隧道乾冰清洗機的製作方法

2023-05-08 12:30:36 1

專利名稱：隧道乾冰清洗機的製作方法
技術領域：
本發明涉及隧道清洗技術領域，尤其涉及一種隧道乾冰清洗機。
背景技術：
近年來，隨著我國交通基礎設施建設規模的逐步擴大，公路建設迅猛發展，隧道裡程佔路線總裡程的比例也越來越大。截至2008年底我國高速公路通車總裡程已經達到6萬公裡，隧道裡程接近3000公裡。重慶市近幾年來高速公路建設飛速發展，到2009年底高速公路通車裡程以突破1500公裡，由於地處西南山區，重慶高速公路隧道比例更大，並且很多隧道均為長大隧道。
隧道特別是長大隧道，汽車運行排放的尾氣不易擴散，揚塵、油汙會越積越多，致使隧道產生嚴重汙染，隧道土建結構表面、機電設備及裝飾等會覆蓋一層灰塵和油汙。如果不及時清潔，隨著時間的推移，隧道的照明、交通信號燈等會變暗；隧道空氣品質會惡化，產生各種臭氣及有毒氣體；隧道機電設備易老化而發生故障；隧道土建結構內管缺陷不易探測和維護，影響隧道使用壽命。所有這些都會給隧道行車帶來極大的安全隱患。隧道是高速公路的咽喉，隧道的通行效率嚴重製約著高速公路的使用效率。通常隧道的清洗會暫時關閉單洞的通行，導致另一洞通行壓力增大，嚴重影響隧道的通行效率。目前國內一些長大隧道定期開展清洗工作，主要清洗方法有人工清洗法、滾刷式化學藥劑清洗法、高壓水射流清洗法等。人工清洗法由清洗人員用化學藥劑對隧道土建結構、機電設備及裝飾等進行清洗。這種清洗方法不僅勞動強度大、清洗效率很低、清洗質量差、環境汙染大，而且化學藥劑對清洗人員的身體健康有較大的危害。滾刷式清洗方法主要是用機器代替人工採用化學藥劑對隧道進行清潔。這種方法有效提高了清洗效率，但是由於清洗死角的存在，清洗質量較差，同時化學清洗劑清洗排汙廢水會對環境造成汙染。高壓水射流清洗技術是通過高壓水發生裝置將水加壓至數十個到上千個大氣壓，然後通過具有細小孔徑的噴射裝置將水轉換為高速的微細水射流。這種水射流的速度一般都在一倍馬赫數以上，這種具有高能量、高速度的水流正向或切向衝擊物體表面，可以完成隧道的清潔維護工作。但是水射流具有較大的能量，清洗過程中易對清洗對象產生破壞。清洗以水為介質，隧道溼度增大，對機電設備危害很大。

發明內容
針對現有技術存在的上述不足，本發明提供一種用於隧道乾冰清洗設備，運用該設備可對隧道進行乾冰清洗，為隧道清洗提供一種新型的清洗方式。本發明採用的技術方案如下
隧道乾冰清洗機，包括工程車、空氣壓縮機以及設置在工程車上的液態二氧化碳儲罐、清洗噴嘴機轉向架、清洗控制顯示器、控制平臺和乾冰清洗裝置，所述空氣壓縮機通過牽引架與工程車剛性連接；所述清洗控制顯示器安裝在控制平臺上，用於顯示整個設備的狀態參數；所述控制平臺內封裝有控制系統，整個設備由控制系統控制完成；
所述乾冰清洗裝置包括乾冰生成管、壓縮空氣管和清洗噴嘴管；所述乾冰生成管的進口端與液態二氧化碳儲罐相連通，乾冰生成管的出口端與壓縮空氣管相連通；乾冰生成管為兩端大、中間小的結構，乾冰生成管的進口端的管徑為4. 25 5. 75mm，乾冰生成管的出口端的管徑為8. 5^11. 5_，乾冰生成管中間位置的管徑逐漸減小至I. 2· 3mm後，再逐漸增大；所述壓縮空氣管的進口端與空氣壓縮機相連通，乾冰生成管的出口端與壓縮空氣管內通道相連通、且乾冰生成管與壓縮空氣管之間的夾角為45度，壓縮空氣管的出口端與清洗噴嘴管相連通；壓縮空氣管的進口端與出口端的管徑均為8. 5^11. 