介质流压差驱动式管道机器人的驱动、调速原理分析及结构设计

提出了一种利用管道所传输的流体介质本身的能量完成驱动和调速的管道机器人.该机器人完全浸润在充满流动介质的管道内,利用流体自身压力以及流体速度的能量获得驱动力,机器人由管内流体的流动推进.研究中发现机器人行走时主要需要克服惯性质量以及与管壁之间的摩擦阻力的影响,而对于不同的流体介质及应用场合,机器人需要根据工作要求自动进行速度调节,通过对机器人的结构和尺寸进行合理设计,根据管道内的流体力学条件,设计出速度控制装置,实现机器人速度可调.     

油气管道机器人技术现状及发展趋势

随着我国管道建设速度的加快、管道数量的增加,管道检测、维护及运行安全成为近年来研究的热点。通过对常见7大类管道机器人的优缺点和应用环境进行的对比分析,系统阐述国内外管道机器人技术的研究现状;对当前油气管道机器人亟待解决的运动控制和定位控制2大技术难点进行分析;指出未来油气管道机器人的研究重点应集中在构造灵活可靠的机械结构、构建实时稳定的控制系统、提出新的能量供给技术等方面。综述分析内容对油气管道机器人的研究具有一定的参考价值。     

支撑轮式管道机器人牵引机构结构设计

管道机器人可以在油气管道内进行特殊作业,运动方式是其核心。介绍了一种新型管道机器人牵引机构,采用支撑轮式运动方式。首先介绍了机构的整体设计和技术特点,并详细阐述了驱动机构和支撑机构的设计方案和工作原理,同时对其力学特性进行了分析。该机构行走速度快,驱动能力强,工作可靠并可以适应较大的管径变化,可以用于油气管网作业。     

蛇形机器人结构设计与蜿蜒运动研究

基于生物蛇的结构特点,本文提出了一种新型蛇形机器人本体结构.利用MATLAB软件进行仿真,总结了各个参数对蛇形曲线形状的影响.在分析蛇形曲线的基础上,将蛇形曲线离散化并推导出了蛇形机器人蜿蜒运动控制方程.最后,通过蛇形机器人样机完成了蜿蜒运动实验.     

基于ADAMS的汽车多种工况的仿真

利用虚拟样机软件ADAMS并依据实测点的三维空间坐标完成了汽车模型的构建.对车辆直行工况和爬坡工况在轻载、满载的情形下分别做出仿真,并进行了对比分析.分析结果认为,该方案为汽车进行深层次的设计和优化提供了一种新手段.     

基于ADAMS的四足机器人运动仿真研究

作为工业机器人的一个主要研究分支,多足机器人具有很强的环境适应性和运动灵活性,正在日益受到重视。应用三维建模软件UG建立了四足机器人的模型,导入到虚拟样机分析软件ADAMS中生成虚拟样机模型,并对四足机器人进行了步态规划,利用MATLAB计算得到机器人关节运动轨迹,导入到ADAMS中,模拟了机器人的实际运动状态,得到其爬行轨迹。利用虚拟样机进行仿真为多足机器人步态规划的研究提供了一种良好的试验方法。     

一种粗糙壁面爬行机器人的设计与实现

为实现针对粗糙壁面的低噪声爬行机器人,对生物足部特性探讨研究,分析了一种粗糙壁面爬行机器人的机械结构及其运动学原理,利用仿生四杆机构设计主体爬行机构,足尖采用锋利的爪钩结构,单足由多足趾组成,足趾为具备局部自由度的弹性结构,对粗糙墙壁面具有自适应性,设计完成粗糙壁面爬行机器人的样机,并深入分析足尖切入粗糙壁面角度对攀爬可靠性的影响.最终通过实验分析,验证了爪钩的足部结构设计、材料选择的合理性.     

管道内壁四足爬壁机器人的运动学与步态规划

研究用于检测气体绝缘金属封闭开关（GIS）内部的负压吸附管道内壁四足爬壁机器人. 分别对机器人的腿部和机身进行运动学分析,采用改进的牛顿迭代法解决机身正运动学求解困难的问题. 对机器人沿管道轴向和圆周方向的爬壁运动进行步态规划,提出运动过程零冲击的轨迹规划方法. 使用Adams进行运动仿真,并在四足爬壁机器人样机上进行水平和垂直管道的全方位爬壁实验. 结果表明：机器人的运动轨迹与所规划的步态一致,运动过程中速度与加速度无突变,运动平稳,无明显冲击,运动学模型的正确性和所规划步态的合理性得到验证. 在GIS管道的实际检测应用中,实现机器人在不同工况下的平稳爬壁运动与检测.     

