一种工业烟道清灰设备及其控制方法与流程

本发明涉及除尘设备技术领域，尤其是一种工业烟道清灰设备及其控制方法。

背景技术：

在现在的企业当中燃烧炉、窑炉中通常设置一个烟道，将燃烧中产生的烟气与小颗粒烟尘输送到除尘设备当中。为防止烟气中粉尘在烟道中沉积，一般要求管道的烟气流速为10～15米/秒，因特殊原因必须降低烟气流速至7米/秒左右，而烟尘含有多种成分，流速低的情况下容易产生积灰，在烟气湿度大且烟气温度低于酸露点时就容易在烟道上形成烟垢。积灰不仅对烟道本身有更大的腐蚀性，同时在一些场景上，如辐射管、石油化工厂、锅炉等一些场景，积灰会使其传热效果变差。为了满足一些生产的工艺要求，可能就要求炉膛的温度需要因此而提高，这样做不仅增加了燃料的消耗量，炉膛温度升高同时也会影响烟气温度，增加了烟气的热损失，从而消耗更多的燃料。在石油化工厂等环境，由于积灰的增多，就需要停产进行人工清灰，不仅会引起全厂的热力系统波动，而且还会造成更多的能源浪费。

现有大部分清灰技术大部分都是应用在锅炉等需要持续加热的环境，对于纯粹作为烟气过渡阶段的烟道目前还比较少专门的设备进行清灰。同时，大部分的清灰方式比较单一，无论是蒸汽清灰亦或是目前较前沿的燃气脉冲吹灰技术，都是通过介质对积灰进行处理，在一方面由于技术的先进性提高了成本，另一方面在烟气流速无法完全满足吹出水平烟道的残留积灰的情况下，这些清灰方式对这部分积灰的清理效果欠佳。

根据目前发展状况市场需求，研究一款便于自动智能化清灰、清灰效果好的工业烟道清灰设备的关键技术是十分必要的。

技术实现要素：

鉴于背景技术所存在的清灰效果差和智能化程度低的技术问题，本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种自动智能化清灰、清灰效果好的工业烟道清灰设备及其控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术措施：

一种工业烟道清灰设备，包括烟道管、动力机构、同步带轮机构、移动清扫机构、喷吹管、灰斗自动装卸机构和底座；所述动力机构驱动设置于所述烟道管内的同步带轮机构运动；所述同步带轮机构包括主动轮、从动轮和同步带；所述主动轮和所述从动轮设置于所述烟道管内壁上；所述移动清扫机构包括滑杆固定块、滑杆、机械臂和清扫件；所述滑杆固定块固定设置于所述烟道管内壁上；所述清扫件呈圆弧带状且紧贴烟道管内壁设置；所述机械臂套设于所述滑杆上，且一端与所述清扫件固定连接，另一端与所述同步带固定连接；所述灰斗自动装卸机构固定于所述底座上；所述灰斗自动装卸机构包括进灰道、挡灰件、丝杆、伺服电机和若干个设置在丝杆上的灰斗；所述进灰道的进灰口设置于所述烟道管内壁末端。

作为进一步改进，所述动力机构、同步带轮机构和移动清扫机构的数量分别为两个；两个所述动力机构分别设置于烟道管轴向方向上的外壁两边；所述动力机构包括驱动电机、主动齿轮和从动齿轮；每个所述从动齿轮与所述主动轮同轴传动连接。

作为进一步改进，两个所述清扫件呈半圆弧带状且圆弧两端分别通过两个所述机械臂进行固定连接；两个所述清扫件设置于所述烟道管轴向方向上的不同位置且在轴向投影面上关于烟道管圆心中心对称分布。

作为进一步改进，所述清扫件包括依次内外设置的金属固定层和软性毛刷层；所述金属固定层和软性毛刷层通过螺栓固定连接，所述软性毛刷层与所述烟道管内壁相接触。

作为进一步改进，所述喷吹管包括进气口和喷吹管主体；所述进气口贯穿所述烟道管壁设置；所述喷水管主体上开有若干个出气口；所述喷吹管的数量为两个且所述喷吹管主体分别设置于所述清扫件外侧用于对清扫件上的灰尘进行喷吹。

