CN100408276C - 大型冷凝设备水下智能清洗机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型冷凝设备水下智能清洗机器人，它包括控制机构和与控制机构相连的清洗机构，清洗机构的底端设有行走机构，清洗机构上小臂总成的小臂的一端安装于小臂驱动轴上，另一端上装设有喷枪体和图像采集装置，喷枪体通过连通管与清洗介质源相连，小臂驱动轴与小臂驱动装置相连，小臂驱动装置通过小臂光电编码器与控制机构相连；大臂总成上大臂的一端与小臂驱动轴相连，大臂的另一端与大臂驱动轴相连，大臂驱动轴与大臂驱动装置相连，大臂驱动装置通过大臂光电编码器与控制机构相连；大臂驱动轴安装于回转机构总成上，回转机构总成装设于行走机构上。本发明结构简单、能够在水室中自主移动完成在线清洗、其适用范围广、自动化程度高。

Description

大型冷凝设备水下智能清洗机器人

技术领域

本发明主要涉及到冷凝器清洗设备领域，特指一种大型冷凝设备水下智能清洗机器人，其适用于电力、化工、制药等行业的大型冷凝器的在线清洗。

背景技术

目前，在工业领域中应用的冷凝器一般采用水冷和风冷等方式，其中大多采用水冷，而冷却水多数是直接取自江、河、湖、海等自然水源，由于冷却水不洁净、热交换时伴随化学反应等原因，致使冷凝管内壁积聚了不利于传热的污垢。污垢的存在会引发一系列危害：1、急剧降低了冷凝器的传热系数，导致冷凝器真空度降低，汽轮机组的出力随之降低，从而降低了汽轮发电机的效率；2、增加了冷却循环水***的水流阻力，导致循环水泵的能耗增加；3、导致冷凝管堵塞，严重影响设备运行；4、冷凝器管腐蚀穿孔，容易引发事故。

在不同的应用领域中，冷凝器也具有各自的特点，但其主要的功能都是提高***的工作效率。冷凝器是火力、原子能发电厂最重要的冷却器，其交换性能的优劣直接影响发电厂的换热效率。由于冷凝器热量传导的主要限制瓶颈在管道的水侧，因此对冷凝设备的及时有效的清洗，不仅能预防恶性生产事故发生，而且可以提高冷凝器的工作效率，可以起到巨大的节能降耗作用。

目前一般主要采用人工捅洗、胶球清洗、化学清洗和高压水射流清洗等方法。1、停机人工、机械方式清洗。在汽轮机检修时，旧式低压小容量的汽轮机冷凝器管(多采取锁母固定连接)，常采用人工敲打、捅刷除垢的方法。该方法劳动强度大，需要停机操作，容易损坏机组。2、胶球在线清洗防垢、除垢。胶球清洗装置由收球网、二次滤网、装球室、胶球输送泵和电气控制柜等部件组成。对大机组采用单元制***，即冷凝器每一侧使用收球网、装球室、胶球输送泵各一台；对于小机组通常采用共用制***。胶球清洗时先把比冷却管内径大1～2mm的海绵胶球放入装球室，在胶球泵的作用下胶球被送入循环水进水管，随着循环水的流动，胶球被挤入冷凝器管中进行擦洗，胶球通过冷凝器管后与循环水一起进入收球网，随后被胶球输送泵抽出，再进入装球室。如此循环，胶球不断擦洗冷凝器内壁使之保持清洁。使用胶球进行清洗存在以下缺点：在冷凝器清洗过程中会存在，容易使冷凝器堵塞，胶球的回收率较低，往往比较好的***，收球率也在80％以下，最差的情况根本收不到球。对于由化学反应而形成的析晶污垢则不能完全清除。3、化学清洗。根据不同材质冷凝器需要，选用适宜的清洗介质、缓蚀剂和活化剂，在规定的清洗范围及***内、遵循一定的清洗质量控制标准，采用一定的清洗工艺(包括循环水***加药)对冷凝器进行清洗。化学清洗须严格控制腐蚀速率(小于1g/m²·h)和总腐蚀量(小于10g/m²)腐蚀冷凝管；由于对冷凝器有腐蚀作用，化学清洗减短了冷凝管寿命；容易引起设备损坏、人身伤亡和清洗质量事故等发生，严重影响预期效果，给安全生产和经济运行带来巨大的损失；污染环境，不符合环保原则。4、高压水射流清洗。所谓高压水射流，是将普通自来水通过高压泵加压到数百乃至数千大气压力，然后通过特殊的喷嘴，以极高的速度喷出的一股能量高度集中的水流。它能够除去管内各种污垢和堵塞物。利用这股具有巨大能量的水流进行清洗即为高压水射流清洗。高压水射流清洗技术有以下优点：①清洗成本低；②清洗效果好：清洗管道及热交换器内孔时，能将管内的污垢和堵塞物全部清除干净，可见到金属本体，实现高质量清洗；③清洗速度快；④无环境污染；⑤对金属无任何腐蚀作用；⑥应用面广，凡是水射流能直射到的部位，不管是管道和容器内腔，还是设备表面，也不管是坚硬结垢物，还是结实的堵塞物，皆可使其迅速脱离母体，彻底清洗干净，此种清洗方法对设备材质、特性、形状及污垢种类均无特殊要求，故其应用十分广泛。目前，虽然高压水射流技术有以上这些优点，但是当清洗冷凝器时需要机组停机，若机组不停机，清洗工人需要穿上潜水服才能到水下进行工作。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、适用范围广、自动化程度高、能够自动完成在线清洗的大型冷凝设备水下智能清洗机器人。

