李國(guó)韜

摘 要：水垢的存在不僅會(huì)降低鍋爐熱效率、增加其運(yùn)行成本，同時(shí)水垢也是嚴(yán)重威脅鍋爐安全平穩(wěn)運(yùn)行的重要因素，其常常會(huì)引發(fā)鍋爐爐管的腐蝕、甚至爆管等安全事故。因此對(duì)鍋爐水垢高效、安全、低成本、環(huán)保的清洗是急需解決的問題，而現(xiàn)有的煮爐除垢技術(shù)、酸洗除垢技術(shù)、運(yùn)行除垢技術(shù)等水溝清除方法存在成本高或污染環(huán)境等缺點(diǎn)。該文提出了一種基于連桿機(jī)構(gòu)的水射流鍋爐除垢裝置，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐水垢高效、安全、低成本、環(huán)保的清除，力求對(duì)鍋爐除垢作業(yè)有所指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：連桿機(jī)構(gòu) 水射流清洗 鍋爐除垢

中圖分類號(hào)：TK73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）09（a）-0028-03

鍋爐作為工業(yè)生產(chǎn)和人民生活中普遍使用的設(shè)備，其廣泛用于工業(yè)用汽、加熱、發(fā)電等。目前，我國(guó)各類鍋爐數(shù)量總計(jì)超過65萬多臺(tái)，90%以上的工業(yè)鍋爐使用軟水作為供給水，但是多數(shù)沒有配置除氧器。由于鍋爐給水本身不純等原因，直接導(dǎo)致鍋爐的腐蝕、結(jié)垢等問題。水垢會(huì)降低鍋爐熱效率、增加運(yùn)行成本，還會(huì)導(dǎo)致爐管腐蝕、甚至爆管等，嚴(yán)重影響生產(chǎn)和安全。除垢則是解決這些問題的最主要方法。

工業(yè)鍋爐常用的3種除垢技術(shù)：煮爐除垢、酸洗除垢、運(yùn)行除垢，雖能在一定程度上減輕水垢的危害，但仍存在不足。如，煮爐除垢耗時(shí)長(zhǎng)，除垢率最多達(dá)到80%；酸洗除垢雖除垢率高，但需大量化學(xué)清洗劑，耗費(fèi)水資源，造成環(huán)境污染，且需專門清洗公司完成；運(yùn)行除垢也需使用大量除垢藥劑。該文結(jié)合連桿機(jī)構(gòu)以及水射流清洗技術(shù)，從節(jié)能、環(huán)保、效率和成本多方面考慮研究開發(fā)了一種基于連桿機(jī)構(gòu)的水射流鍋爐除垢裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)水垢的高效、環(huán)保、低成本清除，力求對(duì)工業(yè)鍋爐除垢有所指導(dǎo)意義。

1 基于連桿機(jī)構(gòu)的水射流鍋爐除垢裝置技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1 連桿機(jī)構(gòu)

連桿機(jī)構(gòu)是指由低副連接剛性構(gòu)件組成的機(jī)構(gòu)，其可以分為平面連桿機(jī)構(gòu)和空間連桿機(jī)構(gòu)。連桿機(jī)構(gòu)在工程中使用比較普遍，如，活塞發(fā)動(dòng)機(jī)、紡織機(jī)械、印刷機(jī)械、聯(lián)合收割機(jī)下割刀等[2]。連桿機(jī)構(gòu)之所以被普遍使用，主要是因?yàn)榫哂腥缦聝?yōu)點(diǎn)：（1）連桿機(jī)構(gòu)采用低副面接觸、承載大、便于潤(rùn)滑、不易磨損，形狀簡(jiǎn)單、易加工，容易獲得較高的制造精度。（2）連桿曲線豐富，可以滿足使用者不同要求。（3）連桿機(jī)構(gòu)可以改變桿的相對(duì)長(zhǎng)度，進(jìn)而改變從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

1.2 水射流清洗技術(shù)

