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1、检 测 与控 制 装置 化 工 自 动 化 及 仪 表 , 2 0 0 4 , 3 1 ( 3 ) : 4 5 4 6 C o n t r o l a n d I n s t r u me n t s i n Ch e mi c a l I n d u s t r y 新型管 道爬行 器的研 究与应 用 毕国忠 , 毕国晨 , 韩增红 ( 1 北华大学 电气工程学院, 吉林 吉林 1 3 2 0 2 1 ; 2 中国石化前郭分公司, 吉林 前郭 1 3 8 0 0 8 ) 摘要 : 论述一种依托于铁磁性管道为次级的新型管道爬行器的结构、 工作原理 , 为管道检测、 故障排除提供 体积小、 动力
2、足 、 安全可靠的全新驱动方式 , 在解aCaa - t的笨重复杂问题方面, 较老式旋转电动机具有较强 的 优 越 性 。 关键词 : 新型; 管道爬行器; 管道检测; 铁磁性; 研究与应用 中图分类号 : T E 9 7 3 文献标识码 :A 文章编号 :1 0 0 0 3 9 3 2 ( 2 0 0 4) ( 0 3 ) - 0 0 4 5 - 0 2 1 引 言 化工企业通过管道实现对气体 、 液体的运输 , 而 有些液体沉淀物的出现极易造成管路的堵塞。且故 障点不易检测 , 即使检测到 了也难排除。还有新建 管道的质量检查和探 伤, 需要在管道 内或管道外做 一 些检测 , 这都要用
3、到管道爬行器。分析现有 的化 工管道 , 相当多是由铁磁性材料建成的 , 能否研制出 一 种体积小 、 重量轻 、 搬运方便 、 造价低 的管道爬行 器 , 这就是本文提出的新型管道爬行器。 2新型管道爬行器 的结构 根据直线感应 电动机原理 , 新 型管道 爬行器 是依托于铁磁性管道进行爬行 的, 它有初级和次级 。 初级就是新 型管道爬行 器, 是可移动部分 。为保证 初级与管道有均匀的气隙 , 铁心 的外径小于管道内 径 , 内外半径是相 差气隙长度 的弧形硅钢 片叠制而 成 , 表面开有槽齿 , 三相交流绕组和补偿绕组嵌置槽 内, 绕组通 电后将产生行波磁场和单边磁拉力。 ( 1 )
4、新型管道爬行器的长度 。由于铁心和绕组 在两端开断 , 所以各相绕组互感不相等 , 即使在绕组 上供给三相对称 电压 , 在各相绕组中也将产生不对 称的电流 , 利用对称分量法可 以把它们分解成顺序 、 逆序和零序电流。后两类磁场在新型管道爬行器运 动时 , 将产生阻力和增加附加损耗。即使采取一些 附加措施 , 使三相 电流对称 , 而由于铁心开断 , 仍然 会产生相对于铁心不移动的脉动磁场和反 向行波磁 场 的效应。另一方面新型管道爬行器以较高的速度 相对运动时 , 在它的进入端和离开端还会产生磁场 畸变 , 这是 由于管道的 电磁涡流使进入端 的磁场削 弱 、 离开端的磁场加强所致。在管道
5、允许 的条件下 , 应尽量满足电气性能 的要求 , 即它的长度要 大于或 等于 6个磁极 的长度 , 以减 少逆 序磁场 和脉动磁 场 的影 响 。 ( 2 ) 次级 是用具 有一定 强度 的铁磁性 管道代 替。管道除原有容器的作用外 , 还兼作起导磁 , 构成 封闭的磁路 ; 又起导电作用 , 构成 电磁涡流的通路, 它是新型管道爬行 器所有驱动力的作用 面, 又是吸 附的对象。 ( 3 ) 气隙 8 主要是保证管道爬行器在运动时 不与管道壁相摩擦所必须有的空间 , 又称机械间隙。 同时气 隙又是电磁气 隙, 电磁气隙与管道爬行器铁 心宽度的比值较小 , 而管道壁宽度又大于铁心宽度 , 即顺
