（电气工程专业论文）高性能电子清管器及成套仪器的研究.pdf

沈阳工业大学硕士学位论文 摘要 随麓管道运输业的发展，西气系输输气管道的铺设，对清赞设备仪器憾能提出了 更高的要求，而目前国产设备与此相差甚远。海上管线的清管，无一例外都采用国外 萼；送设备。受戮清警器经麓指标的限镒，黼施超长管线采露分疆清管翁办法瞄弥补清 管器性能的不足。尽煎清管器的性能指标与实隧工程需求二瓣间有很大斡差距。因 此高性能电子清管器及其成套仪器的研究有极其溪要的经济效髓和社会效益。 本文所研究的高悭能电予清管器及冀成套仪器，扶视藏结构、瞧路结构等方面 进短了鼹详的设计。铡鸯架、螺栓、皮拣的设计棱核，电子发射枧瞧路的磺究，单 片微机技术的应用，最佳频率的选择，寻迹定位系统的电路设计，信号智能显示的 模块组合，有效缝解决了当前市场上对清管器酌需求。 磅究续果表竣，态性戆逛子溥管器及其配套仪器褒透过缝力、发菇功率、接收 距离、定位精威、连续工作时间及抗干扰性等方面都达到了设计技术指标。 本文研制的高性能电子清管器及其配套仪器，解决了从国外进口粪似仪器价格高的 弱题，在牲l 指标相圈蕊条徉下，成本降低i 5 以上；嗣眩可以援导应耀秘磺究参考。 关键词：高性能电子清管器钢体缩构发射机寻迹定位 沈阳工业大学硕士学位论文 t h er e s e a r c h o f h i g h - p e r f o r m a n c e e l e c t r o n i c p i p e l i n ec l e a n i n g i n s t a l m e n ta n da s s i s t a n c e a p p a r a t u s a b s t r a e t w i t ht h ef a s t d e v e l o p m e n t o f p i p e l i n ec a r r y i n g t r a d ea n dt h e g a s p i p e l i n e p a v e d f o rw e s t e r ng a s f o re a s t e r na r e a ”p r o j e c t ，h i g h p e r f o r m a n c e o fp i p e l i n ep i g si sn e e d e d 。b u ta tp r e s e n t ，t h e r ei s s t i l la l a r g eg a p b e t w e e nt h a to fd o m e s t i cp r o d u c t s a n do u r h i g h l yr e q u i r e m e n t f o r e i g np r o d u c t s a r ea d o p t e di np i p e l i n ec l e a n i n gu n d e r s e a ，w h i l ey o u w i l ln o ts e e a n y o fd o m e s t i cb r a n d s 。f o r t h el i m i t e d p e r f o r m a n c e o f p i p e l i n ep i g s ，s o m eu l t r a l o n gp i p e l i n e s a r ec l e a n e db ys e g m e n tc l e a n i n g t oo v e r c o m es u c hd e f i c i e n c y t h el a r g eg a pb e t w e e np r o d u c t s a n dp r a c t i c a l d o 强a n dm a k e s t h er e s e a r c h 0 n h i g h p e r f o r m a n c ep i p e l i n ep i g s g r e a t l y s i g n i f i c a n tn o to n y i ne c o n o m i cb u ta l s oi ns o c i a lb e n e f i t t h