为解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为：一种大型冷凝设备水下智能清洗机器人，它包括控制机构和与控制机构相连的清洗机构，其特征在于：所述清洗机构的底端设有行走机构，清洗机构包括喷枪体、图像采集装置、小臂总成、大臂总成、回转机构总成、连通管以及清洗介质源，所述小臂总成包括小臂、小臂驱动装置以及小臂驱动轴，小臂的一端安装于小臂驱动轴上，小臂的另一端上装设有喷枪体和图像采集装置，喷枪体通过连通管与清洗介质源相连，小臂驱动轴与小臂驱动装置相连，小臂驱动装置通过小臂光电编码器与控制机构相连；大臂总成包括大臂、大臂驱动装置以及大臂驱动轴，大臂的一端与小臂驱动轴相连，大臂的另一端与大臂驱动轴相连，大臂驱动轴与大臂驱动装置相连，大臂驱动装置通过大臂光电编码器与控制机构相连；大臂驱动轴安装于回转机构总成上，回转机构总成装设于行走机构上。

所述行走机构包括底盘、驱动轮、从动轮、车架、行走驱动装置以及履带，底盘固定于车架上，驱动轮和从动轮装设于车架上，履带绕设于驱动轮和从动轮上，驱动轮与行走驱动装置相连。

所述行走驱动装置与位于水室外的液压驱动机构相连，液压驱动机构包括压力泵、储液槽、液压伺服阀以及液压缸进出水管，液压缸进出水管一端与行走驱动装置相连，另一端通过液压伺服阀和压力泵与储液槽内的介质相连。

所述喷枪体和行走机构上装设有一个或一个以上的声纳传感器，声纳传感器与控制机构相连。

所述清洗介质源包括清水介质源和化学药剂介质源，所述化学药剂介质源为化学药剂储液槽，清水介质源为清水高压水泵，化学药剂储液槽和清水高压水泵与连通管相连。

所述小臂和大臂为中空状，与控制机构相连的信号线路装设于小臂和大臂内。

与现有技术相比，本发明的优点就在于：

1、本发明结构简单、自动化程度高，通过行走机构的设计，清洗机器人能在冷凝器水室内自主运动，不需要安装固定导轨，适用性更广，利用图像采集装置和声纳传感器，就可以实现机器人自主运动和喷嘴的精确定位；

2、本发明的机器人上设有图像采集装置，能够确保机器人能在水室环境中快速、准确地定位冷凝管的位置，即对冷凝器的管孔进行自动识别、检测和伺服对中定位，以便智能清洗机器人的喷嘴进行精确对准管孔，对冷凝管进行有效的清洗。另外，图像采集装置还可以对冷凝管是否堵塞进行辨识，对水室的一些状况，例如水中有体积较大的悬浮物等进行识别；

3、本发明的机器人上设有声纳传感器，机器人车体在水室中自主移动时，可以自动测量与水室壁的距离，避免机器人车体与水室壁相撞；进一步与小臂末端的图像采集装置相结合，以实现对冷凝器孔位的精确定位，当喷嘴与管壁面不垂直时，可以通过几何计算得到旋转底座的旋转参数和管孔的实际位置；

4、本发明的机器人同时支持高压水射流清洗和化学清洗两种在线清洗方式，采用高压水射流清洗，以清除松散性污垢；采用化学清洗，以清除析晶污垢。二者结合，可快速、有效地清除冷凝器内的污垢，提高清洗效率；