所謂水射流，是將普通自來水通過高壓泵加壓到幾十、數(shù)百乃至數(shù)千大氣壓力，然后通過特殊的噴嘴（孔徑只有1～2 mm）以極高的速度噴出的一股能量高度集中的水流。這一股一股的小水流如同小子彈一樣具有巨大的打擊能量，它能夠進(jìn)行切割、清洗、滅火等多種作業(yè)。利用這種具有能量的水射流進(jìn)行清洗作業(yè)即為水射流清洗技術(shù)。水射流清洗技術(shù)是近幾十年來迅速發(fā)展的一項(xiàng)新技術(shù)。作為清洗技術(shù)，水射流具有其獨(dú)特的優(yōu)越性，如，洗效率高、成本低、清洗質(zhì)量好、不損傷設(shè)備、不污染環(huán)境、操作方便、安全等優(yōu)點(diǎn)[3]。同時(shí)，其工作介質(zhì)成本低廉、水射流機(jī)構(gòu)具有噴頭體積小、后坐力小、移動(dòng)方便，水射流整套裝置體積小，方便運(yùn)輸、安裝和拆卸等優(yōu)點(diǎn)。

1.3 距離傳感器

傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。距離傳感器是檢測(cè)物體距離的一種傳感器。它可以通過超聲波、電磁感應(yīng)技術(shù)、激光等來檢測(cè)物體間的距離，以輔助其他機(jī)構(gòu)的正常工作與運(yùn)行。距離傳感器有著無可比擬的作用，它常常被用來檢測(cè)事物的厚度、設(shè)備間的距離以及物體的速度等數(shù)據(jù)。

2 基于連桿機(jī)構(gòu)的水射流鍋爐除垢裝置的原理、組成及工作過程

2.1 裝置的工作原理

基于連桿機(jī)構(gòu)的水射流鍋爐除垢裝置綜合了連桿機(jī)構(gòu)、水射流清洗、距離檢測(cè)等相關(guān)技術(shù)。其以連桿機(jī)構(gòu)作為裝置的骨架，通過連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)使裝置收縮進(jìn)而進(jìn)入鍋爐內(nèi)部，再通過連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)裝置的伸展，進(jìn)而將水射流輸送到鍋爐內(nèi)壁附近實(shí)現(xiàn)清洗，距離傳感器檢測(cè)水射流清洗部件與鍋爐內(nèi)壁和鍋爐底部之間的距離，防止因水射流清洗部件與鍋爐內(nèi)壁或鍋爐底部之間碰觸而堵塞水射流清洗部件或損壞鍋爐。

2.2 裝置的組成

基于連桿機(jī)構(gòu)的水射流鍋爐除垢裝置主要由傘狀旋轉(zhuǎn)噴灑裝置、電控箱、電機(jī)、旋轉(zhuǎn)器、水射流接口器、導(dǎo)桿伸縮裝置、水泵、儲(chǔ)水箱、導(dǎo)桿等組成。傘狀旋轉(zhuǎn)噴灑裝置主要包括距離傳感器、拉伸器、鉸接環(huán)、分流器、導(dǎo)流管、拉桿、環(huán)形伸縮管、水射流噴嘴、導(dǎo)流腔和環(huán)形噴嘴器等。如圖1所示為基于連桿機(jī)構(gòu)的水射流鍋爐除垢裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖和機(jī)構(gòu)單元的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。

傘狀旋轉(zhuǎn)噴灑裝置的骨架是由多個(gè)機(jī)構(gòu)單元（即對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)單元）組成的。圖1中連桿b和曲柄a相當(dāng)于拉桿、機(jī)架c相當(dāng)于導(dǎo)桿、滑塊d相當(dāng)于拉伸器。電控箱可以控制拉伸器沿著導(dǎo)桿移動(dòng)進(jìn)而控制傘狀旋轉(zhuǎn)噴灑裝置的張開程度；同時(shí)電控箱可以控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)進(jìn)而帶動(dòng)傘狀旋轉(zhuǎn)噴灑裝置旋轉(zhuǎn)；電控箱進(jìn)一步控制導(dǎo)桿伸縮裝置使導(dǎo)桿伸長(zhǎng)或收縮。水泵可以把儲(chǔ)水箱中的水加壓后輸出，輸出的高壓水流（水壓在20～30 MPa之間）通過水射流接口器引入導(dǎo)桿，再通過導(dǎo)桿引流到分流器，再通過導(dǎo)流管、導(dǎo)流腔、環(huán)形伸縮管等到達(dá)環(huán)形噴嘴器，然后經(jīng)水射流噴嘴噴出進(jìn)行水垢清除作業(yè)。距離傳感器可以檢測(cè)水射流噴嘴與鍋爐內(nèi)壁和鍋爐底部之間的距離，并借助于藍(lán)牙將信息傳遞給電控箱，防止因水射流噴嘴與鍋爐內(nèi)壁或鍋爐底部之間碰觸而堵塞水射流噴嘴或損壞鍋爐。水射流接口器可以保證傘狀旋轉(zhuǎn)噴灑裝置在旋轉(zhuǎn)工作的過程高壓水的穩(wěn)定供應(yīng)。環(huán)形噴嘴器、導(dǎo)流腔和環(huán)形伸縮管的數(shù)量根據(jù)清洗對(duì)象的不同而有所不同，其具體數(shù)目主要根據(jù)所清洗鍋爐的內(nèi)徑尺寸決定。一般而言，環(huán)形噴嘴器可以設(shè)置在8～20個(gè)之間，導(dǎo)流腔可以設(shè)置在4～6個(gè)之間，環(huán)形伸縮管可以設(shè)置在12～26個(gè)之間。環(huán)形噴嘴器、導(dǎo)流腔和環(huán)形伸縮管彼此交替連接組成封閉型圓環(huán)，三者在圓環(huán)上均勻布置。環(huán)形伸縮管是可伸縮的，同時(shí)環(huán)形噴嘴器上設(shè)置有20～50水射流噴嘴。拉桿分為兩種：一種一端鉸接于導(dǎo)流腔或環(huán)形噴嘴器，另一端鉸接于拉伸器；另一種一端鉸接于導(dǎo)流腔或環(huán)形噴嘴器，另一端鉸接于鉸接環(huán)。鉸接環(huán)固定設(shè)置在導(dǎo)桿末端。導(dǎo)流管的一端接于導(dǎo)流腔，另一端接于分流器。分流器固定設(shè)置在導(dǎo)桿末端，且導(dǎo)流管是可以收縮的。