i s p a p e r i n t r o d u c e san e wh i g hp e r f o r m a n c ep i p e l i n ep i g a n di t s c o m p l e t ei n s t r u m e n t ，a n d i l l u s t r a t e si nd e t a i l t h e d e s i g n i nr e s p e c to f 瑚e c h e n i c a la n dc i r c u i ts t r u c t u r e t h r o u g hd e s i g na n dc a l i b r a t i o no f s t e e l f r a m e w o r k ，b o l ta n db o w l s h a p e dh u s k ，r e s e a r c h o ne l e c t r o n i c s e n d e r e i r c u i t ，a p p l i c a t i o n o f 踅t e c h n i q u e ，s e l e c t i o n o fb e s t f r e q u e n c y ， c i r c u i t d e s i g n f o rl o c a t i o n s y s t e m a n dc o m b i n a t i o n o f s i g n a l d i s p l a y m o d u l e s ，t h i sh i g h p e r f o r m a n c ep i p e l i n e p i g c a n e f f e c t i v e l y m e e t i n d u s t r i a ld e m a n d e x p e r i m e n t r e s u l ts h o w st h a t t h is h i g hp e r f o r m a n c ep i p e l i n e p i g h a s r e a c h e dt h e d e s i g ns p e c i f i c a t i o n s i na 1 1r e s p e c to f t r a n s i tc a p a c i t y ， t r a n s m i s s i o nf r e q u e n c y ，r e c e i v i n g d i s t a n c e ，l o c a t i o n a c c u r a c y a n d c o n t i n u o u sw o r k i n gt i m ea n da n t i j a m m i n gp e r f o r m a n c e 2 沈阳工业大学硕士学值论文 t h eh i g h p e r f o r m a n c ep i p e l i n ep i g a n di t s c o m p l e t e i n s t r u m e n th a s g r e a ts i g n i f i c a n c e ，b e c a u s e i ts o l v e st h ep r o b l e mo fu l t r a h i g hp r i c eo f i m p o r t e dp r o d u c t s a n dl o w e r s d o w n1 5i n p r i c e u n d e rt h ec o n d i t i o no f e q u i v a l e n ts p e e i f i c a t i 。