5_，在靠近壓縮空氣管與乾冰生成管相連通的位置、壓縮空氣管的管徑逐漸減小至4. 25飛.75mm,然後再逐漸增大，壓縮空氣管收縮段的長度為42. 5飛7. 5mm ;所述清洗噴嘴管與壓縮空氣管相連通的一端的管徑為8. 5^11. 5mm，清洗噴嘴管的另一端的管徑逐漸減小至2. 55^3. 45mm，然後再逐漸增大至4. 25 5. 75mm，清洗噴嘴管的另一端與清洗噴嘴相連通，該清洗噴嘴安裝在清洗噴嘴機轉向架上。 相比現有技術，本發明具有如下有益效果
I、整個設備採用控制系統控制，實現了乾冰清洗隧道的自動化，由控制系統控制，更簡便、精確，提高了清洗效率。2、本發明是根據二氧化碳物化性質，熱力學原理以及乾冰清洗特點研製出一種適用於隧道的乾冰清洗的設備，本發明噴出的乾冰為質地較軟，粒徑較小，密度低的乾冰沙，有利於清洗混凝土表面，且不損傷混凝土，降低乾冰微爆對混凝土表面空隙、裂隙的影響。2、本發明乾冰生成管為兩頭大中間小的結構，可直接將液態二氧化碳通過節流膨脹原理，使高壓過冷的液態二氧化碳通過節流膨脹元件(節流膨脹元件為小孔節流元件)噴出，急速膨脹降壓，一部分液態二氧化碳吸收熱量氣化，使得一部分液態二氧化碳快速冷凝為固體的乾冰微粒，在出口處形成氣固兩相流。3、清洗噴嘴管採用拉伐爾噴管原理，壓縮空氣與乾冰的混合氣固兩相流在該管加速至超音速，並對混凝土表面進行清洗。


圖I為本發明隧道乾冰清洗機結構示意 圖2為乾冰清洗裝置結構示意 圖3為壓縮空氣管結構示意 圖4為乾冰生成管結構示意 圖5為清洗噴嘴管結構示意 圖6為採用兩次乾冰生成的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖及具體實施方式
對本發明作進一步詳細地描述。
參見圖I，隧道乾冰清洗機，包括工程車I、空氣壓縮機8以及設置在工程車I上的液態二氧化碳儲罐2、清洗噴嘴機轉向架3、清洗控制顯示器4、控制平臺5和乾冰清洗裝置9。空氣壓縮機8通過牽引架7與工程車I剛性連接。清洗控制顯示器4安裝在控制平臺上，用於顯示整個設備的狀態參數；控制平臺5內封裝有控制系統，整個設備由控制系統控制完成；在控制平臺5的後方還設有椅子6，方便作業人員坐在椅子6上操作整個控制平臺及觀測清洗控制顯示器4上實時顯示的數據。參見圖r圖5，乾冰清洗裝置9包括乾冰生成管91、壓縮空氣管92和清洗噴嘴管93。乾冰生成管91的進口端與液態二氧化碳儲罐2相連通，該接口通過金屬軟管與液態二氧化碳儲罐2連接，液態二氧化碳儲罐2為液體二氧化碳常溫鋼瓶或液體二氧化碳低溫絕熱鋼瓶，液態二氧化碳儲罐2的出口壓力為2. (Γ2. 3MPa。乾冰生成管91的出口端與壓縮空氣管92相連通。乾冰生成管91為兩端大、中間小的結構，乾冰生成管91的進口端的管徑為4. 25飛.75mm，乾冰生成管91的出口端的管徑為8. 5 11. 5mm，乾冰生成管91中間位置的管徑逐漸減小至I. Tl. 3_後，再逐漸增大。採用該結構可直接將液態二氧化碳通過節流膨脹原理，使高壓過冷的液態二氧化碳通過節流膨脹元件(節流膨脹元件為小孔節流元件)噴出，急速膨脹降壓，一部分液態二氧化碳吸收熱量氣化，使得一部分液態二氧化碳快速冷 凝為固體的乾冰微粒或乾冰沙，在乾冰生成管91的出口端處形成氣固兩相流。壓縮空氣管92的進口端與空氣壓縮機8相連通，該接口為插入式接口，本實施例中，空氣壓縮機8的功率為I. 5KW、容積流量O. lm3/min、排氣壓力O. 7MPa。