换热器管程智能清洗机器人机械系统设计与研究
发布时间：2021-03-01 10:58
换热器在石油、化工、动力和原子能等工业领域应用十分广泛,但使用过程中产生的污垢给社会和企业造成经济损失和安全隐患,传统的清洗方式存在危险性高和效率低等问题。随着国家及清洗行业已认识到污垢存在的危害性、安全清洗和环保的重要性,化工企业对生产经济和清洗效率的逐渐重视,在市场和技术需求上推进了换热器清洗将朝着智能化、多功能化、信息化和绿色化方向发展。本文将机器人技术引入换热器管程的清洗工作中,具有实际意义。在换热器管程的清洗环境下,机器人考虑因素多,设计难度大,目前国内没有用于实际作业的成套完整设备,本文从工程应用角度作了如下具体工作:1.采用模块化思想进行换热器管程清洗机器人的总体方案设计。总结传统清洗方式的弊端和国内外现有清洗技术的优缺点,采用模块化思想,根据清洗环境、清洗需求和工作性能,确定机器人系统方案。从实际清洗的工作角度,提出安全高效的清洗方案。2.机器人的作业功能、设计目标和结构要求。根据机器人的清洗需求和功能分析,基于高压水射流参数,对核心部件传动机构的运动形式和驱动方式进行分析与选型,采用多轴带传动及可调节间距方式,满足通用性设计要求;由整体结构进行定位机构的选型计算,并设...
【文章来源】：北京石油化工学院北京市
【文章页数】：127 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
管壳式换热器Fig.1-1Shellandtubeheatexchanger
管壳式换热器占主导地位，如图 1-1 所示，主要由封头、隔板、管板、挡板、外壳和管束组成，具有单位体积下所提供的传热面积较大、传热效果好、结构简单、操作弹性大、制造材料广泛等优点[4]。在使用过程中，由于换热介质多是未经处理过的硬水，致使在换热表面积淀成污垢[5]，如图 1-2 所示。在行业内，对污垢较为严格的定义是：换热面上产生的增加流体阻力和妨碍传热的沉淀物[6]。污垢会造成壁面堵塞，因其热导率仅为钢的 1/50～1/30，严重影响传热效率和工业生产[7]；部分污垢会发生相互反应，易造成管束腐蚀和爆炸等安全隐患[8,9]；除此之外，污垢还会增加结垢速度和设备维修费用，造成经济损失。国内外大量热工实验结果表明，设备传热表面积结1mm 厚水垢，换热器就会多消耗 8％～30％的能源[10]。据 Thackery 等[11]的调查报告显示，发达国家每年因换热器结垢造成的经济损失约占国内生产总值的0.25％。Garett Price 等统计称，美国每年因换热器结垢约损失 80～100 亿美元，而我国的该项经济损失也高达 100 亿元以上[12]。因此，油田管理部门要求每年对换热器进行清洗、堵漏作业。
图 1-3 斜齿平带清洗装置Fig.1-3 Flat toothed flat belt cleaning device图 1-4 胶球清洗系统1.滤网 2.胶球泵 3.集球室 4.球喷射器 5.胶球监视器 6.分配器7.胶球计数器 8.分配器调节装置 9.收球网 10.装球室Fig.1-4 Rubber ball cleaning system
【参考文献】：
期刊论文
[1]列管式换热器壳程防结垢新思路[J]. 王兴俊. 石油和化工设备. 2017(07)
[2]基于ANSYS Workbench的龙门式加工中心横梁的轻量化设计[J]. 朱卓,张功学,王德雨. 机械工程师. 2017(06)
[3]基于高压水射流的管道清洗方案设计[J]. 吴同锋,蔡晓君,刘湘晨,王丽萍. 化工机械. 2017(01)
[4]管道全位置焊接机器人导轨设计优化[J]. 金玉章,张建,朱思俊. 机械设计与制造. 2017(01)
[5]手持式换热器高压水射流清洗装置的设计与应用[J]. 潘世超,刘湘晨,蔡晓君,吴同锋,王丽萍. 化工机械. 2016(05)
[6]常用换热器清洗技术及选用[J]. 吴同锋,蔡晓君,刘湘晨,潘世超,王国华. 化工机械. 2016(03)
[7]机械传动装置设计方法研究[J]. 陈伟珍,刘棣中. 大众科技. 2015(06)
[8]基于Adams的冲压机器人运动学仿真分析[J]. 冯江涛,赵娜,何昌传. 模具制造. 2015(02)
[9]机械系统中原动机的设计[J]. 程玉. 合肥学院学报(自然科学版). 2014(01)
[10]我国大型换热器的技术进展[J]. 陈永东,陈学东. 机械工程学报. 2013(10)
硕士论文
[1]换热器高压水射流清洗装置的设计与研究[D]. 潘世超.北京石油化工学院 2016
[2]矿用气动绞车的设计与研究[D]. 袁世鹏.中国矿业大学 2015
[3]管壳式换热器结垢和泄漏的传热特性及预测研究[D]. 林林.东北石油大学 2014
[4]基于直线运动单元的直角坐标机器人系统的研究[D]. 赵玉信.齐鲁工业大学 2014
