高層玻璃幕牆自動清洗裝置及其清洗方法與流程

2023-08-05 19:18:31 2

本發明涉及一種清潔設備，尤其涉及一種高層玻璃幕牆自動清洗裝置及其清洗方法。

背景技術：

伴隨著中國的快速發展，高層甚至超高層建築越來越多，但是高層玻璃幕牆和窗戶的清洗，卻一直由人工完成，也就是傳統的蜘蛛人，但是這種清洗模式存在著極大的危險性，而且效率極低，同時浪費大量的水資源，尤其是在北方地區。

高層玻璃幕牆一直停留在人工清洗的層次，自動化清洗還是一片空白。2015年4月，央視大樓第一次清洗外層玻璃幕牆，耗資40萬人民幣、預計耗水60噸、耗時一個月、最大清洗高度離地234米、清洗期間風力大，這次清洗投入大，耗時長，耗水多，危險係數高，由此可見高層玻璃幕牆的人工清洗的種種弊端。

另外，有些玻璃幕牆由下向上逐漸外凸，人工清洗根本無法完成，傳統方法往往採用高壓水槍衝洗，在遇到超高層建築時，由於水無法到達如此的高度，往往採用消防天梯或者直升機高壓噴水清洗，耗水量極大，而且工作成本及其高昂。

技術實現要素：

本發明的目的：提供一種高層玻璃幕牆自動清洗裝置及其清洗方法，收集天然雨水，使用雨水壓力勢能，通過液壓傳動機制，實現自動化清洗 高層玻璃幕牆(窗)，從而避高層作業，把蜘蛛人從危險的清洗工作之中解脫出來，並且節約寶貴水之源，和減少能量損耗，同時提高工作效率。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：

一種高層玻璃幕牆自動清洗裝置，包括儲水箱、A閥體、B閥體、C閥體、D閥體、水管、液壓管、頂蓋、活塞、三通接頭、鋼絲繩、多個定滑輪、一對導軌、刷子及噴水管；所述的儲水箱的出水口通過所述的水管分別與所述的A閥體及B閥體的一端對應連接，所述的A閥體的另一端通過所述的水管分別與所述的液壓管的頂部及所述的D閥體的一端連通，所述的B閥體的另一端通過所述的水管分別與所述的液壓管的底部及所述的C閥體的一端連通，所述的液壓管通過所述的三通接頭與所述的水管固定連接；所述的C閥體及D閥體的另一端分別通過所述的水管與所述的噴水管連通，所述的噴水管水平設置在玻璃幕牆的上方；所述的頂蓋密封罩蓋在所述的液壓管的頂部，所述的活塞同軸設置在所述的液壓管內，位於所述的液壓管與所述的A閥體及B閥體的連接端之間；所述的鋼絲繩的一端穿過所述的頂蓋連接在所述的活塞的上端面上，所述的鋼絲繩的另一端穿過所述的三通接頭連接在所述的活塞的下端面上，所述的鋼絲繩的中部通過所述的多個定滑輪與所述的刷子連接；所述的一對導軌分別垂直設置在玻璃幕牆的兩側，所述的刷子的兩端分別設置在所述的一對導軌上，所述的刷子位於所述的噴水管的下方，並貼合在玻璃幕牆上。

上述的高層玻璃幕牆自動清洗裝置，其中，所述的鋼絲繩上設有正向/反向控制組件，所述的正向反向控制組件包括A限位點、B限位點及二檔開關；所述的A限位點位於所述的刷子的下方，所述的二檔開關位於所述的A限位點與所述的B限位點之間。

上述的高層玻璃幕牆自動清洗裝置，其中，還包括刷子連接繩，所述的刷子連接繩的兩端分別連接在所述的刷子的兩端及鋼絲繩上，所述的刷子連接繩分別位於所述的刷子的上方及下方，形成菱形結構。

上述的高層玻璃幕牆自動清洗裝置，其中，所述的頂蓋上設有通孔，且所述的通孔內設有橡膠密封圈，所述的鋼絲繩穿過所述的頂蓋上的通孔，所述的鋼絲繩通過所述的橡膠密封圈與所述的頂蓋密封連接。