携砂管流临界输运特性研究进展

在含砂油气集输管道中,如果流速控制得过小,砂粒则会在管道底部发生沉积,导致管道流通面积减小甚至完全堵塞、砂层下腐蚀穿孔、清管频繁或"卡球"等诸多问题;而流速太大,则可能造成管道弯头等管件的冲刷破坏,因此研究携砂管流的临界输运特性至关重要。分析了携砂管流面临的沉积、冲刷等流动安全问题,较为详细地阐述了固体颗粒在液体管道与在多相流管道中输运的实验和理论研究进展。指出了悬浮液中颗粒浓度远高于油气集输管道通常遇到的浓度,其关联式不适用于油气集输管道,不同流型下砂粒的沉积-冲蚀一体化模型将是油气集输管道下一步急待研究的课题。     

基于Adams的管道机器人自适应机构优化设计

为了增强履带式管道机器人自适应机构的传力能力,本文优化设计了管道机器人的自适应机构。通过对自适应机构的运动原理进行表述以及对机构进行动力学分析,建立自适应机构的优化设计数学模型。同时,以Adams中参数化建模与优化设计的模块为工具,以对优化目标影响较大的机构参数为优化变量,以机构的结构和运动要求为约束条件,以自适应机构在适应管径过程中对管壁压力最大为目标,对管道机器自适应机构进行优化设计。优化结果表明,优化后自适应机构对管壁压力较优化前提高了11.3%,比较明显的提高了自适应机构传递力的能力,增强了管道机器人爬行能力。该研究为履带式管径自适应管道机器人的后续开发奠定了基础。     

含特殊管段的含蜡原油管道热力计算与分析

针对含蜡原油长输管道管内外情况均十分复杂的特点,详细研究了含特殊管段的含蜡原油长输管道,利用有限元法对热油管道处于不同工况下的热力模型进行了求解,并在计算过程中对特殊管段进行了巧妙的处理,最后通过算例详细分析了特殊管段对处于不同工况的原油管道热力特性的影响。结果表明,结蜡层的存在会使处于正常运行管道中的原油散热能力减弱,但却会使停输管道内的原油温降速率增大;而管道沿线浸水段的存在,不仅会使管道正常运行中末端油温偏低,还可能使管道在停输中中间浸水段的油温远远低于末端温度,严重影响对停输管道顺利再启动的判断。     

油-气管道检测机器人技术现状及展望

为提高油-气管道检测的效果,结合国内外典型管道机器人的特点,综合分析了管道机器人运动控制技术、定位技术和实时检测技术3个方面的现状,并指出了核心技术的不足;针对石油化工行业高温带压管道环境,提出管道检测机器人的研究重点为分层模糊神经网络运动控制技术、CCD视觉定位技术、低频电磁定位技术和分层图像分割的优化方法等。为进一步提高化工油-气管道内检测机器人的检测效果提供了理论依据。     

国家管网公司旗下成品油管道运营模式探讨

2019年12月9日国家管网公司正式挂牌成立,这标志着我国的大型油气管网从石油、石化等企业中分离,开启独立运行的新阶段。成品油管道是油气管网的重要组成部分,与原油、天然气管网一同划入管网公司也将面临运营模式的重大转变。从成品油管道运营模式入手,分析不同模式成品油管道的差异,说明了我国成品油管道转型与适应性不足的问题,探讨了我国成品油管道的变革方法,并提出了相应的建议。     

掺氢天然气管道输送工艺特性

将氢气掺入现役天然气管道中混输是实现氢气大规模、长距离、低成本储运的有效方法,但是氢气的掺入会对天然气管道水力特性和安全等方面造成较大影响。为此,采用SPS软件对不同混氢比（均为摩尔分数）的天然气管道输送工况和泄漏工况进行仿真计算,探究掺氢对天然气管道水力特性、离心压缩机运行特性、泄漏后截断阀压降速率及泄漏量的影响。结果表明,掺入氢气会降低天然气管网的输气效率和压缩机性能,可通过增大压降的方式确保管道输气效率不变;在相同天然气需求下,随混氢比的增大,管道动态压力波动减小;掺氢天然气管道泄漏后,随着混氢比的增加,压降速率和泄漏量均增大,管线截断阀压降速率阈值设定值也要相应增大。该研究成果为确定天然气管道最大混氢比的研究奠定了一定基础,为天然气管道掺氢输送工艺的确定提供了有效借鉴。     