6、着槽 的方向 , 边缘磁场的削弱很小 , 横向边缘效 应可不必考虑。兼 顾电气性能和机械运行 , 因而选 择在不产生机械摩擦条件下的最小气隙。 ( 4 ) 轮的作用。有支撑轮 和导向轮 , 由于新 型 管道爬行器与管道产生很大的吸附力 , 将使气隙变 得很小 , 以至于不可移动。支撑轮和导 向轮起 到支 撑作用 , 保证有一定 的问隙 , 不使铁 心与管道 壁摩 擦 , 同时导向轮还有导向作用。 3新型管道爬行器的工作原理 新型管道爬行器的工作原理 : 在三相绕组通上 交流电后便产生合成 的行波磁场 , 管道壁在行波磁 场的切割下 , 将感应电动势并产生电流 , 而所有感应 的电流和行波磁场相
7、互作用便产生电磁推力。在 电 磁推力 的作用下, 新型管道爬行器和管道壁相互受 力 , 而管道是不能移动的, 所以新型管道爬行器将受 反向推力而移动 , 又称爬行。它的行 波磁场移动速 度称为同步速度 , 用 。 表示 , 则有 : S=( 一 ) v =( 1一S ) =2 式中: 移动速度 ; 频率 ; s 滑差率 ; r 收稿日期 : 2 0 0 4 - 0 4 1 2 ( 修改稿) 维普资讯 http:/ 4 6 化工自动化及仪表 第 3 1卷 磁极 距 。 通电后绕组 产生 的磁 力线通 过管道壁 构成 回 路 , 它们之间产生很大的吸附力 , 这个力的大小取决 于气隙, 气隙越小吸
8、附力越大 , 最大时吸附力是推力 的十几倍 , 这样能有效地防止新型管道爬行 器与管 道壁打滑。有了吸附力可 以有效地克服地心 引力 , 在导向轮的引导下 , 新型管道爬行器还可以在管道 内实现直线往复 、 垂直 、 螺旋等运动。 4新型管道爬行器的计算程序和模型 4 1 绕组模拟优化计算迭代程序 新型管道爬行器的电磁设计和机械设计可分为 两种类型。一种是全部尺寸 、 电气性 能计算都 由程 序设计确定 , 这种程序的优点在于可 以使它的尺寸 和性能都有最合 理的数 值, 以得 到最佳 电磁方案。 但是 , 有些尺寸往往是由实际使用条件决定的 , 如管 道的直径 , 而有些尺寸的选取要考虑材料
9、和模具 的 通用性 、 材料长度 、 宽度 和槽形 尺寸。这时 , 可把 由 人为确定的尺寸作为已知量 , 如铁心的叠厚 、 管道直 径 、 管道壁的厚度及机械气隙的大小等, 在此基础上 计算绕组尺寸 和 电气性 能。如 果绕组也 作为 已知 量 , 计算 电气性能 , 这种程序较容易编制 , 实用价 值 也大 , 图 1中表明了程序的修改迭代情况 , 。 ( I , ) 计算 ,比较 ( 1 8 ) 婀 不合格、 格 I 计算电磁推力 比较 的要 、 、 、 _ 不合 格 I 盒整 修改初级 l T一 一I 起动特性计, 堑塑 堕 墼I医 再 厂 霸 下 1 : l 可 N 是否超 过, 图
10、 l 新型管道爬行器电磁设计程序框图 注 : 初级铁心叠厚 ; z 初级最小铁心叠厚 ; 初 级 最 大 铁 心 叠 厚 ;A 1 铁 心 叠 厚 的 一 次 增 量: ( 卜 吼 ) 初级绕组压降系数 4 2电磁 推 力的计 算 正方向取 轴方 向 , 作用在新 型管道 爬行器上 的电磁推力可按下式计算 : F = I 1一 尺 日 , d x d y d z ( 1 ) J u J 0 0 山 式 中:P磁 极 对 数 ;6 等 效 电 磁 气 隙; 等效电阻; 气隙行波磁通密度 轴 方 向复振 幅值 ; J 初 级等 效 电流 密度 幅值; F 电磁推力的平均值。 忽略纵向边缘效应所 引
11、起 的附加 推力 , 取 正常 行波磁场所产生的电磁推力为 : z 6 6pr Gs tzo 一 f 1 + G s ) 式 中: G品质 因数 ; J 初级 电流密度 复振 幅值 ; O t 系数 ; I X 。 真空中的导磁 系数。 4 3电磁拉力的计算 由于存在着纵 向和横 向边 缘效 应和齿槽 的影 响, 磁通密度的分布规律非常复杂 , 其近似值 为: = 4 1 0 2 p l Jl 寺 Jc - d t d x = z r 曰 1 0 式 中: T 行波磁通密度随时间变化 的周期 , T= 2 r t o; B 气 隙磁通密度 ; b 等效行波 磁 通密度沿气纵 向长度上的变化规律
