全玻璃真空太阳能集热管自动外管清洗机
0前言
全玻璃真空太阳能集热管外管内壁的清洁程度影响阳光的透射度，从而影响太阳能集热管的热性能。外管内壁残留的杂质还会影响太阳能集热管的真空品质，从而影响太阳能集热管的使用寿命。太阳能集热管外管的清洗一般使用水淋清洗的方法进行手工的清洗，使用烘箱烘干。近几年全玻璃真空太阳能集热管生产基本实现了自动化和机械化。玻璃外管的清洗也引进了自动化的设备，有效地提高了全玻璃真空太阳能集热管的生产效率和产品质量。
目前，国内厂家对全玻璃真空太阳能集热管外管清洁主要是靠手工清洗，有的不清洗，有的使用一些简单的设备进行清洗。原有的清洗方式主要存在以下几个方面的问题：
1.直接使用离子水进行冲洗，水资源浪费严重。
2.规模化生产时，需要大量人员去操作，外管内壁污垢比较多时往往清洗不掉，需要人工使用刷杆逐一刷洗，浪费大量的人工。人工清洗受工人情绪和操作方式影响很难保证产品的清洗质量。
3.使用水清洗的外管需要使用电烘箱进行烘干，随着生产量的增加，相应的烘干设备成倍的增加，用电量大幅上升，能源浪费增加，同时也大幅度增加了设备的维护强度。
针对上述问题，有关设备厂家开发制造了干式自动清洗机，此清洗机使用刷杆加吸尘器的模式。刷杆前端有毛刷刷下外管内壁的污垢，后端连接吸尘器。把毛刷刷下来的污垢通过刷杆吸出外管。这样解决了人工清洗存在的问题，但也同时存在其他方面的问题，如：
1.干式清洗毛刷和外管摩擦产生静电会二次吸附灰尘。
2.吸尘器在吸附外管内部的灰尘时，外部的灰尘也会从管口再次进入管内。
3.在长时间使用期间，毛刷上的灰尘会污染外管内壁。
基于上述因素，提出自动外管清洗设备。
1自动外管清洗机运行原理
自动外管清洗机主要基于以下方面因素进行设计和实施：
1.传输上料系统：使用传输线经过冷却从拉封工序传到清洗机，通过自动分拣装置运送到上料机械手处进行上料。
2.主驱动系统：主驱动部分实现了外管的固定以及输送。结构简单，运行平稳精度高。
3.刷架系统：实现多工位同时工作互不干扰，运行平稳工作效率高。
4.清洗系统：毛刷加水洗污垢去除彻底，清洗用水循环使用节约资源。
5.风干系统：尽可能使用冷风去除大部分水分，使用热风彻底干燥。
6.实现清洗机与外管立式传输线自动衔接，下料装置和二次上料规整机构配合完成玻璃管的反转规整上料。实现太阳能集热管外管自动下料反转规整上料，最大幅度减少产品的人工干预，减少外管的损伤。
图1为自动外管清洗机原理。
图1自动外管清洗机原理
由图1可以看出，系统主要包括传输机构、上料系统、主驱动系统、刷架及驱动系统、风力系统、下料机构、规整机构、二次上料系统等主要部分组成。
系统初始工作时，外管由拉封工序经输送线传输到清洗机，经过分拣机构把外管逐个分成适合主驱动传输装置固定的合适的间隔，并运行到上料机械手位置，机械手抓取外管上升并旋转180°，上升到约水平夹角50°时停止，等到主驱动系统停止，上料机械手再次启动把外管准确地送到主驱动系统并固定。机械手张开并下降，当下降到水平夹角50°位置时，机械手闭合并旋转180°，机械手再次打开下降再次抓取外管。
清洗工序分清洗区和风干区。清洗区又分为毛刷工位、清水工位和离子水工位。风干区分为高压冷风工位和两个热风工位。工作时6个工位同时工作，极大地提高了工作效率。
当机械手离开主驱动后，主驱动向前运行12工位（机械手一次上料数量决定运行的工位数）把外管输送到清洗区域后停止，刷架驱动带动刷架上升并带动刷杆及喷头上行，清洗区第一道刷杆180°刷毛对外管内壁进行全方位刷洗。刷架在上升到预定高度时停止，刷架驱动带动刷架下降并带动刷杆及喷头下降，清洗区域毛刷工位刷洗第一遍，输送到清水工位进行冲洗，然后送到去离子水工位进行去离子水冲洗。工作时去离子水工位用水使用独立水箱直接供应离子水，该工位的冲洗水排放到清水工位的水箱里面供该工位使用，清水工位的水排放到毛刷工位使用，并且毛刷工位的水循环使用。经过水清洗的外管送到风干区，经过高压冷风去除约95%的水分，送到热风工位进行干燥，经过两道热风烘干后外管干燥。有时会在管口处有残留的水珠，在下管之前有专用的管口取水装置去除最后一滴水。