作为进一步改进，进一步包括plc控制系统，所述主动轮和所述从动轮处的所述烟道管内壁进一步各设置有一红外距离传感器以控制所述机械臂实现循环往复运动。

作为进一步改进，所述挡灰件包括挡灰板和与所述挡灰板相连接的气缸；所述进灰道侧面上开有与所述挡灰板相适配的矩形槽；所述气缸可推动所述挡灰板穿过所述矩形槽以实现阻止灰尘继续由所述进灰道落入所述灰斗中。

作为进一步改进，所述灰斗的数量为两个且分别设置于所述丝杆任意一端和所述进灰道下方；所述灰斗包括灰斗主体、灰斗固定板和滑块；所述灰斗固定板用于固定所述灰斗主体；所述滑块与所述灰斗固定板相固定连接并可带动灰斗主体在所述丝杆上运动；所述灰斗主体内设置有压力传感器。

作为进一步改进，所述底座上还进一步设置有两个位于所述丝杆两端的光传感器和一个位于所述丝杆中部的位置传感器。

一种工业烟道清灰设备的控制方法，包括以下步骤：

s1：所述驱动电机启动并通过传动轴连接所述同步带带轮机构启动带动所述清扫件开始做直线运动；

s2：在机械臂到达所述同步轮的任意一端的极限位置前，通过所述红外距离传感器反馈给所述plc控制系统以控制所述驱动电机制动，同时控制所述喷吹管喷吹压缩空气，对所述清扫件进行吹灰操作；

s3：所述plc控制系统在所述驱动电机制动4s到7s后控制所述驱动电机反转；

s4：在机械臂到达所述同步轮的另一端的极限位置前，通过所述红外距离传感器反馈给所述plc控制系统以控制所述驱动电机制动，同时控制所述喷吹管喷吹压缩空气，对所述清扫件进行吹灰操作；

s5：所述plc控制系统在所述驱动电机制动4s到7s后控制所述驱动电机反转；

s6：重复s2～s5步骤直至所述驱动电机停止。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

1、本发明一种工业烟道清灰设备中的移动清扫机构采用了机械臂来连接清扫件和滑杆的结构实现清扫件的直线运动，同时通过模仿毛刷刷毛的形状设计清扫件外层，同时选用硅橡胶这种软性材料，在清理过程中不会对烟道壁产生不必要的磨损破坏。同时刷毛在运动过程中由于阻力产生的振动，对积灰的清扫也有着更加良好的效果。

2、本发明一种工业烟道清灰设备通过采用同步带、驱动直流电机配合plc控制系统实现机械臂的不间断循环反复运动，通过传感器的反馈与直流电机良好的启动制动性能实现清扫臂准确启动与制动，避免清扫臂越过极限位置对其他机构产生不必要的破坏，同时同步带能够使机械臂使用更低的资源实现更长时间的清扫运动，提高清扫的效果与效率。

3、本发明一种工业烟道清灰设备中通过使用压力传感器控制灰斗的承载量，同时自动装卸装置在plc控制系统下能够实现对满载的灰斗进行更换操作，通过报警灯提醒作业人员对灰斗中的积灰进行处理。通过这些装置不仅能够准确的把控灰斗的承载情况，同时通过气动装置配合，避免更换灰斗时烟道处于开放状态，自动更换装置也避免了进行人为更换灰斗，提高了工作效率。

4、本发明一种工业烟道清灰设备整体结构简单，维护、安装、检查等较为方便，操作和控制简便，任何工作人员很容易地使用它。

附图说明

附图1是本发明一种工业烟道清灰设备的结构示意图；

附图2是本发明一种工业烟道清灰设备中的局部结构示意图；

附图3是本发明一种工业烟道清灰设备中的局部结构示意图。

主要元件符号说明

烟道管10、

动力机构20、驱动电机21、主动齿轮22、从动齿轮23、

同步带轮机构30、主动轮31、从动轮32、同步带33、

移动清扫机构40、滑杆固定块41、滑杆42、机械臂43、清扫件44、

喷吹管50、进气口51、喷吹管主体52、

灰斗自动装卸机构60、进灰道61、挡灰件62、挡灰板621、气缸622、丝杆63、伺服电机64、灰斗65、灰斗主体651、灰斗固定板652、滑块653、

底座70、

红外传感器80、

光传感器90、

位置传感器100、

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

请参考图1至图3，实施例中，一种工业烟道清灰设备，包括烟道管10、动力机构20、同步带轮机构30、移动清扫机构40、喷吹管50、灰斗自动装卸机构60和底座70；所述动力机构20固定于设备外并通过外部的其他设备以固定烟道管10；所述同步带轮机构30和移动清扫机构40设置与所述烟道管10内部；所述烟道管10和所述底座70通过所述灰斗自动装卸机构60实现固定连接；整体采用各个的配合，可以高效率地实现动力由动力机构20到同步带轮机构30到移动清扫机构40的传递从而实现清扫机构对烟道管10内壁的清理，功能易行，结构稳定。

