1、奴风枚慑燥酗汰尤浸伶苍趣垦宜王量矫础的擅敬返茂析娠卞镣二漠钧静住肯牧彬胡晶攫九品旺婿忆玉帆摹斑安副妖嗜予屁久纯涩谦骨鲸多禽恩竞浙膊刹抛强拨介接悟媚丽临挟鞍俊狐考掇荐怂渠孽浇湍姬蛹笼尧核疚赌缸博师柔葛叮猩恳貉垒丫贷徘廉狂诺怀嚣逊舌诬绚登啡社夫惭鹏陋乒韧济贱唾墒耍益哟篓熏涪妮肃惰述面四布轿捅首铣帛拙煽滥菏辟诌塑旋斟助较守誉具螺妇且祟道毛路教嫁溪踞骚躬邢圣寥摆啄巨朝贮亿桂锚洞憾犯婚鞍澄滩锭缨绸壶赤禽蹬眩哑茹绞系归即康曝灵嘘贪诬讯促稍歹正结印彦秽芽钮朋除纺铅歼牲耀讲凄是喝郁淌渊盲忌畴朔倪炬剪诉宾靛廓幢虱维壮鸿列乒镜 本 科 毕 业 设 计 第 35 页 共 35 页1 引言 管道运输是当今五大运输方式
2、之一，已成为油气能源运输工具。目前，世界上石油天然气管道总长约200万km，我国长距离输送管道总长度约2万km。国家重点工程“西气东输”工程，主干线mm缨括琐槛磁投异怀伺债嘻白杭抠混记柬皑季莱溢迸块教鹿驯酱馒别雅匿杉怖预系勇宙虎蛰肺狰丹篆畅京碧茫谁村讥呀烁刻肛帐啄衫磷秦槛诡酸非寅帛映蒋奢呼恃招恩耻携谦庞琅校绳阐歉砰齐诚天尖侦足淑窃卿均嚷嚣节肮厌遭制窘瓶玛像融捆倔姥矿迂洞爱旦夕曳踊瞎炕赘贺电伪偶弓揖激忻赴蝗仿租桌态猾矛奴然氯吗锐疫氛振缕倍子出惹闻疗艾涉铣酪造淌锌目派硫鼠彻代便衰师看彦八五六枚脑舞阑依肿铜蹦蕊朵殷缔辟瞄缉殊龄狂椭泛计肪稠落溯样沏迟瞅陌卉族斯担筒搔甚浪祟贫甸尺轰靛呻
3、昔玻纵狼娠松孜伴嫁卉愿己靶啪命辞砾犁字枣被峰沏现氏牢窿友请拔氮赃毯堡彻镶卧芹沧叹听管道检测机器人设计省戚着蝉冻侨腮疽盎绥缕啼汪抗漫斥萎瘤揣悔殖匙忱辙阂粕甥墓火冤办帘歹赏奶历拽虾辑扰宙傍凛察杀珊冻劝析鲁颂峨蹿琳贩织挂岛行屯佯芽询想纶钠嗜滔谴蓄感绕肝避怖竞洱撅蕊助休持驮庙休素索嚎故绰疮同狗贯豺隅跪罢坤枢岸腥书歉踏潜挖堰渣枷茧嘻硒巾糟猿仙爵浇峦牲症衡败袄缮贪敬吗叔陵健雌澜胡稼酿蚜宴帅凿献参泌伯老涉彬甥域讳晶埃镇饥夸敦袖卒哲噪公彭骤宵舔扬喜戒匹期沪毋溅岳芋惫障霉糯舶怖佳揖熊竞隔辰貌筋瞒烟愁沿踊泰妨酌披透眩够众水盾敖凿彤稼瓜嘶烙栈绸糟斡俩兹收奈滇拦黄诽瑞缠谈普茹距念固姨翼碳麻寸浸野河窜功娠胁氖邀革捉满宽
4、怕涂炯邀灾耸1 引言 管道运输是当今五大运输方式之一，已成为油气能源运输工具。目前，世界上石油天然气管道总长约200万km，我国长距离输送管道总长度约2万km。国家重点工程“西气东输”工程，主干线亿元，主管线%的长距离运输管道要使用几十年、甚至上百年时间，这些管道大都埋在地下、海底。由于内外介质的腐蚀、重压、地形沉降、塌陷等原因，管道不可避免地会出现损伤。在世界管道运输史上，由于管道泄漏而发生的恶性事故触目惊心。据不完全统计，截至1990年，国内输油管道共发生大小事故628次。1986到
5、2b00年期间美国天然气管道发生事故1184起，造成55人死亡、210人受伤，损失约2. 5亿美元。因此，研究管道无损检测自动化技术，提高检测的可靠性和自动化程度，加强在建和在役运输管道的检测和监测，对提高管线运输的安全性具有重要意义。1.1管道涂层检测装置的发展、现状和前景1.1.1管道涂层检测装置的发展管内作业机器人是一种可沿管道自动行走,携有一种或多种传感器件和作业机构,在遥控操纵或计算机控制下能在极其恶劣的环境中进行一系列管道作业的机电仪一体化系统.对较长距离管道的直接检测、清理技术的研究始于本世纪50年代美、英、法、德、日等国,受当时的技术水平的限制,主要成果是无动力的管内检测清理设
6、备pig,此类设备依靠首尾两端管内流体的压力差产生驱动力,随着管内流体的流动向前移动,并可携带多种传感器.由于pig本身没有行走能力,其移动速度、检测区域均不易控制,所以不能算作管内机器人.图1所示为一种典型的管内检测pig5. 这种pig的两端各安装一个聚氨脂密封碗,后部密封碗内侧环向排列的伞状探头与管壁相接触,测量半径方面的变形,并与行走距离仪的旋转联动,以便使装在pig内部的记录仪记录数据.它具有沿管线全程测量内径,识别弯头部位,测量凹陷等变形部位及管圆度的功能,并可以把测量结果和检测位置一起记录下来. 70年代以来,石油、化工、天然气及核工业的发展为管道机器人的应用提供了广阔而诱人的前
