空泡爆冲射流管线清洗器的制作方法

本实用新型涉及一种管道清洗设备，特别是涉及一种空泡爆冲射流管线清洗器。

背景技术：

目前，管线的清洗主要分为化学清洗和物理清洗。

化学清洗利用化学药剂与污垢产生化学反应，使污垢溶解随清洗液流出，达到去除污垢的目的。主要包括：酸洗法、碱洗法、有机溶剂清洗法和表面活性剂清洗法。化学清洗根据污垢的成份采用不同的化学清洗液。对于油脂性污垢适宜采用呈碱性的清洗液，强碱溶液可以将大分子有机物水解成具有亲水性的分子，溶解到水中后被洗掉，清洗效果明显。对于无机盐污垢适宜采用呈酸性的清洗液，如用稀硫酸，稀盐酸清除厚氧化皮和铁锈，用盐酸除去锅炉水管中的硅酸盐、钙盐等污垢。化学清洗方法会对管道产生腐蚀性，需考虑管道材质，通常选用稀酸和有机酸等清洗，对于碳素类钢管采用稀硫酸、稀盐酸为主，合金钢类，硝酸、氢氟酸为主。污垢往往需要浸泡，施工时间长，化学法清洗环保也要求严格。

物理清洗则是利用外来能量作用，产生打击力和压力冲击波作用于管道内壁面污垢，使其破碎、脱落，物理清洗方法应用达到整个工业清洗的75％。物理清洗方法包括高压水射流清洗、PIG清洗、机械清洗、喷砂清洗等。

(1)高压水射流清洗

高压水射流清洗时用清水为媒介，通过高压泵、高压水枪使水流以高速高压状态射出，强大的水流冲击压力以一定角度作用在管道内壁面污垢上，从而使污垢脱落，达到清洗的效果。目前，该方法在工业清洗当中具有广泛的应用。但是其清洗压力大，工程上通常在40-70MPa的压力下进行，并且清洗设备投资大，复杂结构管线要求先解体再清洗、工程量繁杂。

针对长距离管线清洗，研究方向主要集中在喷嘴的研究和靶距的设计优化。国外，高压水射流的研究倾向于泵、阀等的研究，在压力高时，泵的稳定性将受到大的挑战，若采用旋转式的喷嘴其密封性也是一个技术难题。

(2)PIG清洗

PIG清管技术是一项国外发明的物理清管技术，1983年引入中国，这种技术是目前国内中、长距离管道的清洗的主要手段。这项技术采用的主要设备是清洗器，清洗器的绝大多数的结构是由中轴和前后两个密封面组成。密封面具有封水(压)功能，也是唯一的清垢工具。传统清洗器的密封面普遍采用橡胶、聚氨酯或泡沫制作而成。

PIG清洗器的清垢原理是：把清洗器投放到管道中，用液体作为推动力，清洗器的密封面可以阻止液流通过，在清洗器前后形成压差，推动清洗器向前行进，行进过程中通过密封面(橡胶、聚氨酯或泡沫)的推、挤和刮将垢清除下来。PIG清洗器只能单向向前行进，如果在管道内发生卡滞，则需要专用工具才能将其从管道中取出，弯管、变径管道也不能通过，需要断开清洗。

(3)机械法清洗

采用通过驱动力推动旋转机械头部安装的各种类型的钻头、刀具或钢丝刷实现清洗管道的目的。机械法清洗因清除的污垢不同而有不同结构的装置，如装有圆锥形皮碗和弹性底座的清洗器，装有刮刀和锥形皮碗的球形清洗器和装有多个钢刷的清管刷等。装有圆锥形皮碗和弹性底座的清洗器对清除松软的沉积物是很有效的，但是对粘性的沉积物或硬蜡垢的清除效果欠佳。因为当皮碗或刮刀通过时有弯曲的倾向，带弹性导向支座的钢刷同样会弯曲，但它能穿入到坚硬的沉积物里去，因此比刮刀清蜡效果要好得多。POL-LY型清洗器如果是由密度很硬的塑料制成，并装有钢制刷或刮刀时，则对清除石蜡和污垢有很好的效果。机械清洗器的优点是清洗效果好，坚固耐用，制造工艺简单而广泛应用在长输管道上。但机械清洗的动力源不易控制，弯曲管施工有困难。

