坑型滚轮的一个实施例轴测图；

图17为图16的局部放大结构示意图；

图18为图16的纵截面结构示意图；

图19为本发明的表面仿生非光滑单元为圆形截面凹坑型滚轮的一个实施例轴测图；

图20为图19的局部放大结构示意图；

图21为图19的纵截面结构示意图；

图22为本发明的表面仿生非光滑单元为矩形截面凹坑型滚轮的一个实施例轴测图；

图23为图22的局部放大结构示意图；

图24为图22的纵截面结构示意图；

图25为本发明的表面仿生非光滑单元为半球形截面凸包型滚轮的一个实施例轴测图；

图26为图25的局部放大结构示意图；

图27为图25的纵截面结构示意图；

图28为本发明的表面仿生非光滑单元为圆形截面凸包型滚轮的一个实施例轴测图；

图29为图28的局部放大结构示意图；

图30为图28的纵截面结构示意图；

图31为本发明的表面仿生非光滑单元为矩形截面凸包型滚轮的一个实施例轴测图；

图32为图31的局部放大结构示意图；

图33为图31的纵截面结构示意图；

图34为本发明的表面仿生非光滑单元为圆弧形截面棱纹型滚轮的一个实施例轴测图；

图35为图34的纵截面结构示意图；

图36为本发明的表面仿生非光滑单元为矩形截面棱纹型滚轮的一个实施例轴测图；

图37为图36的纵截面结构示意图；

图38为本发明的表面仿生非光滑单元为正三角形截面棱纹型滚轮的一个实施例轴测图；

图39为图38的纵截面结构示意图；

图40为本发明的表面仿生非光滑单元为V字形截面棱纹型滚轮的一个实施例轴测图；

图41为图40的纵截面结构示意图；

图42为本发明的表面仿生非光滑单元为凹坑-凸包耦合型滚轮的一个实施例轴测图；

图43为图42的局部放大结构示意图；

图44为图42的纵截面结构示意图；

图45为本发明的表面仿生非光滑单元为凹坑-棱纹耦合型滚轮的一个实施例轴测图；

图46为图45的局部放大结构示意图；

图47为图45的纵截面结构示意图；

图48为本发明的表面仿生非光滑单元为凸包-棱纹耦合型滚轮的一个实施例轴测图；

图49为图48的局部放大结构示意图；

图50为图48的纵截面结构示意图；

图51为本发明的右喷头结构示意图；

图52为本发明的喷嘴结构示意图；

图53为本发明的喷嘴剖视图；

图54为本发明的喷嘴及弯接头的连接结构示意图；

图55为本发明的清障钻头结构示意图；

图56为本发明的封堵接头剖视图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

0、待清洁管具，1、左喷头，2、清管器，3、钢刷，4、接头，5、支腿，6、滚轮，7、右喷头，8、喷嘴，9、封堵接头，10、清障钻头；

11、左喷头入口段，12、左喷头本体，13、左喷头出口段，21、清管器连接段，22、清管器本体，31、钢刷连接段，32、钢刷本体，41、接头连接段，42、接头连接翼板，43、支腿连接孔，61、中心孔，62、仿生非光滑单元，71、右喷头连接段，72、右喷头本体，81、喷嘴入口段，82、喷嘴出口段，83、连接本体，84、环槽，85、弯接头，91、封堵接头第一连接段，92、封堵接头第二连接段，93、封堵隔板，101、清障钻头连接段，102、清障钻头基底，103、清障钻头刃具。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1、2、3所示，一种多工艺耦合式管具内壁仿生清洁装置，包括顺次轴向共线连接的左喷头1、清管器2、钢刷3、接头4、右喷头7、另一所述接头4和清障钻头10，每个所述接头4的外侧壁上间隔环设有多个支腿5，所述支腿5远离所述接头4的一端设有滚轮6，且所述滚轮6恰好与待清洁管具0的内壁接触设置。

所述左喷头1、清管器2、钢刷3、接头4和右喷头7的中心均设有通孔并顺次形成管路，所述左喷头1和右喷头7上均设有多个喷嘴8，且所述喷嘴8分别与对应的所述左喷头1或右喷头7连通，所述左喷头1上的所述喷嘴8朝左斜向设置，所述左喷头1的左端与通有清洁液的外部高压管连通，清洁液从外部高压管进入所述管路后分别从位于所述左喷头1和右喷头7上的所述喷嘴8喷出，并形成高压射流，同时对待清洁管具0的内壁进行清洁，且从位于所述左喷头1上的所述喷嘴8喷出的高压射流产生的反推力驱动整个清洁装置在待清洁管具0内移动，同步地，所述清管器2、钢刷3和清障钻头10对粘附于待清洁管具0内壁上的污垢进行清洁。这里，所述高压射流的喷射压力大于等于10MPa。