上述的高層玻璃幕牆自動清洗裝置，其中，所述的儲水箱內設有過濾網。

上述的高層玻璃幕牆自動清洗裝置，其中，當所述的儲水箱的高度低於10米時，所述的儲水箱與所述的水管的連接端增設增壓水泵。

一種高層玻璃幕牆自動清洗裝置的清洗方法，該方法至少包括如下步驟：

步驟1：所述的儲水箱收集雨水，並通過所述的過濾網過濾。

步驟2：所述的二檔開關處於a向連通，使所述的A閥體及C閥體導通，且所述的B閥體及D閥體截止，雨水經過所述的A閥體流入所述的液壓管的上端，雨水推動所述的活塞向下運動。

步驟3：所述的活塞下部的雨水經由所述的C閥體流入所述的噴水管中，所述的噴水管將雨水噴灑到玻璃幕牆上。

步驟4：所述的活塞在上部雨水的作用下向下運動，所述的鋼絲繩聯動並帶動所述的刷子向上運動，刷洗玻璃幕牆。

步驟5：所述的刷子運動到頂端時，所述的鋼絲繩上的B限位點帶動所述的二檔開關的杆，使所述的二檔開關處於b向連通，使所述的B閥體及D閥體導通，且所述的A閥體及C閥體截止。

步驟6：雨水經由所述的B閥體流入所述的液壓管的下端，推動所述的活塞向上運動。

步驟7：所述的活塞上部的雨水經由所述的D閥體流入所述的噴水管中，並將水噴灑在玻璃幕牆上。

步驟8：所述的活塞帶動所述的鋼絲繩聯動，所述的刷子向下運動，再次刷洗玻璃幕牆。

步驟9：所述的刷子運動到底端時，所述的鋼絲繩上的A限位點帶動所述的二檔開關的杆，使所述的二檔開關回到a向連通。

步驟10，重複所述的步驟2至步驟9，實現所述的刷子的往復運動，完成玻璃幕牆的刷洗。

本發明在樓頂收集雨水，直接利用所儲雨水的位勢能及其轉化為的壓強勢能，通過液壓傳動機構，為裝置提供動力和清洗用水，節約能源和清潔耗水；以機械化、自動化代替人工清潔的方法，避免人員高空作業的危險和高昂的作業成本；使雨水資源能合理、高效利用，積極響應國家創新和節能減排號召。

附圖說明

圖1是本發明高層玻璃幕牆自動清洗裝置的主視圖。

圖2是本發明高層玻璃幕牆自動清洗裝置的清洗方法的流程圖。

圖3是本發明高層玻璃幕牆自動清洗裝置的閥體控制電路圖。

具體實施方式

以下結合附圖進一步說明本發明的實施例。

請參見附圖1所示，一種高層玻璃幕牆自動清洗裝置，包括儲水箱1、A閥體2、B閥體3、C閥體4、D閥體5、水管6、液壓管7、頂蓋8、活塞9、三通接頭10、鋼絲繩11、多個定滑輪12、一對導軌13、刷子14及噴水管15；所述的儲水箱1的出水口通過所述的水管6分別與所述的A閥體2及B閥體3的一端對應連接，所述的A閥體2的另一端通過所述的水管6分別與所述的液壓管7的頂部及所述的D閥體5的一端連通，所述的B閥體3的另一端通過所述的水管6分別與所述的液壓管7的底部及所述的C閥體4的一端連通，所述的液壓管7通過所述的三通接頭10與所述的水管6固定連接；所述的C閥體4及D閥體5的另一端分別通過所述的水管與所述的噴水管15連通，所述的噴水管15水平設置在玻璃幕牆20的上方；所述的頂蓋8密封罩蓋在所述的液壓管7的頂部，所述的活塞9同軸設置在所述的液壓管7內，位於所述的液壓管7與所述的A閥體2及B閥體3的連接端之間；所述的鋼絲繩11的一端穿過所述的頂蓋8連接在所述的活塞9的上端面上，所述的鋼絲繩11的另一端穿過所述的三通接頭10連接在所述的活塞9的下端面上，所述的鋼絲繩11的中部通過所述的多個定滑輪12與所述的刷子14連接；所述的一對導軌13分別垂直設置在玻璃幕牆20的兩側，所述的刷子14的兩端分別設置在所述的一對導軌13上，所述的刷子14位於所述的噴水管15的下方，並貼合在玻璃幕牆20上。

