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超稠油环境下管道内修复机器人流场分析

张翔宇 包瑞新 陈保东 张辉 李慧清

张翔宇,包瑞新,陈保东, 等. 超稠油环境下管道内修复机器人流场分析[J]. 机械科学与技术,2020,39(12):1889-1897 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200002
引用本文: 张翔宇,包瑞新,陈保东, 等. 超稠油环境下管道内修复机器人流场分析[J]. 机械科学与技术,2020,39(12):1889-1897 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200002
Zhang Xiangyu, Bao Ruixin, Chen Baodong, Zhang Hui, Li Huiqing. Analysis of Flow Field for Repairing Robots in Pipes under Super Heavy Oil Environment[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(12): 1889-1897. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200002
Citation: Zhang Xiangyu, Bao Ruixin, Chen Baodong, Zhang Hui, Li Huiqing. Analysis of Flow Field for Repairing Robots in Pipes under Super Heavy Oil Environment[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(12): 1889-1897. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200002

超稠油环境下管道内修复机器人流场分析

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200002
基金项目: 辽宁省自然科学基金项目(20180550466)资助
详细信息
    作者简介:

    张翔宇(1994−),硕士研究生,研究方向为管道内修复,595733705@qq.com

    通讯作者:

    包瑞新,副教授,硕士生导师,博士,23127573@qq.com

  • 中图分类号: TP242.2

Analysis of Flow Field for Repairing Robots in Pipes under Super Heavy Oil Environment

  • 摘要: 利用Fluent对管道内修复机器人周围流场情况进行了仿真分析,在此基础上模拟了在不同粘度的超稠油环境下,超稠油流体对机器人周围速度场的影响,并且对产生影响的部件进行改进;利用Ansys后处理进行面积分计算,讨论了不同粘度的超稠油对机器人表面产生的压力和粘性力的影响,得出超稠油环境中粘性力也作为推力的形式存在,分析了不同压差情况下机器人运动状态。
  • 图  1  修复机构三维模型

    图  2  控制单元总成

    图  3  计算流程图

    图  4  网格无关性分析

    图  5  机器人流场模拟图

    图  6  收敛残差图

    图  7  机器人总速度云图

    图  8  机器人周围速度云图

    图  9  机器人周边速度矢量图

    图  10  机器人外壳局部放大速度矢量图

    图  11  不同入口速度下黏性力变化

    图  12  机器人受力分析

    图  13  管道总压强场

    图  14  机器人表面静压强

    图  15  压差引起各数据的变化

    图  16  管道流体密度分布

    图  17  不同黏度流场速度变化

    图  18  不同黏度流场压强变化

    图  19  不同黏度流场受力情况

  • [1] 刘磊, 李娟, 李伟达, 等. 谐振式微型管道机器人设计与实验[J]. 哈尔滨工程大学学报, 2014, 35(8): 1002-1007

    Liu L, Li J, Li W D, et al. Design and experiment of a micro in-pipe robot based on the resonance[J]. Journal of Harbin Engineering University, 2014, 35(8): 1002-1007 (in Chinese)
    [2] Choi H R, Ryew S M. Robotic system with active steering capability for internal inspection of urban gas pipelines[J]. Mechatronics, 2002, 12(5): 713-736 doi: 10.1016/S0957-4158(01)00022-8
    [3] 姜生元, 邓宗全, 李瑰贤. 三轴差速器及其在管道机器人驱动系统中的应用研究[J]. 中国机械工程, 2002, 13(10): 877-879 doi: 10.3321/j.issn:1004-132X.2002.10.021

    Jiang S Y, Deng Z Q, Li G X. Study on the tri-axial differential and its application in the driving system of wheel-type in-pipe robot[J]. China Mechanical Engineering, 2002, 13(10): 877-879 (in Chinese) doi: 10.3321/j.issn:1004-132X.2002.10.021
    [4] 李庆凯, 唐德威, 姜生元, 等. 三轴差动式管道机器人的驱动特性及仿真研究[J]. 哈尔滨工业大学学报, 2012, 33(6): 753-758

    Li Q K, Tang D W, Jiang S Y, et al. Research and simulation on the driving property of a tri-axial differential pipeline robot[J]. Journal of Harbin Engineering University, 2012, 33(6): 753-758 (in Chinese)
    [5] 唐德威, 李庆凯, 姜生元, 等. 具有差动运动功能的管道机器人设计与分析[J]. 机械工程学报, 2011, 47(13): 1-8 doi: 10.3901/JME.2011.13.001