(4)喷砂清洗可分为干喷砂和湿喷砂

为抑制粉尘的发生，干喷砂需配备集尘装置，湿喷砂需在水中添加缓蚀剂以防锈。近年来在高压水射流清洗技术基础上，开发出磨流射流技术。其原理是在高速水射流形成真空作用下，引射石英砂等磨料，形成均匀的两相射流，其除锈效果十分显著，金属表面均匀发亮。喷砂清洗对短小口径的管子具有较高的清洗效率，对于大口径管道由于进行磨料冲刷需要大量的压缩空气，在现场施工不现实，对长距离管路由于压力损失太大，也不适宜施工。

化学清洗只能应用于中、短距离管道的清洗，无法清洗长输管道，且成本高，腐蚀管线，污染环境，产生毒废气，既不安全也不环保。由于其使用化学药品容易对环境造成污染，对人身健康有损害，残液对罐体有腐蚀，其使用受到了极大的限制。

普通的物理清洗主要存在的问题是：(1)清洗压力比较高，工程上通常在40-70MPa的压力下进行，对操作人员和管道都存在一定的安全风险；(2)复杂结构管线只能解体清洗，效率低下；(3)无法清洗常见的比较坚硬的水垢，如：碳酸盐、硅酸盐、硫酸盐等莫氏硬度达到1的坚硬垢质；(4)清洗施工过程中容易出现堵塞事故；(5)对管道自身是否标准、焊接是否规范依赖度很高，当管线自身存在问题或管线内有大的、硬的遗弃物时，清洗器极易卡阻在管道内；(5)像城市管道这样如树杈一样复杂的管网，无法清洗；(6)传统清洗器在清洗长输或问题严重的管道时，密封面容易磨损或被金属卡点撕裂，造成泄水泄压，清洗器无法行进，将遗留在管线中，阻塞管路，形成新的隐患。

技术实现要素：

基于此，有必要针对目前的各种管道清洗器中所存在的问题，提供一种结构简单、清洗效果好、效率高、可有效避免在管道内卡堵的清洗器。

上述目的通过下述技术方案实现：

一种空泡爆冲射流管线清洗器，包括：前固定座、后固定座和柔性叶片，所述前固定座与后固定座沿轴向相对间隔设置，若干所述柔性叶片的两端分别固定连接在前固定座和后固定座周向侧壁上，且沿前固定座和后固定座的周向环绕分布形成水腔，所述前固定座和后固定座沿轴向开设有与水腔相连通的进液通道，设置在前固定座和后固定座中的进液通道与水腔之间分别设置有单向阀组件，两个所述单向阀组件相对反向设置。

在其中一个实施例中，每个所述单向阀组件包括管状球套和钢球，所述管状球套的一端与前固定座或后固定座相连接，管状球套的内孔与进液通道相连通，所述钢球设置在管状球套的内孔中，且钢球的直径大于进液通道的内径，所述管状球套的管壁上开设有连通内孔与水腔的第一通孔。

在其中一个实施例中，所述进液通道与管状球套相连的一端设置有收缩端口，所述收缩端口的内径自管状球套向进液通道逐渐缩小。

在其中一个实施例中，所述管状球套远离与其相连通的进液通道的一端开设有第二通孔，所述第二通孔的孔径小于钢球的直径，第二通孔与水腔相连通。

在其中一个实施例中，所述管状球套通过螺栓与前固定座或后固定座相连接，连接端面上设置有O型密封圈。

在其中一个实施例中，两个所述管状球套相对的一端分别设置有安装孔，两个相对的所述安装孔内设置有软轴。

在其中一个实施例中，所述软轴为空心杆，其中安装有电子信号发生器。

在其中一个实施例中，所述前固定座和后固定座内还设置有外射喷嘴，所述外射喷嘴的一端沿轴向开设在前固定座和后固定座的外端面上，外射喷嘴的另一端沿径向开设在前固定座和后固定座位于水腔中的外壁上。