A閥體2、B閥體3、C閥體4、D閥體5採用常閉型電磁閥，通電時導通，斷電時關閉，其控制電路圖如附圖3所示。水管6採用耐壓水管，本發明採用電源適配器供電，將市電轉換為12V直流電。

所述的鋼絲繩11上設有正向/反向控制組件，所述的正向反向控制組 件包括A限位點16、B限位點17及二檔開關18；所述的A限位點16位於所述的刷子14的下方，所述的二檔開關18位於所述的A限位點16與所述的B限位點17之間。

還包括刷子連接繩19，所述的刷子連接繩19的兩端分別連接在所述的刷子14的兩端及鋼絲繩11上，所述的刷子連接繩19分別位於所述的刷子14的上方及下方，形成菱形結構。

所述的頂蓋8上設有通孔，且所述的通孔內設有橡膠密封圈，所述的鋼絲繩11穿過所述的頂蓋8上的通孔，所述的鋼絲繩11通過所述的橡膠密封圈與所述的頂蓋8密封連接，防止漏水。

所述的儲水箱1內設有過濾網。

當所述的儲水箱1的高度低於10米時，所述的儲水箱1與所述的水管6的連接端增設增壓水泵。

按照液壓管7設計直徑為100mm計算

(1)當儲水箱1水頭高度為10m時

理論壓強為P＝ρ*g*h＝1000*10*10＝1Mpa

考慮到沿程損失和動能，取流速為1m/s由伯努利方程：

p1+1/2ρv12+ρgh1＝p2+1/2ρv22+ρgh2

取0.6的安全係數，壓強為50000pa

理論壓力為F＝50000*3.14*0.052＝784N

設計計算係數為0.5

設計壓力為F＝784*0.5＝392N

實際阻力183N(彈簧測力計實測獲得)

設計F為實際阻力的兩倍多，設計可行。

(2)當水頭高於10米時，壓強更大，提供的液壓壓力更大，但是阻力大小基本不變，更能保證整個裝置的運行。

(3)當水頭低於10米時(建築最頂端的一到兩層)，為了保證本發明的穩定運行，可以在水管6的進水端安裝增壓水泵，水泵揚程為10米，此時壓力可以保證系統運行。

請參見附圖2所示，一種高層玻璃幕牆自動清洗裝置的清洗方法，該方法至少包括如下步驟：

步驟1：所述的儲水箱1收集雨水，並通過所述的過濾網過濾。

步驟2：所述的二檔開關18處於a向連通，使所述的A閥體2及C閥體4導通，且所述的B閥體3及D閥體5截止，雨水經過所述的A閥體2流入所述的液壓管7的上端，雨水推動所述的活塞9向下運動。

步驟3：所述的活塞9下部的雨水經由所述的C閥體4流入所述的噴水管15中，所述的噴水管15將雨水噴灑到玻璃幕牆20上。

步驟4：所述的活塞9在上部雨水的作用下向下運動，所述的鋼絲繩11聯動並帶動所述的刷子14向上運動，刷洗玻璃幕牆20。

步驟5：所述的刷子14運動到頂端時，所述的鋼絲繩11上的B限位點17帶動所述的二檔開關18的杆，使所述的二檔開關18處於b向連通，使所述的B閥體3及D閥體5導通，且所述的A閥體2及C閥體4截止。

步驟6：雨水經由所述的B閥體3流入所述的液壓管7的下端，推動所述的活塞9向上運動。

步驟7：所述的活塞9上部的雨水經由所述的D閥體5流入所述的噴水管15中，並將水噴灑在玻璃幕牆20上。

步驟8：所述的活塞9帶動所述的鋼絲繩11聯動，所述的刷子14向 下運動，再次刷洗玻璃幕牆20。

步驟9：所述的刷子14運動到底端時，所述的鋼絲繩11上的A限位點16帶動所述的二檔開關18的杆，使所述的二檔開關18回到a向連通。

步驟10，重複所述的步驟2至步驟9，實現所述的刷子14的往復運動，完成玻璃幕牆20的刷洗。

實施例：

對於一棟對40層大樓，樓高120米，大樓長寬均為40米。

玻璃表面積為S：120*40*4＝19200m2

每年清洗所需水量為：

按照在大樓四面，每面安裝一套裝置，每月清洗一次，每次刷子來回清洗8次計算(相當於刷子刷16次，經由模型試驗結果，得知擦洗16次可以保證擦洗乾淨)