[5]桁架式机床上下料机器人分析与改进设计[D]. 亚晓丹.东北大学 2014
[6]六自由度喷涂机器人的结构设计与仿真研究[D]. 沈思思.南京信息工程大学 2014
[7]斜床身车床的导轨尺寸和床身结构优化设计[D]. 刘建栋.大连理工大学 2014
[8]抛光用直角坐标机器人控制系统设计与实现[D]. 金鹏.西华大学 2013
[9]油烟管道清洗机器人机械系统设计与研究[D]. 廖凤英.东华大学 2009
[10]汽车同步带传动设计方法及传动性能研究[D]. 周鹏.长春理工大学 2009
本文编号：3057383
【文章来源】：北京石油化工学院北京市
【文章页数】：127 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
管壳式换热器Fig.1-1Shellandtubeheatexchanger
管壳式换热器占主导地位，如图 1-1 所示，主要由封头、隔板、管板、挡板、外壳和管束组成，具有单位体积下所提供的传热面积较大、传热效果好、结构简单、操作弹性大、制造材料广泛等优点[4]。在使用过程中，由于换热介质多是未经处理过的硬水，致使在换热表面积淀成污垢[5]，如图 1-2 所示。在行业内，对污垢较为严格的定义是：换热面上产生的增加流体阻力和妨碍传热的沉淀物[6]。污垢会造成壁面堵塞，因其热导率仅为钢的 1/50～1/30，严重影响传热效率和工业生产[7]；部分污垢会发生相互反应，易造成管束腐蚀和爆炸等安全隐患[8,9]；除此之外，污垢还会增加结垢速度和设备维修费用，造成经济损失。国内外大量热工实验结果表明，设备传热表面积结1mm 厚水垢，换热器就会多消耗 8％～30％的能源[10]。据 Thackery 等[11]的调查报告显示，发达国家每年因换热器结垢造成的经济损失约占国内生产总值的0.25％。Garett Price 等统计称，美国每年因换热器结垢约损失 80～100 亿美元，而我国的该项经济损失也高达 100 亿元以上[12]。因此，油田管理部门要求每年对换热器进行清洗、堵漏作业。
图 1-3 斜齿平带清洗装置Fig.1-3 Flat toothed flat belt cleaning device图 1-4 胶球清洗系统1.滤网 2.胶球泵 3.集球室 4.球喷射器 5.胶球监视器 6.分配器7.胶球计数器 8.分配器调节装置 9.收球网 10.装球室Fig.1-4 Rubber ball cleaning system
【参考文献】：
期刊论文
[1]列管式换热器壳程防结垢新思路[J]. 王兴俊. 石油和化工设备. 2017(07)
[2]基于ANSYS Workbench的龙门式加工中心横梁的轻量化设计[J]. 朱卓,张功学,王德雨. 机械工程师. 2017(06)
[3]基于高压水射流的管道清洗方案设计[J]. 吴同锋,蔡晓君,刘湘晨,王丽萍. 化工机械. 2017(01)
[4]管道全位置焊接机器人导轨设计优化[J]. 金玉章,张建,朱思俊. 机械设计与制造. 2017(01)
[5]手持式换热器高压水射流清洗装置的设计与应用[J]. 潘世超,刘湘晨,蔡晓君,吴同锋,王丽萍. 化工机械. 2016(05)
[6]常用换热器清洗技术及选用[J]. 吴同锋,蔡晓君,刘湘晨,潘世超,王国华. 化工机械. 2016(03)
[7]机械传动装置设计方法研究[J]. 陈伟珍,刘棣中. 大众科技. 2015(06)
[8]基于Adams的冲压机器人运动学仿真分析[J]. 冯江涛,赵娜,何昌传. 模具制造. 2015(02)
[9]机械系统中原动机的设计[J]. 程玉. 合肥学院学报(自然科学版). 2014(01)
[10]我国大型换热器的技术进展[J]. 陈永东,陈学东. 机械工程学报. 2013(10)
硕士论文
[1]换热器高压水射流清洗装置的设计与研究[D]. 潘世超.北京石油化工学院 2016
[2]矿用气动绞车的设计与研究[D]. 袁世鹏.中国矿业大学 2015
[3]管壳式换热器结垢和泄漏的传热特性及预测研究[D]. 林林.东北石油大学 2014
[4]基于直线运动单元的直角坐标机器人系统的研究[D]. 赵玉信.齐鲁工业大学 2014
[5]桁架式机床上下料机器人分析与改进设计[D]. 亚晓丹.东北大学 2014
[6]六自由度喷涂机器人的结构设计与仿真研究[D]. 沈思思.南京信息工程大学 2014
[7]斜床身车床的导轨尺寸和床身结构优化设计[D]. 刘建栋.大连理工大学 2014
[8]抛光用直角坐标机器人控制系统设计与实现[D]. 金鹏.西华大学 2013
[9]油烟管道清洗机器人机械系统设计与研究[D]. 廖凤英.东华大学 2009
[10]汽车同步带传动设计方法及传动性能研究[D]. 周鹏.长春理工大学 2009
本文编号：3057383
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