一种带导体的GIL管道内部激光清洗装置及方法与流程

本发明涉及激光清洗加工，具体涉及一种带导体的gil管道内部激光清洗装置及方法。

背景技术：

1、气体绝缘金属封闭输电线路(gil)是一种采用六氟化硫(sf6)或其它气体绝缘、外壳与导体同轴布置的高电压、大电流、长距离电力传输设备，内部导体用于高压大电流传输，gil管道用于密封导体。具有输电容量大、损耗小、占地少、运行可靠性高、维护量小、寿命长、环境影响小等显著优点，在水电行业得到了广泛的应用。然而，在gil管道焊接制造的环节可能导致其内部表面产生毛刺等缺陷，在gil耐压试验或日常运行时容易引发电弧击穿故障，增加了停运、维修等造成的经济损失，还对社会正常用电造成不良影响。

2、目前gil管道在内部带导体的条件下，传统的清洗方式无论是人工打磨或是高压水射流冲刷都存在着作业效率慢，环境污染等缺点。因此亟需一种非接触式、高效且环保的清洗方式，解决gil管道在内部带导体的条件下，gil管道内壁由于焊接后产生毛刺导致电弧击穿的难题，并清除导体表面灰尘。

技术实现思路

1、本发明提出一种带导体的gil管道内部激光清洗装置及方法，此装置在gil内部带导体情况下，利用激光具有强度高、能量密度大、聚焦性强、方向性好的特点，使毛刺熔化、汽化，最终使毛刺去除，并清除导体表面的灰尘，能极大程度的提高gil管道内壁清除毛刺的作业效率，并提高其清洗后表面质量的一致性。

2、为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种带导体的gil管道内部激光清洗装置，包括激光器、传输光缆、激光清洗加工头、冷水机、环形定心运动机构和电气控制柜；冷水机用于冷却激光器和激光清洗加工头；激光器通过传输光缆传输激光能量到激光清洗加工头上；电气控制柜用于给激光器、冷水机、激光清洗加工头和环形定心运动机构提供电气控制。

3、所述冷水机通过激光器冷却水管连接到激光器上，提供循环冷却水，维持激光器工作，使激光器能够持续产生激光能量束；激光器通过传输光缆连接到激光清洗加工头上，并传输激光能量束到激光清洗加工头上；冷水机通过激光清洗加工头冷却水管连接到激光清洗加工头上，提供冷却水，保持激光清洗加工头工作时热平衡，防止激光清洗加工头因温度过高而损坏。

4、所述电气控制柜通过激光器控制电缆控制激光器输出激光能量束能量大小、频率和开关；电气控制柜通过环形定心运动机构控制电缆控制环形定心运动机构各轴的运动速度；电气控制柜通过激光清洗加工头控制电缆控制激光清洗加工头的直线电动模组前后移动；电气控制柜通过冷水机电缆给冷水机供电。

5、所述激光器、冷水机和电气控制柜摆放在地面上，激光清洗加工头通过转接板与环形定心运动机构固定连接，环形定心运动机构通过其固定架保持与管道内壁稳定同轴支撑；gil管道和导体是本装置激光清洗的对象。

6、所述激光清洗加工头包括光缆接头、转接板、直线电动模组、保护镜组件、准直光学镜组、聚焦光学镜组和锥形透镜；所述光缆接头、转接板、准直光学镜组、聚焦光学镜组、锥形透镜和保护镜组件均同轴布置；由传输光缆输送的激光光束依次经过准直光学镜组、聚焦光学镜组和锥形透镜后在gil管道内壁和导体表面上形成聚焦光斑，配合环形定心运动机构的周向进给激光清洗。

7、所述光缆接头用于与传输光缆连接锁紧并接收激光；准直光学镜组与直线电动模组的移动端固定连接，并构成一体集成化设计结构，准直光学镜组通过直线电动模组带动沿轴向在一定范围内移动，使通过准直光学镜组后的光束呈现不同的收敛状态，这种结构能够实现改变焦距长短、聚焦光斑直径大小和焦深的效果，以适应不同管道内壁直径；且所述准直光学镜组移动距离能够根据实际加工需求选择。