5、本发明的机器人上大臂和小臂内部采用中空结构，可以兼作固定信号连接线的连接通道，高压水软管的主要作用作高压水管道和化学清洗剂管道。

附图说明

图1是本发明的主视结构示意图；

图2是本发明的侧视结构示意图；

图3是本发明控制单元的结构框架原理示意图；

图4是本发明中PLC模块安装顺序示意图；

图5是本发明中PLC模块接线端子图；

图6是本发明的工作流程示意图。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例做进一步详细说明。

如图1和图2所示，本发明的大型冷凝设备水下智能清洗机器人，它包括控制机构和与控制机构相连的清洗机构，清洗机构的底端设有行走机构，清洗机构包括喷枪体52、图像采集装置20、小臂总成、大臂总成、回转机构总成、连通管22以及清洗介质源38，所述小臂总成包括小臂3、小臂驱动装置5以及小臂驱动轴51，小臂3的一端安装于小臂驱动轴51上，小臂3的另一端上装设有喷枪体52和图像采集装置20，喷枪体52通过连通管22与清洗介质源38相连，小臂驱动轴51与小臂驱动装置5相连，小臂驱动装置5通过小臂光电编码器4与控制机构相连；大臂总成包括大臂6、大臂驱动装置7以及大臂驱动轴41，大臂6的一端与小臂驱动轴51相连，大臂6的另一端与大臂驱动轴41相连，大臂驱动轴41与大臂驱动装置7相连，大臂驱动装置7通过大臂光电编码器23与控制机构相连；大臂驱动轴41安装于回转机构总成上，回转机构总成装设于行走机构上。喷枪体52和行走机构上装设有一个或一个以上的声纳传感器15，声纳传感器15与控制机构相连。清洗介质源38包括清水介质源和化学药剂介质源，化学药剂介质源为化学药剂储液槽26，清水介质源为清水高压水泵35，化学药剂储液槽26和清水高压水泵35与连通管22相连。喷枪体52采用可承受140MPa的不锈钢管，末端安装高压水射流清洗喷嘴61(型号：Q16喷嘴)，另一端与连通管22末端的电磁阀54相接。喷嘴61可以根据不同的要求选取合适形状的喷嘴61，以达到最佳的清洗效果。小臂3和大臂6为中空状，与控制机构相连的信号线路21装设于小臂3和大臂6内。

