管壳式换热器管在线自动清洁机器人定位装置.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010233490.5 (22)申请日 2020.03.30 (71)申请人 西安绿动透平技术有限公司 地址 710077 陕西省西安市高新区锦业路 32号 (72)发明人 不公告发明人 (51)Int.Cl. F28G 15/00(2006.01) (54)发明名称 一种管壳式换热器管在线自动清洁机器人 定位装置 (57)摘要 本发明公开了一种管壳式换热器管在线自 动清洁机器人定位装置。 如附图所示， 所述装置 主要由： 坐标架1、 定位器2和智能控制系统组成。 其工作原。

2、理是： 坐标架1将定位器2移动到换热器 管口处， 然后清洁机器人从定位器上离开进入换 热器管内， 进行清洁工作， 完成清洁后， 返回定位 器上， 然后坐标架1将定位器2移动到下一根换热 器管处， 机器人进入换热器管并继续清洁， 如此 循环， 实现对整个换热器的所有换热器管进行清 洁。 智能控制系统用于控制坐标架1、 定位器2和 机器人协同工作， 实现对所有换热器管的清洁。 权利要求书1页 说明书5页 附图14页 CN 111306983 A 2020.06.19 CN 111306983 A 1.一种管壳式换热器管在线自动清洗机器人定位装置， 其特征在于， 所述定位装置是 由坐标架、 定位器和。

3、智能控制系统组成； 在智能控制系统的控制下， 首先由坐标架将定位器 以及安装在其内的清洗机器人移动到待清洗换热器管入口处， 实现初步定位， 然后由定位 器进行精确定位， 实现清洁机器人与待清洗换热管的无缝对接， 机器人完成管内壁面清洁 后通过坐标架和定位器把机器人移动到下一根换热器管口处， 如此循环， 实现换热管逐根 扫描式在线清洗。 2.根据权利要求1所述定位装置， 其特征在于， 所述定位器包含定位控制器、 移位器、 过 渡板、 定位驱动器、 圆锥柱、 连接驱动器和管形仓。 3.所述定位驱动器和连接驱动器均安装在过渡板上， 所述过渡板安装在移位器上， 所 述移位器安装在定位控制器上， 定位控。

4、制器控制移位器和过渡板实现定位驱动器和连接驱 动器的切换； 所述圆锥柱安装在定位驱动器上， 所述管形仓安装在连接驱动器上， 切换到移 位器同一位置上圆锥柱与管形仓同心度偏差小于0.1mm。 4.根据权利要求2所述定位装置， 其特征在于， 所述定位装置的工作原理是： 完成坐标 架初步定位后， 先利用定位驱动器实现圆锥柱及其固连部件相对换热管入口的精确定位， 然后利用移位器将圆锥柱切换为管形仓， 实现管形仓与换热管入口的无缝对接， 便于管形 仓内的清洗机器人顺利进入换热管。 5.所述定位控制器的工作原理详见各实施例。 6.根据权利要求1所述定位装置， 其特征在于， 所述坐标架主要包括位移-位移型和。

5、旋 转-位移型两种结构， 均可满足清洗机器人在进口端面近方型布局或进圆型布局换热管束 的初步定位。 7.根据权利要求4所述坐标架， 其特征在于， 所述位移-位移型定位器主要由竖直定位 器和水平定位器组成； 其中竖直定位器采用龙门架结构， 主要包括2个竖直导轨构成的固定 架和安装在固定架上的竖直移动梁， 可拖到安装在移动梁上的装置竖直移动； 水平定位器 安装在移动梁上， 可拖动安装在其上的机器人仓及相关装置水平移动， 竖直定位器和水平 定位器组合后可用于各种不规则端面形状的换热器管束定位。 8.根据权利要求4所述坐标架， 其特征在于， 所述旋转-位移型定位器主要由齿圈和主 定位器和副定位器组成；。

6、 主定位器与齿圈通过齿轮啮合， 拖动主定位器及安装在其上的装 置绕齿圈中心周向旋转； 副定位器安装在主定位器上， 由丝杠-滑块驱动， 用于加长主定位 器的旋转半径， 齿圈、 主定位器和副定位器组合后可用于各种不规则端面形状的换热器管 束定位。 9.根据权利要求5所述位移-位移型定位器， 其特征在于， 所述水平定位器和竖直定位 器， 可以采用齿轮-齿条啮合， 也可以采用丝杠-滑块啮合， 均由电机驱动， 可以双向运动， 具 体方案可参见实施例1和实施例2。 10.根据权利要求6所述旋转-位移型定位器， 其特征在于， 所述齿圈-齿轮结构和丝杠- 滑块结构均由电机驱动， 可以双向运动， 具体方案可参见。