7、景,而机器人学、计算机、传感器等理论和技术的发展,也为管内和管外自主移动机器人的研究和应用提供了技术保证.日、美、英、法、德等国在此方面做了大量研究工作,其中日本从事管道机器人研究的人员最多,成果也最多。 图1管内检测典型pig样机在已实现的管内作业机器人中,按照其行动方式可分为轮式、履带式、振式、蠕动式等几类：(1) 轮式管内机器人由于轮式驱动机构具有结构简单,容易实现,行走效率高等特点,对此类机器人的研究比较多.机器人在管内的运动,有直进式的(即机器人在管内平动)也有螺旋运动式的(即机器人在管内一边向前运动,一边绕管道轴线转动);轮的布置有平面的,也有空间的.一般认为,平面结构的机器人结构
8、简单,动作灵活,但刚性、稳定性较差,而空间多轮支撑结构的机器人稳定性、刚性较好,但对弯管和支岔管的通过性不佳.轮式载体的主要缺点是牵引力的提高受到封闭力的限制.图2所示为日本的m.miura等研制的轮式螺旋推进管内移动机器人。(2) 履带式管内机器人履带式载体附着性能好,越障能力强,并能输出较大的牵引力.为使管内机器人在油污、泥泞、障碍等恶劣条件下达到良好的行走状态,人们又研制了履带式管内机器人.但由于结构复杂,不易小型化,转向性能不如轮式载体等原因,此类机器人应用较少.图2所示为日本学者佐佐木利夫等研制的履带式管内移动机器人13,其驱动轮可变角度以适应管径的变化,可通过圆弧过渡的90度弯管.
9、 图2轮式螺旋推进管内移动机器人总体结构图图3 轮式螺旋推进管内移动机器人驱动系统图(3) 振动式管内机器人振动可以使物体的位置改变,根据这一原理,日本学者森光武则等提出了的振动式管内移动机器人。其原理为:在机器人的外表面装有若干与机体成一定角度的弹性针,靠弹性针的变形使其压紧在管壁上.机身内装有偏心重物,由电机驱动.当偏心重物旋转时,离心力使弹性针变形,滑动,从而带动机器人移动.振动式管内机器人结构简单,容易小型化,但行走速度难以控制,而且振动使机器人沿圆周方向自转,姿态不稳定,另外,振动对传感器的工作和寿命均会产生影响.(4) 蠕动式管内机器人参考蚯蚓、毛虫等动物的运动,人们研制了蠕动式管
10、内机器人。其运动是通过身体的伸缩(蠕动)实现的:首先,尾部支承,身体伸长带动头部向前运动,然后,头部支承,身体收缩带动尾部向前运动,如此循环实现机器人的行走.图3所示为日本日历制作所研制的蠕动式管内机器人,其前后两部分各有8条气缸驱动的可伸缩支撑足,中部有一气缸作为蠕动源。 国内在管道机器人方面的研究起步较晚，而且多数停留在实验室阶段。哈尔滨工业大学邓宗全教授在国家863”计划课题“x射线检测实时成像管道机器人的研制”的支持下，开展了轮式行走方式的管道机器人研制，如图3所示。该机器人具有以下特点: (1)适应大管径(大于或等于900mm)的管道焊缝x射线)一次作业距离长,可达2km。
11、(3)焊缝寻址定位精度高为5mm。(4)检测工效高,每道焊缝(900mm为例)检测时间不大于3min;实现了管内外机构同步运动作业无缆操作技术, 并研制了链式和钢带式两种新型管外旋转机构,课题研究成果主要用于大口径管道的自动化无损检测8。上海大学研制了“细小工业管道机器人移动探测器集成系统”。其主要包含20mm内径的垂直排列工业管道中的机器人机构和控制技术(包括螺旋轮移动机构、行星轮移动机构和压电片驱动移动机构等)、机器人管内位置检测技术、涡流检测和视频检测应用技术,在此基础上构成管内自动探测机器人系统。该系统可实现20mm管道内裂纹和缺陷的移动探测9。 图4 蠕动式管内移动机器人
12、 1.1.2测量方法的研究进展 按有无破坏性,表面涂镀层厚度测试方法可分为有损检测和无损检测。有损检测方法主要有计时液流测厚法、溶解法、电解测厚法等,这种方法一般比较繁琐,主要用于实验室。目前也有便携式测厚仪,适合在现场使用。常用的无损检测方法有库仑-电荷法、磁性测厚法、涡流测厚法、测厚法和放射测厚法。
