一种高压脉冲放电式水下裂缝清洗装置及方法与流程

本发明涉及一种高压脉冲放电式水下裂缝清洗装置及方法，属于机械领域。

背景技术

为了保证水下建筑物裂缝的修补质量，需要对裂缝内壁进行清洗。液体中物体受空化冲击后，表面会出现剥蚀现象。近壁空化泡在产生与溃灭消失的过程中，伴随着的高压脉冲、高速射流对固体表面产生强烈的剥蚀效应，恰当利用空泡产生与溃灭时的剥蚀效应可以对水下建筑物裂缝进行高效清洗。

技术实现要素：

本发明提供了一种高压脉冲放电式水下裂缝清洗装置及方法，用于清洗水下构建物出现的裂缝。

为实现上述技术目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种高压脉冲放电式水下裂缝清洗装置，所述装置包括：上位机、单片机控制器、机械开关单元、升压单元、储能单元、致泡单元；

所述单片机控制器连接上位机然后控制机械开关单元，所述升压单元通过外接电压连接机械单元，所述机械开关单元连接储能单元，所述储能单元包括储能单元充电模块和储能单元放电模块，所述储能单元放电模块连接致泡单元。

作为优选方案，上述升压单元包括高频电路和二十倍倍压整流电路，低压直流电源通过高频电路产生频率约为47khz、电压为的正弦波高压，再通过二十倍的倍压整流电路产生储能模块所需的直流高压。

作为优选方案，上述储能单元，包括多个储能模块，根据实际所需放电频率选择合适数量的储能模块，每个储能模块由400个相同的高压瓷片电容串并联而成，瓷片电容的电容值为0.1uf，耐压值为2kv，整个储能模块有20条支路并联，每一条支路由20个电容串联而成。

作为优选方案，上述机械开关单元为单片机控制器控制的旋转式开关，包括壳体、第一电极、卡槽、金属片、导电金属环、主轴、轴承、联轴器、电机、金属弹簧、导电金属棒、第二电极；

所述主轴一端通过联轴器与电机的旋转轴相连，另一端连接于所述壳体的卡槽,所述主轴与壳体有轴承支撑，所述主轴位于壳体内部的轴段上固定有两个导电金属环，两个导电金属环的一侧均设置一个金属弹簧连接导电金属棒，另一侧设置一个金属片连接第一电极；其中一个导电金属环所连接的导电金属棒的数量为1，用于储能单元中个储能模块放电，另一个导电金属环所连接的导电金属棒的数量为储能单元中储能模块总个数减1，用于储能单元中剩余储能模块充电，在导电金属棒与第二电极还未完全接触时，利用金属弹簧的弹性使导电金属棒与第二电极完全接触。

作为优选方案，上述导电金属棒与第二电极的接触处，导电金属棒接触面为凸起的圆球面，第二电极是凹陷的圆球面。

作为优选方案，上述单片机控制器连接蓝牙模块，单片机控制器的型号为at89s51。

作为优选方案，上述上位机，使用c#编写，通过串口方式与单片机控制器通信，调整机械开关主轴位置，控制本装置的放电频率、运行和停止。

作为优选方案，上述致泡单元包括底座、机械臂、连接件、电极固定底座、接线柱、锁紧孔、放电电极；

所述机械臂的一端固定在底座上，另一端连接连接件，所述电机固定底座的一端固定在连接件上，另一端连接接线柱，所述接线柱上放置放电电极，所述放电电极通过设置在接线柱上的锁紧孔锁紧。

一种高压脉冲放电式水下裂缝清洗方法，利用上述的装置，步骤如下：

（1）启动装置开关按钮，完成单片机控制器初始化工作，建立单片机控制器与上位机的无线蓝牙连接；

（2）调整致泡单元的机械臂，使放电电极靠近需要进行清洗的裂缝内壁；

（3）点击上位机中机械开关调整按钮，控制机械开关旋转到初始位置；

（4）点击上位机中设置放电频率按钮，手动输入放电频率的数值，单位hz；

（5）点击上位机中发送按钮；

（6）点击上位机中运行按钮，机械开关单元的电机按照一定频率进行旋转，致泡单元按照指定频率产生空化泡；

（7）对裂缝内壁的清洗完毕，点击上位机中停止按钮；

（8）关闭装置电源，完成裂缝内壁清洗工作。

本发明的有益效果如下：

本发明利用空化泡在产生与溃灭过程中伴随的冲击波与高速射流对周围物体的剥蚀效应对水下裂缝进行清洗。本发明实用性强，能高效地清洗水下裂缝。

附图说明

图1是本发明的实验装置原理图；

图2是本发明的二十倍倍压整流电路电路图；

图3是本发明的机械开关结构图；

图4是本发明的致泡单元结构图；

图5是本发明中储能单元包含4个储能模块时机械开关放电部分结构图；

图6是本发明中储能单元包含4个储能模块时机械开关充电部分结构图；

图7是本发明的上位机示意图。

附图中标号所示名称：

1-壳体、2-第一电极、3-卡槽、4-导电金属片、5-导电金属环、6-主轴、7-轴承、8-联轴器、9-电机、10-单片机控制器、11-蓝牙、12-金属弹簧、13-导电金属棒、14-第二电极；15-底座、16-机械臂、17-连接件、18-电极固定底座、19-接线柱、20-锁紧孔、21-放电电极。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种高压脉冲放电式水下裂缝清洗装置，所述装置包括：上位机、单片机控制器、机械开关单元、升压单元、储能单元、致泡单元；