n s + m e a n w h i l e ， i tc a n p r o v i d eg u i d a n c e a n d r e f e r e n c ef o rf u t u r er e s e a r c h k e y w o r d s ：t h e h i g h - p e r f o r m a n c e e l e c t r o n i c p i p e l i n ep i g , s t e e lf a b r i c ，t r a n s m i t t e r , e l e c t r o n i co r i e n t a t i o nr e c e i v e r 3 一 独创性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 沈阳工业大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表 示了谢意。 签名： 绰 日期：w 区f 饵 关于论文使用授权的说明 本人完全了解沈阳工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公 布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。 签名 ( 保密的论文在解密后应遵循此规定) 缒 导师签名：l 塑墨! ：日期：地2 ：! ：兰7 沈阳= i = 业大学硕士学位论文 1 引言 1 1 管遵运输带来的问题 随赣社会的发展及科技的进步，管道运输已发展成为货物运输的五大方式之一，被 广泛应用于石油、化工、冶金、电力、采矿、建筑、制药、食品加工等行业。管道输送 裔着成本低、适量大、连续乎稳、安全可靠等特点，霞焉在国惑经济事l 发簿蓑鑫寒寒大 的作用。但随饕管道的铺设和运行时间的增加，常会发生内壁结垢、杂质沉积、管径减 小的现象。这将使管j 戴输量下降，动力消耗增加，并影响到正常的安全生产1 艄。 1 2 管器及成套役器的概述 清警器及戏套搜嚣，主要应用予竣送石涵、天然气、成品浊及其它化工原料的长簸 管道的滴管作业。新建管线用它来作清管施工验收，在输管道用它清除管内的结腊、结 瓣和积液。清管嚣一般由主骨架、密封皮碱和电子发射祝缮成。电子发射祝与圭邕面成套 仪器裁秘戏了一套完蘩鲢无线定位寻逑系绞。运过地嚣仪器载攒示戴可以了勰清管嚣在 地下管道内运行的情况。 清管器及清管工艺技术怒随着我国石化工业的发展丽发展越来的。为满足市场多样 乏涎要袋，老式豹清蛰器已囊零警菇辨发震至l 了瑷在夔多个晶秽，其中包括皮拣式、差 刀式、钢刷式及各种泡沫清管器，假在性能指标上，距清管工程的实际需求，还有较大 的差距，主要表现在l 奠下几个方面。 1 ) 不靛完全潢是觳警线清管佟盐豹甏求。对瑟建臀线澹答作业对，走予警遘壤 工时可能有异物，或者是管道焊缝质量不商的原因，引起皮碗造快磨损而泄密，或者是 由于大量异物堆积而使得清瞥嚣被卡住不能继续运行，此时就要利用清管器发射机与地 露裣i l i l 搜器，绘涛管嚣准确定位，| 噩霞进行方开挖，秘雾l 薅污、焊接俸延。渍警嚣发 射机采用电池供电，由于受骨架内空阅限制，不可能给电池占用太多的空问，因此旧型 号的各种规格的清管器发射机，由于电池容量的限制，它的连续工作时间一般很短，最 长的只寄5 0 小时，、罄清营器发射梳不是1 0 夺露。长输管道熬由越龄，所经逑段多数 无水无电，作业队必须在几十小时时间内把所需的发电机等作业设备和人员邀到现场， 一3 一 沈阳王业大学硕士学位论文 露列魏溪对蓠藏缀可熊失去黪瞎。繇以一量出瑷涛警嚣堵卡事敖后，俸监获努须星夜连 续作战。由于潢管器产品本身存在的不足，给用户带来了麻烦，问时限制了这种产品的 进一步摊广使用。所以各方面用户都要求改进产品性能。 在赢寒逢醒，一觳管道矮深约1 5 米左右，嗣蒋发射税的功率莘蟊撩浚橇懿荧敏度还 可以成功探测手定位，但在管道穿越铁路、公路、河床或其它建筑物时，或者在经过沟 坎时，一般埋深较深，深度越过了清管器最大探测距离。发射机和接收机是一套超低频 无线发射接收系统，它所发出的电磁信号强度一方面与距离的立方成反魄，舅一方面铁 磁物质对它兹吸收秘羼薮也大大衰减了信号强度，耀此当发射枫处于护套营墨时，幽子 双层金属管道的屏蔽，地面接收到的信号相当微弱，接收距离很短，甚至什么信号都检 灏不蜀。而管道往往经常在这些特豫士| 鱼段，因为弯头多，闵挤压管道变形等原因而使清 营器在此堵卡。辑以羽户对潘警器鑫穹探理l 爨发提出了更鸯豹要求，g p 瀵罄器在双层护套 管里也能在地面或水面上方搽测到信号所阻要求各种规格清管器的探测距离越大越好。 2 ) 陆地超欧管线用清管器要求清管器多项指标有大的提高。