本实施例中，小臂3由小臂法兰固定在小臂驱动轴51上，而小臂驱动轴51经轴承、端盖、密封圈后安装在三通支座47中，三通支座47由法兰固定在大臂6的上端。小臂驱动装置采用液压马达，用来驱动小臂3旋转，使其实现360°转动。小臂3旋转过程：控制机构的可编程控制器PLC(型号：西门子S7-313)根据小臂光电编码器4测量的旋转角度参数控制小臂驱动装置5的电液伺服阀，小臂3由小臂驱动装置5驱动旋转，其旋转角度大小由与其同轴的小臂光电编码器4信号经整形、倍频鉴相电路反馈到PLC，构成闭环控制***。小臂3顶部安装的图像采集装置20为一个带光源的水下摄像机，水下摄像机与喷枪体52前端喷嘴61的相对位置固定不变，主要用于水下对冷凝管2的管孔特征和位置的识别，将管孔的图像信息通过图像采集卡送至控制机构的工控机，工控机将计算后的管孔中心位置坐标送至PLC；水下摄像机还可以对冷凝器是否堵塞进行辨识，以及对水室24的一些状况(例如，水中有体积较大的悬浮物等)进行识别。小臂3顶部正对管束处安装声纳传感器15，当喷嘴61与管束面不垂直时，将该处的声纳传感器15与机器人车体行走机构的侧面正对管束的两处声纳传感器15所测距离参数送至PLC模拟量输入模块，PLC将计算喷嘴61末端实际的位置坐标和回转机构总成的旋转角度，以便确定喷嘴61移动平面。连通管22末端的电磁阀54固定在小臂3的上部，用于防止清洗机器人不工作时水中的一些杂物或浮游生物堵塞连通管22。大臂6通过大臂6下的法兰连接于大臂驱动轴41上，大臂驱动轴41经轴承、端盖、密封圈后安装在大臂支座40中，大臂支座40与大臂驱动装置7、大臂光电编码器23相连。大臂驱动装置7采用液压驱动装置，用来驱动大臂驱动轴41，从而带动大臂6实现上下左右的360°转动。大臂6旋转过程：控制机构的PLC根据大臂光电编码器23测量的旋转角度参数控制大臂驱动装置7的电液伺服阀，大臂6由大臂驱动装置7驱动旋转，其旋转角度大小由与其同轴的大臂光电编码器23信号经整形、倍频鉴相电路反馈到PLC，构成闭环控制***。回转机构总成包括驱动齿轮45、从动齿轮46、支撑盘44、传动轴43以及旋转底座液压马达42。回转机构总成旋转由旋转底座液压马达42带动驱动齿轮45，从而使装在从动齿轮46中的传动轴43转动，这样带动整个旋转底盘总成的旋转，可以实现一定角度范围的正反转，该***为液压回转伺服***，可用来对液压回转器进行精确反馈控制。本实施例中的履带式行走机构由液压驱动，通过履带内侧的导向机构和驱动轮啮合而传递动力。行走机构包括底盘10、驱动轮17、从动轮34、车架33、行走驱动装置60以及履带16，底盘10固定于车架33上，驱动轮17和从动轮34装设于车架33上，履带16绕设于驱动轮17和从动轮34上，驱动轮17与行走驱动装置60相连，可带动履带16的滚动。车架33上方设有支承轮39，用来负责支撑上方的履带16，车架33下方的负重轮19负责整个车架33的重量承托，履带架59与车架33连接支撑安装在底盘10上的设备。行走驱动装置60与位于水室外的液压驱动机构相连，液压驱动机构包括压力泵11、储液槽12、液压伺服阀13以及液压缸进出水管14，液压缸进出水管14一端与行走驱动装置60相连，另一端通过液压伺服阀13和压力泵11与储液槽12内的介质相连。由压力泵11将自来水加压，通过液压伺服阀13的控制，经液压缸进出水管14送到行走驱动装置60中，从而实现驱动轮17和从动轮34的运动。履带底盘利用前驱动方式，左右两轮分别独立驱动，PLC根据前轮旋转角度参数控制左右轮液压马达电液伺服阀，履带16由两轮液压马达驱动旋转，其旋转角度大小由与其同轴的光电编码器信号经整形、倍频鉴相电路反馈到PLC，构成闭环控制***。采用前驱动方式的优点：驱动轮17较后驱动的磨损较少，履带16在从壁面到驱动轮17的过程中，履带16上携带的杂物可以被较好地冲刷掉。履带16结构的另一个优点是：高压水射流清洗时会对机器人带来一定的反作用力，导致机器人车体底盘10偏离预定水平轨迹，履带16的结构由于会增大与地面的摩擦力，能够解决好该问题。行走机构的底盘10主要作用是承载回转机构总成和清洗机构。在底盘10的前端、后端和正对管束的一侧都安装了声纳传感器15。前后端的声纳传感器15(型号：S18U)主要用于探测与水室24壁面的距离，避免与水室24壁面相碰撞，当机器人车体距离水室24壁面小于某一设定值(可调)时，相应的声纳传感器15向PLC发出中断请求，PLC响应中断后，停止向水室24壁继续移动。机器人车体侧面的声纳传感器与小臂3顶部的声纳传感器将各自所测距离参数送至PLC模拟量输入模块，PLC将计算喷嘴61末端实际的位置坐标和回转机构总成的旋转角度，以便确定喷嘴61移动平面。清水介质源的清水高压水泵35，主要用于连续产生采用高压水射流清洗方式时所需的高压水，水压为60～130MPa(根据具体清洗要求而定)，通过压力传感器(型号：PPM241Z)测量。化学药剂储液槽26和清水高压水泵35与连通管22相连，在化学清洗方式中，化学药剂储液槽26内存储有酸液、碱液和缓蚀剂三种化学药剂，需要三个计量槽，每个计量槽中都安装液位传感器28(型号：PTX1730系列投入式液位计，316不锈钢材料)，当液位小于某一设定值(可调)时，由相应的液位传感器28向PLC发出中断请求，PLC响应中断后，向相应的计量泵电机(型号：JW-0.85/2.5计量泵，柱塞式)发出控制信号。本实施例中，控制机构采用分布式控制方式，由一台上位机和多台下位机组成，每台下位机负责控制一个水室24。下位机安放在现场，设置在控制柜25内，其核心为可编程控制器PLC(参见图3、图4和图5)和水下摄像机，分别控制行走机构和清洗机构的正常动作。上位机位于主控室，其核心为工业控制计算机IPC，负责冷凝器工况参数采集、污垢系数计算、高压水压力、流量、清洗剂浓度、清洗时间、清洗周期的确定、下位机的参数预置和状态监控，具有动态显示、历史数据存储、报表打印等功能。上、下位机之间通过相应的接口进行通信。

