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基于KD-ICP算法的机器人拆解目标三维点云配准方法

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科学技术与工程 2024年第21期24卷 9025-9032页

作者：沈晨薛龙李万祺郑黎明吴成龙邹勇北京石油化工学院机械工程学院北京102617

随着中国核能产业发展,大量在役涉核装置运行过程中出现的事故和隐患需要通过涉核机器人进行远程处置,部分事故处置需对出险装置进行精确拆解,基于三维重建视觉图像定位是其关键技术之一。针对核应急事故中待拆解目标的精确重建,开展三... 详细信息

随着中国核能产业发展,大量在役涉核装置运行过程中出现的事故和隐患需要通过涉核机器人进行远程处置,部分事故处置需对出险装置进行精确拆解,基于三维重建视觉图像定位是其关键技术之一。针对核应急事故中待拆解目标的精确重建,开展三维点云配准方法研究,在配准算法总体流程基础上设计出三维点云配准算法,利用高斯滤波进行点云数据去噪,提出一种兼顾点云信息完整性和算法效率的K维迭代最近点(K-dimensional iterative closest points,KD-ICP)算法,利用点快速特征直方图(fast point feature histograms,FPFH)和主成分分析(principal component analysis,PCA)实现特征点提取并降低点云数据量,使用全等四点集(4-points congruent sets,4PCS)进行点云粗配准,采用KD-ICP算法实现点云精配准。在所搭建的拆解机器人试验平台上,针对管、板及涉核装置模拟体等测试对象,对所提出的配准算法进行试验分析与评价,与其他3种常规算法的对比试验表明,所提出的点云算法在相同的条件下均方根误差最小,运行时间最短,具有更高的点云配准效率及较好的鲁棒性,为复杂拆解目标的三维重建及精确定位奠定了基础。

关键词：三维点云点云配准 KD-ICP算法拆解机器人

CH_(4)水合物在SDS和CTAB溶液中的生成特性研究

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原子与分子物理学报 2024年第3期41卷 176-181页

作者：赵婷婷刘远超狄子淳关斌蒋旭浩徐一帆北京石油化工学院机械工程学院北京102617

为探究不同促进剂在甲烷水合物生成过程的微观作用机理,选取动力学促进剂十二烷基硫酸钠(SDS)和热力学促进剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为添加剂,采用分子动力学方法研究其对甲烷水合物生成速率的影响.通过分析势能变化、均方位移、... 详细信息

为探究不同促进剂在甲烷水合物生成过程的微观作用机理,选取动力学促进剂十二烷基硫酸钠(SDS)和热力学促进剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为添加剂,采用分子动力学方法研究其对甲烷水合物生成速率的影响.通过分析势能变化、均方位移、径向分布函数、分子簇生长速率,发现质量分数为0.9%SDS、1.2%SDS、1.2%CTAB、1.6%CTAB的溶液均可促进水合物生成.质量分数为1.2%的SDS溶液水合物生长速率最快,且SDS促进效果优于CTAB.通过分析甲烷分子密度分布云图,发现呈阴性的SDS分子头部基团吸附了大量甲烷分子,水分子受挤压向中间聚集;CTAB含氮的头部基团朝向均相溶液,包含在不稳定的水合物笼中,形成半笼型水合物.相比之下,CTAB溶液中水合物含气率更高.

关键词：分子动力学模拟甲烷水合物生成速率 SDS CTAB

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管道全位置焊接机器人结构设计与运动学分析

机电工程 2024年第8期41卷 1489-1499页

作者：冯传智罗雨许耀波王庆林任飞燕于俊杰苏佳毅焦向东北京石油化工学院机械工程学院北京102617

现有管道全位置自动焊接设备自由度少,无法模仿高级焊工运条手法,从而影响到焊接质量。针对这一问题,设计了一款基于协作机械臂的管道全位置焊接机器人,并进行了运动学分析。首先,根据焊接机器人的结构特点,采用模块化思想对机器人进行... 详细信息

现有管道全位置自动焊接设备自由度少,无法模仿高级焊工运条手法,从而影响到焊接质量。针对这一问题,设计了一款基于协作机械臂的管道全位置焊接机器人,并进行了运动学分析。首先,根据焊接机器人的结构特点,采用模块化思想对机器人进行了功能模块划分,功能模块包括柔性导轨、行走底盘、六轴协作机械臂和模块间的快锁机构四个部分;然后,根据D-H法建立了运动学方程,结合Robotic Toolbox和MATLAB完成了焊接机器人的建模和运动学仿真;最后,采用蒙特卡洛法对焊接机器人的工作空间进行了可视化分析。研究结果表明:理论上,基于协作机械臂的管道焊接机器人可完成管道壁厚为755 mm、焊缝宽度为310 mm的焊接任务,并且运动学模型正确、结构设计合理,可以满足管道全位置焊枪姿态调整的功能需求。

