[發(fā)明專利]基于激光沖擊波技術(shù)的金屬管道內(nèi)壁除垢方法和裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210226972.3
• 申請(qǐng)日: 2012-07-03
• 公開（公告）號(hào): CN102764747A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張興權(quán);左立生;余曉流;張標(biāo);王會(huì)廷;李殿凱;戚曉利;黃志來;王海榮;石寶玉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B08B9/027
• 分類號(hào): B08B9/027
• 代理公司: 馬鞍山市金橋?qū)＠碛邢薰?34111
• 代理人: 魯延生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于激光沖擊波技術(shù)的金屬管道內(nèi)壁除去污垢方法和裝置，該方法特別適合于清除固結(jié)在管道內(nèi)壁的污垢等附著物。

背景技術(shù)

金屬管道作為一種輸送流體的部件已得到廣泛應(yīng)用，然而由于流體中含有雜質(zhì)和外部因素的影響，管道在使用過程中容易在其內(nèi)壁形成一層垢體，如石油冶金化工的熱交換管、冷卻管等。管道內(nèi)壁結(jié)垢后，內(nèi)徑收縮，通流面積減小，導(dǎo)致流量變小，運(yùn)送效率降低，運(yùn)輸成本增加，甚至還會(huì)使管道堵塞，引發(fā)安全事故，因此管道內(nèi)壁的污垢必須要及時(shí)清除。目前常用的金屬管道除垢方法主要有機(jī)械除垢、高壓水射流除垢、化學(xué)除垢和火藥沖擊波除垢等。

機(jī)械除垢是使用刀具或其它機(jī)械裝置除去管壁污垢，通常使用人工手持刀具刮削去除污垢；或者在管道內(nèi)放置刀具，向管道輸送流動(dòng)介質(zhì)作為推動(dòng)刀具向前運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力，利用刀具對(duì)內(nèi)壁的刮削作用以達(dá)到清除管內(nèi)污垢。機(jī)械除垢的方法具有使用設(shè)備簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)單、無污染等優(yōu)點(diǎn)，但該方法一般適用于口徑較大的管道除垢，對(duì)于小口徑管、變徑管等管道內(nèi)壁的污垢，該方法除垢的效率較低，甚至難以奏效。?

高壓水射流法是以水為介質(zhì)，通過高壓裝置，形成高壓水，將壓力能轉(zhuǎn)化為水射流動(dòng)能，通過專用噴頭直接沖刷在金屬管道內(nèi)壁的垢體上，使之發(fā)生破裂，脫落，達(dá)到清洗除垢的目的。該方法的特點(diǎn)是以水為介質(zhì)，不損壞和腐蝕金屬管道，不污染環(huán)境，但對(duì)于粘結(jié)力很強(qiáng)的污垢難以清除干凈，如熱交換管道內(nèi)壁固結(jié)的CaCo₃之類的污垢，而且高壓系統(tǒng)設(shè)備較為復(fù)雜，制造成本高，維修困難。

化學(xué)除垢是根據(jù)垢層的化學(xué)成分，選擇合適的化學(xué)試劑將其注入到管道內(nèi)，存放一段時(shí)間，使化學(xué)試劑和污垢充分反應(yīng)，使垢體軟化、溶解、脫落，再用水把管道沖洗干凈。該方法在除垢過程中，由于化學(xué)試劑劑量難以精確控制，垢體的厚薄不均勻，化學(xué)試劑對(duì)污垢產(chǎn)生作用的同時(shí)，必然對(duì)管道有一定的腐蝕作用，而且垢層的化學(xué)成分不同，化學(xué)除垢劑成分不同，導(dǎo)致化學(xué)除垢工藝復(fù)雜，容易對(duì)環(huán)境造成污染。

火藥沖擊波除垢方法是利用火藥產(chǎn)生的沖擊波及高壓氣體直接傳輸給管道或容器，沖擊波及高壓氣體作用于管道或容器壁，從而使垢體剝落。火藥爆炸產(chǎn)生沖擊波除垢的效率高，但該裝置產(chǎn)生沖擊波的作用的范圍有限，且火藥的藥量難以精確控制，安全性較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有除垢方法存在的上述技術(shù)問題，提供一種基于激光沖擊波技術(shù)的金屬管道內(nèi)壁除垢方法和裝置。

本發(fā)明所提供的一種基于激光沖擊波技術(shù)的金屬管道內(nèi)壁除垢方法具體如下：

先在反射座13的端面涂上有效吸收激光能量的黑漆作為能量吸收層12，再將反射座13插入待除垢的金屬管7內(nèi)，根據(jù)待除垢體8的主要成分、金屬管7的力學(xué)性能、金屬管7的管壁厚度對(duì)激光脈沖參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，激光脈沖束3的功率密度為GW/cm²量級(jí)，激光脈沖束3直接輻照在反射座13的能量吸收層12上，能量吸收層12的材料氣化形成高溫高壓高密度的等離子體11，高壓等離子體11迅速膨脹而產(chǎn)生高壓沖擊波作用在管道內(nèi)壁的垢體8上，形成了向其內(nèi)部傳播的應(yīng)力波，當(dāng)應(yīng)力波壓力峰值超過垢體材料的斷裂極限時(shí)，垢體8碎裂并剝落，剝落后的垢體8隨約束層水10從反射座13和金屬管7內(nèi)壁之間的間隙及時(shí)排出管外。

本發(fā)明所提供的一種基于激光沖擊波技術(shù)的金屬管道除垢裝置包括激光器發(fā)生器1、導(dǎo)光系統(tǒng)、工件夾具系統(tǒng)和控制系統(tǒng)；其中所述導(dǎo)光系統(tǒng)包括導(dǎo)光管2、全反鏡4、沖擊頭5，所述導(dǎo)光管2的一端連著激光發(fā)生器1，依次把激光發(fā)生器1、全反鏡4和沖擊頭5連接起來，所述導(dǎo)光管2的另一端連接沖擊頭5并對(duì)著工件夾具系統(tǒng)；工件夾具系統(tǒng)包括水龍頭6、金屬管7、約束層水10、能量吸收層12、反射座13、管件夾持器9、導(dǎo)向支架16、水槽15、工作臺(tái)14，水龍頭6位于金屬管7上方，反射座13插入待除垢的金屬管7的內(nèi)部，所述反射座13的直徑要比金屬管7的內(nèi)徑小，反射座13和金屬管7內(nèi)壁之間留有間隙，反射座13的端面上涂有黑漆作為能量吸收層12，約束層水10覆蓋著能量吸收層12，反射座13的下端固定在水槽15底部，水槽15放置在工作臺(tái)14上，金屬管7通過管件夾持器9裝夾在導(dǎo)向支架16上，導(dǎo)向支架16固定在工作臺(tái)14上；控制系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)18和控制器17，計(jì)算機(jī)18通過控制器17控制管件夾持器9和工作臺(tái)14的運(yùn)動(dòng)，計(jì)算機(jī)18通過控制器17控制激光發(fā)生器1發(fā)出的激光脈沖束3。

本發(fā)明的實(shí)施過程如下：

1、將金屬管裝夾在管件夾持器上，管件夾持器裝夾在導(dǎo)向支架上，導(dǎo)向支架固定在工作臺(tái)上；