CN107504926A - 一种管道积垢厚度检测探头及管道清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种管道积垢厚度检测探头及管道清洗方法，其中，一种管道积垢厚度检测探头，包括超声波发射器、超声波接收器、校准器、底座、收缩侧壁和壳体，其中：壳体一侧依次设有超声波发射器、校准器和超声波接收器，另一侧连接有收缩侧壁；超声波接收器连接在底座上；底座与伸缩缆线连接；超声波发射器、超声波接收器和伸缩缆线均与控制器通讯连接。本发明提供的管道积垢厚度检测探头，结构简单，使用方便，测量精度高，能够广泛运用于管道积垢厚度测量。本发明另外提供的管道清洗方法，采用上述管道积垢厚度检测探头，有效清洗积垢且不腐蚀管道；解决了现有清洗方法中人工投放药剂量不准确，导致清洗不到位或腐蚀管道的问题。

Description

一种管道积垢厚度检测探头及管道清洗方法

技术领域

本发明涉及管道清洗领域，特别涉及一种管道积垢厚度检测探头及管道清洗方法。

背景技术

在日常生活中，自来水管道与人们的生活和生命息息相关。但是使用年久的供水管道，由于水在管内的流动，氧化反应会生成锈垢以及水中的油泥、可溶性钙镁化合物的结垢等使管道内壁结有积垢，导致管道内径变小，供水不畅，严重时造成管道堵塞无法供水的问题。并且，管道内壁结垢为水中的各种微生物繁衍提供环境，导致水中的细菌和病毒有害物质增多，对人的身体健康构成严重的威胁。

目前，管道清洗通常采用化学方法或者物理方法对管道内表面积垢进行清除，使管道内表面恢复原来表面材质。其中，化学清洗为采用化学清洗剂，使其与积垢发生化学反应而使表面积垢被清除的化学清洗技术。采用柠檬酸作为一种清洗剂，在化学清洗工作中得到了广泛应用。而柠檬酸的用量与管道积垢厚度相关，若柠檬酸用量过少，则清洗效果不佳；若柠檬酸用量过多，则会腐蚀管道表面材质，同时造成柠檬酸的浪费。当前，在使用柠檬酸进行管道清洗时，柠檬酸的用量全靠清洗师傅经验确定，采用手动添加方法，无法精确针对积垢厚度添加相应剂量的清洗剂。

发明内容

为解决上述背景技术中提到的问题，本发明提供一种管道积垢厚度检测探头及管道清洗方法，其中，一种管道积垢厚度检测探头，包括超声波发射器、超声波接收器、校准器、底座、收缩侧壁和壳体，其中：

所述壳体一侧依次设有所述超声波发射器、校准器和超声波接收器，另一侧连接有所述收缩侧壁；所述超声波接收器连接在底座上；所述底座与伸缩缆线连接；所述超声波发射器、超声波接收器和伸缩缆线均与控制器通讯连接。

进一步地，所述底座一侧设有凹槽；所述凹槽内设有伸缩架；所述伸缩架与控制器通讯连接。

进一步地，所述校准器为板状。

进一步地，所述壳体内壁还设有线管；所述伸缩缆线设于所述线管内。

本发明提供的管道积垢厚度检测探头，通过将超声波发射器与超声波接收器设置在管道内，控制超声波斜入射至积垢表面，使超声波发生反射和折射，通过超声波接收器测量出超声波进入积垢的入射点与第一次出射点之间的距离，从而计算出积垢厚度。本发明提供的管道积垢厚度检测探头，结构简单，使用方便，测量精度高，能够广泛运用于管道积垢厚度测量。

本发明另外提供的一种管道清洗方法，采用如上任意所述的管道积垢厚度检测探头，所述清洗方法具体步骤如下：

步骤一、将检测探头设置在管道内；

步骤二、输入积垢类型，确定超声波在积垢中的传播速度；

步骤三、开启检测探头，测量积垢厚度；

步骤四、检测探头将积垢厚度信息传递给加药机；

步骤五、加药机控制1mol-3mol药剂的投放时间，并给清洗机的混合器自动加药剂；

步骤六、清洗机从步骤五中的混合器中抽取混合药剂清洗管道；

步骤七、管道清洗完毕后将仪器收回整理。

进一步地，步骤三中测量积垢厚度的方法为：将超声波斜入射至积垢表面；测量超声波进入积垢的入射点与第一次出射点之间的距离；联合超声波在积垢内的传播速度、超声波入射角，计算积垢厚度。