经过干燥的外管由下料机构从主传动装置取下，实现外管方向转换并进行规整输送到二次上料装置，完成向外管立式传输线上料，由此传输线送到镀膜工序进行内外管的组对。
自动清洗机3个清洗工位和3个风干工位以及上料和下料，所有的工艺程序同时进行，极大地提高了工作效率，保证了工艺过程的一致性。
2清洗机基本技术参数
图2为外管自动清洗机
图2外管自动清洗机
该清洗机的基本技术参数如下：
1.此设备能满足太阳能集热管外管自动清洗及干燥的工艺流程，适用产品规格为外径φ58mm、φ47mm的全玻璃真空太阳能集热管，管长为：1500mm、1600mm、1800mm。
2.设备兼容性好，上述各规格产品共线生产时倒换方便，一键切换。
3.步进式传输，传输平稳，传输速度可调。
4.清洗分3个工位进行。第1个清洗工位有毛刷。毛刷更换方便。其余工序使用高压水幕冲洗。每个工位一次清洗12支外管。前两个工位有单独水箱，清洗使用后的水进入水箱，循环使用。第3个工位为去离子水冲洗工位。离子水加装封闭的水箱，有单独的水箱和水泵。安装位置要高于其他水箱，并使用不锈钢增压泵实现清洗用水小流量大压力。第3个工位冲洗后的去离子水补充到第2个工位的水箱。第2个工位的水循环使用当水箱满水后向第一工序水箱溢水。第1道毛刷清洗水循环使用。
5.干燥工序使用高压风刀及热风配合干燥，干燥分3个工位进行。第1道冷风独立使用1个风机，保证足够的风压。后两道热风共用1个风机。管口加装祛水装置。
6.外管自动导入清洗线，卧式自动上管。上管机器手旋转上料平稳、可靠。有防护网防护，自动下管，准确下入卧式传输线。
7.关键元器件采用进口件，控制系统有完善的保护措施。
8.产能18支/min。清洗完成的外管内壁无水印，无污物，洁净干燥。破损率要求小于5‰。
3技术创新点分析
与同类设备比较，QHYG-ZDQX47/58型全玻璃真空太阳能集热管外管自动清洗机的技术创新点主要有以下几个方面。
1.自动上下料系统
自动上管系统实现无人值守自动抓取玻璃管，翻转并送到主驱动装置。自动下料系统，清洗完毕的玻璃管利用下料机构自动下到传输线并送到二次上料机构。
2.自动清洗风干同步完成
该自动清洗机主传动装置呈跑道形，占地面积少。清洗烘干装置安装在传动装置的直线部分两侧，由清洗烘干机装置构成，清洗和烘干同时进行节约时间，清洗烘干全自动化。大批量逐支清洗，玻璃管逐支用毛刷刷洗、离子水清洗，清洗用水循环使用，节约了水资源，提高了产品的正品率；大批量热风逐支烘干功能，烘干从内沿管壁吹热风，提高了效率，节约了大量电能。降低了工人的劳动强度，提高了产品的质量。
3.PLC控制自动运行
系统采用PLC自动控制实现一键启动自动运行和多点检测、报警技术，使设备完全实现了自动化，确保设备安全、可靠、稳定地运行。减少了人为干涉，工艺一致性好，成品率高。
4节能增效
目前该清洗机日清洗18000支～20000支太阳能集热管玻璃外管，（工艺过程配合外管立式传输线并配合双腔镀膜机使用）年产计600万支太阳能集热管。
外管自动清洗机的动力系统、加热及风机功率约30kW。使用原始清洗方式需要使用3台功率30kW电加热烘箱。
耗电量比较：3台1小时90kW·h，比自动清洗机多用电60kW·h。年节约用电51840kW·h，使用自动清洗机1年可以节约电费38.8万元。
人员比较：外管自动清洗机不需要人员操作，而采用普通方式进行清洗至少需要4名操作人员，则可节约4个操作人员，一人月工资按2500元计，则每月可节省开支10000元，年节省开支工资约12万元。
综合计算，采用该设备1年可以节约约50.8万元。由此可见，采用QHYG-ZDQX47/58型全玻璃真空太阳太阳能集热管外管自动清洗机，具有明显的节能效益和经济效益。
5结论
QHYG-ZDQX47/58型全玻璃真空太阳能集热管外管自动清洗机的成功开发，解决了现有外管清洗系统存在的诸多问题，具有结构简单，操作方便，运行可靠，性能优良，产品质量稳定等特点，并具有明显的节能效益和经济效益。