关键词：全位置焊接机器人协作机械臂管道焊接质量结构设计运动学仿真工作空间验证 D-H法

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低温液氢加注技术研究进展

低碳化学与化工 2024年第2期49卷 105-114页

作者：耿银良李建立吴小华李敬法宇波王凯北京石油化工学院机械工程学院北京102617

液氢的安全高效加注是对其进行转移、储存和使用的关键。从加注模式、加注结构和加注工艺等方面综述了国内外液氢加注技术的研究进展。在常重力环境下,有排气和无排气加注均能通过加注结构和工艺的合理设计实现加注目的。典型的无排气... 详细信息

液氢的安全高效加注是对其进行转移、储存和使用的关键。从加注模式、加注结构和加注工艺等方面综述了国内外液氢加注技术的研究进展。在常重力环境下,有排气和无排气加注均能通过加注结构和工艺的合理设计实现加注目的。典型的无排气顶部加注过程包含初始快速升压、相对稳定加注和末期快速升压3个阶段,而无排气底部加注无明显的阶段性特征。对于常重力加注,不同的顶部加注结构主要影响加注初期接收罐内的压力和温度变化,而不同的底部加注结构还显著影响加注初期的流场特征。不同加注工艺主要通过初始闪蒸、壁面沸腾、液相蒸发、气相冷凝及气相压缩等机制对加注过程产生影响。对于微重力环境下的液氢无排气加注,加注位置和加注结构对加注过程的影响小于不同加注工艺的影响。加注过程中内胆壁面的热变形程度与其冷却程度呈正相关,热应力集中区域不依赖于热变形的分布。为加快实现在更广泛的应用场景下的安全、高效加注液氢,还需进一步深化对加注过程的理论分析、仿真研究和实验研究,同时结合经济性,加强系统性加注工艺流程的仿真研究。

关键词：液氢加注加注模式加注结构加注工艺

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高压降控制阀内空化流动特性实验与数值研究

华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第1期52卷 39-45页

作者：徐晓刚王朝磊雷毛王振波兰州理工大学石油化工学院甘肃兰州730050 中国石油大学(华东)新能源学院山东青岛266580

针对高压降工况控制阀存在的严重空化、高能耗及振动噪声等问题,采用实验研究与LES数值研究相结合的方法对控制阀内空化流动特性开展研究,捕捉空腔初生、发展及脱落等流动细节特征,研究不同空腔演化阶段的流动能量传递与损失特性,分析... 详细信息

针对高压降工况控制阀存在的严重空化、高能耗及振动噪声等问题,采用实验研究与LES数值研究相结合的方法对控制阀内空化流动特性开展研究,捕捉空腔初生、发展及脱落等流动细节特征,研究不同空腔演化阶段的流动能量传递与损失特性,分析不同工况条件对阀门流通能力的影响规律.结果表明:控制阀节流空化过程中,阀座喉管与渐扩段区域空化程度较高;空化流动条件下,总机械能损失由节流局部能量损失与空化附加能量损失叠加而成;随压差增大,总流阻中空化附加流阻占比由5.3%逐渐增加至26.7%,空化程度越严重,空化附加流阻越高,造成控制阀总流阻上升与流通能力下降.

关键词：控制阀空化非定常流动流通能力振动噪声

基于GADF与SAM-LCNN机制的离心风机轴承故障诊断方法

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机电工程 2024年

作者：刘森刘美韩惠子崔坤陈曦广东石油化工学院自动化学院吉林化工学院信息与控制工程学院香港理工大学工程学院

针对石化离心风机轴承故障诊断方法精度不高、诊断速度慢和泛化性较差的问题，提出了一种基于格拉姆角差场（GADF）图像编码以及融合了空间注意力机制的轻量化卷积神经网络（SAM-LCNN）的石化离心风机轴承故障诊断方法。首先，使用格拉... 详细信息

针对石化离心风机轴承故障诊断方法精度不高、诊断速度慢和泛化性较差的问题，提出了一种基于格拉姆角差场（GADF）图像编码以及融合了空间注意力机制的轻量化卷积神经网络（SAM-LCNN）的石化离心风机轴承故障诊断方法。首先，使用格拉姆角差场将轴承一维振动信号编码为二维图像；然后，构建了融合空间注意力机制的轻量化卷积神经网络；最后，将GADF转换所得二维图像作为融合空间注意力机制的轻量化卷积神经网络的输入，进行了特征提取与故障诊断，分别采用了广东石油化工学院的石化多级离心风机轴承故障数据集与凯斯西储大学轴承故障数据集，对该方法的有效性及优越性进行了验证。研究结果表明：两种数据集的测试集分类准确率分别为99.7%和98.5%。相较与卷积神经网络（CNN）、LeNet-5和MobileNetV1三种对比方法，该离心风机滚动轴承诊断方法具有诊断精度高、诊断速度快和泛化能力强等优点。该方法能够有效地对石化离心风机轴承故障振动信号进行分类，为石化安全生产提供了保障，同时也为其他机械设备故障诊断提供了参考。