控制机构中的自动清洗***，在功能上包括高压水射流清洗子***和化学清洗子***。该***基本工作原理如下：冷凝器运行时，自动清洗***实时监测冷凝器的结垢程度。当污垢系数大于某一设定值时，即启动高压水射流清洗。高压水射流清洗能够有效清除管内松散性，但对管内析晶污垢则不能完全清除，因此，高压水射流清洗后若污垢系数仍未达到要求，则启动化学清洗，直至析晶污垢完全清除。

1、高压水射流清洗子***

(1).PLC***

PLC***由西门子模块组成，包括电源模块(PS307)、CPU模块(S7-313)、数字量输入输出模块(SM323)、模拟量输入模块(SM331)、模拟量输出模块(SM332)。PLC***用来获取高压水压力值和控制各种电磁阀、电液伺服阀、变频器(型号：西门子变频器MicroMaster430)及其高压水泵电机；此外，为了显示状态信息和故障信息，设计了液晶显示屏。

(2).光电编码器的整形、倍频与鉴相电路

本***采用增量式光电编码器作为清洗机械臂关节角位移传感器，它具有分辨率高、响应速度快、体积小、重量轻、耐恶劣环境等特点。光电编码器的精度或分辨率主要决定于每转输出的脉冲数。

鉴于现场状况，光电编码器输出脉冲信号一般夹杂着干扰毛刺，较长距离传递时，尤其明显；而且由于清洗臂在水室中会受到冷却水流和高压水射流的冲击，光电编码器旋转时容易受机械振动影响，还有电源冲击，共模干扰等，这些干扰的存在都可能导致计数出现不稳定，因此还设计了进入计算机计数前进行整形处理。

(3).喷嘴61的定位控制

为了保证每一根冷凝管均能得到清洗，喷嘴61的精确定位是本***正常工作的基础。清洗***采用水下摄像机，以液压马达作为关节驱动部件，并配以电液伺服阀和光电编码器组成闭环控制***。定位过程是：将水下摄像机所拍摄的图像经图像采集卡送至工控机，经过工控机处理后将冷凝器的管束布置的位置坐标参数送至PLC，PLC根据管束位置坐标参数，完成清洗臂的路径规划；此外，在软件上设置了间隙补偿程序以补偿由于机械传动间隙而引起的定位误差，为了减少了机械震动，对液压马达的驱动采取软启动、软制动的方法，所有这些均保证了喷嘴的精确定位控制。

(4).控制

根据压力传感器测量的清洗压力值，启动高压水泵电机，并调节变频器，使高压水压力达到设定值。待喷嘴定位完毕，喷嘴与冷凝管对中。之后，小臂上部的电磁阀和高压水出水电磁阀相继动作，开始对冷凝器进行高压水射流清洗。清洗完毕，喷嘴行走，定位下一根冷凝管。

(5).状态、故障信息检测

在线高压水射流清洗时，喷嘴移动和定位均在密闭的水室中进行，因此相关状态信息及主要部件的故障检测不可缺少。状态信息主要包括喷嘴在水室中的位置，定位精度、喷枪体动作情况等。故障信息主要包括编码器故障、液压***故障、变频器故障、电磁阀故障、高压水压力大(或小)、液压水位高(或低)、电源掉电等，均以回信方式送入PLC。

(6).通信接口

PLC通过PC/MPI适配器与工控机进行通信；水下摄像机通过数据采集卡与工控机通信。

2、化学清洗子***

主要包括加缓蚀剂、进酸、中和置换等步骤，其控制过程分别如下：

(1).加缓蚀剂

在加酸前，先加缓蚀剂，可以降低冷凝器的腐蚀速率。缓蚀剂剂量与盐酸浓度有关，通过缓蚀剂电磁阀(型号：40型通用电磁阀)控制。

(2).进酸

PLC根据设定的盐酸浓度值参数，启动各相关的电磁阀和加药计量泵。加药量的调节通过计量泵电机变频调速来实现。在清洗过程中，保持冷却水入口的pH值不变(pH值传感器型号：GW24-WQ201)，以维持酸的浓度。上位机监视污垢系数，当污垢系数降低至某一设定值(可调)且冷却水出口浊度、硬度显著增大时，停止加酸。