陆魂越长管道一般有 几百至l 死手公里。只是投产蜃嚣定簸瀵警豹管道，一敷每隔百公里左右竣有瀵管器收发 装置。在线清管时运行速度较低，用于一百公里左右长管道的清管器，除了对皮碗的耐 磨性能有较高要求外，对发射机连续工作时间这一指标也有较高要求。到目前为止，一 次连续潘管最长蓬离为秘公篓，连续运行1 5 小时左右。鼹百公攫营遂溘管，连续运行 时间将至少在3 0 小时，期间不能有任何故障，否则就无法保证清管器自始至终都被探 测剡。5 0 小时最极限工作时间，随着电能的消耗，电压越来越低，信号逐渐减弱，也影 羲歪g 搽臻深度。翡良趣长管遴雳涛鹜器，英发射撬连续工作时润应有较大戆爨楚。 3 ) 海底管道用清篱器对其性能提出了更苛刻的要求。在我翻渤海、东海和南海相 继发现和建成了一批油气田，油气资源通过海底管道送至岸边处理。我国已建成有海。t 管线缠2 0 0 0 公黧。枣予海环境蘩 牟恶劣，管遥建设匏造价是麓遗警线戆i 1 0 镑。为 了保温和防腐，般都使用加厚管材，或者是双层套管。海上管道不可能每隔l o o 公里 就建设一座清管器收发装置。所以要求适用海上管道用的清管器，其发射机的发射功率 帮连续运行的时闻，吃陆氇怒长管续掰焉涛管器斡要求委为严格，发翁功率应菱太，连 续工 乍时阉要更长。东海平潮气团的输气管线到上海南汇蹩陆，全长3 6 5 公里，中间没 一4 一 沈阳工业大学硕士学位论文 毒收发璩巍港管爨运行一次约8 - 9 天。用于这动管道的清管器，而仅要有良好的通过能 力，很驽豹醚瘩京鸷瘦硫，磊显要要求枣离性能约无线跟踪定位系绞，即在搬露营道或 双层管壁屏蔽下，氇能探溺至发射穰信号，发射棍连续工作露阉也要有较大静掇毫。 石油、天然气工业的发展，谣气东输输气管道的铺设，对清管设备性能提密了更高 的要求，而目前豳产设备与此相差甚远。海上管线的清管，无一例外都采用国外弓f 避设 备。受到清管器性能指标的限制，陆地超长管线采用分段滴管的办法以弥补清管器性能 的不足。目前清镣器的性能指标与实际工程需求二者间有很大的差距，这种差距是多方 嚣的，较为突出的是定位糖度、搽期4 踱离和发射机连续工作时间。豳此高性能电子清管 器及其成套仪器豹磅究十分必要 3 f 4 。 1 3 高榷能电子清管器的结构 高性能电子清管器是在老式清管器的藻础上的优化。由清管器主骨架、密封皮碗、 电子发射机等组成。配套仪器由地面上的释迹定位接收系统组成。高性能电子清管器实 物如图1 所示。 鬻1 篱牲能电子港管器实物图 英中：l 一潇管器的慈长：卜蓠器疫璃闰l 离 卜皮魏羚径 1 4 高性熊电子清管器工作藩理 高性能电子清管器及其配套仪器筵一套超低频电磁信号发霸辛和谈收系统。淆管器运 行时不断发出电磁信号，信号穿过管壁和土层被地面仪器袋收处理后报警显示。当清管 一5 一 沈阳工业大攀硕士学垃论文 器被警逡孛簿赫专臻嚣，遴遘逮森寝瓣役器哥漤镶埝虢定渍蛰器蠢瞥遘粪瓣交餮，麓营 i 照渍赣作业提供准确可靠驹婊摆。 蠼犬值秘蔽默值 个 个 f 。尹一 蛔臣 接收机定位蹲域 接收机探深原理 嚣2 接葭援定攫、测澡暴瑾蚕 接收撬酉鲻予缭僚壹甭淤麴惠予港蛰器定辍，嚣想见銎2 。当掇头藿妻予管道巾轴 线鬟亏，在涛警嚣麴懿麓二点对接收至二个舞号熬竣大篷，当瑗滚不弱融，秀个最大毯之 两的躐离也不简。 按牧撬稍清管嚣黧台憷趱，还可路掰予灏羹餐道蠼滚，溪爨嚣避。耻翻。当探头孛 轻线与篱遘中枣鑫线平嚣，探头在发魁惑毂歪土方瓣，哥潮捌一令最大壤，杰鬟麓疑瓣羲 后各可测弼一个最小德，设二个最小值之简的躐离为8 ，管道溪深 与二个蒜，j 、餮之篱 瓣疆蔫8 之潮静关系楚： 0 零乳 l 。5 磺捌嵩瞧缝彀孑清餐器爱其配套役嚣戆慧义 为了保谜臀道输送的流体质薰及输送安全，只有浆糟清管器定期清洗和维护酌办法 才是勰涤逮翘魏稷本途经。聚露簿喾器潢潞管道，并避苻定鬻维护，露强嫠镑遘懿予长 6 oii二n”u 沈阳工业大学硕士学位论文 新的状态，保证管道高散安全运行，提高产摄，降低能耗，节省维护费用，并且能为相 关的设备及生产工艺过程的正常运行提供必蒙的保证。其经济效益和社会效益十分显著 i 6 论文豹圭要内容 论文的内容主要由以下几部分缎成： 1 ) 清管器外部尺寸设计 2 ) 滴管器密封材瓣筛选和结构设计 3 ) 渍营嚣发射砉睡电路积王 乍频率选撂、结构设诗 4 ) 清管器寻迹定位系统设计 一? 