7、实施例3。 11.根据权利要求1所述定位装置， 其特征在于， 所述智能控制系统主要由传感器、 控制 元件和控制软件组成， 用于控制坐标架和定位器协同工作， 并同步控制机器人进、 出管形仓 等功能。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111306983 A 2 一种管壳式换热器管在线自动清洁机器人定位装置 技术领域 0001 本发明涉及一种管壳式换热器管在线自动清洁机器人定位装置， 属于机械领域。 背景技术 0002 管壳式换热器是最典型的间壁式换热器， 在所有换热器中占据主导地位。 比如火 电厂的凝汽器， 就是由大量等径管束构成。 由于管内流体含有杂质， 长期在管内流动会导致 管内壁面污垢沉积。

8、， 严重时堵塞换热管， 影响换热效率， 降低机组的经济性。 0003 目前常用除垢方法是机械清洗和化学清洗。 应用最多的机械清洗是胶球清洗， 需 要利用专用设备实现管束的在线清洗， 存在胶球的回收率低、 运行费用高、 部分胶球堵塞换 热管等问题， 备受用户诟病。 高压水在线清洗也是作为器械清洗的一种方式， 但仅靠顺流高 压水很难彻底清除高粘性和顽固性污垢， 水流速度高时易引起换热管振动， 影响机组的安 全运行。 化学清洗即酸洗， 可消除一些特殊污垢， 如在管内粘附、 生长的水生生物质以及能 与弱酸发生化学反应的污垢， 但可能会造成水管腐蚀泄露， 存在安全性问题， 并且清洗成本 高。 其他清洗方。

9、法， 比如超声波技术、 电子水处理等， 还处于尝试阶段， 并且存在各自的问 题。 0004 而最有效的清洁方式是设计一种机器人进入管道内部进行刷洗。 对换热器所有管 道进行清洁需要实现在线自动清洗。 需要实现将机器人移动到管道入口处， 机器人进入管 内清洗完后退出， 并进入下一个管内， 如此循环， 实现对整个换热器的所有换热器管进行清 洁。 发明内容 0005 本发明要解决的问题在于提供一种管壳式换热器管在线自动清洁机器人定位装 置， 通过定位装置， 将清洁机器人移动到换热器管口处， 机器人进入管内并完成管内壁面清 洁后， 退出并返回到定位装置上， 然后把机器人移动到下一根换热器管口处， 进入。

10、管内并进 行清洁。 如此循环， 从而实现对换热器所有管内壁面的在线自动清洁。 0006 为了解决上述问题， 本发明采用以下技术方案： 一种管壳式换热器管在线自动清洁机器人定位装置， 包含坐标架、 定位器和智能控制 系统， 其中定位器包含定位控制器、 移位器、 过渡板、 定位驱动器、 圆锥柱、 连接驱动器和管 形仓。 其工作原理是： 坐标架将定位器移动到换热器管口处， 定位驱动器驱动圆锥柱进入换 热器管内。 如果坐标架定位有误差， 则圆锥柱与换热器管轴心线不重合， 换热器管会施加作 用力到圆锥柱上使得轴心线重合， 作用力传递到定位驱动器， 进一步传递到移位器， 再进一 步传递到定位控制器上， 定。

11、位控制器记录新的位置并将定位控制器固定住， 然后定位驱动 器驱动圆锥柱退出换热器管， 移位器将连接驱动器移动到定位驱动器的位置， 即连接驱动 器上的管形仓移动到定位驱动器上的圆锥柱的位置， 然后连接驱动器推进管形仓与换热器 管连接， 然后清洁机器人开始工作， 由管形仓进入换热器管内， 进行清洁工作， 完成清洁后， 返回管形仓， 连接驱动器驱动管形仓与换热器管断开连接。 然后移位器将圆锥柱移动到管 说明书 1/5 页 3 CN 111306983 A 3 型仓的位置， 即圆锥柱和管形仓都回到原始位置。 然后坐标架将定位器移动到下一根换热 器管处并进行连接， 机器人进入换热器管并继续清洁， 如此循。

12、环， 实现对所有换热器管进行 清洁。 智能控制系统用于控制坐标架、 定位器和机器人协同工作， 实现对所有换热器管的清 洁。 0007 所述坐标架， 由水平坐标架和竖直坐标架组成， 分别实现水平位置和竖直位置定 位。 0008 所述定位器， 由定位控制器、 移位器、 定位驱动器、 圆锥柱、 连接驱动器和管形仓组 成， 在坐标架定位的基础上， 微调位置进行精确的二次定位， 并控制机器人进入和退出换热 器管。 0009 所述移位器， 安装在定位控制器上， 主要功能是将连接驱动器移动到定位驱动器 的位置， 或者将定位驱动器移动到连接驱动器的位置。 0010 所述过渡板， 安装在移位器上， 定位驱动器和。