(3).中和置换

将化学清洗后的酸液通过排污阀置换出***，当冷却水浊度＜20mg/L(可调)，启动碱计量泵加碱中和，并将冷却水pH值调到7以上，运行20～30小时后，即完成化学清洗。

(4).状态、故障信息检测

化学清洗***的状态信息包括循环水泵的工作情况，酸、碱计量箱中液位高(或低)等；故障信息包括变频器故障，电磁阀故障。

上位机软件结构：程序设计时，根据上位机的功能进行了模块化划分。在上位机软件中，动态数据库是整个***的核心，用于管理实时变量数据的输入和输出。其它应用程序模块所需的各种变量均存取于动态数据库。如通信模块程序通过DDE(动态数据库交换协议)与动态数据库服务器程序实现数据交换，完成下位机的参数预置和状态监控。下位机软件结构：下位机软件包括高压水射流清洗控制软件和化学清洗控制软件。根据PLC编程语言STEP7的特点，将下位机程序分为多个功能模块，并由组织模块统一管理。

工作原理：高压水射流清洗子***清洗过程，启动清洗机器人，由液压驱动履带16使机器人车体移动到水室24左侧，根据机器人车体侧面的声纳传感器与小臂3顶部的声纳传感器所测距离参数，调整机器人车体使之与管壁的距离达到设定值(略大于喷枪体52长度)，并且根据PLC计算的角度参数调整回转机构总成的角度，以保证大臂6和小臂3的旋转在与管壁平行的面内，也就保证了喷嘴61垂直于管壁面，从而达到最佳的清洗效果。水下摄像机首先摄取管壁现场图像，接着由工控机内图像采集卡采集并交付***核心图像识别及处理程序，进一步完成孔径位置的自动识别与定位，输出孔径中心位置及孔径中心轴与喷嘴61中心轴的位置差，从而调整大臂6和小臂3的角度，使喷嘴61的轴心通过孔径的中心。喷嘴61定位后，相继打开连通管22末端电磁阀54和高压水出水电磁阀37，由高压水泵35提供高压水水源，高压水射流通过连通管22向喷嘴61供水。清洗机械臂的动作过程是：液压***提供动力源，一路供给旋转底座液压马达42，带动旋转底座9旋转；一路供给大臂驱动装置7，通过大臂驱动轴41，带动大臂6转动；一路供给小臂驱动装置5，通过小臂驱动轴51，带动小臂3转动。旋转底座9在水室24中可作一定角度范围的正反旋转，大臂6和小臂3均可作360度正反旋转，旋转角度大小由上位机给出，大臂光电编码器23和小臂光电编码器4测定，大臂光电编码器23和小臂光电编码器4将各自参数送至PLC构成反馈控制***，实现对旋转底座9、大臂6和小臂3角度的调节，从而可使喷嘴61精确定位管壁上任意位置的冷凝管2管孔。定位调节完成后，上位机向PLC发清洗信号，PLC收到清洗信号后相继打开高压水软管末端电磁阀54和高压水出水电磁阀37，由高压水泵35提供高压水水源，高压水射流通过连通管22向喷嘴61供水，进行高压水射流清洗。清洗完毕，喷嘴61行走，定位下一根冷凝管。当完成本组(一组：水下摄像机20每次所拍摄的可确定管孔中心位置的冷凝管2数目)清洗后，重新进行视觉定位和大臂6、小臂3的角度调整；当完成本部分(一部分：履带16每移动一次所能清洗到的冷凝管2)的清洗后，将机器人车体向右移动一段设定距离(可调)。重复上述步骤。化学清洗子***清洗过程在加酸前，根据现场的情况加入适当的缓蚀剂，以降低冷凝器的腐蚀速率。缓蚀剂剂量与盐酸浓度有关，由缓蚀剂电磁阀27控制。PLC根据设定的盐酸浓度值参数，启动各相关的电磁阀27和加药计量泵。加药量的调节通过计量泵电机变频调速来实现。在清洗过程中，由pH值传感器实时地测量冷却水入口的pH值，将该参数反馈到加酸电磁阀27，以保持冷却水入口的pH值不变，以维持酸的浓度。上位机监视污垢系数，当污垢系数降低至某一设定值(可调)且冷却水出口浊度、硬度显著增大时，停止加酸。将清洗后的酸液通过排污阀置换出***，当冷却水浊度＜20mg/L(可调)时，启动碱计量泵加碱中和，并将冷却水pH值调到7以上，运行20-30小时后，即完成化学清洗。综上所述，该机器人的传动***、各种传感器以及多台PLC和水下摄像机20必须在电气控制***的精确控制下，才能协调完成水下在线清洗任务。