一 沈阳工业大学铆j 士学位论文 2 渍管器羚部足寸设计 2 ，l 主管架强度及长度设计 渍营器的主嚣架是瞧钢髂终掏缝成。瀵罄器遭过能力翅图3 。 图3 清管器通过能力示意图 以m ? 2 0 清臀器为例，钢俘缓树议计及搬发便顿、) 5 基忍设戳如p ： 钢体内装有发射机、一端用钢板焊牢封闭、另一端用端盖、密封垫片则在静压时， 壳体( 钢体) 内辨受压时歪痤办计算公式： 善= 等等一等 嗔= 等十罱鬻 d 一= p 1 8 一 沈阳工业大学硕士学位论文 镪体钋受压，恳卸芝= 罡= 一9 8 1 0 5 n i m 2 墨# 上三式变为： 瓯一磊 正一饕 r i r i d = 只 o - 善) ( 1 + 妥) 查机械零件设计手册，对材料1 c r l 8 n i 9 t i j 扭5 3 9 x1 0 8 n m 。 艿。= 】9 6 1 0 8 舾貊 艿幻羧l 枣、压绾强度投限； 5 。属服强度掇限； 取辆俸尺寸d = 1 5 厘米，d 自= 1 3 8 蕊米 半径r l = de j 2 = l 5 2 = 7 5c m ， r f d 自1 2 = 1 3 8 2 = 6 9c l t i 因公式已考虑”负僧所以计算时6z ，6r 不加“一”号。 讨论：当r = r 2 时( 最里层) 代入上式褥：把已知数代入上式碍： 艿，= o 艿，= - 2 i o o x 7 5 2 ( 7 5 2 6 9 2 荸，= 9 舞1 0 5 n m 2 此时对应压力： 占尸占f = 。1 , 2 7 6 n m 2 j j = 占= = 9 8 1 0 5 n m 2 占3 = 占，= 0 9 沈阳工业大学硕士学位论文 当，= h 时( 最外层) 把己知数代入上式得： 则 从计算知 所示。 沪一磊一争7 i 一1 三7 i 卜篙印+ 净 疋= e 占，= 9 8 1 0 5 n m o j r - 一1 1 7 8 1 0 8 m d ：= 9 8 1 0 5 n m 2 占产6 j = 1 1 7 8 1 0 8 n m 2 占f8 r = 占，= 9 _ 8 1 0 n m 2 最危险点在r = r 2 处，即钢体的最里层( 靠内壁) ，其应力变化如图4 1 + 炝驯 图4 应力变化图 对危险点( 靠内壁) 按第三强度理论公式进行强度校核： 公式： j ，矿d 占j j 杨= 1 5 ( 安全系数) 占 = 占。k o = 1 3 1 0 8 n m 2 1 0 沈阳工业大学硕士学位论文 6 = 6 。63 ：1 , 2 7 6 x 1 0 3 礞赫 j 艿强度足够 在动压情况下，其钢体结构尺寸简图如图5 所示。 上：兰 袁 。号i 峙 i 8 圈5 钢体尺寸简图 如动压p 自= 9 8 1 0 4 肋舻， 盎k 1 9 6 x1 0 5 n m 2 在总长8 4 8 m m 下，钢体本身能承受很大载旖，所以不再计算。 关于钢体稳定校核： 采精欧挝公式 占= 毒陆妾k 占= 二 参。l = 卫 民“3， 由予蔫皮硫镞支搭把镧体按铰支情猛诗舞，嚣溺受力嚣p j = p 2 ，冕上嚣钢体足寸麓 图。 最= 孚沾；_ 体歉 & = 争；一钢体魍最小蠼牲半径 南嘲擎矮牲矩 厶= 以= 必6 4 = 7 0 7 ，4 c m 4 ：置：掣识，。蹦： 沈阳工业大学硕士学位论文 昂厂翎体最，j 、面积 掰以 粥 对1 c r l 8 n i 9 t i ，镪4 5 来谎 则 稳定诲网应力 舔稳定许用安全系数取与3 5 ， 当p = 9 8 1 0 5 n m 2 时 i 2 ：卫或6 c m 2 磊。 ，矛黝b 瑟l e 嚷2 下寸2 下 ：l 一- ：鲨：2 7 6 5 4 ，l 。= 一= 一= r 2 6 = ，6 丘； e = 2 1 1 0 儿n m o 瓯= 卺= 字= 7 3 3 1 0 9 。 】= 占，玛 剐 【蝴= t 4 7 x 1 0 9 n l m 2 b ：b ：型孚熊踟6 1 0 4 式中d 自q 管道内径；取d 自t = 7 0 0 m m 计算 d 。霹接涪兰开毳壹径，酉我，d e = l o m m 即占$ 蝴钢体结构稳定。 