油田開采過程中往往采用換熱管路對(duì)原油進(jìn)行前期處理,由于原油粘度較高且存在對(duì)流換熱現(xiàn)象,因此很容易產(chǎn)生污垢造成管道堵塞。對(duì)于目前國內(nèi)外在換熱管路中所使用的在線污垢清理技術(shù),其應(yīng)用都受到很大的限制,因此課題組將傳統(tǒng)的管道清理技術(shù)與機(jī)器人技術(shù)相結(jié)合,提出了一種針對(duì)高粘原油換熱管路的新型在線污垢清理方案。其中清管器作為該方案中的關(guān)鍵結(jié)構(gòu),對(duì)其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)的可行性研究是后續(xù)整個(gè)在線清管方案系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)。因此,本文設(shè)計(jì)了一種流體驅(qū)動(dòng)式自旋轉(zhuǎn)清管器,通過理論分析并結(jié)合仿真模擬的方法對(duì)其可行性進(jìn)行了深入的研究。根據(jù)待清理工作管路的特點(diǎn)及在線清管裝置整體方案的要求,結(jié)合實(shí)驗(yàn)對(duì)流體實(shí)際工況及其性能參數(shù)的測(cè)量分析結(jié)果,提出了清管器的功能及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求;通過理論研究分析了原油管道的結(jié)垢機(jī)理及除垢防垢原理,在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出清管器的總體結(jié)構(gòu)方案,并對(duì)螺旋柱和支撐腳兩部分關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初步的設(shè)計(jì)。為研究螺旋柱結(jié)構(gòu)在流體作用下產(chǎn)生自旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的可行性,通過理論分析建立了其周向和軸向的力學(xué)方程,并研究了流體環(huán)境參數(shù)及螺旋柱結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其自旋轉(zhuǎn)特性的影響;根據(jù)理論分析結(jié)果,建立管道流場的數(shù)學(xué)模型,并基于正交設(shè)... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：96 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

固定螺旋線在線清理示意圖

但鋼絲螺旋會(huì)對(duì)管壁產(chǎn)生磨損[15]。2003 年劉桂英等人通過研究螺旋來解決鋼絲螺旋對(duì)管壁的磨損難題，并設(shè)計(jì)內(nèi)管結(jié)構(gòu)來增強(qiáng)螺旋的剛顯著減少了流通截面積以成倍的增大實(shí)際流速，其結(jié)構(gòu)原理如圖 1-2 所示表明，該技術(shù)適應(yīng)于低流速下的換熱器管道污垢清理，但流體動(dòng)力自轉(zhuǎn)[16]。圖 1-2 塑料螺旋自動(dòng)清垢的結(jié)構(gòu)原理圖[16]2006 年俞天蘭等人提出了一種通過動(dòng)力輪強(qiáng)化塑包鋼絲螺旋線自動(dòng)清垢化的技術(shù)，其結(jié)構(gòu)原理如圖 1-3 所示，該技術(shù)利用鋼絲外的塑料包層解決壁的磨損問題，采用旋流式管口軸承和動(dòng)力輪有效地強(qiáng)化其自轉(zhuǎn)動(dòng)力矩動(dòng)清垢防垢能力增強(qiáng)，要求的流速顯著降低[17]。2015 年許杰提出了一種歇自轉(zhuǎn)鋼絲螺旋自動(dòng)防除垢技術(shù)，該技術(shù)通過增加一個(gè)阻擋機(jī)構(gòu)使得鋼部分時(shí)間只振動(dòng)不轉(zhuǎn)動(dòng)，大大降低了其平均轉(zhuǎn)速，從而也能解決鋼絲螺管壁的磨損問題[18]。

時(shí)無法保證足夠的剛度，很容易導(dǎo)致自身纏繞堵塞管道，且軟管直徑越力損失會(huì)越大，很容易導(dǎo)致其產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力不足。對(duì)有流體流動(dòng)的細(xì)小管道進(jìn)行在線污垢清理時(shí)，可以考慮結(jié)合液體環(huán)境器人的驅(qū)動(dòng)方式，其驅(qū)動(dòng)方式主要取決于管道機(jī)器人的能源供給方式，有纜方式和無纜方式。其中，有纜方式和電機(jī)軟軸聯(lián)合驅(qū)動(dòng)方式及高壓方式的原理類似，通過線纜連接外部動(dòng)力源，并將動(dòng)力或電信號(hào)傳送給人。在實(shí)際應(yīng)用中，無纜方式的管道機(jī)器人更為普遍，按照原理的不同流體壓差驅(qū)動(dòng)式、螺旋驅(qū)動(dòng)式和能源自給式三大類。（1）流體壓差驅(qū)動(dòng)式管道機(jī)器人該方式的基本原理源于美國德克薩斯州休斯敦 Glrard 公司和 Knapp 公司員共同提出的 PIG 清管理論[19,20]，其原理是利用管道中的流體推動(dòng)清管通過擠壓、摩擦、撞擊和刮削等作用實(shí)現(xiàn)管道內(nèi)壁上污垢的清除，流體器與管壁之間狹小的間隙時(shí)產(chǎn)生的沖力對(duì)附著于管壁上的結(jié)垢和剝離的沖刷、粉化作用，如圖 1-4 所示。該方式無須攜帶電纜或者蓄電池即可實(shí)制造成本低，在工程中應(yīng)用頗為廣泛。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
[1]基于結(jié)垢溶垢機(jī)理的換熱器在線清洗技術(shù)研究[D]. 王麗萍.北京化工大學(xué) 2017
[2]流體驅(qū)動(dòng)的微管道機(jī)器人的研究與設(shè)計(jì)[D]. 張龍.燕山大學(xué) 2013
[3]流體驅(qū)動(dòng)式管道機(jī)器人驅(qū)動(dòng)特性研究[D]. 王文飛.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2011
[4]不同螺紋下醫(yī)用微型機(jī)器人的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究[D]. 梁亮.浙江大學(xué) 2003



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