12、。 4 4 机械功率的计算 新型管道爬行器上的电磁推力为 , 以 的速 度移动, 转换而来的机械功率为 : P =F =F ( 1一s )=F ( 1一s ) 式 中: 】=2 ; =“ r r r。 通过电磁设计和实验获得的数据进行 比较 , 说 明理论和实 际的误差很小 , 详见表 1 。 表 1 新型 管道爬行器设计数据 与实验数据 比较 5 新型管道爬行器的控制与应用 通过改变绕组 中三相 电流的相序 , 即改变磁 场 运动方 向, 达到控制它前进或后退的目的, 可以实现 往复运动。它的速度调节是通过变频来 实现的 , 为 稳定地获得最 大推力 , 变 频控制 时 U f 调 节。 其
13、方向控制通过对导向轮的控制来实现。 新型管道爬行器是一种可沿铁磁性管道 内壁 自 动爬行的工具。它 将 替代 管 道机器人 、 各式管道爬 一一一 一一一 维普资讯 http:/ 检 测 与控 制装 置 化 工自 动 化 及 仪 表, 2 0 0 4 , 3 1 ( 3 ) : 4 7 4 9 Co n t r o l a n d I n s t r u me n t s i n Ch e mi c a l I n d u s t r y 一 种 高精 度温差测 量 系统 周 守华 , 程 汉湘 ( 1 中国五环化学工程公司, 湖北 武汉 4 3 0 0 7 9; 2 广东工业大学 自动化学院
14、 , 广东 广州 5 1 0 0 9 0 ) 摘要: 分析热电阻温度测量 系统的误差来源, 介绍用 P t 6 0 0热电阻和用 8 0 C 1 9 6 K C单片机组成 的高精度 温 差测量 系统的原理和误差修 正的方法及其在现场的运行情况。 关键词 : 高精度; 温度; 温差; 测量; 系统 中图分类号 : T H 8 1 l 文献标识码 : B 文章编号: 1 0 0 0 3 9 3 2 ( 2 0 0 4 ) ( 0 3 ) - 0 0 4 7 - 0 3 1 引 言 在采用联合制碱工艺生产纯碱和氯化铵 的流程 中, 在氯化铵结 晶系统 的外冷器 内通过液氨与母 液 间接换热 , 使母
15、液温度降低 , 然后在结 晶器内将氯化 铵结晶析 出。外冷器母液进 、 出 口的温差是 否能保 持在合适的范 围内, 直接决定外冷器生产作业 周期 的长短 、 氯化铵结 晶质量 的好坏和外冷器冷量消耗 的大小 , 因此是 氯化铵生产过程 中一个非常重要的 指标。但 由于外冷器母液 的工作温度一般在 6 5 9 c c( 设计值 为 7 c c) , 其 进 、 出 口的温差仅 0 4 0 8( 设计值为 0 5 o C) 。如果采用 常规 的工业铂 热电阻测量温度 的办法来测量该温差 , 需在外冷器 进 、 出 口处各安装一 支热电阻 , 分别测得母 液进 、 出 口的温度 , 然后通过二次仪
16、表将这两个温度相减 , 从 而求得其温差。根据 国际温标 ( “ I T S - 9 0 ” ) 的规定, A级热 电阻的容许误差为: I 6 t I=0 1 5+0 2 I t I( ) 按外冷器母液的正常工作温度为 7计 算, 单 点的测量误差的绝对值 即达 0 1 6 4 。如果这两支 热 电阻的误差值 的大小相 同、 并且误差 的方 向也相 同( 即两支热电阻完全匹配 , 并且其连接 电缆 的所有 参数也完全相同 ) , 那么通过二次仪表将这两个温度 相减 , 从而求得的温差值是能满足要求 的。但如果 两支热电阻的误差方 向相反 , 则相减 的结果误差可 达 0 3 2 8 o C(