进一步地，积垢厚度D的计算公式为：

D＝L/2Tanθ_t1,其中，θ_t1＝arc sin(C₂/C₁sinθ_i1)、L为检测到的超声波进入积垢的入射点与第一次出射点之间的距离，θ_i1为超声波进入积垢的入射角、C₁为超声波在空气中的传播速度、C₂为超声波在积垢中的传播速度。

进一步地，测量积垢厚度的具体步骤如下：

步骤一、确定管道材质，设置超声波发射角度和能量大小；

步骤二、校准超声波接收器；

步骤三、测量超声波进入积垢的入射点与第一次出射点之间的距离，计算积垢厚度；

步骤四、改变超声波入射角和入射位置，测量积垢-管道界面第一点的平均积垢厚度；

步骤五、改变超声波入射角和入射位置，测量积垢-管道界面第二点的平均积垢厚度；

步骤六、将步骤四和步骤五的测量结果加权平均，得到积垢厚度数值。

本发明另外提供的管道清洗方法，能够有效清洗管道积垢，并且在清洗过程中不会对腐蚀管道；解决了现有清洗方法中人工投放药剂量不准确，导致清洗不到位或腐蚀管道的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的管道积垢厚度检测探头剖面示意图；

图2为管道积垢厚度检测探头位于管道内的剖面状态示意图；

图3为管道积垢厚度检测探头检测原理示意图；

图4为图3中A部分的放大示意图。

附图标记：

10超声波发射器 20超声波接收器 30校准器

40底座 41伸缩架 42凹槽

50线管 60收缩侧壁 70壳体

80伸缩缆线 90防护层 100积垢

110管道

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种管道积垢厚度检测探头及管道清洗方法，其中，一种管道积垢厚度检测探头，包括超声波发射器10、超声波接收器20、校准器30、底座40、收缩侧壁60和壳体70，其中：

所述壳体70一侧沿内壁长度方向依次设有所述超声波发射器10、校准器30和超声波接收器20，另一侧连接有所述收缩侧壁60；所述超声波接收器20连接在底座40上；所述底座40与伸缩缆线80连接；所述超声波发射器10、超声波接收器20和伸缩缆线80均与控制器通讯连接。

具体实施时，如图1所示，壳体70为管状结构，壳体70一侧依次设有超声波发射器10、校准器30和超声波接收器20，另一侧连接有收缩侧壁60；超声波接收器20连接在底座40上；底座40与伸缩缆线80连接，伸缩缆线80带动底座40做直线运动；超声波发射器10、超声波接收器20和伸缩缆线80均与控制器通讯连接；控制器为检测探头的中央控制器。

积垢100厚度测试时，如图2所示，将壳体70设有超声波发射器10的一侧贴近管道110内壁，使壳体70侧壁平行管道110内壁；控制器控制收壳体70另一侧的收缩侧壁60处于收缩状态；控制器控制伸缩缆线80伸展，伸缩缆线80与底座40连接，从而带动底座40上的超声波接收器20位移，使超声波接收器20能够接收到不同位置的反射、折射超声波；

校准时，超声波发射器10上设有光源，控制器控制光源的发光方向平行于管道110侧壁，且朝向校准器30发光，超声波接收器20上设有光源感应器，控制器通过控制底座40的升降，先使超声波接收器20上的光源感应器处于能够接收到光源的高度，然后使其匀速下降直至光源感应器接收不到光源，此位置即为校准位置，此时超声波接收器20的接收面与壳体70侧壁平行，由前述可知，壳体70平行于积垢-管道界面，由此可知超声波接收器20的接收面平行于积垢-管道界面；超声波发射器10发出超声波，以θ_i1角入射至空气-积垢界面，并发生第一次反射和第一次折射，第一次反射被超声波接收器20接收；折射声波继续传播，并在积垢-管道界面反射；超声波在积垢-管道界面的反射光在污垢-空气界面发生第二次折射，由超声波的反射和折射定律可知第一次反射超声波方向与第二次折射超声波方向平行，由此超声波接收器20测量出的两束超声波的距离即为超声波在积垢界面的第一次反射点与第一次折射点之间的距离L，超声波接收器20将测量到的距离信息传递给控制器，控制器通过公式D＝L/2Tanθ_t1，其中，θ_t1＝arc sin(C₂/C₁sinθ_i1)、L为检测到的超声波在积垢界面的第一次反射点与第一次折射点之间的距离，θ_i1为超声波入射角、C₁为超声波在空气中的传播速度、C₂为超声波在积垢100中的传播速度；即可计算出积垢100厚度，并输出积垢100厚度信息。

