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X射線管道爬行器的研制

時間:2017-11-17 16:44:00 來源:本網 添加人:admin

  試驗研究X射線管道爬行器的研制張歷成華博張宏亮(中國石油天然氣管道一公司,盤錦應用效果及其具體的研制過程,包括硬件和軟件設計過程中應該考慮的-些關鍵問題,并將輻射場反饋、內定時等新方法應用于管道爬行器。通過大量的實踐檢驗和技術數據對比,證明此爬行器具有經濟、高效的特點主題詞射線照相爬行裝置管道硬件軟件DEVELOPMENTOFX-RADIOGRAPHICCRAWLER隨著我國石油工業的全面發展,對外承攬石油基建工程多,由我國承建的條國外大型輸油管道一一蘇丹輸油管道工程于1998年開始建設,這條管道全長1500km,直徑711mm(28in),工期1a(年),要求管道對接焊縫100射線檢測,總檢測量將達15萬道口以上這是一項國際投標工程,如果仍然采用國內常用的檢測手段,即定向X射線機雙壁單影法檢測,無論從施工速度、人員數量還是造價上,都完全不具備競爭能力可行的辦法就是采用射線管道爬行器拍片,由于壁厚及標準的原因,Y射線管道爬行器在此難以適用,只有采用X射線管道爬行器,它采用內曝光,具有底片質量好、速度快等優點,但需要進口,價格昂貴,日常維護工作量大且維修困難在這種情況下,我們研制出了X射線管道爬行器,并成功地大范圍地在蘇丹輸油管道建設中投入了試運行,實踐證明,該爬行器操作維護簡單,工作穩定可靠,定位精度滿足使用要求,照相質量符合美1104-94標準,完全達到進口產品的使用水平,取代了進口產品1國內外技術概況根據資料調查,國外對X射線管道爬行器己研究了多年,技術相對較成熟,并己經有系列產品出售,主要國家有法國、英國、美國及比利時等。而國內基本處于研制階段,未見大范圍推廣應用及產品出售。

  在國內,射線照相檢測目前仍然主要依靠X射線探傷機與Y射線源在管道外面通過雙壁透射進行,因雙壁單影透照,厚度加必需大管電壓,焦距長又必需加曝光時間,所以不但底片靈敏度欠佳,而且檢測效率與內曝光相比也十分低下。

  目前,一臺進口X射線管道爬行器的價格約100萬元人民幣,一般無現貨,訂貨期少3個月,不但價格昂貴,售后服務問題也難以得到及時有效的解決我們己于1997年研制成功了首臺Y射線管道爬行器,并己通過局級鑒定此外,公司還有10a以上應用進口X射線管道爬行器的經驗,在此基礎上開發研制X射線管道爬行器己不存在技術障礙在國外,長距離輸油管道早已普遍采用10(射線檢測,國內正在向這個方向發展,因此,用目前的管外透照已難以滿足檢測工作量迅速遞增的現狀,尤其是參加國外工程施工,就更有必要改進現有的檢測手段2總體設計2.1總體方案在為期3個月的調研過程中,查閱了近期國外爬行器廠家的有關技術資料,對現有的進口X射線管道爬行器的性能、控制方法、適用范圍及工作條件等進行了對比分析,并到國內有關探傷設備的生產廠家進行了調查,確定了如下方案:21.1主體部分主體分為電動車(含控制)X射線機和充電電源車(專為射線機供電)三部分。整機電路方框圖見產生裝置,由機械行走部分帶動射線發生裝置在管道內部行走,在管道外對接焊縫處貼X射線專用膠片和標記,通過管道外部遙控裝置的配合,可在管道內定位及曝光,從而對管道對接環焊縫進行X射線透照,實現管道對接環焊縫的無損檢測,另外,還可遙控爬行器的前進、后退和停機等動作。

  2.22硬件設計硬件設計包括機械行走部分、射線發生部分、定位傳感器、控制器(電路)部分、電源部分和自動救護車部分。

  機械部分由電動車、充電電源車24V直流電動機、減速器膠輪、輪軸及連接附件組成。

  充電電源車選用1mm厚不銹鋼板,經沖壓焊接而成,要求本身有一定剛性不易變形,安裝耐磨材料車輪,整體長度根據電池體積決定,不能過長,以免增大轉彎半徑和增加運輸難度。電池接線方這種分體式設計有利于搬運及多功能的實現當需要改為Y射線爬行器時,可以用具有電動開源收源機構的Y射線源取代X射線機和充電電源車部分。