    Tang D W, Li Q K, Jiang S Y, et al. Design and analysis of a pipeline robot with the function of differential movement[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2011, 47(13): 1-8 (in Chinese) doi: 10.3901/JME.2011.13.001
    [6] 于晶晶, 路懿. 一种新型管道机器人的运动学及静力学分析[J]. 机械科学与技术, 2017, 36(10): 1530-1535

    Yu J J, Lu Y. Kinematics and statics analysis of an novel pipeline robot[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2017, 36(10): 1530-1535 (in Chinese)
    [7] 崔高健, 姜生元, 王文飞. 介质压差式管道机器人振动减摩调速机理研究[J]. 振动与冲击, 2012, 31(21): 133-136 doi: 10.3969/j.issn.1000-3835.2012.21.026

    Cui G J, Jiang S Y, Wang W F. Vibration antifriction mechanism for a fluid medium pressure difference type of pipeline robot's velocity adjusting[J]. Journal of Vibration and Shock, 2012, 31(21): 133-136 (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1000-3835.2012.21.026
    [8] 宋云鹏, 李上青, 宋华东, 等. 常见漏磁管道机器人机构总结及分析[J]. 石化技术, 2018, 25(12): 67-69 doi: 10.3969/j.issn.1006-0235.2018.12.050

    Song Y P, Li S Q, Song H D, et al. Summary and analysis of common MFL pipeline inspection robot mechanism[J]. Petrochemical Industry Technology, 2018, 25(12): 67-69 (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1006-0235.2018.12.050
    [9] 赵栋. 自变位履带式管道机器人动力学分析及仿真研究[J]. 机械工程与自动化, 2018,(3): 49-51 doi: 10.3969/j.issn.1672-6413.2018.03.018

    Zhao D. Automatic shift crawler pipe-detection robot dynamics analysis and simulation study[J]. Mechanical Engineering & Automation, 2018,(3): 49-51 (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1672-6413.2018.03.018
    [10] 王辰忠, 王挺, 刘君, 等. 差动式自适应管道机器人的设计与运动分析研究[J]. 机电工程, 2016, 33(4): 395-400

    Wang C Z, Wang T, Liu J, et al. Design and motion analysis of differential-drive adaptive in-pipe robot[J]. Journal of Mechanical & Electrical Engineering, 2016, 33(4): 395-400 (in Chinese)
    [11] 张玉峰, 姜生元, 李建永, 等. 介质流压差驱动式管道机器人的驱动、调速原理分析及结构设计[J]. 吉林化工学院学报, 2009, 26(2): 85-88 doi: 10.3969/j.issn.1007-2853.2009.02.022

    Zhang Y F, Jiang S Y, Li J Y, et al. Principle analysis and structure design of the pipeline robot driven by fluid medium pressure difference[J]. Journal of Jilin Institute of Chemical Technology, 2009, 26(2): 85-88 (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1007-2853.2009.02.022
    [12] Yahya N A B H, Ashrafi N, Humod A H. Development and adaptability of in-pipe inspection robots[J]. IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering, 2014, 11(4): 1-8
    [13] Beuker T, Brockhaus S, Lindner H, et al. Overcoming the specific issues associated with the in-line inspection of gas pipelines[C]//Proceedings of PPSA Seminar. 2010
    [14] Bhadoriya A V S, Gupta V K, Mukherjee S. Development of in-pipe inspection robot[J]. Materials Today: Proceedings, 2018, 5(9): 20769-20776 doi: 10.1016/j.matpr.2018.06.406
    [15] Nine M J, Tanshen M R, Munkhbayar B, et al. Analysis of pressure fluctuations to evaluate thermal performance of oscillating heat pipe[J]. Energy, 2014, 70: 135-142 doi: 10.1016/j.energy.2014.03.098
    [16] Zhu Y M, Sun X Y, Wang X G. Locomotion system design and dynamics analysis of a new telescopic miniature in-pipe robot[J]. International Journal of Robotics and Automation, 2016, 31(2 doi: 10.2316/Journal.206.2016.2.206-4361
    [17] 唐守辉. 管道机器人运动平台的动力学分析与控制[D]. 沈阳: 东北大学, 2008

    Tang S H. The dynamics analysis and control of pipeline robot's moving platform[D]. Shenyang: Northeastern University, 2008 (in Chinese)
    [18] 曹秀超. 复合驱动管内机器人机构设计及动力学特性研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2016

    Cao X C. Study on the design of the compound driving in-pipe robot and its dynamics characteristics[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2016 (in Chinese)
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-10-23
  • 网络出版日期:  2020-12-08
  • 刊出日期:  2020-12-05

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