参见图6所示，具体工作过程为：

1、清洗准备

(1)初始化

包括上位机和下位机的初始化。

(2)选择在线清洗方式

智能清洗机器人能够实现高压水射流清洗和化学清洗两种在线清洗方式。一般采用高压水射流清洗，以清除松散性污垢；只有当析晶污垢达到某一程度(根据污垢系数的大小确定)时，才采用化学清洗，以清除析晶污垢。

2、高压水射流清洗方式

(1)选择高压水射流清洗方式后，由液压驱动履带16使机器人车体移动到水室左侧(注：从正对管壁的角度看)，移动过程中由机器人车体前端(注：从正对管壁的角度看，以机器人车体左侧为前端；右侧为后端)的声纳传感器15和侧面的声纳传感器测量机器人车体与左侧水室壁的距离和与管壁的距离，都达到各自的某一设定值(可调)时停止前进(从正对管壁的角度看，以机器人车体向左侧移动为前进；向右侧移动为后退)。然后，按照预设参数展开大臂6和小臂3，使喷嘴61对准管壁的左上角，打开软管末端电磁阀54。

(2)按照预设参数调整旋转底座9，启用机器人车体侧面的声纳传感器与小臂顶部的声纳传感器，根据PLC计算的角度参数调整旋转底座9的角度，直到大臂6、小臂3与管束面平行，以保证大臂6和小臂3的旋转在与管壁平行的面内，也就保证了喷嘴61垂直与管壁面。

(3)启用水下摄像机20。首先进行图像处理，判断冷凝管2是否堵塞，如果堵塞，则进行堵塞处理，方法是清洗该根冷凝管时加大水压；如果没有堵塞，则按照正常设定水压进行清洗。

(4)调整大臂6和小臂3。根据大臂光电编码器23和小臂光电编码器4的反馈参数，由大臂驱动装置7和小臂驱动装置5驱动轴承旋转，实现角度的调整，使喷嘴61与冷凝管2管孔精确对中。

(5)打开高压水出水电磁阀37，进行清洗对中的冷凝管2；同时，启动清洗定时器，以控制一根冷凝管所用时间。定时器定时时间(可调)到，关闭高压水出水电磁阀37，同时，清洗定时器清零。

(6)判断是否完成本组清洗。如果没有完成本组清洗，则转至步(4)，重新调整大臂6和小臂3，使喷嘴61与管孔精确对中下一根冷凝管2，重复步(4)～(6)。

(7)如果完成本组清洗，则判断是否需要水下摄像机20重新拍摄图像进行视觉定位。如果需要视觉定位，则转至步(3)，重复步(3)～(7)。

(8)如果不需要视觉定位，则判断机器人车体是否需要向右移动。如果需要向右移动，则通过液压***驱动履带16向右移动一段距离(可调)。在移动过程中，由后端的声纳传感器测量机器人车体与水室右壁的距离，当该距离小于等于某一设定值(可调)时，向***发出中断请求，***响应中断请求后，机器人车体停止移动。转至步(2)，重复步2～8。

(9)如果不需要向右移动，则判断本次高压水射流清洗是否完成。如果没有完成本次清洗，则重复步(2)～(9)。

(10)如果完成本次清洗，则执行结束清洗程序。

按照预设结束指令参数，先后关闭高压水泵35、高压水出水电磁阀37、软管末端电磁阀54；然后收缩大臂6和小臂3；再使机器人车体移动到水室左侧的预设位置；最后，显示“高压水射流清洗结束”，并自动关闭电源。

3、化学清洗方式

(1)选择化学清洗方式后，由液压驱动履带16使机器人车体移动到水室中央，移动过程中由机器人车体前端的声纳传感器和侧面的声纳传感器测量机器人车体与左侧水室壁的距离和与管壁的距离，都达到各自的某一设定值(可调)时停止前进。然后，按照预设参数展开大臂6和小臂3，使喷嘴61对准管壁的中部，打开软管末端电磁阀54。

(2)启动循环水泵，使水室中的水进入循环***。

(3)加入一定量的缓蚀剂。根据现场的情况加入适当的缓蚀剂，以降低冷凝器的腐蚀速率。缓蚀剂剂量与盐酸浓度有关，由缓蚀剂电磁阀27控制。同时，启动加缓蚀剂定时器。

(4)加缓蚀剂定时器时间(可调)到，开始加酸。

PLC根据设定的盐酸浓度值参数，启动各相关的电磁阀27和加药计量泵。加药量的调节通过计量泵电机变频调速来实现。在清洗过程中，由pH值传感器实时地测量冷却水入口的pH值，将该参数反馈到加酸电磁阀27，以保持冷却水入口的pH值不变，以维持酸的浓度。上位机监视污垢系数，当污垢系数降低至某一设定值(可调)且冷却水出口浊度、硬度显著增大时，停止加酸。