(1)每次清洗所需水量

一個來回需水量為Q＝Π*液壓管半徑的平方(r2)*大樓高度*系統數量*2，即Q＝3.14*0.052*120*4*2＝7.536m3

10個來回總需水量：Q總＝3.768*8*2＝60.288m3

(2)每年清洗所需水量：S年總＝Q總*12＝60.288*12＝723.456m3

3、每年可收集水量

根據我國年降水線，取上海、北京、廣州、武漢、哈爾濱、重慶、烏魯木齊等七個城市，分別代表我國的華東、華北、華南、華中、東北、西南、西北等七個地區。

(1)上海——華東

年降水量1010mm

樓頂可收集水量q＝面積*降水量，即q＝40*40*1.01＝1616m3

(2)北京——華北

年降水量545.3mm

樓頂可收集水量q＝面積*降水量，即q＝40*40*0.5453＝872.48m3

(3)廣州——華南

年降水量1780mm

樓頂可收集水量q＝面積*降水量，即q＝40*40*1.78＝2848m3

(4)武漢——華中

年降水量1100mm

樓頂可收集水量q＝面積*降水量，即q＝40*40*1.1＝1760m3

(5)哈爾濱——東北

年降水量480mm

樓頂可收集水量q＝面積*降水量，即q＝40*40*0.048＝768m3

(6)重慶——西南

年降水量1069mm

樓頂可收集水量q＝面積*降水量，即q＝40*40*1.069＝1710m3

(7)烏魯木齊——西北

年降水量277mm

樓頂可收集水量q＝面積*降水量，即q＝40*40*0.277＝443.2m3

由降水量可以分析得知，華東、華南、華中、華北、西南五個地區，降水量均遠大於所需水量，可以滿足使用，東北降水量略大於所需水量，基本可以保證使用，西北降水量遠小於所需水量，相差280立方米。

我國超高層建築主要分布於華東、華南、華北、華中、東北、西南，這 些地區，可以保證系統用水量，對於西北地區，比較乾旱，降水量較小，但是高層建築分布極少，需要裝該系統建築很少，並不影響系統的使用。

對於一棟40層大樓，表面積19200平方米，一年清洗12次(每個月清洗一次)：本發明清洗的耗水量：使用天然雨水，並不額外用水，故用水量為0，節水量為720噸，相當於一個三人家庭14個月用水量。

使用本發明每次清洗耗時1小時，整個系統功率為10W，安裝有4套系統，一年總共耗電：0.01*4*12＝0.48kW·h，相對於人工清洗耗電量，完全可以忽略，節約電能6720kW·h，相當於一個三人家庭6年用電量。使用本發明清洗，排放為零。

本發明絕大部分為簡單機械裝置，電路部分只有四個電磁閥(平均工作壽命1000小時，按照該系統設計使用頻率，可以正常工作83年)，工作可靠，壽命高，故障點少。

在有大風等惡劣氣候之中，人工清洗考慮到危險性，必須停止工作，但是本發明不存在這個問題，依然可以保證工作正常，完成清洗工作。

綜上所述，本發明在樓頂收集雨水，直接利用所儲雨水的位勢能及其轉化為的壓強勢能，通過液壓傳動機構，為裝置提供動力和清洗用水，節約能源和清潔耗水；以機械化、自動化代替人工清潔的方法，避免人員高空作業的危險和高昂的作業成本；使雨水資源能合理、高效利用，積極響應國家創新和節能減排號召。

以上所述僅為本發明的優選實施例，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是利用本發明說明書內容所作的等效結構變換，或直接或間接運用附屬在其他相關產品的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護範圍內。