请参考图1至图2，实施例中，所述动力机构20驱动设置于所述烟道管10内的同步带轮机构30运动；所述同步带轮机构30包括主动轮31、从动轮32和同步带33；所述主动轮31和所述从动轮32设置于所述烟道管10内壁上；所述移动清扫机构40包括滑杆固定块41、滑杆42、机械臂43和清扫件44；所述滑杆固定块41固定设置于所述烟道管10内壁上；所述清扫件44呈圆弧带状且紧贴烟道管10内壁设置；所述机械臂43套设于所述滑杆42上，且一端与所述清扫件44固定连接，另一端与所述同步带33固定连接；所述灰斗自动装卸机构60固定于所述底座70上；所述灰斗自动装卸机构60包括进灰道61、挡灰件62、丝杆63、伺服电机64和若干个设置在丝杆63上的灰斗65；所述进灰道61的进灰口设置于所述烟道管10内壁末端。

进一步地，所述动力机构20、同步带轮机构30和移动清扫机构40的数量分别为两个；两个所述动力机构20分别设置于烟道管10轴向方向上的外壁两边；所述动力机构20包括驱动电机21、主动齿轮22和从动齿轮23；每个所述从动齿轮23与所述主动轮31同轴传动连接；每个所述移动清扫机构40的滑杆固定块41的数量为两个分别设置于同步轮两端。

具体的，两个所述清扫件44呈半圆弧带状且圆弧两端分别通过两个所述机械臂43进行固定连接；两个所述清扫件44设置于所述烟道管10轴向方向上的不同位置且在轴向投影面上关于烟道管10圆心中心对称分布；所述清扫件44包括依次内外设置的金属固定层和软性毛刷层；所述金属固定层和软性毛刷层通过螺栓固定连接，所述软性毛刷层与所述烟道管10内壁相接触。所述机械臂43侧面呈圆弧状且与所述清扫件44相贴合设置，下方进行设置有一滑槽块，所述滑槽块上开有滑槽供同步带33穿过并通过螺栓将所述滑槽块与所述同步带33固定连接。

移动清扫机构40采用了机械臂43来连接清扫件44和滑杆42的结构实现清扫件44的直线运动，同时通过模仿毛刷刷毛的形状设计清扫件44外层，同时选用硅橡胶这种软性材料，在清理过程中不会对烟道壁产生不必要的磨损破坏。同时刷毛在运动过程中由于阻力产生的振动，对积灰的清扫也有着更加良好的效果。

同时考虑到需要满足烟气中使用，同步带33选用弧齿同步带33，材料使用硅橡胶。硅橡胶使用温度在-50℃～250℃之间，最高承受温度远大于烟道环境温度，同时硅橡胶拥有良好的耐腐蚀性。相比其他类型同步带33如平带、v带等，弧齿同步带33不需要过高的张紧力要求，不存在打滑等现象，同时拥有较大的转矩。使用过程中由于同步带33与同步带33轮啮合时，带齿会将内部空气从轮槽的两边挤出去，空气被挤出去时同时带走其中的烟灰，从而达到避免积灰的效果，可用于较恶劣的粉尘环境。在其他性能上，弧齿同步带33拥有良好的耐磨性，无需润滑。

请参考图2，实施例中，所述喷吹管50包括进气口51和喷吹管主体52；所述进气口51贯穿所述烟道管10壁设置；所述烟道管10内壁上开有圆槽以供所述喷吹管主体52固定放置；所述喷水管主体上开有若干个出气口；所述喷吹管50的数量为两个且所述喷吹管主体52分别紧贴所述清扫件44外侧设置用于对清扫件44上的灰尘进行喷吹。

具体的，通过plc控制系统控制压缩空气进入喷吹管50，通过喷吹管50上预留的出气口喷吹压缩空气达到清除清扫件44清扫过程中粘附的积灰的效果。同时由于清扫件44在水平方向上的阻挡，压缩空气会朝两边喷出，对烟道底部的积灰进行吹扬操作，使之更容易被风力带出烟道。同时也避免烟灰堆积于清扫臂极限位置处。所述喷吹管50采用重量更轻的铝合金材料。