本发明实施例提供的管道积垢厚度检测探头，通过将超声波发射器与超声波接收器设置在管道内，控制超声波斜入射至积垢表面，使超声波发生反射和折射，通过超声波接收器测量出超声波进入积垢的入射点与第一次出射点之间的距离，从而计算出积垢厚度。本发明提供的管道积垢厚度检测探头，结构简单，使用方便，测量精度高，能够广泛运用于管道积垢厚度测量。

优选地，所述底座40一侧设有凹槽42；所述凹槽42内设有伸缩架41；所述伸缩架41与控制器通讯连接。

具体实施时，底座40相对于壳体70的一侧设有凹槽42；凹槽42内连接有伸缩架41；伸缩架41与控制器通讯连接；测试校准时，控制器控制伸缩架41的伸缩，从而调节与底座40连接的超声波接收器20的接收平面的角度。

优选地，所述校准器为板状。

优选地，所述壳体70内壁还设有线管50；所述伸缩缆线80设于所述线管50内。

具体实施时，壳体70内壁还设有线管50；伸缩缆线80设于线管50内；超声波发射器10和校准器30设于线管50外壁上；线管50与壳体70内侧壁之间连接有防护层90，防护层90、壳体70均由超高分子量聚乙烯材料制成，防护层90能够防止超声波从该区域射出，避免破坏防护层90及壳体70以上的仪器。

本发明实施例另外提供一种管道清洗方法，采用如上任意所述的管道积垢厚度检测探头，所述清洗方法具体步骤如下：

步骤一、将检测探头设置在管道内；

步骤二、输入积垢类型，确定超声波在积垢中的传播速度；

步骤三、开启检测探头，测量积垢厚度；

步骤四、检测探头将积垢厚度信息传递给加药机；

步骤五、加药机控制1mol-3mol药剂的投放时间，并给清洗机的混合器自动加药剂；

步骤六、清洗机从步骤五中的混合器中抽取混合药剂清洗管道；

步骤七、管道清洗完毕后将仪器收回整理。

优选地，步骤三中测量积垢厚度的方法为：将超声波斜入射至积垢表面；测量超声波进入积垢的入射点与第一次出射点之间的距离；联合超声波在积垢内的传播速度、超声波入射角，计算积垢厚度。

优选地，积垢厚度D的计算公式为：

D＝L/2Tanθ_t1,其中，θ_t1＝arc sin(C₂/C₁sinθ_i1)、L为检测到的超声波进入积垢的入射点与第一次出射点之间的距离，θ_i1为超声波进入积垢的入射角、C₁为超声波在空气中的传播速度、C₂为超声波在积垢中的传播速度。

具体实施时，如图3、图4所示，根据反射定律：θ_i1＝θ_r1；超声波在超声波接收界面的第一入射角为θ₁，由于空气-积垢界面与超声波接收界面平行，可知θ₁＝θ_i1；

根据折射定律：sinθ_i1/C₁＝sinθ_t1/C₂；得出超声波的折射角为θ_t1＝arc sin(C₂/C₁sinθ_i1)，θ_t1为超声波在空气-积垢界面的第一次折射角；再由反射定律可知，超声波在积垢-管道界面的第一次反射角θ_i2＝θ_t1；超声波继续在积垢-空气界面发生折射，其入射角为θ_i3，根据折射定律得出超声波在积垢-空气界面的第二次折射角为θ_t2，且θ_t2＝θ_i1；由此可知，超声波在超声波接收界面的第二入射角为θ₂，且θ₂＝θ_t2＝θ_i1；可知，θ₁＝θ₂＝θ_i1，超声波接收界面接收到的两束声波平行，两束声波在超声波接收界面的入射点距离为L。由几何关系可知，L等于超声波进入积垢的入射点与第一次出射点之间的距离。再由三角公式得出积垢厚度为D＝L/2Tanθ_t1,其中，θ_t1＝arc sin(C₂/C₁sinθ_i1)、L为检测到的超声波进入积垢的入射点与第一次出射点之间的距离，θ_i1为超声波进入积垢的入射角、C₁为超声波在空气中的传播速度、C₂为超声波在积垢中的传播速度。

