流体驱动式自旋转清管器的设计与研究
发布时间：2021-07-14 09:30
油田开采过程中往往采用换热管路对原油进行前期处理,由于原油粘度较高且存在对流换热现象,因此很容易产生污垢造成管道堵塞。对于目前国内外在换热管路中所使用的在线污垢清理技术,其应用都受到很大的限制,因此课题组将传统的管道清理技术与机器人技术相结合,提出了一种针对高粘原油换热管路的新型在线污垢清理方案。其中清管器作为该方案中的关键结构,对其结构的设计和运动的可行性研究是后续整个在线清管方案系统和结构设计的重要基础。因此,本文设计了一种流体驱动式自旋转清管器,通过理论分析并结合仿真模拟的方法对其可行性进行了深入的研究。根据待清理工作管路的特点及在线清管装置整体方案的要求,结合实验对流体实际工况及其性能参数的测量分析结果,提出了清管器的功能及结构设计要求;通过理论研究分析了原油管道的结垢机理及除垢防垢原理,在此基础上设计出清管器的总体结构方案,并对螺旋柱和支撑脚两部分关键结构进行了初步的设计。为研究螺旋柱结构在流体作用下产生自旋转运动的可行性,通过理论分析建立了其周向和轴向的力学方程,并研究了流体环境参数及螺旋柱结构参数对其自旋转特性的影响;根据理论分析结果,建立管道流场的数学模型,并基于正交设...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
固定螺旋线在线清理示意图
但钢丝螺旋会对管壁产生磨损[15]。2003 年刘桂英等人通过研究螺旋来解决钢丝螺旋对管壁的磨损难题，并设计内管结构来增强螺旋的刚显著减少了流通截面积以成倍的增大实际流速，其结构原理如图 1-2 所示表明，该技术适应于低流速下的换热器管道污垢清理，但流体动力自转[16]。图 1-2 塑料螺旋自动清垢的结构原理图[16]2006 年俞天兰等人提出了一种通过动力轮强化塑包钢丝螺旋线自动清垢化的技术，其结构原理如图 1-3 所示，该技术利用钢丝外的塑料包层解决壁的磨损问题，采用旋流式管口轴承和动力轮有效地强化其自转动力矩动清垢防垢能力增强，要求的流速显著降低[17]。2015 年许杰提出了一种歇自转钢丝螺旋自动防除垢技术，该技术通过增加一个阻挡机构使得钢部分时间只振动不转动，大大降低了其平均转速，从而也能解决钢丝螺管壁的磨损问题[18]。
时无法保证足够的刚度，很容易导致自身缠绕堵塞管道，且软管直径越力损失会越大，很容易导致其产生的驱动力不足。对有流体流动的细小管道进行在线污垢清理时，可以考虑结合液体环境器人的驱动方式，其驱动方式主要取决于管道机器人的能源供给方式，有缆方式和无缆方式。其中，有缆方式和电机软轴联合驱动方式及高压方式的原理类似，通过线缆连接外部动力源，并将动力或电信号传送给人。在实际应用中，无缆方式的管道机器人更为普遍，按照原理的不同流体压差驱动式、螺旋驱动式和能源自给式三大类。（1）流体压差驱动式管道机器人该方式的基本原理源于美国德克萨斯州休斯敦 Glrard 公司和 Knapp 公司员共同提出的 PIG 清管理论[19,20]，其原理是利用管道中的流体推动清管通过挤压、摩擦、撞击和刮削等作用实现管道内壁上污垢的清除，流体器与管壁之间狭小的间隙时产生的冲力对附着于管壁上的结垢和剥离的冲刷、粉化作用，如图 1-4 所示。该方式无须携带电缆或者蓄电池即可实制造成本低，在工程中应用颇为广泛。
【参考文献】：
期刊论文
[1]冷却器胶球在线清洗技术机理及应用[J]. 黄林燕. 产业与科技论坛. 2017(19)
[2]一种新型换热器在线清洗机的构思[J]. 梁凯辉,袁夫彩. 清洗世界. 2016(11)
[3]污水换热器胶球在线除垢技术研究[J]. 王勇,杨启容,吴荣华. 节能技术. 2016(02)
[4]双雷诺边界条件下水润滑橡胶轴承的弹流润滑特性[J]. 刘刚,李明,何琳. 润滑与密封. 2016(02)
[5]湿法脱硫系统GGH在线新型化学清洗技术试验研究[J]. 徐书德,蔡庆明,张国鑫,陆军,王洁. 能源与环境. 2015(06)
[6]管内插钢丝螺旋间歇自转及对流传热特性[J]. 许杰. 环境工程. 2015(S1)
[7]热力发电厂换热器在线化学清洗技术研究与应用[J]. 郝振. 陕西电力. 2014(06)
[8]滑动轴承润滑分析中的边界条件[J]. 尹伟,段京华,孙军,施炜,柴晓辉. 轴承. 2013(12)
[9]石油联合站供注水管线的在线化学清洗技术[J]. 马英,焦辉,于江龙. 科技创新与应用. 2013(33)
[10]螺旋式单链介入微机器人的研究[J]. 陈柏,蒋素荣,陈笋,吴洪涛. 中国机械工程. 2009(17)