13、连接驱动器都安装在过渡板上。 0011 所述定位驱动器， 安装在过渡板上， 与圆锥柱配合， 在坐标架定位的基础上进行二 次定位， 提高定位精度。 0012 所述圆锥柱， 安装在定位驱动器上， 在进入换热器管过程中， 如果圆锥柱与换热器 管不同轴心， 也就是坐标架定位出现误差的情况下， 换热器管施加作用力在圆锥柱上， 使得 同轴心。 0013 所述连接驱动器， 安装在过渡板上， 控制管形仓与换热器管的连接和断开。 0014 所述管形仓， 安装在连接驱动器上， 为空心圆管结构， 与换热器管内径相同。 机器 人在管形仓内， 在与换热器管处于连接状态下时， 可进入换热器管进行清洁， 或者清洁完成 后从。

14、换热器管回到管形仓内。 0015 所述智能控制系统主要由传感器、 控制元件和控制软件组成， 用于控制坐标架和 定位器协同工作， 并同步控制机器人进、 出管形仓等功能。 0016 下面结合附图和实施例对本发明的结构及核心部件作进一步说明。 附图说明 0017 附图1是本发明实施例1中的机器人定位装置总体结构。 0018 附图2是本发明实施例1中的坐标架。 0019 附图3是本发明实施例1中的竖直坐标架。 0020 附图4是本发明实施例1中的水平坐标架。 0021 附图5是本发明实施例中的定位器。 0022 附图6是本发明实施例中的定位控制器。 0023 附图7是本发明实施例中的移位器。 0024。

15、 附图8是本发明实施例中的过渡板。 0025 附图9是本发明实施例中的定位驱动器。 0026 附图10是本发明实施例中的圆锥柱。 0027 附图11是本发明实施例中的连接驱动器。 0028 附图12是本发明实施例中的管形仓。 0029 附图13是本发明实施例2中的定位装置总体结构图。 说明书 2/5 页 4 CN 111306983 A 4 0030 附图14是本发明实施例2中的坐标架。 0031 附图15是本发明实施例2中的竖直坐标架。 0032 附图16是本发明实施例2中的水平坐标架。 0033 附图17是本发明实施例3中的定位装置总体结构图。 0034 附图18的本发明实施例3中的坐标架。

16、。 0035 附图19是本发明实施例3中的主驱动臂。 0036 附图20是本发明实施例3中的主驱动臂侧视图。 0037 附图21是本发明实施例4中的副驱动臂。 0038 图中： 1-坐标架； 2-定位器； 3-定位控制器； 4-移位器； 5-过渡板； 6-连接驱动器； 7- 定位驱动器； 8-管形仓； 9-圆锥柱； 10-竖直坐标架； 11-水平坐标架； 12-电机； 13-丝杠； 14- 滑块； 15-导轨； 16-电机； 17-丝杠； 18-滑块； 19-导轨； 20-固定框架； 21-电机； 22-丝杠； 23- 滑块； 24-T型体； 25-活动底座、 26-弹簧； 27-接触面； 2。

17、8-圆锥体； 29-圆锥槽； 30-电机； 31-丝 杠； 32-滑块； 33-导轨； 34-底座； 35-电机； 36-滑块； 37-导轨； 38-丝杠； 39-底座； 40-电机； 41-滑块； 42-导轨； 43-丝杠； 44-坐标架； 45-竖直坐标架； 46-水平坐标架； 47-滑块； 48-电 机； 49-齿轮； 50-齿条； 51-导轨； 52-齿条； 53-齿轮； 54-电机； 55-滑块； 56-导轨； 57-坐标架； 58-齿圈； 59-主驱动臂； 60-副驱动臂； 61-中心轴； 62-电机； 63-丝杠； 64-滑块； 65-导轨； 66- 上侧滑轮； 67-下侧滑轮；。

18、 68-齿轮； 69-电机； 70-电机； 71-丝杠； 72-导轨； 73-滑块。 具体实施方式 0039 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。 0040 实施例1 一种管壳式换热器管在线自动清洁机器人定位装置， 如图1所示。 0041 所述定位装置由坐标架1、 定位器2和控制系统组成。 0042 所述坐标架1， 包含两个竖直坐标架10和1个水平坐标架11， 水平坐标架11的两端 分别安装在两个竖直坐标架10的滑块14上， 如图3所示。 竖直坐标架10由电机12、 丝杠13、 滑 块14和导轨15组成， 如图4所示。 电机12驱动丝杠13旋转， 进而驱动滑块14沿着导轨15在竖 直方向。