本发明的清洁装置利用高压射流对待清洁管具0的内壁进行清洁，由外部高压泵抽吸泵送清洁液并经过高压管进入所述管路，依次流经左喷头1、清管器2、钢刷3和接头4后到达右喷头7，由于清洁液受到清障钻头10的限制而不能继续向右流动，于是从所述右喷头7上的所述喷嘴8喷出，形成若干束能量相对集中的高压射流，若流量足够大，则此时的清洁液无法全部从右喷头7上的喷嘴8喷出，而是会在管路中积蓄起来，并由设置于左喷头1上的喷嘴8喷出，同样形成若干束能量相对集中的高压射流。由右喷头7和左喷头1上的喷嘴8高速喷出的若干束高压射流击打到待清洁管具内壁上时，可对粘附在管具内壁上的泥浆、水泥浆、污泥、氧化锈蚀层、结垢、腐蚀层等污垢进行冲击与破坏，并将它们从管具内壁上剥离下来，同时由射流形成的漫流亦可对它们的运移与排除起到积极作用。

使用本发明的清洁装置进行清洁作业时，应使本发明的规格与待清洁管具0的规格(比如内径、形状等)相适应，此外还需配备高压泵、水箱、集污池(罐)、高压气泵/空压机、高压管、抽吸泵(根据现场清洁情况灵活选择)；其中的高压泵用于抽吸泵送清洁液，水箱用于储存清洁液，集污池(罐)分别设置于待清洁管具的两端用于储存污液等杂物，高压气泵/空压机用于提供压缩空气，抽吸泵用于抽吸使用本发明清洁作业后残留在管具内部的积液。

如图4所示，本实施例中，所述左喷头1包括顺次连接的左喷头入口段11、左喷头本体12和左喷头出口段13，所述左喷头入口段11和左喷头出口段13分别轴向共线设置在所述左喷头本体12的左右两端，所述左喷头入口段11与所述左喷头出口段13连通。考虑到连接喷嘴8的空间需要，故左喷头入口段11长于左喷头出口段13。

所述左喷头入口段11的左端与外部高压管连通，所述左喷头出口段13的右端与所述清管器2的左端连通；所述左喷头本体12左端面上朝左斜向设有多个左喷头连接孔，所有所述左喷头连接孔均与所述管路连通，所述喷嘴8一一对应地设置在所述左喷头连接孔处，并与所述左喷头连接孔连通。通过所述左喷头1可以为整个装置在待清洁管具0内向右移动提供动力，同时通过所述喷嘴8喷射出的高压射流也具有清洁管具内壁的作用。

考虑到平面与平面间的密封性能优于曲面，以及加工的难易程度，本实施例中，所述左喷头本体12为N边棱柱(N≥4)，左喷头1的左侧为N边棱锥，N边棱锥的每个平面上分别设有一个与左喷头1内的通孔相贯通的连接孔，连接孔的另一端用于连接喷嘴8，如图4所示，N取6。在左喷头1左侧棱锥的各个平面上，沿与该平面垂直方向分别布设一个与通孔连通的左喷头连接孔，共6个，6个喷嘴8一一对应的通过所述左喷头连接孔与左喷头本体12内的通孔连通，这样6个喷嘴8产生高压射流的喷射方向即为与之相连的锥面的垂向，喷射角度即为与之相连锥面的垂线与左喷头1轴线之间的夹角，由于左喷头1的主要作用是为本发明提供在待清洁管具0内移动所需的推进力，因而喷射方向应与本发明欲移动的方向相反，喷射角度应控制在10°～30°的范围内。

