清管器非穩(wěn)態(tài)摩擦在線測試實驗裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及管道清管和檢測領(lǐng)域，具體涉及一種清管器非穩(wěn)態(tài)摩擦在線測試實驗
目.0
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨中國油氣探明儲量的增長以及全國油氣整體供應(yīng)需求的提升，油氣管道的建設(shè)里程正在不斷的增加。在管道運輸以其不可替代的優(yōu)勢在全國范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用的同時，管道運輸?shù)陌踩S護問題也逐漸得到重視。
[0003]在管道建成之初，需要利用清管器清除管道積液和管道施工所留雜質(zhì)；在管道長期運營之后，則需要利用清管器清除管道內(nèi)部長期運輸介質(zhì)所形成的積蠟、積液等污垢。同時，管道因為一些內(nèi)在(管道的腐蝕、裂紋)或者外在(地震、山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害)原因所形成的不同程度的損傷也需要定期利用智能清管器進行清管檢測，及時發(fā)現(xiàn)和處理這些損傷，避免嚴重事故的發(fā)生。目前，利用清管器或者內(nèi)檢測器等管道機器人對管道進行清管和檢測，已成為管道運營維護必不可少的流程之一。
[0004]大多數(shù)清管器屬于被動型清管器，常用的清管器上配備有柔性皮碗，主要靠其密封管道內(nèi)壁，并在其前后形成壓差，推動自身行走。皮碗密封管道所導(dǎo)致的過盈配合會產(chǎn)生皮碗的非線性變形，這種非線性變形直接影響清管器和管壁間的接觸應(yīng)力，造成清管過程中清管器受到的摩擦阻力發(fā)生變化，從而影響清管器在管道中運動參數(shù)的變化。工業(yè)中，建立精確的清管動力學模型，可以在清管前有效的模擬和預(yù)測清管運動規(guī)律，指導(dǎo)清管作業(yè)。因此，弄清摩擦力在管道中的動態(tài)變化規(guī)律，對模型的準確性有著重要意義。
[0005]皮碗所受的非穩(wěn)態(tài)摩擦阻力的變化規(guī)律受到多種因素的影響，包括管道的內(nèi)壁結(jié)構(gòu)和流體介質(zhì)特性、清管器運行時的速度變化、皮碗的尺寸和材料等，然而已有的用于分析清管器運動的公開技術(shù)和專利內(nèi)容都沒有研究這些參數(shù)對摩擦力變化規(guī)律的影響，而是對摩擦力進行了簡化處理，造成清管器清管動力學模擬的失真。
[0006]綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中存在以下問題:現(xiàn)有技術(shù)難以對清管器的皮碗所受的非穩(wěn)態(tài)摩擦阻力的變化規(guī)律進行準確的建模。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供一種清管器非穩(wěn)態(tài)摩擦在線測試實驗裝置，以解決清管器清管非穩(wěn)態(tài)摩擦模型的失真問題。
[0008]為此，本發(fā)明提出一種清管器非穩(wěn)態(tài)摩擦在線測試實驗裝置，用于測試清管器運行時皮碗所受非穩(wěn)態(tài)摩擦阻力，以模擬清管器皮碗在管道中非穩(wěn)態(tài)摩擦力的變化規(guī)律，為清管器動力學模型的構(gòu)建提供理論指導(dǎo)，所述清管器非穩(wěn)態(tài)摩擦在線測試實驗裝置包括:
[0009]支架；
[0010]水平模擬管道，設(shè)置在所述支架上，所述水平模擬管道包括:依次連接并且管徑依次變小的收發(fā)球段、過渡段和主管道段；[0011 ]清管器，能滑動的設(shè)置在所述水平模擬管道中，所述清管器包括:清管器連接軸、以及設(shè)置在所述清管器連接軸上的皮碗，所述皮碗的直徑大于所述主管道段的管徑并小于所述收發(fā)球段的管徑；
[0012]記錄皮碗變形應(yīng)力的應(yīng)變片，設(shè)置在所述皮碗上；
[0013]拉壓傳感器，連接所述清管器連接軸；
[0014]伺服電動滑臺，連接所述清管器連接軸并設(shè)置在所述支架上；
[0015]編碼器，連接所述伺服電動滑臺。
[0016]進一步地，所述皮碗在初始位置和終止位置時位于所述收發(fā)球段內(nèi)，正向運行時經(jīng)過所述過渡段和主管道段，到達主管道段的預(yù)定位置后反向運行回到所述收發(fā)球段內(nèi)。
[0017]進一步地，所述伺服電動滑臺包括:
[0018]滑座，設(shè)置在所述支架上；
[0019]導(dǎo)軌，設(shè)置在所述滑座上；
[0020]伺服電機，設(shè)置在所述滑座上；
[0021 ]滑動平臺，設(shè)置在所述導(dǎo)軌上并連接所述伺服電機。