19、直线运动。 水平坐标架11由电机16、 丝杠17、 滑块18和导轨19组成， 如图5所示。 电机 16驱动丝杠17旋转， 进而驱动滑块18沿着导轨19在水平方向直线运动。 0043 所述定位器2， 由定位控制器3、 移位器4、 过渡板5、 连接驱动器6、 定位驱动器7、 管 形仓8和圆锥柱9组成， 如图2所示。 0044 所述定位控制器3由固定框架20、 电机21、 丝杠22、 滑块23、 T型体24和移动底座25 组成， 如图6所示。 固定框架20安装在水平坐标架11的滑块18上。 移动底座25可以相对于固 定框架20移动。 0045 所述移位器4， 由电机30、 丝杠31、 滑块32和导轨。

20、33组成， 如图7所示。 移位器4安装 在定位控制器3的移动底座25上。 0046 所述过渡板5， 如图8所示。 安装在移位器4的滑块32上， 用来作为连接驱动器6和定 位驱动器7的安装底座。 0047 所述定位驱动器7， 由底座34、 电机35、 滑块36、 导轨37和丝杠38组成， 如图9所示。 底座34安装在过渡板5上。 电机35驱动丝杠38旋转， 进而驱动滑块36沿着导轨37移动。 说明书 3/5 页 5 CN 111306983 A 5 0048 所述圆锥柱9， 由圆锥体和圆柱体构成， 如图10所示。 圆锥柱9安装在定位驱动器7 的滑块36上。 0049 所述连接驱动器6， 由底座3。

21、9、 电机40、 滑块41、 导轨42和丝杠43组成， 如图11所示。 底座39安装在过渡板5上。 电机40驱动丝杠43旋转， 进而驱动滑块41沿着导轨42移动。 0050 所述管形仓8， 为一段与换热器管内径相同的圆管， 如图12所示。 安装在连接驱动 器6的滑块41上。 0051 所述坐标架1通过电机12和电机16协同作用， 可将定位器2的圆锥柱9定位移动到 换热器管处。 0052 所述定位驱动器7的电机35驱动丝杠38旋转， 进而驱动滑块36移动， 进而驱动安装 在滑块36上的圆锥柱9进入换热器管。 如果坐标架1定位有误差， 则圆锥柱9与换热器管轴心 线不重合， 在进入换热器管过程中， 。

22、会受到换热管的作用力， 迫使两者轴心线重合。 这种作 用力传递到定位驱动器7上， 进而传递到过渡板5上， 进而传递到移位器4上， 进而传递到定 位控制器3的移动底座25上， 进而驱动移动底座25与固定框架20在接触面27处相对滑动。 圆 锥柱9的圆柱段进入换热器管后， 这种相对滑动结束。 然后电机21驱动丝杠22旋转， 进而驱 动滑块23移动， 进而驱动安装在滑块23上的T型体24进一步压缩弹簧， 使得接触面27贴紧不 再相对滑动。 0053 所述定位驱动器7的电机35反转， 进而驱动丝杠38反转， 进而驱动滑块36反向移 动， 进而驱动圆锥柱9退出换热器管。 0054 所述移位器4的电机30。

23、驱动丝杠31旋转， 进而驱动滑块32沿着导轨33移动， 进而驱 动过渡板5移动， 进而驱动连接驱动器6和定位驱动器7移动， 进而驱动管形仓8和圆锥柱9移 动， 移动距离为管形仓8和圆锥柱9两者之间的距离， 则管形仓8移动到圆锥柱9的位置， 与换 热器管轴心线重合。 0055 所述连接驱动器6的电机40驱动丝杠43旋转， 进而驱动滑块41沿着导轨42移动， 进 而安装在滑块41上的管形仓8向着换热器管方向移动并最后对接上。 然后管形仓8内的机器 人向换热器管方向爬行， 进入换热器管内进行清洁， 完成清洁后， 原路返回到管形仓8内。 然 后电机40反转， 驱动丝杠43反转， 进而驱动滑块41反向移。