本发明中，通过所述左喷头1上的喷嘴8向左方斜向喷射高压射流，使得对整个清洁装置形成向右的反推力，并推动整个清洁装置向右移动。当遇到难以清洁的污垢时，若仅依靠左喷头1形成的反推力难以推进，还可辅助在本发明清洁装置的右方钢绳牵引或左方硬质构件顶推的方式共同提供推进力，或者根据现场的实际情况，通过调节安置于右喷头7上的若干个喷嘴8的喷射方向和喷射角度，使得其产生的若干束高压射流与左喷头1产生的高压射流一样，同时具备清洁和推进的双重作用，使得整个清洁装置在待清洁管具0内顺利向右移动。当然，如果需要对已经清洁过的部位重复进行清洁，则可以通过回拉外部高压管的方式使整个清洁装置后退。

如图5-图10所示，本实施例中，所述清管器2包括两个清管器连接段21和呈圆柱形的清管器本体22，两个所述清管器连接段21轴向共线设置在所述清管器本体22的左右两端，且两个所述清管器连接段21相互连通，两个所述清管器连接段21远离所述清管器本体22的一端分别与所述左喷头1和钢刷3连接，所述清管器本体22的侧表面和左右端面分别设有仿生非光滑单元62。通过所述清管器2可以刮削待清洁管具0内壁上的污垢，同时还可以排除残积在管具底部的污垢碎屑、积液及其它杂物。这里，所述清管器2的规格应与待清洁管具的形状和尺寸相匹配。

优选地，所述仿生非光滑单元62为凹坑、凸包和棱纹中的一种或多种，且仿生非光滑单元62间隔设置在所述清管器本体22的侧表面和左右端面以及所述滚轮6的表面上，且所述仿生非光滑单元62排列成多行，相邻两行的所述仿生非光滑单元62之间交错设置。通过在所述清管器本体22的侧表面和左右端面以及所述滚轮的表面上交错设置所述仿生非光滑单元62，使得原本连续光滑的清管器本体22的侧表面和左右端面以及所述滚轮6的表面变得不连续且非光滑(凹凸不平)，呈现仿生非光滑形态，因而可以有效降低清管器本体22的侧表面和滚轮6表面沿管具内壁移动过程中与管具内壁的接触面积、减小摩阻力、降低能耗、增强耐磨性能，同时还可改善清管器本体22的侧表面和左右端面以及滚轮6表面与管具内壁上粘附污垢的粘连状态，具有防粘的效果。这里，所述仿生非光滑单元62以相邻两排呈正三角形方式均匀布设在所述清管器本体22的侧表面和左右端面上。图5与图6为凹坑型表面的清管器的轴测图和剖视图，图7和图8为棱纹型仿生非光滑表面的清管器的轴测图和侧视图，图9和图10为棱纹-凹坑耦合型仿生非光滑表面的清管器的轴测图和表面局部放大图。

如图11和图12所示，本实施例中，所述钢刷3包括两个钢刷连接段31和呈圆柱形的钢刷本体32，两个所述钢刷连接段31轴向共线设置在所述钢刷本体32的左右两端，且两个所述钢刷连接段31相互连通，两个所述钢刷连接段31远离所述钢刷本体32的一端分别与所述清管器2和位于所述右喷头7左端的所述接头4连接，所述钢刷本体32的侧表面和左右端面分别设有刷毛。通过所述钢刷3可以刮擦待清洁管具0内壁上的锈蚀层等难以去除的污垢，同时也有助于排出残积在待清洁管具0底部的污垢碎屑及其它杂物。这里，所述钢刷3的规格与待清洁管具0的规格相匹配。

如图13和图14所示，具体地，所述接头4主要由接头连接段41、环状布设的X个接头连接翼板42和布设在接头连接翼板42顶面中部的X个支腿连接孔43组成(X＝3或4)。X个接头连接翼板42环状布设在接头4中部的外圆周面上，主要有两种布设方式：①当X＝4时，即四个接头4连接翼板42互呈90°的方式环状布设在接头4中部的外圆周面上；②当X＝3时，即三个接头4连接翼板42互呈120°的方式环状布设在接头4中部的外圆周面上。

本实施例中，所述接头4的主要作用是作为连接支腿5和滚轮6的载体，同时还作为管路的一部分供清洁液流通。本发明中的两个接头4分别布设在右喷头7的左右两侧，这样的布置方式主要是基于三点进行的综合考虑：①由右喷头7产生的若干束高压射流的反推力较大，可能导致产生较大的振动；②设置于最右端的清障钻头10在清洁障碍物的过程中也需要提供可靠的支撑；③整个装置左端部分(左喷头1、清管器2、钢刷3)的支撑和导正可由清管器2和钢刷3提供，而本发明右端部分(右喷头7、封堵接头9和清障钻头10)的支撑和导正则需由布设在右喷头7两侧的两个接头4、支腿5和滚轮6的组合提供。