壓縮空氣管2採用標準的空氣壓縮機氣管連接方式與空氣壓縮機8連接。乾冰生成管91的出口端與壓縮空氣管92內通道相連通、且乾冰生成管91與壓縮空氣管92之間的夾角為45度，壓縮空氣管92的出口端與清洗噴嘴管93相連通。壓縮空氣管92的進口端與出口端的管徑均為8. 5^11. 5mm,在壓縮空氣管92上，靠近壓縮空氣管92與乾冰生成管91相連通的位置，壓縮空氣管92的管徑逐漸減小至4. 25 5. 75mm，然後再逐漸增大，壓縮空氣管92收縮段的長度為42. 5飛7. 5mm。利用文丘裡管負壓原理，將乾冰生成管產生的乾冰導入壓縮空氣流路中，並充分混合，以利於清洗作業。壓縮空氣由空氣連接管進入壓縮空氣管2，高速流動的壓縮空氣在壓縮空氣管2中、壓縮空氣管2與乾冰生成管I的連接處產生負壓，將乾冰生成管產生的乾冰吸入清洗流路(即清洗噴嘴管3)中，充分混合後經過清洗噴嘴噴出。清洗噴嘴管93與壓縮空氣管92相連通的一端的管徑為8. 5^11. 5mm，清洗噴嘴管的另一端的管徑逐漸減小至2. 55^3. 45mm，然後再逐漸增大至4. 25^5. 75mm。清洗噴嘴管93採用拉伐爾噴管原理，壓縮空氣與乾冰的混合氣固兩相流在該管加速至超音速，並對混凝土表面進行清洗。清洗噴嘴管的另一端與清洗噴嘴相連通，該清洗噴嘴安裝在清洗噴嘴機轉向架上。清洗噴嘴為多組，相鄰兩組噴嘴之間間距為8 12cm，每組噴嘴均通過管道與清洗噴嘴管的另一端相連通。在清洗噴嘴機轉向架上靠近噴嘴的位置分布設有紅外測矩探頭，該紅外測矩探頭與控制系統連接，用於監測噴嘴與隧道表面的距離，並將監測數據發送給控制系統。清洗噴嘴機轉向架可設置為可收折的，該收折方式可由液壓傳動控制。在清洗隧道時，多組噴嘴組分別置於清洗噴嘴機轉向架上，形成弧形斷面，相鄰兩組噴嘴之間間距為8 12cm，以保證清洗時無漏點、盲點。在清潔噴嘴機轉向架上分布設置紅外測距探頭，監測清洗噴嘴機轉向架上噴嘴與隧道表面距離，並將該距離發送給控制系統，由控制系統處理後調整清洗噴嘴機轉向架的角度，以保持清洗距離一致，提高清洗效率。由於清洗時，有多組噴嘴，對壓縮空氣的需求量較大，本實施例中採用工程活塞空氣壓縮機，該空氣壓縮機通過牽引架與工程車剛性連接，由工程車牽引前進。參見圖6 :為了滿足清洗對乾冰更大的用量要求，本發明更優選的一種技術方案為壓縮空氣管92設置為兩根，包括壓縮空氣管a921和壓縮空氣管b922，壓縮空氣管a921和壓縮空氣管b922的進口端均與空氣壓縮機8相連通，壓縮空氣管a921的出口端與壓縮空氣管b922內通道相連通、且壓縮空氣管a921與壓縮空氣管b922之間的夾角為45度。乾冰生成管91包括乾冰生成管a911和乾冰生成管b912,乾冰生成管a911和乾冰生成管b912平行設置，乾冰生成管a911和乾冰生成管b912的進口端均設有與液態二氧化碳儲罐2相連通的接口，乾冰生成管a911的出口端與壓縮空氣管b922的內通道相連通、且乾冰生成管a911與壓縮空氣管b922之間的夾角呈45度，乾冰生成管b912的出口端與壓縮空氣管b922的內通道相連通、且乾冰生成管b912與壓縮空氣管b922之間的夾角呈45度。在靠近壓縮空氣管a與壓縮空氣管b相連通的位置、壓縮空氣管a的管徑逐漸減小至4. 25飛.75mm，然後再逐漸增大，壓縮空氣管收縮段的長度為42. 5飛7. 5_。