一1 2 一 沈阳工业大学硕士学位论文 2 2 皮碗尺寸确定及强度校核 皮碗用来支撑整个清管器，其本身担负清管扫线任务，所以皮碗材料在清管器整个 设计中很重要，不可忽视，为此我们用三种材料作比较。当前可做清管器皮碗的材料很 多，从国外来说采用聚氨酯橡胶，氯丁橡胶：从国内采用聚氨酯橡胶，氯丁橡胶；聚氨 酯橡胶只是用在泡沫清管器上。我们认为做皮碗材料可用9 0 氯丁橡胶加1 0 顺丁橡 胶。从摩擦角度来看，聚氨酯橡胶最耐磨，其次是9 0 氯丁橡胶+ 1 0 顺丁橡胶，再次是 氯丁橡胶或天然橡胶，无论是动摩擦情况( 有润滑油或无润滑油) 或静磨擦情况，聚氨 酯橡胶材料都好。 为了立足于国内，我们选用聚氨酯橡胶材料做皮碗。其抗张强度( 抗撕裂) 为 6 = 3 5 1 0 7 n m 2 以上。 皮碗强度校核如下： 清管器中装有四个皮碗，前后面各两个皮碗，两个皮碗总重6 2 5 公斤。不考虑摩 擦力影响，则两个皮碗承受的是弯曲应力，其弯曲时承受载荷为： d ：a p 丌j d 2 l 兰2 4 取动压a p = 2 1 0 5 n m 2 d 自= 7 0 0 r a m d = 5 0 0 r a m d 。兰一舌固定法兰直径 则9 _ 2 3 1 4 ( 7 0 2 - 5 0 2 ) 4 = 3 7 6 8 公斤 采用下公式 k ：孥 6k y 进行校核 吖= 鸲。最大力矩 m m a 。= q k = q 华：。7 6 x 1 0 9 n m i 1 3 型堡塑型! 堂堡主兰垡堡壅 z 最小惯性半径，z = 2 5 c m ： i 一惯性矩，j y = 3 8 6 1 5 7 c m 4 j 一= 3 7 6 8 0 2 5 3 8 6 1 5 7 = 2 5 1 0 锄2 取占= 1 5 0 x1 0 7 n m 。；1 ( o ? - - 2 5 。2 寺础1 0 6 n m z 则 占 占】弯m 皮碗强度足够 2 3 长螺栓尺寸及强度校核 按公式 进行初选螺栓数目 取p * - 2 x 1 0 6 肼 d * = 2 8 0 r a m d t 图纸初定螺栓中心线之直径 略- 一初定螺拴螺纹之中径 敷比产1 2 7 0 1 r a m fr d 剪切许用应力 查机械零件设计手册表，对材料1 c r l 8 n i 9 t i ， 目静载荷安全系数，取蜀= 3 6 b p = 5 5 1 0 8 n m 3 岛动载安全系数 尬= 1 5 r 口】= 1 2 x1 0 8 n 7 m 带入公式中得： h 】0 1 钢4 5 d 妇 世】丘2 鬻 痧 沈阳工她大学硕士学位论文 彀r e = t 2 ，m t 4 螺栓数目n = 1 2 因为结稳中每两个皮硫女i 上皮碗垫圈，法兰眉1 2 个螺栓紧匿 所强螺裣总数为2 r t = 2 1 2 = 2 4 夺 计算时按1 2 个螺栓进行强度校核 羼闻磁攮情况( 公式掺导略) 采用公式： 耻詈，毒 毋n 【r 嗣进行强凄羧梭 条件：皮碗损坏后，后焊接法兰碰到管赡上。 式中j 。l 乍用于1 2 个螺栓上的最大动应力； 占。厂作用于焉烽挨法兰上的袋大动应力 e 咤1 1 0 1 1 n m i q = 1 0 6 2 4 公斤 q 尸1 0 6 2 4 + 1 0 6 2 4 2 0 9 9 3 7 ，4 9 = 1 6 3 公斤 r = 3 7 4 m m u = 2 9 h = 2 9 10 = 2 0 9 妇1 0 c m h 后焊接法兰与褥壁碰撞垂直距离 f 最焊接法兰磁攘时与管壁接触面积， f = 2 c m 2 ，后焊接法兰直径 f = 5 0 c m 拼1 2 个骧程位溪与法兰直径之耽值为3 9 5 0 f f 。为螺栓处面积与碰撞接触面积之比值， 其值为2 4 2 o 。6 = 2 2 5 2 ， 把己知数繁入j a 公式中褥： 一1 5 一 沈阳工业大学硕士学位论文 占* 4 1 0 7 n m 2 已知： r 爿= l | 2 1 0 8 n m 2 则 占 r 翻 说明螺栓在瞬间最大动应力时，强度足够。 瞬间产生的动应力虽然不能使1 2 个螺栓损坏，但是可能使螺栓与螺母松动，为避 免松动起见，在螺母外加“轴用弹簧垫圈”。( 挡圈为巾1 3 3 1 3 4 6 5 9 ，材料为6 5 m n 或 7 0 m n ，经热处理后达r c = 4 0 - - 4 5 ) 。 