如图15所示，每个支腿5的顶端均连接一个滚轮6，滚轮6可设置为固定轮或万向轮。当一组安设三个滚轮时，可将其设置为万向轮以实现转向功能，从而适应弯曲管具内壁的清洁。

本实施例中，滚轮6为橡胶或其它适宜的材料制成，在滚轮6的中部设有用于固定连接的滚轮中心孔61，在滚轮6外圆周的表面上按一定规律均匀布设有仿生非光滑单元62，所述的仿生非光滑单元包括：凹坑型、凸包型、棱纹型和耦合型。仿生非光滑单元的仿生原型为自然界中具备防粘、脱附、减阻、降耗、耐磨等功能的动植物表面(如：蜣螂、蜻蜓、荷叶、贝壳等的表面均有按一定规律排布的凹坑、凸包或棱纹等结构)。其中，凹坑和凸包的截面形状主要为半球形、圆形和矩形，如图16-18，表面仿生非光滑单元为半球形截面凹坑型滚轮的示意图，如图19-21，表面仿生非光滑单元为圆形截面凹坑型滚轮的示意图，如图22-24，表面仿生非光滑单元为矩形截面凹坑型滚轮示意图；如图25-27，表面仿生非光滑单元为半球形截面凸包型滚轮的示意图，如图28-30，表面仿生非光滑单元为圆形截面凸包型滚轮的示意图，如图31-33，表面仿生非光滑单元为矩形截面凸包型滚轮的示意图。棱纹的截面形状主要为圆弧形、矩形、正三角形和V字形，如图34-35，表面仿生非光滑单元为圆弧形截面棱纹型滚轮的示意图；如图36-37，表面仿生非光滑单元为矩形截面棱纹型滚轮的示意图；如图38-39，表面仿生非光滑单元为正三角形截面棱纹型滚轮的示意图；如图40-41，表面仿生非光滑单元为V字形截面棱纹型滚轮的示意图。耦合型主要包括凹坑-凸包耦合、凹坑-棱纹和凸包-棱纹耦合，如图42-44，表面仿生非光滑单元为凹坑-凸包耦合型滚轮的示意图；如图45-47，表面仿生非光滑单元为凹坑-棱纹耦合型滚轮的示意图，如图48-50，表面仿生非光滑单元为凸包-棱纹耦合型滚轮的示意图。

所述滚轮6外圆周的表面上布设的仿生非光滑单元62与滚轮表面接触面的表面积占其总表面积的10％～50％；所述仿生非光滑单元62的结构参数主要有直径(宽度)a、中心距b、长度l、深度(高度)c和排布方式；其中，仿生非光滑单元62的深度(高度)c一般为其直径(宽度)a的0.5～1倍，相邻两个仿生非光滑单元的中心距b一般为其直径(宽度)a的1～3倍，弧形表面上相邻两排仿生非光滑单元的中心至滚轮圆心的夹角θ一般为5°～30°；棱纹型仿生非光滑单元的长度l为滚轮弧形表面的宽度；仿生非光滑单元62的排布方式优选为均匀布置且相邻两排交错布设的形式，也可采用放射状、同心圆状或其它适宜的排布方式。

如图51所示，本实施例中，所述右喷头7包括两个右喷头连接段71和右喷头本体72，两个所述右喷头连接段71轴向共线设置在所述右喷头本体72的左右两端，且两个所述右喷头连接段71相互连通，两个所述右喷头连接段71远离所述右喷头本体72的一端分别与位于所述右喷头(7)左右两端的两个所述接头(4)对应连接；所述右喷头本体72的侧表面上设有若干个右喷头连接孔，所有所述右喷头连接孔均与所述管路连通，且所述喷嘴8一一对应地设置在所述右喷头连接孔处，并与所述右喷头连接孔连通。通过所述右喷头7及喷嘴8喷射出高压射流可以对待清洁管具0内壁的全断面进行有效清洁，保障清洁效果。

同样地，与左喷头1类似，综合考虑到平面与平面间的密封性能优于曲面，以及加工的难易程度，故右喷头7为N边棱柱(N≥4)，在右喷头7的N个侧表面上对称地安置着若干个喷嘴8，基于应对待清洁管具0内壁的全断面进行有效清洁，当N＝4时，每个侧面为五个以梅花状方式均匀设置的喷嘴8，当N＞4时，每个侧面为三个以直线方式均匀安置的喷嘴8，且随着右喷头7侧面数量N的增加，每个侧面仿生喷嘴8的安置数量可适当减少，在本发明申请书附图中N＝4。