2.3 裝置的工作過程

首先，電控箱控制拉伸器沿導(dǎo)桿移動(dòng)進(jìn)而減小傘狀旋轉(zhuǎn)噴灑裝置的張開程度，使其以較小姿態(tài)進(jìn)入鍋爐內(nèi)部；傘狀旋轉(zhuǎn)噴灑裝置進(jìn)入鍋爐內(nèi)部后，拉伸器再次沿導(dǎo)桿反向移動(dòng)進(jìn)而使傘狀旋轉(zhuǎn)噴灑裝置張開，距離傳感器檢測(cè)水射流噴嘴與鍋爐內(nèi)壁之間，當(dāng)水射流噴嘴達(dá)到合適位置傘狀旋轉(zhuǎn)噴灑裝置停止張開，做好清洗準(zhǔn)備。然后，水泵將儲(chǔ)水箱中的水加壓后輸出，輸出的高壓水流通過水射流接口器引入導(dǎo)桿，再通過導(dǎo)桿引流到分流器，進(jìn)而通過導(dǎo)流管、導(dǎo)流腔、環(huán)形伸縮管等到達(dá)環(huán)形噴嘴器，然后經(jīng)水射流噴嘴噴出進(jìn)行水垢清除作業(yè)。之后，電控箱控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)器使其旋轉(zhuǎn)進(jìn)而帶動(dòng)傘狀旋轉(zhuǎn)噴灑裝置旋轉(zhuǎn)；同時(shí)電控箱控制導(dǎo)桿伸縮裝置使導(dǎo)桿伸長(zhǎng)或收縮，距離傳感器檢測(cè)水射流噴嘴與鍋爐底部之間防止碰觸。通過旋轉(zhuǎn)器的旋轉(zhuǎn)和導(dǎo)桿的伸縮使該裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐內(nèi)部全方位、無死角的水垢清除作業(yè)。最后，清洗完畢，傘狀旋轉(zhuǎn)噴灑裝置收縮，導(dǎo)桿縮短進(jìn)而從鍋爐中退出。

3 結(jié)語

該鍋爐水垢清除裝置的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于：（1）水垢清除效率高且無污染，該裝置采用高壓水射流對(duì)水垢進(jìn)行清除，能夠極大地提高清除效率和清除質(zhì)量，且用水量很小，同時(shí)能減少或避免清潔劑的使用，避免環(huán)境污染和水資源浪費(fèi)。（2）該裝置適應(yīng)性強(qiáng)，該水垢清洗裝置的傘狀旋轉(zhuǎn)噴灑裝置是可展收和可旋轉(zhuǎn)的，且其導(dǎo)桿是可收縮的，針對(duì)不同內(nèi)徑的清洗對(duì)象，該裝置可以調(diào)整其大小以適應(yīng)工作對(duì)象。未來，可以對(duì)該鍋爐水垢清除裝置的自動(dòng)化與智能化進(jìn)行進(jìn)一步提高，使其能夠更好地為工業(yè)生產(chǎn)和人民生活服務(wù)。

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