  當需要作為救護車使用時,可以用救護車部分取代X射線機和充電電源車部分。其中電動車部分采用電池驅動的直流電動機帶動減速機構制作,X射線機部分采用專門研制的直流供電型周向X射線機,充電電源車部分采用閥控密封免維護蓄電池串聯組成21.2爬行器設計的主要技術指標爬行距離〉8km,爬坡坡度10,定位精度<25cm,工作溫度-10°C~+ 3mA,累計曝光時間〉80min 2.2設計22.1設計原理射線管道爬行器主要由機械行走部分、射線發生部分、定位傳感器、邏輯控制器電源及管道外部的遙控定位用指令源等組成,它是一種自動化射線射線機部分具體要求是直流高壓直接供電,固定管電壓160kV,管電流3mA,取消AC/DC部分,改變高壓包參數,提供故障反饋信號,散熱風扇按需自動打開及自動延時關閉,以節省電力。控制臺體積要小且與射線機頭一體化安裝,結構上采取防塵設計。

  定位傳感器部分對于其中的抖動、誤動問題可以在程序設計中進行容錯處理,從而降低其設計復雜性因運輸途中振動很大,所以制作工藝要求較高,元器件嚴格篩選,并采取防振措施。

  控制器(電路)部分根據研制Y射線爬行器的經驗,繼續采用原可編程控制器(FXO系列20點繼電器輸出型),它具有體積小供電方便可靠性高的特點。電路布線盡量簡單化,以方便維護,就近安排強電部件,將強電與弱電分離,以免造成對控制系統的干擾電動車供電考慮到控制器供電方便和電動機供電時間的要求,電動車電源采用24V直流電源,行走速度可達18m/min,以平均工作電流為4A計算,可以連續爬行約7. 6h(以8(放電容量計算),爬行距離8208m爬行距離遠是一項重要特色,這樣可以適應一臺爬行器在幾個工作面輪流工作和“二接一”間隔檢測的施工技術要求射線機供電X射線管道爬行器供電方式有四種:①燃油發電機供電②直流逆變器供電③有線電纜供電④純直流高壓供電目前的發展趨勢是純直流高壓供電方式,這種供電方式具有效率高、無噪音、重量輕使用靈活方便等優點。所以,從技術進步角度出發,選用純直流高壓供電為好,經綜合考慮,直流電壓選擇120V,這樣便于X射線機和充電電源車的設計自動救護車部分利用12V直流電動機通過渦輪渦桿傳動帶動提升臂動作,要求升降到位,能夠自停。此部分作為一個單獨部分,當需要時再與任意一臺普通爬行器的電動車相連接而組成自動救護車,并采用了唧插即用“的控制方式,在轉換為救護車時無需另外的轉換開關加以控制用于因電源供給問題或驅動電機故障而不能運動的爬行器的救護,可以自動將故障爬行器拖出管道此外,在充電電源車一射線機一電動車之間的掛接環節上了國外的設計,做到了既方便掛接、運行靈活,又不影響定位精度22.3軟件設計軟件設計主要包括運行過程程序化描述和PLC程序編制。

  運行過程程序化描述,就是根據實際工作要求和現場積累的工作經驗,作出用戶需求分析,在控制器內部通過編程對外設進行時間上的操作安排,外設包括定位傳感器、按鍵、指示燈、警報器、定時器電動機(繼電器組)、射線機和自動救護車等。

  程序設計采用梯形圖語言編制流程圖,利用手持式編程器調試(具體程序略)在軟件方面設計了定位傳感器故障定時器故障、射線機故障等容錯能力,可在一定程度上自動修復或保護退出管道,大限度地防止了割管的發生同時,我們還設計了一種新技術,使爬行器在工作過程中的曝光時間可以通過管道外部遙控調整,為壁厚變化的管道檢測提供了方便此外,還預先設計了管內積水傳感器和電流過流傳感器等1配套程序,以利于以后的功能擴展3性能試驗經實測其數據如下所述,適用管道直徑400~ 1200mm,運行速度可達18m/min,大爬行距離10.8km,大爬坡坡度15,定位精度<±小轉彎半徑10D(D為管道直徑),工作溫度72°C(蘇丹輸油管道施工現場管道內部氣溫),X射線機參數160kV/3mA,累計曝光時間82min,電動車電壓DC24V,射線機工作電壓DC120V,射線機工作電流6A 4結論長達1a時間的試驗運行實踐證明,各項技術性能指標己經達到了原設計的要求成功地實現了以國產取代進口,節約了大量的外匯效率與雙壁單影透照相比至少提高8倍以上,表1為對711mm管線進行實測的數據。

  表1 <711mm管線檢測數據機器名稱工作時間/h日工作量焊口日本理學300 ZP2爬行器6(前進)+6(回退)與進口產品相比,自制爬行器價格優勢明顯,僅為進口產品的1/5,而且日常維護、維修方便,維修配件有保障,表2為實際數據。

  表2自制爬行器與進口機比較機型重量長度適用管道直徑范圍/mm價格自制進口在工作過程中,由于管內障礙物電動機、繼電器及電池充電等原因造成機器滯留在管道中,這時自動救護車也發揮了預期的作甩本研宄得到張森和彭衛華等同志的大量幫助,在此一并表示感謝。

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