需要指出的是，本发明中，所述右喷头7和左喷头1均可以选用固定喷射式喷头，也可以选用旋转喷头，以实现在旋转高压射流的作用下对待清洁管具0的内壁进行旋转喷射式清洁，并推进整个装置在待清洁管具0内移动。

特别地，所述右喷头7和左喷头1上设置喷嘴8的数量可以根据实际情况进行调整，对于没有安装喷嘴8的右喷头连接孔和左喷头连接孔，则可以通过连接一个与之相匹配的螺钉等进行密封封堵，避免内部的清洁液漏失。

如图52和图53所示，本实施例中，所述喷嘴8包括喷嘴入口段81、喷嘴出口段82和连接本体83，所述喷嘴入口段81与喷嘴出口段82通过所述连接本体83连接，且二者相互连通，所述喷嘴入口段81与对应的所述左喷头1或右喷头7连接，所述喷嘴出口段82喷射高压射流并对待清洁管具0的内壁进行清洁。由所述喷嘴8喷出的高压射流，结合对应的右喷头7或左喷头1，可对待清洁管具0的内壁进行高压射流清洁，具有较好的清洁效果，同时，由所述左喷头1结合喷嘴8向左斜向喷射出的高压射流产生的反推力还有驱动整个清洁装置移动的效果。本实施例中，所述喷嘴8均匀布设在所述右喷头7或左喷头1上，以对待清洁管具0内壁进行全面有效的清洁。为了方便所述喷嘴8的安装和卸载，所述连接本体83优选设置为六棱柱体。

优选地，所述清管器2、钢刷3、接头4的通孔内壁面以及所述喷嘴8的内壁面上均设有若干环槽84，所述若干环槽84的设置方向与清管器2、钢刷3、接头4的通孔内壁以及所述喷嘴8的内壁面垂直。间隔且垂直地设置在所述清管器2、钢刷3、接头4的通孔内壁以及所述喷嘴8的内壁上的若干环槽84，使原本连续光滑的所述清管器2、钢刷3、接头4的通孔内壁表面以及所述喷嘴8的内壁表面变得不连续且非光滑(凹凸不平)，呈现仿生非光滑形态，因而清洁液在所述清管器2、钢刷3、接头4以及喷嘴8内部流动时，可以在所述环槽84内形成反转的涡流，由反转的涡流造成了环槽84内清洁液与环槽84外清洁液的“液-液”接触，从而形成“涡垫效应”；处于环槽84内部反转的涡流与在环槽84外清洁液之间的接触表面上的摩阻力形成了附加动力，这对处于环槽84外部的清洁液而言产生了“推进效应”；若干环槽84内反转的涡流，宛如若干安装在清管器2、钢刷3、接头4和喷嘴8内壁面上的“液力轴承”一般，能够有效降低清洁液在它们的内部流动过程中与它们内壁面之间的摩阻力损耗；由于若干环槽84内反转的涡流，还可改变清洁液中混杂的固相颗粒的运动状态，有利于驱离欲与清管器2、钢刷3、接头4和喷嘴8内壁面接触的固相颗粒，即产生“驱离效应”；同时，由于若干环槽84的设置，使得混杂在清洁液中的固相颗粒对所述清管器2、钢刷3、接头4的通孔内壁面以及所述喷嘴8的原本光滑的内壁面的连续刮划变得不连续，且当混杂在清洁液中的固相颗粒撞击到凹凸不平的非光滑表面时，容易形成反弹效果而改变其运动轨迹，在此综合作用下有助于提升所述清管器2、钢刷3、接头4的通孔内壁面以及所述喷嘴8的内壁面的耐磨性能，延长所述清管器2、钢刷3、接头4以及所述喷嘴8的使用寿命等诸多功效。