該結構採用兩次乾冰生成並同時導入壓縮空氣管b922中的清洗流路中，壓縮空氣管b922中的壓縮空氣通入流路後，在乾冰生成管(乾冰生成管a和乾冰生成管b)與壓縮空氣管b922的連通處產生負壓，將乾冰生 成管91生成的乾冰微粒以及二氧化碳氣體導入流路中(即壓縮空氣管b中)。壓縮空氣管a921中的壓縮空氣空氣與壓縮空氣管b中的混合氣體混合後，通過文丘裡管加速，再通過清洗噴嘴管的加速達到I. 7-3. O馬赫的清洗速度，噴出噴嘴清洗混凝土表面。為了滿足乾冰清洗的要求，在壓縮空氣管2 (包括壓縮空氣管a和壓縮空氣管b)的進口端設有壓力表和調節器；在乾冰生成管91 (包括乾冰生成管a和乾冰生成管b)的進口端設有流量控制裝置。壓力表、調節器和流量控制裝置均與控制系統和清洗控制顯示器連接。由於環境溫度對隧道乾冰清洗機的清洗效率影響較大，在壓縮空氣管、乾冰生成管和清洗噴嘴管的外周均包裹有隔熱層，該隔熱層為隔熱材料製成。在與液態二氧化碳儲罐4連接的金屬軟管外也包裹有由隔熱材料製成的隔熱層，在與空氣壓縮機5連接的管道外也包裹有由隔熱材料製成的隔熱層。利用該隧道乾冰清洗機進行隧道乾冰清洗的方法，該方法包括如下步驟
I)分別連接好空氣壓縮機、液態二氧化碳儲罐和乾冰清洗裝置，檢查氣密性。2)連接乾冰清洗裝置與清洗噴嘴機轉向架上各噴嘴組的接口。3)發動工程車，將工程車駛入被清洗隧道入口處，採用控制系統調節清洗噴嘴機轉向架，使得清洗噴嘴機轉向架弧度與隧道面弧度一致，且清洗噴嘴機轉向架上各噴嘴與隧道表面的距離保持在l(Tl5cm之間。4)開啟空氣壓縮機，待空氣壓縮機壓力達到設定值後，打開與乾冰清洗裝置相連接的空氣進氣閥門，本實施例中，空氣壓縮機的壓力設定值為O. 7MPa。5 )開啟二氧化碳儲罐閥門，二氧化碳儲罐與乾冰清洗裝置的連接閥門，調節壓力，使得壓力保持在2. (Γ2. 3mpa之間，待噴嘴處有乾冰噴出後開始清洗。6)工程車在隧道內按靠右行進，順著車行方向保持均勻低速前行，保證隧道的每個被清洗面有Γ2秒清洗時間。7)清洗完成後先關閉液態二氧化碳儲罐閥門，3飛分鐘後再關閉空氣壓縮機，以保證清洗裝置內部乾燥清潔，同時收回清洗噴嘴機轉向架。最後需要說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制技術方案，儘管申請人參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理 解，那些對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術方案的宗旨和範圍，均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
權利要求
1.隧道乾冰清洗機，其特徵在於，包括工程車、空氣壓縮機以及設置在工程車上的液態ニ氧化碳儲罐、清洗噴嘴機轉向架、清洗控制顯示器、控制平臺和乾冰清洗裝置，所述空氣壓縮機通過牽引架與工程車剛性連接；所述清洗控制顯示器安裝在控制平臺上，用於顯示整個設備的狀態參數；所述控制平臺內封裝有控制系統，整個設備由控制系統控制完成；所述乾冰清洗裝置包括乾冰生成管、壓縮空氣管和清洗噴嘴管；所述乾冰生成管的進ロ端與液態ニ氧化碳儲罐相連通，乾冰生成管的出ロ端與壓縮空氣管相連通；乾冰生成管為兩端大、中間小的結構，乾冰生成管的進ロ端的管徑為4. 25 5. 75mm，乾冰生成管的出ロ端的管徑為8. 5^11. 5_，乾冰生成管中間位置的管徑逐漸減小至I. 