在其中一个实施例中，所述外射喷嘴环绕进液通道开设有多个，每个外射喷嘴的内径为2mm～5mm。

在其中一个实施例中，所述柔性叶片自内向外设置有四层，相邻两层柔性叶片交错设置。

本实用新型的有益效果是：本实用新型空泡爆冲射流管线清洗器的主体结构包括前固定座、后固定座和安装在前、后固定座之间的柔性叶片，柔性叶片环绕形成水腔，前、后固定座中开设有与水腔相连通的进液通道，进液通道上安装有单向阀组件。当清洗器投入管道中，在水力的推动下快速旋转行进，水流从位于后侧的固定座中的进液通道进入水腔中，位于前侧的固定座中的进液通道在单向阀组件的作用下封闭，水腔中的水压使柔性叶片产生高频振颤，在清洗器外部产生急速旋转的涡流，形成连续移动的低压区，在低压区内的水流始终呈汽化状态，由此产生的细微汽泡又迅速被压缩至崩裂，瞬时激射出强力的爆冲射流，无数的爆冲射流汇聚成冲击波，彻底粉碎管壁垢质。由于本专利的清洗器在前固定座和后固定座上安装有单向阀组件，当清洗器前行发生卡堵时，可以反向注水打压，水压从另一侧顶开原来关闭单向阀组件，推动清洗器反向行进，避免清洗器滞留在管道中。

本实用新型空泡爆冲射流管线清洗器具有快速有效清除管线内管壁的垢质、疏通管道，提高液体流量及输送效率，延长管线使用寿命的作用，且结构设计合理、操作方便简单、清洗彻底、速度快，并可有效解决卡堵现象。本实用新型空泡爆冲射流管线清洗器属于管线清洗领域，可及时解决油田生产、石油开采、石化加工、电厂排渣、煤矿输水、城市供水、排水、供汽等管线被垢质堵塞的难题，使输油、注水管线迅速恢复过流能力。

附图说明

图1为本实用新型空泡爆冲射流管线清洗器一实施例的主视剖面图；

图2为本实用新型空泡爆冲射流管线清洗器中固定座与单向阀组件的连接结构示意图；

图3为本实用新型空泡爆冲射流管线清洗器一实施例的侧视剖面图。

其中：

100-前固定座；

110-进液通道；

111-收缩端口；

120-外射喷嘴；

200-后固定座；

300-柔性叶片；

310-水腔；

400-单向阀组件；

410-管状球套；

411-第一通孔；

412-第二通孔；

413-螺栓；

414-密封圈；

415-安装孔；

420-钢球；

500-软轴；

600-电子信号发生器。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本实用新型空泡爆冲射流管线清洗器进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参见图1所示，本实用新型提供了一种空泡爆冲射流管线清洗器，包括前固定座100、后固定座200和柔性叶片300，前固定座100与后固定座200沿轴向相对间隔设置，若干柔性叶片300的两端分别通过螺栓固定连接在前固定座100和后固定座200周向侧壁上，且沿前固定座100和后固定座200的周向环绕分布形成水腔310，结合图3所示，柔性叶片300自内向外设置有四层，相邻两层柔性叶片300交错设置。前固定座100和后固定座200沿轴向开设有与水腔310相连通的进液通道110，设置在前固定座100和后固定座200中的进液通道110与水腔310之间分别设置有单向阀组件400，两个单向阀组件400相对反向设置。