本实施例中，所述环槽84与对应的清管器2、钢刷3、接头4和喷嘴8内壁面接触面的表面积分别占对应的清管器2、钢刷3、接头4和喷嘴8内壁面总表面积的10％～50％；环槽84的结构参数主要包括环槽宽度w、环槽深度d、相邻环槽的中心距D(或环槽个数n)，以及环槽的设置方式；其中，环槽深度d为(0.2～1.5)w，相邻环槽的中心距D为(1～10)w，环槽84的方式包括设置方向和分布方式两方面，其中环槽84的设置方向应垂直于所述清管器2、钢刷3、接头4和喷嘴8的内壁面，环槽84的分布方式优选为线性均匀分布于所述清管器2、钢刷3、接头4和喷嘴8的内壁面上，此外，环槽84的分布方式还可为放射状分布、同心圆状分布或其它适宜的分布方式等。

如图53所示，所述喷嘴8上靠近喷射端的收缩段呈圆锥状，且位于收缩段内壁上的所述环槽84与圆锥面垂直设置。需要说明的是，本发明中，所述右喷头7和左喷头1与对应的所述喷嘴8均为可拆卸式连接，且所述喷嘴8的类型不限于附图中的这一种，除了可以使用本发明中涉及的喷嘴8外，还可以用其它类型的喷嘴，比如更换使用空化射流喷嘴、脉冲射流喷嘴等其它类型的喷嘴，这里不做限定。

本发明中涉及的仿生非光滑单元62和环槽84均可通过机械加工、化学刻蚀、激光加工、3D打印和粉末冶金等方式实现。

如图54所示，优选地，所述喷嘴8上设有用于调节其喷射方向和喷射角度的弯接头85，所述弯接头85的一端与所述左喷头1或右喷头7连接，另一端与所述喷嘴入口段81连接，且所述喷嘴入口段81通过所述弯接头85与对应的所述左喷头1或右喷头7连通。通过所述弯接头85可以在一定范围内调整喷嘴8喷射出的高压射流的喷射方向和喷射角度，使得整个清洁装置在清洁的过程中有更加灵活的清洁范围，确保待清洁管具0的内壁不存在清洁死角，保证清洁质量。

如图55所示，本实施例中，所述清障钻头10包括清障钻头连接段101、清障钻头基底102和多个清障钻头刃具103，所述清障钻头连接段101的左端与所述右喷头7右端的所述接头4连接，右端与所述清障钻头基底102连接，多个所述清障钻头刃具103均匀设置在所述清障钻头基底102的右端面上。通过所述清障钻头10可以清洁整个清洁装置在待清洁管具0内移动过程中遇到的障碍物，尤其是清洁相对坚硬的障碍物，可通过设置在所述清障钻头基底102的右端面上的所述清障钻头刃具103刺穿并清洁。

当然，清障钻头10不限于上述涉及到的这种，也可采用包括具有喷射功能等的其它具有清障功能的钻头类型。

优选地，所述多工艺耦合式管具内壁仿生清洁装置还包括封堵接头9，所述封堵接头9设置在所述右喷头7与靠近其右端的所述接头4之间，且所述封堵接头9的一端与所述右喷头7连接，另一端与所述靠近右端的所述接头4连接。通过设置所述封堵接头9可以防止管路内的清洁液进一步向右流动，且能够尽可能地降低清洁液在管路中流动过程中的能耗和损失，提高清洁液的有效利用率，当所述清障钻头10为喷射式钻头时，可以通过选择性安装或拆卸所述封堵接头9来实现清障钻头10的清障以及清障和喷射复合式清洁。

如图56所示，具体地，所述封堵接头9包括封堵接头第一连接段91、封堵接头第二连接段92和设置在二者之间的封堵隔板93，所述封堵接头第一连接段91的左端与位于所述右喷头7右端的所述接头4连接，所述封堵接头第二连接段92的右端与所述清障钻头10连接。

使用本发明清洁完管具内壁后，可使用抽吸泵将由喷头产生高压射流残留在管具内的积液吸出，再根据现场的实际情况，对本发明的清洁装置进行灵活调整，可分为两种情况：①若此时管具内壁已清洁干净(无残留污垢)，则可将本发明中的清障钻头、钢刷和清管器卸去，仅留下剩余的部分并按顺序重新连接起来，将高压泵替换为高压气泵或空压机，此时由右喷头和左喷头产生的是空气射流，可对管具内壁进行及时干燥，以防其表面再次氧化锈蚀；②若此时管具内壁仍有部分残留污垢未清洁干净，视污垢的残留多寡情况，当污垢残留较多时，可使用本发明仍以清洁液为工作介质重新清洁一遍，当污垢残留较少时，可将高压泵替换为高压气泵或空压机，使用本发明以压缩空气为工作介质重新清洁一遍，在清洁的同时，亦可起到空气干燥管具内壁的作用。