1 ) 交变载荷情况 皮碗损坏后，大多数是后焊接法兰贴着管壁向前运动，并且有进动现象。个别情 形出现6 4 1 0 7 n m z 较大动应力i 计算时，不加到交变载荷中，因为不常发生此例。 在交变载荷过程中，1 2 个螺栓承受弯曲应力，在这些应力出现时，采用下述公式 进行1 2 个螺栓的强度校核： 斋+ 击q【 2【r ：】2 1 2 个螺栓的惯性应力拉应力 6 m = 妒2 q q * f q 。是与碰撞角a ( 法兰与管壁夹角) 有关a = 1 7 。 q 惯_ 电”之力产生的惯性力 则占惯= 5 8 0 4 n m 2 1 2 个螺栓产生的弯曲应力占4 孵譬= 譬 = 1 0 6 2 4 2 1 0 0 i 0 3 7 4 1 0 = 5 6 6 4 k g f - 1 2 堡 - - 94 2 i 6 】c m 2 1 6 沈阳工业大学硕士学位论文 p = 6 7 7 7 n 5 l - 5 8 c m 弯曲时静应力 一 且盘p 矗z 。c 2 了。可 w 抗弯模数 ：1 2 堕 3 2 所以占。= 1 6 3 1 0 7 n m 。 则弯瀚动应力 参。= k 8 疋穹，2 6 t 0 7 嬲矿 ( 如弯曲动载系数k 。_ 2 ) 在 2 个螺拴上引越的剪切应力r # 静应力 5 c = q fr = i 7 6 1 0 7 n m 2 f 8 受剪面积， f l r = 0 5 e m 2 动载( 法兰边缘) 应力 6 8 = k c 码。5 2 1 0 v n m 2 则1 2 个螺栓上引超的剪应力为： 铲奴2 爰舀 _ 2 1 8 1 0 6 n m 2 在1 2 个螺栓上所受到的压应力d m 5 萨q e - 蹬& 取 同5 1 0 6 砌。( 实际同1 0 6 n v ? ) 查裹s = 2 2 则d = 。，9 5 s = 0 9 5 2 2 = 2 0 9 m m 一1 7 沈阳工业大学硕士学位论文 出= 1 2 7 0 1 m m ， 则 1 2 x p d 2 艮= 肇= 焉= 6 7 1 0 6 n m 2 4 汇总如下： 1 2 个螺栓所受到的应力： 拉应力占+ 5 8 1 0 5n m 2 压应力d 矿6 7 1 0 6n m 2 弯曲应力占矿3 。2 6 x1 0 7a 渤2 骛饶盛力艿铲2 1xi 妒渤， 求【配】、f 】值 螺栓弯曲时，妒一1 对称循环 剪切变形时r 妒一1 对称循环 对材料1 c r l 8 n i 9 t i ，钢4 5 来说 静载荷： 5 r , 卜一蕊应力许用强度 艿如= 5 。5 l 妒肠钕2 善产艿嗣奄1 0 8 n m 。 善一f 占。胡 ( 毋。$ 】= 2 占；k o = 2 9 1 0 8 n m 。 6 。= 6 7 x 1 0 n 瓣 占。 j 。戒】强度足够 这样对1 2 个长螺栓影响只剩下弯蓝应力却剪切应力： 艿：_ 3 9 1 0 8 赫锄o r ，k = 1 9 x1 0 8 砌2 对称循环时： 一1 8 一 沈阳工业大举硕士学位论文 髭= 0 4 8 肇= 2 2 1 0 8 w m 。 f 三= 0 , 2 2 8 b p = 1 2 1 0 8 渤2 对公制螺纹，餐表得 集中甍鼗巷蜉；2 5 安际集中系数a a , g = 1 5 + 1 5 ( s 5 - 4 0 ) 11 0 = 1 7 尺寸系数( 对m 1 4 ) ，疗村= 1 0 8 ，安垒系数妫= l ，5 求诲露窿力蕊： 对予蛮蛙皮力： 静 嘲= 簧啪剐0 8 蝴。 圜= 去 = s + o 1 0 7n m ! 对称稽环 许用应力值【霹1 8 , 0 1 0 7 n m z = s ； 对予剪锈建力 耱 对懿箨环诲鼹痊力毽 强度校验 饯a 数据验氍o 1 6 9 ，振动熄爨下对结橡影瞻 对振动亲谎潼管器在皮碗损坏帮瘦碗完好情况下有所不同，这一部分主要瓯i 翳：为礁 迸行诗算 皮碗完好无获隋况下，振动对发射机的影响 计算不同速度v 时，振动应力占萨子一大小? v = 6 米秒 振动系数k o = i + f t ：q ) 舅 宅8 ( kq 、箩计舅赂) 露= k 自弓，6 1 0 2 撕：m 2 说明v = 6 米，秒时占* 很小忽略不计 ( 占。掀动过程中静变形引起的静载威力) v = 6 0 米秒时， k # 2 1 8 4 。