当清洗器投入管道中，在水力的推动下快速旋转行进，水流从位于后侧的固定座中的进液通道进入水腔中，位于前侧的固定座中的进液通道在单向阀组件的作用下封闭，水腔中的水压使柔性叶片产生高频振颤，在清洗器外部产生急速旋转的涡流，形成连续移动的低压区，在低压区内的水流始终呈汽化状态，由此产生的细微汽泡又迅速被压缩至崩裂，瞬时激射出强力的爆冲射流，无数的爆冲射流汇聚成冲击波，彻底粉碎管壁垢质。由于本专利的清洗器在前固定座和后固定座上安装有单向阀组件，当清洗器前行发生卡堵时，可以反向注水打压，水压从另一侧顶开原来关闭单向阀组件，推动清洗器反向行进，避免清洗器滞留在管道中。

在本实施方式中，单向阀组件400的具体结构参见图2所示，每个单向阀组件400包括管状球套410和钢球420，管状球套410的一端与前固定座100或后固定座200相连接，管状球套410的内孔与进液通道110相连通，钢球420设置在管状球套410的内孔中，且钢球420的直径大于进液通道110的内径，管状球套410的管壁上开设有连通内孔与水腔310的第一通孔411。当进液通道110外部的水压较大时，钢球420被水压推入管状球套410远离进液通道110的一端中，水流从进液通道110进入管状球套410中，再通过管状球套410管壁上开设的第一通孔411进入水腔310中。而另一侧的单向阀组件400中的钢球420在水腔310中水压的作用下抵靠在进液通道110的端口处将进液通道110封闭，使水腔310中的水压逐渐升高。

进一步的，进液通道110与管状球套410相连的一端设置有收缩端口111，收缩端口111的内径自管状球套410向进液通道110逐渐缩小。收缩端口111可以增大与钢球420的密封面积，使钢球420能够更稳定的密封在进液通道110的端口。

更进一步的，管状球套410远离与其相连通的进液通道110的一端开设有第二通孔412，第二通孔412的孔径小于钢球420的直径，第二通孔412与水腔310相连通。当清洗器在管道中发生卡堵时，向管道中反向注水，原来处于关闭状态的单向阀组件400在水压作用下打开，水腔310中的水流通过第二通孔进入原来处于打开状态的单向阀组件400中的管状球套410内，推动其中的钢球420向进液通道110方向运动并将其封闭。

作为一种优选的实施方式，管状球套410通过螺栓413与前固定座100或后固定座200相连接，连接端面上设置有O型密封圈414。螺栓连接使管状球套410与固定座的连接更加稳定牢靠，O型密封圈414可以提高管状球套410与固定座连接处的密封性。

为了使本实用新型空泡爆冲射流管线清洗器能够在复杂的管道内进行清洗作业，在两个管状球套410相对的一端分别设置有安装孔415，两个相对的安装孔415内设置有软轴500。安装孔415与软轴500轴向之间均留有间隙，软轴500可在安装孔415内前后活动，但不脱离安装孔415。软轴500采用软质结构，例如橡胶，可以较大幅度的弹性变形，不影响清洗器通过结构复杂的管线，同时还具有一定的刚性，在清洗器被压缩时，可以起到支撑作用，保证清洗器正常工作。

进一步，结合图3所示，软轴500为空心杆，其中安装有电子信号发生器600，当清洗器在管线内遇到卡阻时，可在地面通过电子信号发生器600对清洗器进行跟踪定位，可在短时间内准确找到卡阻位置，为迅速排除故障创造有利条件，提高了清洗的工作效率。

作为一种优选的实施方式，前固定座100和后固定座200内还设置有外射喷嘴120，外射喷嘴120的一端沿轴向开设在前固定座100和后固定座200的外端面上，外射喷嘴120的另一端沿径向开设在前固定座100和后固定座200位于水腔310中的外壁上。当水腔310内的水压较大时，通过外射喷嘴120向清洗器前端的管道中喷射出“爆冲射流”，将清洗器前端的垢质击打成粉末，提高清洗器的清洗效果。

进一步的，外射喷嘴120环绕进液通道110开设有多个，每个外射喷嘴120的内径为2mm～5mm。多个外射喷嘴120可以同时产生多条“爆冲射流”，可以提高清垢效率，同时，为了保证射流压力，外射喷嘴120的内径不能过大，在2mm～5mm其间为最佳。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。