(5)将清洗后的酸液通过排污阀置换出***，当冷却水浊度＜20mg/L(可调)时，启动碱计量泵加碱中和，并将冷却水pH值调到7以上，运行20-30小时(时间由定时器或者人工控制)后，即完成化学清洗。

(6)执行结束清洗程序。

按照预设结束指令参数，关闭压力泵11；然后收缩大臂6和小臂3；再使机器人车体移动到水室左侧的预设位置；最后，显示“化学清洗结束”，并自动关闭电源。

Claims (8)

1. 一种大型冷凝设备水下智能清洗机器人，它包括控制机构和与控制机构相连的清洗机构，其特征在于：所述清洗机构的底端设有行走机构，清洗机构包括喷枪体(52)、图像采集装置(20)、小臂总成、大臂总成、回转机构总成、连通管(22)以及清洗介质源(38)，所述小臂总成包括小臂(3)、小臂驱动装置(5)以及小臂驱动轴(51)，小臂(3)的一端安装于小臂驱动轴(51)上，小臂(3)的另一端上装设有喷枪体(52)和图像采集装置(20)，喷枪体(52)通过连通管(22)与清洗介质源(38)相连，小臂驱动轴(51)与小臂驱动装置(5)相连，小臂驱动装置(5)通过小臂光电编码器(4)与控制机构相连；大臂总成包括大臂(6)、大臂驱动装置(7)以及大臂驱动轴(41)，大臂(6)的一端与小臂驱动轴(51)相连，大臂(6)的另一端与大臂驱动轴(41)相连，大臂驱动轴(41)与大臂驱动装置(7)相连，大臂驱动装置(7)通过大臂光电编码器(23)与控制机构相连；大臂驱动轴(41)安装于回转机构总成上，回转机构总成装设于行走机构上。

2. 根据权利要求1所述的大型冷凝设备水下智能清洗机器人，其特征在于：所述行走机构包括底盘(10)、驱动轮(17)、从动轮(34)、车架(33)、行走驱动装置(60)以及履带(16)，底盘(10)固定于车架(33)上，驱动轮(17)和从动轮(34)装设于车架(33)上，履带(16)绕设于驱动轮(17)和从动轮(34)上，驱动轮(17)与行走驱动装置(60)相连。

3. 根据权利要求2所述的大型冷凝设备水下智能清洗机器人，其特征在于：所述行走驱动装置(60)与位于水室外的液压驱动机构相连，液压驱动机构包括压力泵(11)、储液槽(12)、液压伺服阀(13)以及液压缸进出水管(14)，液压缸进出水管(14)一端与行走驱动装置(60)相连，另一端通过液压伺服阀(13)和压力泵(11)与储液槽(12)内的介质相连。

4. 根据权利要求1或2或3所述的大型冷凝设备水下智能清洗机器人，其特征在于：所述喷枪体(52)和行走机构上装设有一个或一个以上的声纳传感器(15)，声纳传感器(15)与控制机构相连。

5. 根据权利要求1或2或3所述的大型冷凝设备水下智能清洗机器人，其特征在于：所述清洗介质源(38)包括清水介质源和化学药剂介质源，所述化学药剂介质源为化学药剂储液槽(26)，清水介质源为清水高压水泵(35)，化学药剂储液槽(26)和清水高压水泵(35)与连通管(22)相连。

6. 根据权利要求4所述的大型冷凝设备水下智能清洗机器人，其特征在于：所述清洗介质源(38)包括清水介质源和化学药剂介质源，所述化学药剂介质源为化学药剂储液槽(26)，清水介质源为清水高压水泵(35)，化学药剂储液槽(26)和清水高压水泵(35)与连通管(22)相连。

7. 根据权利要求1或2或3所述的大型冷凝设备水下智能清洗机器人，其特征在于：所述小臂(3)和大臂(6)为中空状，与控制机构相连的信号线路(21)装设于小臂(3)和大臂(6)内。

8. 根据权利要求6所述的大型冷凝设备水下智能清洗机器人，其特征在于：所述小臂(3)和大臂(6)为中空状，与控制机构相连的信号线路(21)装设于小臂(3)和大臂(6)内。

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