较佳地，管道清洗前先对积垢表面进行喷涂处理；

若管道内的积垢表面为粗糙不平，在进行积垢厚度检测前，先对积垢表面进行喷涂处理，喷涂涂料的折射率与积垢折射率相同，且能够被清洗药剂腐蚀；通过在积垢表面填充与积垢折射率相同的涂料，填补了粗糙不平的积垢表面，达到使其表面平整的目的；具体是，将涂料喷嘴伸入需要污垢厚度检测的管道内，通过喷涂机的柱塞泵将涂料增压，获得高压的涂料通过高压软管输送到喷嘴，经由喷嘴释放压力形成雾化，从而在管道内壁表面形成均匀的涂层。

优选地，测量积垢厚度的具体步骤如下：

步骤一、确定管道材质，设置超声波发射角度和能量大小；该步骤中，通过不同的管道材质，选择设置超声波频率、振幅，避免超声波能量过大破坏管道结构；

步骤二、校准超声波接收器；该步骤中，校准超声波接收器，使超声波接收界面平行于管道侧壁，确保超声波接收界面测量出的距离与超声波进入积垢的入射点与第一次出射点之间的距离相等。

步骤三、测量超声波进入积垢的入射点与第一次出射点之间的距离，计算积垢厚度；

步骤四、改变超声波入射角和入射位置，测量积垢-管道界面第一点的平均积垢厚度；如图3所示，第一点为B点；该步骤中，通过多次改变超声波入射角和入射位置，使超声波在积垢-管道界面的反射点均为第一点，从而对第一点处的积垢厚度进行多次测量，以减小误差；

步骤五、改变超声波入射角和入射位置，测量积垢-管道界面第二点的平均积垢厚度；如图3所示，第二点为C点，第一点与第二点为不同的两点；

该步骤中，通过多次改变超声波入射角和入射位置，使超声波在积垢-管道界面的反射点均为第二点，从而对第二点处的积垢厚度进行多次测量，使测量结果更加精确；

步骤六、将步骤四和步骤五的测量结果加权平均，得到积垢厚度数值。

本发明实施例提供的管道清洗方法，利用超声波入射积垢后的反射和折射原理，通过测量出超声波进入积垢的入射点与第一次出射点之间的距离，计算得到积垢厚度；通过设置超声波的不同入射角度和位置，多次测量超声波在积垢-管道界面同一位置与不同位置的积垢厚度，得出平均积垢厚度，使测量结果精确。

本发明提供5组待测管道，采用本发明提供的管道积垢厚度检测探头进行管道积垢厚度测量，并用游标卡尺测量检验。

5组待测管道检测结果如表1所示：

表1

如表1所示，采用本发明提供的管道积垢厚度检测探头，测量的待测管道1、待测管道2、待测管道4和待测管道5的积垢厚度结果均与采用游标卡尺检验结果一致；待测管道3中的测量结果为3.61mm，采用游标卡尺检验测量结果为3.6mm，存在0.01mm的误差，但众所周知，误差是不可避免的，并且0.01mm在本次测试里属于合理的误差范围。由此可知，本发明提供的管道积垢厚度检测探头测量精度高。

本发明提供5组实施例，采用本发明提供的管道清洗方法清洗，检验管道积垢的清洗程度以及对管道表面的腐蚀情况；

本发明提供5组对比例，采用现有清洗方法清洗，检验管道积垢的清洗程度以及对管道表面的腐蚀情况；

本发明提供实施例1与对比例1清洗的管道积垢厚度为1mm；实施例2与对比例2清洗的管道积垢厚度为2mm；实施例3与对比例3清洗的管道积垢厚度为3.5mm；实施例4与对比例4清洗的管道积垢厚度为5mm；实施例5与对比例5清洗的管道积垢厚度为7mm；并且采用本发明提供的管道清洗方法清洗时，检测探头没有存储相关积垢厚度信息，操作人员不知晓积垢厚度信息；同时，采用现有清洗方法清洗前，操作人员也不知晓积垢厚度信息。