8、所述准直光学镜组的焦距选为50-75mm；所述聚焦光学镜组使通过准直光学镜组后的激光束呈一定角度聚焦，聚焦光学镜组的焦距选为175-250mm；所述锥形透镜将沿光轴传播的激光光束改变传播方向聚焦，生成环形光束轮廓；保护镜组件选为可插拔方式，安装于激光清洗加工头出光口位置，用于保护激光清洗加工头内部光学元器件免受污染；

9、所述锥形透镜的镜面斜面与垂直面之间的夹角α值选在20°-50°之间，进而用于调节通过锥形透镜后激光光束的发散角度，进而决定所生成的环形聚焦光斑来适应管道内壁直径的大小。

10、所述环形定心运动机构包括周向运动组件和位置调整组件，其中周向运动组件为框架结构设计，其顶部安装有一体化导轨齿条，驱动电机可带动位置调整组件沿管道周向作圆周运动。

11、所述位置调整组件包括x轴运动模组、y轴运动模组、x轴运动模组可带动激光清洗加工头沿管道径向运动到合适的焦点位置，y轴运动模组可带动激光清洗加工头沿管道轴向运动，使激光清洗路径呈螺旋状，最终覆盖管道内壁和导体表面，完成整个清洗过程。

12、采用一种带导体的gil管道内部激光清洗装置进行管道内壁激光清洗的方法，包括步骤如下：

13、s1：使用前确定gil管道内壁和导体表面的直径尺寸，调整x直线运动模组带动激光清洗加工头移动至gil管道内壁和导体表面的中心位置；

14、s2：依次打开冷水机、电气控制柜和激光器的电源开关，调节直线电动模组将激光清洗加工头出射的环形激光光束聚焦光斑位于gil管道内壁和导体表面附近；

15、s3：启动激光器出射激光，配合环形定心运动机构沿着gil管道周向匀速运动，且y轴运动模组也以一定速度沿gil管道轴向进给，使激光清洗路径呈螺旋状完成整个清洗过程；观察所述gil管道内壁表面和导体表面污染清洗是否合格，若不合格再次调整所述激光器出射激光的平均功率或脉冲频率参数，再次进行区域清洗验证，直到合格为止；

16、s4：合格后再次调用调试好的程序进行完整清洗。

17、本发明有益效效果：

18、1、本发明通过锥形透镜光学整形后形成聚焦光斑，可配合周向运动机构直接进行管道内壁清洗，运动方式简单，可实现管道内壁和导体的高效清洗。

19、2、本发明采用直线电动模组带动准直光学镜组沿轴向前后移动，使经过所述准直光学镜组后的光束呈现不同的发散或收敛状态，实现改变焦距长短、聚焦光斑直径大小和焦深的效果，不仅能适应不同gil管道内壁直径清洗，也可满足多样化清洗工艺需求。

技术特征：

1.一种带导体的gil管道内部激光清洗装置，其特征在于，包括激光器（4）、传输光缆（3）、激光清洗加工头（1）、冷水机（5）、环形定心运动机构（2）和电气控制柜（6）；冷水机（5）用于冷却激光器（4）和激光清洗加工头（1）；激光器（4）通过传输光缆（3）传输激光能量到激光清洗加工头（1）上；电气控制柜（6）用于给激光器（4）、冷水机（5）、激光清洗加工头（1）和环形定心运动机构（2）提供电气控制。

2.根据权利要求1所述一种带导体的gil管道内部激光清洗装置，其特征在于，所述冷水机（5）通过激光器冷却水管（7）连接到激光器（4）上，提供循环冷却水，维持激光器（4）工作，使激光器（4）能够持续产生激光能量束；激光器（4）通过传输光缆（3）连接到激光清洗加工头（1）上，并传输激光能量束到激光清洗加工头（1）上；冷水机（5）通过激光清洗加工头冷却水管（8）连接到激光清洗加工头（1）上，提供冷却水，保持激光清洗加工头（1）工作时热平衡，防止激光清洗加工头（1）因温度过高而损坏。

3.根据权利要求1所述一种带导体的gil管道内部激光清洗装置，其特征在于，所述电气控制柜（6）通过激光器控制电缆（9）控制激光器（4）输出激光能量束能量大小、频率和开关；电气控制柜（6）通过环形定心运动机构控制电缆（11）控制环形定心运动机构（2）各轴的运动速度；电气控制柜（6）通过激光清洗加工头控制电缆（12）控制激光清洗加工头（1）的直线电动模组（15）前后移动；电气控制柜（6）通过冷水机电缆（10）给冷水机（5）供电。