本发明的多工艺耦合式管具内壁仿生清洁装置，集高压射流清洁、清管器刮削、钢刷刮擦、清障钻头清障多工艺耦合式对待清洁管具内壁进行有效清洁，具有高效、环保、低耗、应用面广、灵活性和适应性强，全方位无死角且可去除常规方法难以清洁的污垢等一系列显著优势。

实际作业时，首先将作业所需的水箱、高压泵、高压管和本发明的清洁装置连接起来，向水箱内蓄足清洁所需的清洁液，在待清洁管具0的两端出口处各设置一个用于收集污液等杂物的集污池(罐)，将本发明的清洁装置置于待清洁管具0内部通孔的起始端，此时设置于清洁装置中部左右两端的滚轮6置于待清洁管具0的内壁面上，且应确保本发明整体对中、摆正，严禁歪斜。启动高压泵，由高压泵从水箱内往复抽吸并泵送的清洁液，流经由高压管、左喷头1、清管器2、钢刷3、接头4内的通孔组成的管路后到达右喷头7，由于受到清障钻头10(当安装了封堵接头9后为封堵接头9)的限制，清洁液不能再向右流动，而是从设置于右喷头7上的喷嘴8高速喷出，形成若干束能量相对集中的高压射流，若高压泵提供的清洁液的流量足够大，则此时的清洁液无法全部从右喷头7喷出，而是会在管路中积蓄起来，并由设置于左喷头1上的喷嘴8喷出后形成若干束能量相对集中的高压射流。由于高压射流喷射角度和喷射方向的不同，由右喷头7喷出的高压射流，主要用于全断面清洁管具内壁，故其喷射方向应指向管具的内壁面，喷射角度应控制在40°～90°的范围内；而由左喷头1喷出的高压射流，主要用于提供本发明向右移动的推进力，同时也具有清洁管具内壁的作用，故其喷射方向应指向与清洁装置前进方向相反的方向，喷射角度应控制在10°～30°的范围内。

由于本发明中各部件均为独立的零部件，因而上述提供的连接方案不是唯一的，完全可以根据实际情况灵活调整各零部件的连接顺序、数量等，从而更好地适应待清洁管具的实际情况，发挥最佳的清洁效果。

本发明中，清洁液为清水或者其它符合要求的环保型清洁剂。

本发明的多工艺耦合式管具内壁仿生清洁装置还可以配合防水型高清摄像头和强光源等一起使用，通过有线或无线传输的方式把高清摄像头拍摄到管具内部的情况实时返回电脑或监视器等供技术人员决策，以实现对管具内部情况的准确把握，做到有的放矢，从而更好地确保对管具内壁的清洁和修复等作业的效果。

本发明还提供了一种所述的多工艺耦合式管具内壁仿生清洁装置的清洁方法，包括如下步骤：

步骤1：将所述清洁装置与通有清洁液的外部高压管连通；

步骤2：将所述清洁装置从待清洁管具0的一端置入，并确保装有所述清障钻头10的一端朝向待清洁管具0的另一端；

步骤3：接通外部高压管并对待清洁管具0内壁进行清洁，具体为：清洁液从外部高压管0进入所述管路后分别在所述左喷头1和右喷头7上的所述喷嘴8处形成高压射流喷向待清洁管具0内壁，对待清洁管具0内壁进行清洁，同时从所述左喷头1上的所述喷嘴8喷出的高压射流产生的反推力驱动所述清洁装置在待清洁管具0内移动，同步地，所述清管器2对待清洁管具0内壁刮削，所述钢刷3对待清洁管具0的内壁刮擦，所述清障钻头10对待清洁管具0的内部进行清障；

步骤4：重复上述步骤2和步骤3，对待清洁管具0的内壁进行多次清洁。

本发明的多工艺耦合式管具内壁仿生清洁装置的清洁方法，集左喷头高压射流清洁、清管器刮削、钢刷刮擦、右喷头高压射流全断面清洁和清障钻头清障多工艺耦合式的有效清洁，同时左喷头上的喷嘴喷出的高压射流产生的反推力驱动整个清洁装置在管具内移动，具有高效、环保、低耗、应用面广、灵活性和适应性强，全方位无死角且可去除常规方法难以清洁的污垢等一系列显著优势。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。