流体压差式管道壁厚检测机器人结构设计与运动特性分析

作     者：王泽鹏 

作者单位：西安石油大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐建宁;宋胜祥

授予年度：2023年

学科分类：080706[工学-化工过程机械] 08[工学] 080202[工学-机械电子工程] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0802[工学-机械工程] 

主      题：流体驱动 管道机器人 油气管道 运动特性 

摘      要：管道运输是石油天然气等能源运输最重要的手段之一,由于其使用的特殊性,需对管道进行定期综合检测。管道内壁受到腐蚀等伤害会导致管道壁厚减小,进而带来管道损伤或失效的风险。管道机器人作为可以从管道内部进行壁厚检测的设备载体,将在未来的管道维护工程中越发起到不可替代的作用。通过调研国内外管道机器人发展状况,总结对比不同驱动方式与行走方式的管道机器人在各方面上的优缺点,结合本课题确定了所需研究的管道机器人采用流体压差驱动这一驱动方式,规划了研究内容与路线。结合本课题对管道机器人的设计要求与指标对其进行了总体方案的确定,对壁厚检测装置进行了设计选型,对管道机器人各部分结构进行了设计。并结合机器人长距离驱动需求和速度控制需求,创新性的设计了一款兼顾管道适应,流体驱动以及在线调速功能的聚氨酯驱动皮碗。对其正常工作的条件进行了分析推导。完成了管道机器人的三维模型并完成装配。对机器人在管道内的运动状态,运动受力等进行了理论分析,完成了其运动模型的建立。通过Fluent仿真实验的方式对运动学方程中全新的节流调速结构的压降系数K的数学关系进行了拟合。最后整理推导出机器人不同状态下的运动学方程。对影响管道机器人运行的重要影响因素进行了重点分析,验证本文所设计的调速驱动皮碗的理论调速性能满足需求。为验证所设计管道机器人在工作中的管道适应性与调速驱动机构的速度控制能力,通过ADAMS进行运动仿真分析,确定了管道机器人在279mm内径的半径1.5D的90°弯曲管道内通过的流畅性。在Fluent中进行机器人在水平管道内受到流体驱动的仿真分析,根据管内流体在管道机器人运行过程中的速度与压力变化,验证了旋转式节流调速驱动皮碗在管内进行驱动与速度控制的可行性。