[0022]進一步地，所述水平模擬管道為透明管道，所述清管器非穩(wěn)態(tài)摩擦在線測試實驗裝置還包括:設(shè)置在所述水平模擬管道外并對所述水平模擬管道觀察的顯微鏡和對所述顯微鏡拍照的攝像機。
[0023]進一步地，所述透明管道為有機玻璃管道，清管器在有機玻璃管道運行時用所述攝像機和顯微鏡記錄皮碗的非線性變形過程，以及皮碗和管壁的接觸過程。
[0024]進一步地，所述水平模擬管道與所述清管器連接軸為同軸設(shè)置。
[0025]進一步地，所述清管器還包括:套設(shè)在所述清管器連接軸中部的圓柱體、設(shè)置在所述圓柱體兩端的第一圓形托盤和第二圓形托盤、分別設(shè)置在所述清管器連接軸上并位于所述第一圓形托盤和第二圓形托盤外端的第一擋板和第二擋板、設(shè)置在所述第一圓形托盤和第一擋板之間的第一壓緊塊、以及設(shè)置在所述第二圓形托盤和第二擋板之間的第二壓緊塊;其中，所述皮碗通過套在所述圓柱體上設(shè)置在所述清管器連接軸上，并且所述皮碗被所述第一壓緊塊和/或第二壓緊塊夾緊在所述清管器連接軸的軸向上。
[0026]進一步地，所述清管器連接軸與所述第一擋板通過螺紋連接。
[0027]進一步地，所述第一壓緊塊和第二壓緊塊均為圓環(huán)狀。
[0028]進一步地，所述第一壓緊塊能拆卸的連接在所述第一擋板上，所述第二壓緊塊能拆卸的連接在第二擋板上。
[0029]本發(fā)明通過控制伺服電動滑臺的速度來實現(xiàn)清管器的變速運動，由拉壓傳感器和應(yīng)變片分別獲取清管器運行時受到的摩擦力信號及變形應(yīng)力信號，通過對采集的信號進行處理與分析，從而分析清管器清管過程中的摩擦力及其變化規(guī)律。
[0030]另外，本發(fā)明上還可設(shè)置高速攝像機和/或顯微鏡，原位觀測皮碗的受力變形過程以及皮碗與管壁的接觸變化規(guī)律，還可原位觀測清管效果。
[0031]本發(fā)明可以研究清管器清管時皮碗所受的非穩(wěn)態(tài)摩擦阻力的變化規(guī)律；
[0032]本發(fā)明可以在線觀測清管過程，評估清管器動力學參數(shù)對清管效果的影響。
【附圖說明】
[0033]圖1為本發(fā)明的清管器非穩(wěn)態(tài)摩擦在線測試實驗裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖2為本發(fā)明的清管器非穩(wěn)態(tài)摩擦在線測試實驗裝置的主視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖3為本發(fā)明的支架的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖4為本發(fā)明的水平模擬管道的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖5為本發(fā)明的伺服電動滑臺的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖6為本發(fā)明的清管器的結(jié)構(gòu)示意圖；其中去除了清管器連接軸。
【具體實施方式】
[0039]為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照【附圖說明】本發(fā)明。
[0040]如圖1所示，本發(fā)明提出一種清管器非穩(wěn)態(tài)摩擦在線測試實驗裝置100，用于測試清管器運行時皮碗所受非穩(wěn)態(tài)摩擦阻力，所述清管器非穩(wěn)態(tài)摩擦在線測試實驗裝置包括:
[0041]支架I;
[0042]水平模擬管道2，水平的設(shè)置在所述支架I上，如圖4所示，所述水平模擬管道2包括:依次連接并且管徑依次變小的收發(fā)球段21、過渡段22和主管道段23;
[0043]清管器4，能滑動的設(shè)置在所述水平模擬管道2中，所述清管器4包括:清管器連接軸5、以及設(shè)置在所述清管器連接軸上的皮碗41(如圖6)，所述皮碗41的直徑大于所述主管道段23的管徑并小于所述收發(fā)球段22的管徑；
[0044]記錄皮碗變形應(yīng)力的應(yīng)變片11，設(shè)置在所述皮碗41上；
[0045]拉壓傳感器6，連接所述清管器連接軸5;
[0046]伺服電動滑臺9，連接所述清管器連接軸5并設(shè)置在所述支架I上；
[0047]編碼器91，連接所述伺服電動滑臺9。
[0048]通過控制伺服電動滑臺的速度來實現(xiàn)清管器的變速運動，由拉壓傳感器和應(yīng)變片分別獲取清管器運行時受到的摩擦力信號及變形應(yīng)力信號，通過對采集的信號進行處理與分析，從而分析清管器清管過程中的摩擦力及其變化規(guī)律。
[0049]進一步地，所述皮碗41在初始位置和終止位置時位于所述收發(fā)球段21內(nèi)，正向運行時經(jīng)過所述過渡段22和主管道段23，到達主管道段的預(yù)定位置后反向運行回到所述收發(fā)球段內(nèi)，以完成皮碗的非穩(wěn)態(tài)摩擦運動。收發(fā)球段21