旅大油田A井液控管线腐蚀分析及管材优选

旅大油田A井为稠油热采井,注350 ℃高温高压蒸汽,井下监测设备液控管线腐蚀严重。通过扫描电子显微镜(SEM)以及电子能谱分析(EDS)对现场液控管线腐蚀试样进行分析,对采出液水样进行离子及腐蚀性气体成分分析,得出该管线腐蚀主要原因是在高温、高压和高矿化度条件下的H₂S腐蚀,并伴有氯离子腐蚀和少量CO₂腐蚀。在模拟现场温度、压力和介质条件下,挑选316L、Inconel 625、P110、9Cr1Mo材质的试片,进行动态模拟腐蚀实验,用失重法对4种材料的腐蚀性能进行了评价。结果表明,在稠油热采环境中,Inconel 625材料抗温耐蚀效果最优。     

基于WebGIS的油气管道风险等级区划研究

安全管理是油气管道十分重要的管理工作之一。作为一种方法,基于WebGIS的风险等级区划能够提升安全管理水平。以ArcGIS Server作为WebGIS开发系统,SQL Server作为存储管道数据的数据库,采用ArcSDE作为GIS服务器,构建了基于WebGIS的油气管道信息管理系统;结合管道的实际情况,对Kent M W的风险评分法进行修改;引入层次分析法对专家评分水平进行综合评定,提出了油气管道风险等级区划方法。实例表明,基于Web GIS的改进的风险区划方法直观、简单易用。     

油气管道特殊部件的漏磁检测信号特征分析

针对油气管道特殊部件的结构特点,分析了管道磁化后产生的磁场特征.基于管道漏磁内检测原理及麦克斯韦方程,采用Comsol有限元仿真软件对管道特殊部件与缺陷进行仿真,以漏磁信号轴向分量B_x所占的通道个数、B_x正负峰值出现的先后顺序、B_x幅值以及轴向长度作为分析判别管道特殊部件与缺陷的依据,对管道特殊部件上存在缺陷的整体漏磁信号B_x分量进行特征分析,缺陷信号B_x在补板信号B_x内侧且极性相反时视为补板缺陷.结果表明,该方法在判别管道特殊部件存在缺陷方面具有一定的可行性.     

含气高含水率原油低温集输温度确定方法研究

黏壁温度作为普适性低温集输边界条件,其在高含水率开发后期的油田中得到了广泛推广及应用。当集输温度高于黏壁温度时,集输管线运行平稳;当集输温度低于黏壁温度时,绝大部分集输管线的压降显著升高,部分集输管线的压降变化不明显。现场降温试验结果表明,当集输管线进入计量间温度逐渐降低至凝点以下6、8、10、12℃时,井口回压存在运行平稳、小幅波动、低频大幅波动和高频大幅波动四个阶段的变化,且当集输温度过低时,集输管线内存在多次“再启动”过程。不同气油比条件下的现场集油管线掺气降温试验结果表明,当气油比分别为40、80、160 m³/t时,集输管线可以在进入计量间温度低于黏壁温度3、4、6℃的工况下进行低温集输。     

浓相气力输送中变径管道优化设计方法的研究

针对浓相气力输送中由于气流速度过高所引起的管道磨损和物料品质降级等问题，提出了一种变径管道系统设计方法。基于变径管道与同径管道压力损失相同的变径原理，推导了变径管道设计参数的计算公式，给出了变径管道的弗劳德数法和临界速度法两种变径定位方法及管段结构参数的选择依据，并讨论了变径弯管渐扩渐缩和垂直下流管渐缩的特殊变径原理。实例计算结果表明，采用变径管道设计方法可以将管道终端的气流速度由26.40 m/s降低到7.28 m/s，系统的输送压力由0.65 MPa降低到0.36 MPa，系统的输送性能提高，能耗降低。