6 毛= k 。疋= 3 + 6 x 1 0 5 n n 此时惯性力很大，但是占“仍很小。 v = 1 0 0 米渺时， k a = 5 3 1 5 振= 足0 疋= 1 o 0 6 a ( m 2 蓖时惯性力缀大，键是艿* 镄很小。 强度棱核公式万。= d * 【印 对皮碗来说取( 印= 1 5 1 0 7 n m 。试算( 氯丁橡胶耐压值) 岛= 2 5 ( 安全系数) 一2 0 一 沈阳工业大学硕士学位论文 则振动许用应力为： 占】= 占岛 = 6 0 1 0 6 n m 2 以上三种速度时，占* 【d 】说明抗震强度足够。 皮碗抗震，现采用聚氨酯橡胶做皮碗，其抗撕裂强度在3 5 1 0 7 m 矿以上，抗压强 度更高，这里计算是按低强度材料氯丁橡胶有关耐压指标为准，所以皮碗抗震强度更高。 另外发射机同减震垫放到钢体内并用端盖，垫片螺钉等紧固、密封、抗震效果好。 一2 1 沈阳工业大学硕士学位论文 3 清管器密封材料筛选和外型结构设计 3 1 密封材料性能要求 本研究中所涉及到的密封材料有发射机的密封圈材料和皮碗材料。 对发射机的密封圈的要求：结构简单，密封可靠，特别是能保证在压力为9 8 1 0 5 牛柳米2 时密封好；对石油、天然气等介质耐腐蚀。根据结构特点，选取密封圈为0 形圈。 对皮碗的要求：有一定的硬度和韧性，耐磨和抗老化。 3 2 橡胶材料性能 适宜做密封圈的橡胶材料有很多种，如氟橡胶、硅橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶、天 表1密封材料性能比较表 名称氯丁橡胶丁腈橡胶聚氨脂橡胶 硬度( 邵尔a ) 4 0 9 0 4 5 1 0 0 1 阻一1 0 0 拉伸强度，m p a 未补强 2 17 0 以上 补强 之1 7 1 77 0 以上 扯断伸长率， 未补强 8 0 0 8 0 0 5 0 1 0 0 0 l 。) ，以及当p 和f 为 侮毽时，奔艨又怒一个滚介质( k 0 1 ) 计算结果示于嗣1 0 。 l o1 0 2 1 0 31 0 41 0 8l 秽1 0 7 l 秽1 0 91 0 ”i 0 “ f 楚i g 毫辍攀p 与奔逛鬻数霜夔率斡关系 一2 一 。毋描搿搿搿耐搿磐持 沈勰工建大学硬士学经论文 凌餮可煞：警惩鬣频邀滚， 孛，童萨崤霹雪，啜羧系数垂= 0 ，随蒋频率滋淫燕，垂也臻大，篷廷是 当f 掬7 嚣避方成立。随薏獭率魅续增搬b 懿攫搬蠼慢降爨，当黢率菲鬻蜜对， 6 。毋f 的麴线就髓予濒避烧，冀位置决定下我； 。2 璐 m 2 丽 啜竣黎数b 与籁率f 游若黎示予罄i i 。囊霜露觅：警电肇越夺，辩畿黻攀大，罄 么趱缓b 越捩酶趋予渐遴线。谗虢是等魄系数。越大墩收系数b 也越大。掰步 频率越高 霰羧囊藏逛越大。 警频率f 猩铤瓣，4 鞋。，轴i瓣 一3 一 沈阳工业大学硕士学位论文 b ( 米一1 ) 刍= 等挣警何 g 匿l l 吸收系数b 与频率f 的关系蝗线 由上逑电磁波特惶的分橇缛虹下魅论： 1 )由公式( 3 ) 褥翔感应场瓣强度与题囊麴三次方成爱魄，商辩龟磁波遥过 导邀奔凄辩英场强衰躐是按摇数攘律交纯魏； 2 )鸯壤浚系数b 髂方程式( ) 帮甏二得鲡：随辫频率继续增期b 酌增加馒 镬豫 鬣，警频率菲常高时，b = 审( f ) 的曲线就趋于渐近线，表明吸收 系数b 考令援失蹙； 3 )由公式( 6 ) 得知：当频率粮低时，吸收系数b 与频率f 的平方根成正 眈，藏而得磁频率越低，电磁波衰减越小。着就是工作频率为什么簧低 颓端戆理谂罄勰。 最俄工作频率的选择 豳上述分褥结论可觅，欲褥戮最大酾揲测深度，有效谴递锩号，菇颓蕺小频搴 波长，以减小介质吸收。对频率期探测深度关系式为： 一3 l 一 沈阳工业大学硕士学位论文 ，。磊霭c 焉瓣 ，。妒 = 兰：! 兰! ! ：壁 h 2 式申靠是蛰道的蠼设深发( 单位为米) ，p 是浮土的瞧隰率 - 0 链为欧姆米) 通常钢管的电阻率p - - o 。l 欧姆米，浮土的电哩率p = i o 1 0 0 默姆米。缓嶷涤凄 为l 涞；取p 土- 欧舞凑，冀 ； f ：2 5 x 1 0 ，5 x 一2 0 ：5 x 1 0 4 h z l ，= ? 一o 1 0 。 当浮的电魁枣狨小