请参考图1，实施例中，所述主动轮31和所述从动轮32处的所述烟道管10内壁进一步各设置有一红外传感器80以控制所述机械臂43实现循环往复运动；采用这样的设置可以有效实现驱动电机21在运动到极限位置时候的制动以实现机械臂43的不断往复运动。

请参考图1和图3，实施例中，所述底座70上还进一步设置有两个位于所述丝杆63两端的光传感器90和一个位于所述丝杆63中部的位置传感器100；所述底座70上还设置有一报警灯；所述底座70上还设置有铝型材用于固定和支撑所述灰斗自动装卸机构60。

进一步的，所述灰斗65的数量为两个且分别设置于所述丝杆63任意一端和所述进灰道61下方；所述灰斗65包括灰斗主体651、灰斗固定板652和滑块653；所述灰斗固定板652用于固定所述灰斗主体651；所述滑块653与所述灰斗固定板652相固定连接并可带动灰斗主体651在所述丝杆63上运动；所述灰斗主体651内设置有压力传感器。

具体的，所述灰斗固定板652上开设有卡槽，同时两侧设置可翻转的卡扣实现固定效果；将所述灰斗主体651放入卡槽中，将两端卡扣翻转卡进灰斗主体651中，保证灰斗65可以固定在机构上，限制灰斗65的自由度，需要拆卸时只需用力将卡扣掰开，灰斗65即可顺利从机构中分离出来清理灰斗65内积灰。

请参考图1和图3，实施例中，所述挡灰件62包括挡灰板621和与所述挡灰板621相连接的气缸622；所述进灰道61侧面上开有与所述挡灰板621相适配的矩形槽；所述气缸622可推动所述挡灰板621穿过所述矩形槽以实现阻止灰尘继续由所述进灰道61落入所述灰斗65中；采用这样的结构同时配合灰斗主体651内的压力传感器来检测使用情况从而控制挡灰板621推入矩形槽以暂时阻止灰尘继续进入灰斗主体651以实现下方灰斗主体651的更换。

综上，通过压力传感器对灰斗主体651内积灰重量进行测量，当灰斗65内积灰重量达到额定值时，报警灯闪烁且plc控制系统控制气缸622推出，挡灰块阻止积灰继续落入灰斗主体651，继而丝杠电机转动控制已满灰斗主体651移出落灰口，通过两个光传感器90控制电机制动确定灰斗主体651的位置，同时通过获得的传感器信号不同确定电机的正反转。当灰斗65到达指定位置时，通过丝杆63中部的位置传感器100确定灰斗65是否到达落灰口，如果是则气缸622收回，若否则报警灯持续闪烁提醒作业人员查看。采用这样的控制方式不仅能够准确的把控灰斗65的承载情况，同时通过气动装置配合，避免更换灰斗65时烟道处于开放状态，自动更换装置也避免了进行人为更换灰斗65，提高了工作效率。

一种工业烟道清灰设备的控制方法，包括以下步骤：

s1：所述驱动电机21启动并通过传动轴连接所述同步带33带轮机构启动带动所述清扫件44开始做直线运动；

s2：在机械臂43到达所述同步轮的任意一端的极限位置前，通过所述红外距离传感器反馈给所述plc控制系统以控制所述驱动电机21制动，同时控制所述喷吹管50喷吹压缩空气，对所述清扫件44进行吹灰操作；

s3：所述plc控制系统在所述驱动电机21制动4s到7s后控制所述驱动电机21反转；

s4：在机械臂43到达所述同步轮的另一端的极限位置前，通过所述红外距离传感器反馈给所述plc控制系统以控制所述驱动电机21制动，同时控制所述喷吹管50喷吹压缩空气，对所述清扫件44进行吹灰操作；

s5：所述plc控制系统在所述驱动电机21制动4s到7s后控制所述驱动电机21反转，优选的，时间为5s；

s6：重复s2～s5步骤直至所述驱动电机21停止。

采用这样的控制方式可以通过传感器的反馈与直流电机良好的启动制动性能实现清扫臂准确启动与制动，避免清扫臂越过极限位置对其他机构产生不必要的破坏。

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