24、动， 进而驱动管形仓8与换热器管 断开连接。 0056 所述移位器4的电机30反转， 驱动滑块32反向移动， 进而驱动管形仓8和圆锥柱9回 到原始位置。 0057 所述定位控制器3的电机21反转， 进而驱动丝杠22反转， 进而驱动滑块23反向移 动， 进而驱动T型体24反向移动， 压紧的弹簧26松开。 电机21继续反转， 移动底座25的圆锥体 28进入固定框架20的锥形槽内29， 如果圆锥体28与锥形槽29不同轴心， 则会产生相互作用 力， 使得移动底座25回到原始位置。 0058 所述坐标架1的电机12和电机16协同作用， 可将圆锥柱9移动到下一个换热器管 处， 进行下一个换热器管内壁面的清。

25、洗， 如此循环， 实现对所有换热器管的清洁。 0059 实施例2 一种管壳式换热器管在线自动清洁机器人定位装置， 如图13所示。 0060 所述定位装置由坐标架44、 定位器2和控制系统组成。 0061 所述坐标架44， 由两个竖直坐标架45和1个水平坐标架46组成， 如图14所示。 说明书 4/5 页 6 CN 111306983 A 6 0062 所述竖直坐标架45由滑块47、 电机48、 齿轮49、 齿条50和导轨51组成， 如图15所示。 安装在滑块47上的电机48驱动与齿条50啮合的齿轮49旋转， 从而实现滑块47沿导轨架51的 竖直直线运动。 0063 所述水平坐标架46由齿条52。

26、、 齿轮53、 电机54、 滑块55和导轨56组成， 如图16所示。 安装在滑块55上的电机54驱动与齿条52啮合的齿轮53旋转， 从而实现滑块55沿着导轨架56 的水平直线运动。 0064 该实施例相对于实施例1， 将竖直坐标架和水平坐标架由滚珠丝杆结构修改为齿 轮齿条结构， 仅仅是变动了坐标架， 其他部件与工作原理均相同， 不再重复阐述。 0065 实施例3 一种管壳式换热器管在线自动清洁机器人定位装置， 如图17所示。 0066 所述定位装置由坐标架57、 定位器2和控制系统组成。 0067 所述坐标架57由齿圈58、 主驱动器59和副驱动器60组成， 如图18所示。 0068 所述主驱。

27、动器59由中心轴61、 电机62、 丝杠63、 滑块64、 导轨65、 上侧滑轮66、 下侧 滑轮67、 齿轮68和电机69组成， 如图19、 图20所示。 中心轴61安装在齿圈58圆心处， 如图18所 示。 电机62驱动丝杠63旋转， 进一步驱动滑块64沿着导轨架65滑动， 也就是沿着齿圈58径向 运动。 电机69驱动与齿圈58啮合的齿轮68旋转， 进一步驱动主驱动器59以中心轴61为原点 旋转， 即滑块64以齿圈58圆心为原点做周向运动。 径向运动与周向运动配合， 进而实现了滑 块64在圆面上的定位。 上侧滑轮66和下侧滑轮67分别位于齿圈58的上下侧， 对主驱动器59 起到支持作用。 0。

28、069 所示副驱动器60由电机70、 丝杠71、 导轨72和滑块73组成， 如图21所示。 电机70驱 动丝杠71旋转， 进一步驱动滑块73沿着导轨72滑动。 副驱动器60安装在主驱动器59的滑块 64上， 如图18所示。 进而滑块73在滑块64的径向运动的基础上， 可以调节径向运动的大小。 0070 该实施例相对于实施例1， 将竖直坐标架和水平坐标架的竖直方向和水平方向定 位方式， 修改为径向方向和圆周方向的定位方式， 仅仅是变动了坐标架， 其他部件与工作原 理均相同， 不再重复阐述。 说明书 5/5 页 7 CN 111306983 A 7 图1 说明书附图 1/14 页 8 CN 111。

29、306983 A 8 图2 说明书附图 2/14 页 9 CN 111306983 A 9 图3 说明书附图 3/14 页 10 CN 111306983 A 10 图4 图5 说明书附图 4/14 页 11 CN 111306983 A 11 图6 说明书附图 5/14 页 12 CN 111306983 A 12 图7 说明书附图 6/14 页 13 CN 111306983 A 13 图8 图9 说明书附图 7/14 页 14 CN 111306983 A 14 图10 图11 说明书附图 8/14 页 15 CN 111306983 A 15 图12 图13 说明书附图 9/14 页 16 CN 111306983 A 16 图14 说明书附图 10/14 页 17 CN 111306983 A 17 图15 说明书附图 11/14 页 18 CN 111306983 A 18 图16 图17 说明书附图 12/14 页 19 CN 111306983 A 19 图18 图19 说明书附图 13/14 页 20 CN 111306983 A 20 图20 图21 说明书附图 14/14 页 21 CN 111306983 A 21 。