所述单片机控制器连接上位机然后控制机械开关单元，所述升压单元通过外接电压连接机械单元，所述机械开关单元连接储能单元，所述储能单元包括储能单元充电模块和储能单元放电模块，所述储能单元放电模块连接致泡单元。

作为优选方案，上述升压单元包括高频电路和二十倍倍压整流电路，低压直流电源通过高频电路产生频率约为47khz、电压为的正弦波高压，再通过二十倍的倍压整流电路产生储能模块所需的直流高压。

作为优选方案，上述储能单元，包括多个储能模块，根据实际所需放电频率选择合适数量的储能模块，每个储能模块由400个相同的高压瓷片电容串并联而成，瓷片电容的电容值为0.1uf，耐压值为2kv，整个储能模块有20条支路并联，每一条支路由20个电容串联而成。

如图2所示，上述机械开关单元为单片机控制器10控制的旋转式开关，包括壳体1、第一电极2、卡槽3、金属片4、导电金属环5、主轴6、轴承7、联轴器8、电机9、金属弹簧12、导电金属棒13、第二电极14；

所述主轴6一端通过联轴器8与电机9的旋转轴相连，另一端连接于所述壳体1的卡槽3,所述主轴6与壳体1有轴承7支撑，所述主轴6位于壳体1内部的轴段上固定有两个导电金属环5，两个导电金属环5的一侧均设置一个金属弹簧12连接导电金属棒13，另一侧设置一个金属片4连接第一电极2；如图4所示，其中一个导电金属环5所连接的导电金属棒13的数量为1，用于储能单元中1个储能模块放电，如图5所示，另一个导电金属环5所连接的导电金属棒13的数量为储能单元中储能模块总个数减1（假设储能模块总数为4），用于储能单元中剩余储能模块充电，在导电金属棒13与第二电极14还未完全接触时，利用金属弹簧12的弹性使导电金属棒13与第二电极14完全接触。

作为优选方案，上述导电金属棒13与第二电极14的接触处，导电金属棒13接触面为凸起的圆球面，第二电极14是凹陷的圆球面。

作为优选方案，上述单片机控制器10连接蓝牙模块11，单片机控制器10的型号为at89s51。

作为优选方案，上述上位机，使用c#编写，通过串口方式与单片机控制器10通信，调整机械开关主轴位置，控制本装置的放电频率、运行和停止。

如图3所示，作为优选方案，上述致泡单元包括底座15、机械臂16、连接件17、电极固定底座18、接线柱19、锁紧孔20、放电电极21；

所述机械臂16的一端固定在底座15上，另一端连接连接件17，所述电机固定底座18的一端固定在连接件17上，另一端连接接线柱19，所述接线柱19上放置放电电极21，所述放电电极21通过设置在接线柱19上的锁紧孔20锁紧。

工作原理：装置放电频率，电机旋转角速度，储能单元中有n个储能模块，电极旋转角速度，时，机械开关中与储能模块连接的电极分布如图4和图5所示，4个电极14在正方形平面4条边的中点，图4中的导电金属棒13随着主轴6转动，依次与4个电极14导通，所导通的储能模块通过致泡单元的放电电极21在水下放电，产生空化泡，图5中的导电金属棒13随着主轴6转动，与除正在放电的储能模块外剩余所有储能模块导通，使剩余的储能模块进行充电，在上位机上输入放电频率，通过蓝牙发送给机械开关单元的单片机控制器10，单片机控制器10控制电机9按照角速度进行转动，致泡单元按照指定频率产生空化泡，完成水下裂缝内壁清洗。

该方法的步骤如下：

(1)启动装置开关按钮，完成单片机控制器初始化工作，建立单片机控制器与上位机的无线蓝牙连接；

(2)调整致泡单元的机械臂16，使放电电极21靠近需要进行清洗的裂缝内壁；

(3)点击上位机中机械开关调整按钮，控制机械开关旋转到初始位置；

(4)点击上位机中设置放电频率按钮，手动输入放电频率的数值，单位hz；

(5)点击上位机中发送按钮；

(6)点击上位机中运行按钮，机械开关单元的电机按照一定频率进行旋转，致泡单元按照指定频率产生空化泡；

(7)对裂缝内壁的清洗完毕，点击上位机中停止按钮；

关闭装置电源，完成裂缝内壁清洗工作。