非能动管道清管系统主阀机构设计.docVIP

1. 绪论 随着社会的发展及科技的进步，管道逐渐成为输送流体介质的主要方式，管道运输具有安全经济的特点，因而被广泛应用于石油、化工、煤气、自来水、冶金、电力、采矿等行业。但由于管道在制造、运输、储存及安装过程中，管道内会存在油垢、锈垢、泥沙及遗留的焊渣及杂质等，这些杂质和污垢会减小管道的有效通过面积，降低传输效率，而且影响输送流体的品质，并且造成输送设备的损伤。为了保证管道输送的流体质量及确保流体输送的安全，必须采用清管器清洗管道并进行定期维护，这样可使管道处于清洁的状态，从而保证管道高效安全运行[1-4]。现阶段对清管阀的研究主要集中在清管器的发送和接收装置、清管器运行过程跟踪等方面[5]。目前很多公司对清管阀的使用及控制原理和装置的研究，集中在使用外部能源对清管器控制工作上，即采用电力、汽油、柴油等能源作为控制源，例如地佩尔阀门有限公司研制的清管阀[6]。 利用外加能源进行控制对外界环境有着较高的要求，其不能使用在自然条件恶劣的地区，中哈输油管道经过的我国西部大部分地区，地质灾害频繁、气象复杂、人烟稀少，交通不便，采用外加能源装置进行管道清理，都面临着成本高，工作环境恶劣，实施困难的问题。因此，有研究者提出清管器的能源使用管内流体的压力能，驱动清管器工作。这样不依赖外界能源的非能动清管系统才能在恶劣的自然环境及严峻的战争条件下工作。 当前对清管系统的研究有以下几个方向： 1.目前采用的漏磁式智能清管缺陷检测技术对金属损失缺陷检测准确度高，但对管道的裂纹缺陷和焊缝缺陷检测的准确度都小高，而这又是20世纪90年代前管道主要问题。有待研发新的检测方法。 2.漏磁式智能清管缺陷检测技术在低压管线(2.0MPa)检测精度低，主要是因为工具在低压天然气管道中运行十分不平稳，造成检测数据丢失。因此风险较大的城市输气干线的智能清管技术还需要开发。 3.超声波检测将向高精度方向发展，并适用于不同的工作环境。由于超声波检测技术本身存在的不足.如对较浅的凹坑(其面积通常小于压电超声波探头的面积)以及较浅的陆架形或阶梯形缺陷(面积为0.32-6.45 cm)检测时常出现误差.应利用先进的数据处理方法来弥补，使数据处理的结果更加多样化。 4.由于施工、维修或工艺等原因，管道不可能是光滑笔直的.这就需要清管器有良好的越过障碍(如阀门、三通、弯管)的能力。对于现有的石油天然气管道运输行业而言，为适应社会发展需要已逐步形成了城市管网、地区管网甚至是整个世界能源运输管网。因此，目前的石油天然气管道已经不是单一的一条线路。为此要想设计出有大范围应用的清管器，在分叉点时的自动选择路径的能力应进行研究。 5.对现有的清管器，仍然停留在管内运动、检测等方而而对工程有实用价值的足管内运动、检测、修复一体化作业，因此必须考虑清管器的实时检测修复功能[7-10]。 由于主阀是非能动清官系统的重要组成部分，清管器在压力管道中能否顺利工作，与主阀结构有极大关系。一个结构优良、便于控制的主阀结构，能够有效提高整个非能动管道清管系统的工作效率，降低成本。本设计的主要是对非能动管道清管系统进行一定了解之后，对主阀结构进行优化设计，以达到清管器顺利通过的主阀的目的。 2. 非能动管道清管系统概述及研究任务 2.1. 非能动管道清管系统原理 通常清管器只能在设置有能通过清管器的流体控制阀及设备的管段中运行清洁。当清管器通过流体控制阀（闸板阀、球阀等）时，采用信号采集等手段对清管器进行定位，以便开启阀门。无论监测、通讯、采集、计算、控制的准确度有多高，执行紧急切断阀操作时，必须附加动力源（包括人力），但在恶劣的自然条件下，很难保证附加动力源的可靠性，储能罐失压、燃油动力故障、电力中断等均是不可预见的因素。另外，在水下、沙漠等环境很难实施附加动力源的操作，战争状态下的炸弹、电子战、逻辑炸弹、卫星战等使管道、通讯、控制、执行系统更难发挥作用。采用非能动控制技术可自动控制管道上阀门的开启、复位和关断等操作，例如附加电机、压力油罐、柴油动力、燃气轮机发电等，操作系统简单、可靠、稳定，且不受其它环境因素的影响。因此，在管路里，要将阀门通球控制的敏感、控制、执行元件一体化并置于管道中，全部封闭、浸泡在管道输送的介质中，装置的材质与管道材质不受自然环境、地理位置的影响。非能动控制清管系统如图1所示。 图2.1 非能动控制清管系统 当管道需要清管时，在管道的上游投入清洁球，当清洁球受到流体介质压力的推动沿管道运行到通行阀杆时，将阀杆顶起，压力流体经流体管进入通行阀（如图2.2所示），通过液压缸（如图2.3所示）的右腔，进入复位阀再进入通行阀的上部，使通行阀芯保持在上升位置，以使压力流体不断进入液压缸的右腔，推动其活塞杆左移，同时主阀芯被提升，而使主阀的清洁球流道与流体管的流道吻合贯通，让行进的清洁