凝汽器是火力发电厂的核心换热设备,其工作性能的优劣直接影响了电厂的发电效率及发电煤耗率。然而,换热管结垢不仅会降低机组的工作效率和经济性,还可能引起管道腐蚀、泄露,造成安全隐患。因此,为使整个发电机组能够安全高效地运行,必须采用合理的除垢技术及时有效地去除换热管内壁的污垢。针对现有清洗技术的不足,本文设计一种凝汽器在线除垢机器人系统,该系统包括投放回收装置和管内清洗装置两部分。本文对机器人系统总体方案、运动定位方式、管内清洗装置及其投送和回收方式进行研究,完成了三自由度移动机械臂的总体方案设计,确定采用排线机、绞车及送丝机配合工作的方式实现对管内清洗装置进行收放;设计了基于离心惯性力作用原理的管内清刷机构并对其工作机理进行研究和分析,管内清洗装置采用蠕动爬行的运动方式。其次,对投放回收装置进行研究和设计、计算;完成了机械臂各运动关节的受力分析、结构设计以及驱动电机和丝杠螺母副的选型;对装置的水下密封技术与压力补偿方法进行了研究。第三,对管内清洗装置支撑锁死轮机构进行研究和设计,分析了凸轮的自锁条件并建立推顶连杆的数学模型,得到连杆左右端点与支撑点的坐标方程;完成了蠕动机构及其零部件的设计和相关参数的设计计算。最后,建立凝汽器在线除垢机器人系统的三维模型,之后利用ADAMS动力学仿真软件搭建其虚拟样机与环境,对系统关键结构部件进行运动学仿真;对系统中受力情况最为复杂的管内清洗装置进行静强度分析,对整个系统进行了优化设计。