2· 3mm後，再逐漸增大；所述壓縮空氣管的進ロ端與空氣壓縮機相連通，乾冰生成管的出口端與壓縮空氣管內通道相連通、且乾冰生成管與壓縮空氣管之間的夾角為45度，壓縮空氣管的出口端與清洗噴嘴管相連通；壓縮空氣管的進ロ端與出ロ端的管徑均為8. 5^11. 5_，在靠近壓縮空氣管與乾冰生成管相連通的位置、壓縮空氣管的管徑逐漸減小至4. 25飛.75mm,然後再逐漸增大，壓縮空氣管收縮段的長度為42. 5飛7. 5mm ;所述清洗噴嘴管與壓縮空氣管相連通的一端的管徑為8. 5^11. 5mm，清洗噴嘴管的另一端的管徑逐漸減小至2. 55^3. 45mm，然後再逐漸增大至4. 25 5. 75mm，清洗噴嘴管的另一端與清洗噴嘴相連通，該清洗噴嘴安裝在清洗噴嘴機轉向架上。
2.根據權利要求I所述的隧道乾冰清洗機，其特徵在於，所述壓縮空氣管包括壓縮空氣管a和壓縮空氣管b，壓縮空氣管a和壓縮空氣管b的進ロ端分別與空氣壓縮機相連通，壓縮空氣管a的出ロ端與壓縮空氣管b內通道相連通、且壓縮空氣管a與壓縮空氣管b之間的夾角為45度；所述乾冰生成管包括乾冰生成管a和乾冰生成管b，乾冰生成管a和乾冰生成管b平行設置，乾冰生成管a和乾冰生成管b的進ロ端均與液態ニ氧化碳儲罐相連通，乾冰生成管a的出ロ端與壓縮空氣管b內通道相連通、且乾冰生成管a與壓縮空氣管b之間的夾角呈45度，乾冰生成管b的出口端與壓縮空氣管b的內通道相連通、且乾冰生成管b與壓縮空氣管b之間的夾角呈45度。
3.根據權利要求2所述的隧道乾冰清洗機，其特徵在於，在靠近壓縮空氣管a與壓縮空氣管b相連通的位置、壓縮空氣管a的管徑逐漸減小至4. 25飛· 75mm，然後再逐漸増大，壓縮空氣管收縮段的長度為42. 5飛7. 5mm。
4.根據權利要求I、2或3所述的隧道乾冰清洗機，其特徵在於，所述清洗噴嘴機轉向架上靠近噴嘴的位置分布設有紅外測矩探頭，該紅外測矩探頭與控制系統連接，用於監測噴嘴與隧道表面的距離，並將監測數據發送給控制系統。
5.根據權利要求4所述的隧道乾冰清洗機，其特徵在於，所述噴嘴為多組，相鄰兩組噴嘴之間間距為8 12cm，每組噴嘴均通過管道與清洗噴嘴管的另一端相連通。
6.根據權利要求I、2或3所述的隧道乾冰清洗機，其特徵在於，在壓縮空氣管的進ロ端設有壓力表和調節器；在乾冰生成管的進ロ端設有流量控制裝置。
7.根據權利要求6所述的隧道乾冰清洗機，其特徵在於，在壓縮空氣管、乾冰生成管和清洗噴嘴管的外周均包裹有隔熱層，該隔熱層為隔熱材料製成。
全文摘要
本發明公開了一種隧道乾冰清洗機，包括工程車、空氣壓縮機以及設置在工程車上的液態二氧化碳儲罐、清洗噴嘴機轉向架、清洗控制顯示器、控制平臺和乾冰清洗裝置，所述空氣壓縮機通過牽引架與工程車剛性連接；所述清洗控制顯示器安裝在控制平臺上，用於顯示整個設備的狀態參數；所述控制平臺內封裝有控制系統，整個設備由控制系統控制完成；所述乾冰清洗裝置包括乾冰生成管、壓縮空氣管和清洗噴嘴管；本發明是根據二氧化碳物化性質，熱力學原理以及乾冰清洗特點研製出一種適用於隧道乾冰清洗設備，本發明噴出的乾冰為質地較軟，粒徑較小，密度低的乾冰沙，有利於清洗混凝土表面，且不損傷混凝土，降低乾冰微爆對混凝土表面空隙、裂隙的影響。
文檔編號E01H1/08GK102828483SQ20121035729
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月24日 優先權日2012年9月24日
發明者任松, 姜德義, 楊春和, 何華勇, 師燕滑, 王震, 陳結 申請人:重慶大學