17、这还不包括两支热电阻 的连接 电缆 的 参数误差造成 的附加影响 ) 。该误差达 到真实温差 值 的6 0 以上 , 可见这个测量结果 是无法用 于外冷 器母液进 、 出口温差 的测 量与 自动控制。因此该温 收稿日期 : 2 0 0 4 - 0 4 - 0 1 ( 修改稿) 行器 的驱动部分 , 可以携有一种或多种不 同的专用 工具在管道内完成特殊任务。 参 考 文 献 1 毕国忠 直线电机简介及其应用 A 中国 自动化学会太原 学术会议论文集 c 北京: 兵器工业出版社 , 1 9 9 7 2 上海电机厂, 上海工业大学 直线异步电动机 M 北京 : 机 械 工业 出版社 , 1 9 7
18、9 3 叶云岳 直线电机原理与应用 M 北京 : 机械工业出版社, 2L U2 4 焦留成, 汪旭东 , 袁世鹰 直线感应电动机的优化设计研究 J 中国电机T程学报, 1 9 9 9 , ( 4 ) : 8 1 - 8 3 5 叶云岳, 卢琴芬 , 杨红 基于迭代参数化采用模拟退火法 的直线感应电动机的优化 设计 J 电工技术学报, 2 0 0 0 , ( 4) : 3 6 - 4 0 6 毕 国忠, 王铁 光 控制 电机 M 延吉 : 延边 大学 出版社 , 1 9 96 Re s e ar c h an d App l i c at i o n o f a Ne w- t y p e Pi
19、 pe Cr a wl i n g De v i c e BI Gu o z h o n g , BI Gu o c h e n , HAN Z e n g - ho n g ( 1 B e i h u a U n i v e r s i t y , J i l i n 1 3 2 0 2 1 , C h i n a; 2 Q i a n g u o B r a n c h o fC h i na P e t r o c h e m i c a l 1 3 8 0 0 8, C h i na ) Ab s t r a c t : T h e s t r u c t u r e a n d w
20、o r k i n g p r i n c i p l e o f a n e w t y p e p i p e c r a w l i n g d e v i c e run o n t h e f e r r o ma g n e t i c p i p e l i n e a S t h e s e c o n d a r y p o l e a r e g i v e n I t i s s ma l l i n v o l ume a n d c o n v e n i e n t i n o p e r a t i o n I t c a n b e u s e d t o p
21、i p e e x a mi n i ng, t r o u b l e d e t e c t i n g a n d s o l v i ng I t h a s t h e a d v a n t a g e i n d e a l i ng wi t h s o me h e a v y a n d c o mp l i c a t e d p r o bl e ms i n p i p e d r i v i n g o v e r t he o l d s t y l e r e v o l v i n g mo t o r Ke y wor d s: n e w t y p e; pi p e c r a wl i n g de v i c e; pi p e d e t e c t i o n; f e rro ma g n e t i c; r e s e a r c h a n d a p p l i c a t i o n 维普资讯 http:/
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