各实施例、对比例的检验结果如表2所示：

表2

对比各实施例与对比例，仅实施例4中的积垢残余厚度为0.01mm,且0.01mm在本测试里属于合理的误差范围，实施例1、实施例2、实施例3和实施例5中的积垢残余厚度均为0；由此可见采用本发明提供的管道清洗方法对管道积垢能够进行有效清洗；另外，由各实施例中的管道腐蚀厚度均为0可见，采用本发明提供的管道清洗方法，对清洗管道无腐蚀；

而对比例1和对比例2中的积垢残余厚度分别为0.1mm和0.05mm，对比例3、对比例4和对比例5中的管道腐蚀厚度分别为0.1mm、0.15mm和0.3mm；将各对比例与各实施例检验结果相比，采用现有清洗方法对管道积垢进行清洗，清理后的管道表面要么还有一定厚度的积垢残余，要么由于药剂投放过量腐蚀了管道；而采用本发明提供的管道清洗方法，清理后的管道表面无积垢残余、不腐蚀管道；由此可见，采用本发明提供的管道清洗方法能够有效解决现有清洗方法中的积垢残余或管道腐蚀问题。

本发明实施例提供的管道清洗方法，能够有效清洗管道积垢，并且在清洗过程中不会对腐蚀管道；解决了现有清洗方法中人工投放药剂量不准确，导致清洗不到位或腐蚀管道的问题。

尽管本文中较多的使用了诸如超声波发射器、超声波接收器、校准器、底座、伸缩架、凹槽、线管、收缩侧壁、壳体、伸缩缆线、防护层、积垢、管道等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种管道积垢厚度检测探头，其特征在于：包括超声波发射器、超声波接收器、校准器、底座、收缩侧壁和壳体，其中：

所述壳体一侧依次设有所述超声波发射器、校准器和超声波接收器，另一侧连接有所述收缩侧壁；所述超声波接收器连接在底座上；所述底座与伸缩缆线连接；所述超声波发射器、超声波接收器和伸缩缆线均与控制器通讯连接。

2.根据权利要求1所述的管道积垢厚度检测探头，其特征在于：所述底座一侧设有凹槽；所述凹槽内设有伸缩架；所述伸缩架与控制器通讯连接。

3.根据权利要求1所述的管道积垢厚度检测探头，其特征在于：所述校准器为板状。

4.根据权利要求1所述的管道积垢厚度检测探头，其特征在于：所述壳体内壁还设有线管；所述伸缩缆线设于所述线管内。

5.一种管道清洗方法，采用如权利要求1-4任一项所述的管道积垢厚度检测探头，其特征在于，所述清洗方法具体步骤如下：

步骤一、将检测探头设置在管道内；

步骤二、输入积垢类型，确定超声波在积垢中的传播速度；

步骤三、开启检测探头，测量积垢厚度；

步骤四、检测探头将积垢厚度信息传递给加药机；

步骤五、加药机控制1mol-3mol药剂的投放时间，并给清洗机的混合器自动加药剂；

步骤六、清洗机从步骤五中的混合器中抽取混合药剂清洗管道；

步骤七、管道清洗完毕后将仪器收回整理。

6.根据权利要求5所述的管道清洗方法，其特征在于：步骤三中测量积垢厚度的方法为：将超声波斜入射至积垢表面；测量超声波进入积垢的入射点与第一次出射点之间的距离；联合超声波在积垢内的传播速度、超声波入射角，计算积垢厚度。

7.根据权利要求6所述的管道清洗方法，其特征在于：积垢厚度D的计算公式为：

D＝L/2Tanθ_t1,其中，θ_t1＝arc sin(C₂/C₁sinθ_i1)、L为检测到的超声波进入积垢的入射点与第一次出射点之间的距离，θ_i1为超声波进入积垢的入射角、C₁为超声波在空气中的传播速度、C₂为超声波在积垢中的传播速度。

8.根据权利要求6或7所述的管道清洗方法，其特征在于：测量积垢厚度的具体步骤如下：

步骤一、确定管道材质，设置超声波发射角度和能量大小；

步骤二、校准超声波接收器；

步骤三、测量超声波进入积垢的入射点与第一次出射点之间的距离，计算积垢厚度；

步骤四、改变超声波入射角和入射位置，测量积垢-管道界面第一点的平均积垢厚度；

步骤五、改变超声波入射角和入射位置，测量积垢-管道界面第二点的平均积垢厚度；

步骤六、将步骤四和步骤五的测量结果加权平均，得到积垢厚度数值。