博士论文
[1]液体环境下螺旋管道机器人的研究[D]. 梁亮.中南大学 2012
硕士论文
[1]基于结垢溶垢机理的换热器在线清洗技术研究[D]. 王丽萍.北京化工大学 2017
[2]流体驱动的微管道机器人的研究与设计[D]. 张龙.燕山大学 2013
[3]流体驱动式管道机器人驱动特性研究[D]. 王文飞.哈尔滨工业大学 2011
[4]不同螺纹下医用微型机器人的理论分析和实验研究[D]. 梁亮.浙江大学 2003
本文编号：3283875
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
固定螺旋线在线清理示意图
但钢丝螺旋会对管壁产生磨损[15]。2003 年刘桂英等人通过研究螺旋来解决钢丝螺旋对管壁的磨损难题，并设计内管结构来增强螺旋的刚显著减少了流通截面积以成倍的增大实际流速，其结构原理如图 1-2 所示表明，该技术适应于低流速下的换热器管道污垢清理，但流体动力自转[16]。图 1-2 塑料螺旋自动清垢的结构原理图[16]2006 年俞天兰等人提出了一种通过动力轮强化塑包钢丝螺旋线自动清垢化的技术，其结构原理如图 1-3 所示，该技术利用钢丝外的塑料包层解决壁的磨损问题，采用旋流式管口轴承和动力轮有效地强化其自转动力矩动清垢防垢能力增强，要求的流速显著降低[17]。2015 年许杰提出了一种歇自转钢丝螺旋自动防除垢技术，该技术通过增加一个阻挡机构使得钢部分时间只振动不转动，大大降低了其平均转速，从而也能解决钢丝螺管壁的磨损问题[18]。
时无法保证足够的刚度，很容易导致自身缠绕堵塞管道，且软管直径越力损失会越大，很容易导致其产生的驱动力不足。对有流体流动的细小管道进行在线污垢清理时，可以考虑结合液体环境器人的驱动方式，其驱动方式主要取决于管道机器人的能源供给方式，有缆方式和无缆方式。其中，有缆方式和电机软轴联合驱动方式及高压方式的原理类似，通过线缆连接外部动力源，并将动力或电信号传送给人。在实际应用中，无缆方式的管道机器人更为普遍，按照原理的不同流体压差驱动式、螺旋驱动式和能源自给式三大类。（1）流体压差驱动式管道机器人该方式的基本原理源于美国德克萨斯州休斯敦 Glrard 公司和 Knapp 公司员共同提出的 PIG 清管理论[19,20]，其原理是利用管道中的流体推动清管通过挤压、摩擦、撞击和刮削等作用实现管道内壁上污垢的清除，流体器与管壁之间狭小的间隙时产生的冲力对附着于管壁上的结垢和剥离的冲刷、粉化作用，如图 1-4 所示。该方式无须携带电缆或者蓄电池即可实制造成本低，在工程中应用颇为广泛。
【参考文献】：
期刊论文
[1]冷却器胶球在线清洗技术机理及应用[J]. 黄林燕. 产业与科技论坛. 2017(19)
[2]一种新型换热器在线清洗机的构思[J]. 梁凯辉,袁夫彩. 清洗世界. 2016(11)
[3]污水换热器胶球在线除垢技术研究[J]. 王勇,杨启容,吴荣华. 节能技术. 2016(02)
[4]双雷诺边界条件下水润滑橡胶轴承的弹流润滑特性[J]. 刘刚,李明,何琳. 润滑与密封. 2016(02)
[5]湿法脱硫系统GGH在线新型化学清洗技术试验研究[J]. 徐书德,蔡庆明,张国鑫,陆军,王洁. 能源与环境. 2015(06)
[6]管内插钢丝螺旋间歇自转及对流传热特性[J]. 许杰. 环境工程. 2015(S1)
[7]热力发电厂换热器在线化学清洗技术研究与应用[J]. 郝振. 陕西电力. 2014(06)
[8]滑动轴承润滑分析中的边界条件[J]. 尹伟,段京华,孙军,施炜,柴晓辉. 轴承. 2013(12)
[9]石油联合站供注水管线的在线化学清洗技术[J]. 马英,焦辉,于江龙. 科技创新与应用. 2013(33)
[10]螺旋式单链介入微机器人的研究[J]. 陈柏,蒋素荣,陈笋,吴洪涛. 中国机械工程. 2009(17)
博士论文
[1]液体环境下螺旋管道机器人的研究[D]. 梁亮.中南大学 2012
硕士论文
[1]基于结垢溶垢机理的换热器在线清洗技术研究[D]. 王丽萍.北京化工大学 2017
[2]流体驱动的微管道机器人的研究与设计[D]. 张龙.燕山大学 2013
[3]流体驱动式管道机器人驱动特性研究[D]. 王文飞.哈尔滨工业大学 2011
[4]不同螺纹下医用微型机器人的理论分析和实验研究[D]. 梁亮.浙江大学 2003
本文编号：3283875
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