关键词：离心风机滚动轴承图像编码格拉姆角场轻量化卷积神经网络空间注意力机制

304不锈钢局部干法水下激光填丝焊接工艺及焊缝性能研究

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精密成形工程 2024年第1期16卷 105-111页

作者：赵亮朱加雷赵志博赵友亮李桂新李松钊黄钰珊北京石油化工学院机械工程学院北京106217

目的采用自主研制的水下激光填丝焊接装备,在304奥氏体不锈钢板材表面进行U形坡口激光填丝焊接试验,为304不锈钢水下修复工作提供技术参考。方法在功率为5600 W、焊接速度为6 mm/s、送丝速度为205 cm/min、保护气体流量为15 L/min、排... 详细信息

目的采用自主研制的水下激光填丝焊接装备,在304奥氏体不锈钢板材表面进行U形坡口激光填丝焊接试验,为304不锈钢水下修复工作提供技术参考。方法在功率为5600 W、焊接速度为6 mm/s、送丝速度为205 cm/min、保护气体流量为15 L/min、排水气体流量为30 L/min的条件下进行焊接试验,并对空气和水下环境下的焊缝进行对比检测分析。通过光学显微镜分析2种环境下焊缝的显微组织;对2种焊缝进行拉伸、弯曲等力学性能测试;采用显微硬度计测试1 kg载荷下不同区域的显微硬度;使用VersaSTAT 3F电化学工作站测定在3.5%(质量分数)的NaCl溶液中2种焊缝的开路电位和极化曲线。结果2种环境下的焊缝均无明显裂纹、气孔等缺陷;显微组织主要由奥氏体和铁素体组成,但2种环境下焊缝的奥氏体晶粒大小和铁素体形状均略有差别,焊缝拉伸断口均为典型的韧性断裂形貌且抗拉强度符合304不锈钢标准。2种环境下焊缝的微观组织和晶粒大小不同,水下焊缝硬度高于空气的。通过分析2种环境下焊缝的开路电位和极化曲线,可知水下焊缝的耐腐蚀性略高。结论所开发的局部干法水下激光填丝焊接工艺可以满足实际工程中水下焊接维修的要求,其焊缝性能可以满足304不锈钢空气环境下的焊接质量标准。

关键词：局部干法激光焊接 304不锈钢水下焊接电化学腐蚀

下弯管直弯比对新型密排式液-固循环流化床换热器稳定流态化性能的影响

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过程工程学报 2024年第9期24卷 1016-1026页

作者：张鑫镝赵杰郭建华张卫义北京石油化工学院机械工程学院北京102600 北京石油化工学院安全工程学院北京102600 大庆炼化公司公用工程部黑龙江大庆163000

在液-固循环流化床换热器中,两相流流态化流动的稳定性和均匀性不仅反映了换热器防垢除垢效果,还直接影响换热器的换热效率。为了提高流化床换热器的换热效率,探求床层内颗粒流动规律,在传统液-固循环流化床换热器中应用了新型密排式下... 详细信息

在液-固循环流化床换热器中,两相流流态化流动的稳定性和均匀性不仅反映了换热器防垢除垢效果,还直接影响换热器的换热效率。为了提高流化床换热器的换热效率,探求床层内颗粒流动规律,在传统液-固循环流化床换热器中应用了新型密排式下流化箱结构并完成了稳定运行实验。基于实验结果,对采用计算颗粒流体力学方法(CPFD)模拟的流场分布结果进行有效性对比,实验结果与模拟结果的误差在10%以内,验证了模拟方法的可靠性。采用CPFD方法对下弯管直管段长度与弯曲半径之比进行了优选,下弯管直管段与弯曲半径之比为5:1时,液-固循环流化床换热器的除垢效果最佳,换热效率最高。

关键词：流化床流态化两相流计算颗粒流体力学数值模拟

含腐蚀缺陷X80油气管道极限载荷模拟与预测

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力学与实践 2024年

作者：于磊孔令圳安徽省特种设备检测院山东石油化工学院石油工程学院

腐蚀缺陷会影响管道极限承载能力，而X80管材是西气东输等长输管道工程的主要用材，因此针对于含腐蚀缺陷X80油气管道的极限载荷预测开展数值模拟研究具有较大的工程意义和价值。以X80管道的特征尺寸及腐蚀缺陷数据为基础，采用商用有... 详细信息

腐蚀缺陷会影响管道极限承载能力，而X80管材是西气东输等长输管道工程的主要用材，因此针对于含腐蚀缺陷X80油气管道的极限载荷预测开展数值模拟研究具有较大的工程意义和价值。以X80管道的特征尺寸及腐蚀缺陷数据为基础，采用商用有限元软件，建立全尺寸X80管道数值有限元模型，在数值模型中施加实际的边界条件和加载管道内压荷载。分析了X80管道无缺陷及含缺陷管道极限载荷，结果显示最大Mises应力均位于缺陷底部与光滑圆弧面过渡处，缺陷深度和缺陷长度对管道极限载荷存在相互影响。最后提出了一种含腐蚀缺陷X80油气管道极限载荷预测方法，并与X80管道实际试验数据进行对比论证，结果表明该预测方法其计算精度较高、适用性良好。

关键词：油气管道腐蚀缺陷有限元模拟极限载荷