4.根据权利要求1所述一种带导体的gil管道内部激光清洗装置，其特征在于，所述激光器（4）、冷水机（5）和电气控制柜（6）摆放在地面上，激光清洗加工头（1）通过转接板（14）与环形定心运动机构（2）固定连接，环形定心运动机构（2）通过其固定架（22）保持与管道内壁稳定同轴支撑；gil管道和导体是本装置激光清洗的对象。

5.根据权利要求1所述一种带导体的gil管道内部激光清洗装置，其特征在于，所述激光清洗加工头（1）包括光缆接头（13）、转接板（14）、直线电动模组（15）、保护镜组件（16）、准直光学镜组（17）、聚焦光学镜组（18）和锥形透镜（19）；所述光缆接头（13）、转接板（14）、准直光学镜组（17）、聚焦光学镜组（18）、锥形透镜（19）和保护镜组件（16）均同轴布置；由传输光缆（3）输送的激光光束依次经过准直光学镜组（17）、聚焦光学镜组（18）和锥形透镜（19）后在gil管道内壁和导体表面上形成聚焦光斑，配合环形定心运动机构（2）的周向进给激光清洗。

6.根据权利要求5所述一种带导体的gil管道内部激光清洗装置，其特征在于，所述光缆接头（13）用于与传输光缆（3）连接锁紧并接收激光；准直光学镜组（17）与直线电动模组（15）的移动端固定连接，并构成一体集成化设计结构，准直光学镜组（17）通过直线电动模组（15）带动沿轴向在一定范围内移动，使通过准直光学镜组（17）后的光束呈现不同的收敛状态，这种结构能够实现改变焦距长短、聚焦光斑直径大小和焦深的效果，以适应不同管道内壁直径；且所述准直光学镜组（17）移动距离能够根据实际加工需求选择。

7.根据权利要求6所述一种带导体的gil管道内部激光清洗装置，其特征在于，所述准直光学镜组（17）的焦距选为50-75mm；所述聚焦光学镜组（18）使通过准直光学镜组（17）后的激光束呈一定角度聚焦，聚焦光学镜组（18）的焦距选为175-250mm；所述锥形透镜（19）将沿光轴传播的激光光束改变传播方向聚焦，生成环形光束轮廓；保护镜组件（16）选为可插拔方式，安装于激光清洗加工头（1）出光口位置，用于保护激光清洗加工头（1）内部光学元器件免受污染；

8.根据权利要求6所述一种带导体的gil管道内部激光清洗装置，其特征在于，所述环形定心运动机构（2）包括周向运动组件（20）和位置调整组件（21），其中周向运动组件（20）为框架结构设计，其顶部安装有一体化导轨齿条（23），驱动电机（24）可带动位置调整组件（21）沿管道周向作圆周运动。

9.根据权利要求8所述一种带导体的gil管道内部激光清洗装置，其特征在于，所述位置调整组件（21）包括x轴运动模组（25）、y轴运动模组（26）、x轴运动模组可带动激光清洗加工头（1）沿管道径向运动到合适的焦点位置，y轴运动模组可带动激光清洗加工头（1）沿管道轴向运动，使激光清洗路径呈螺旋状，最终覆盖管道内壁和导体表面，完成整个清洗过程。

10.采用权利要求1-9任意一项所述一种带导体的gil管道内部激光清洗装置进行管道内壁激光清洗的方法，其特征在于，包括步骤如下：

技术总结
本发明提供了一种带导体的GIL管道内部激光清洗装置及方法，包括激光器、传输光缆、激光清洗加工头、冷水机、环形定心运动机构和电气控制柜；冷水机用于冷却激光器和激光清洗加工头；激光器通过传输光缆传输激光能量到激光清洗加工头上；电气控制柜用于给激光器、冷水机、激光清洗加工头和环形定心运动机构提供电气控制。此装置利用激光具有强度高、能量密度大、聚焦性强、方向性好的特点，使毛刺熔化、汽化，最终使毛刺去除，能极大程度的提高GIL管道内壁清除毛刺的作业效率，并清除导体表面灰尘，提高其清洗后表面质量的一致性。

技术研发人员：曹崇梓,王义平,陈涛
受保护的技术使用者：中国长江电力股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15