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    大口径长输油气管道非开挖穿越的适应性

    2018-11-09   来源:   点击数:0次 选择视力保护色: 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色)   合适字体大小:
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       中国钢管信息港小编获悉:大口径长输油气管道非开挖穿越的适应性张宝强1焦如义1袁会赞2张倩1刘艳利1 1.中国石油天然气管道科学研究院,河北廊坊065000;。中国石油天然气管道局抢险中心,河北廊坊065000张宝强等。大口径长输油气管道非开挖穿越的适应性。油气储运, 1以及成败。从地质条件、穿越长度、管径、管道的保护与维修、施工效率、经济性和局限性等方面对比分析了水平定向钻、顶管、盾构3种常用大口径长输油气管道非开挖穿越方式的局限性和适应性,并给出一般选取原则。若地质条件适合,应首选定向钻穿越,顶管和盾构次之。若地质不适合水平定向钻穿越或受管道最小曲率半径的影响穿越距离较短(800m以内),应选择顶管穿越,穿越距离大于800m时,则采用盾构。
      
      二级偏心多孔节流孔板2级偏心多孔节流孔板前后压力分布图如所示。由可知,由于采用偏心多孔结构,导致水流速度较为稳定,在第2级孔板后仅产生一个长度约0.35m的涡流,因而管道低频振动很小。二级偏心多孔节流孔板前后压力分布图如所示。由可知,在第2级下游仅存在一个长度不到50mm的负压区,因而出现空化现象的机率较小,管道不会产生高频振动。因此,设计时可采用2级偏心多孔节流孔板形式(见和)。
      
      采用单级节流孔板或二级同心圆节流孔板的形式时,都将产生大尺寸涡流和空化现象,从而导致管道产生剧烈振动。
      
      二级偏心多孔节流孔板前后压力分布图二级偏心多孔节流孔板前后压力分布图优化后节流孔板的刨面图第二级节流孔板左视)采用二级偏心多孔节流孔板形式时,产生的涡流较小,同时出现空化现象的机率较小,因而不会导致管道产生剧烈振动,可以很好地发挥节流降压的作用。
      
      近年来,随着对加工要求的提高,国际上高性能、高速、高精度数控机床普遍采用电主轴单元,尤其是磨削用高速数控机床,它代表了高速主轴技术的未来发展趋势。然而,电主轴单元在高速运转的过程中会产生大量的热,如果散热问题解决不好,大量的热就会使主轴发生热变形,从而影响工件的表面质量和加工精度。电主轴单元的内部有两个主要热源(D主轴轴承;⑵内藏式主电机。因此,探索电主轴单元定子表面的散热方式显得尤为重要。
      
      传统高速电主轴单元通常采用循环冷却结构,冷却槽的截面形状及管道的空间布置方式主要是依靠经验来设计。然而,经验设计没有充分考虑冷却管道的截面形状以及管道间壁体的厚度对散热的影响,为安全起见,通常把螺旋管道之间的槽壁设计的较宽,因此,减小了散热总面积,削弱了散热效果。
      
      中国钢管信息港小编获悉:运用薄壁圆筒模型的相关理论,从管壁因承受冷却液内压力而产生的应力应变方面着手,通过定量分析壁厚的最小范围,优化设计高速主轴单元定子表面冷却管道的截面大小与形状,提高表面对流换热系数,增加换热面积,从而达到增强换热的目的;另外,为电主轴单元定子表面冷却管道的布置提供理论基础。
      
      2定子表面冷却管道的几何模型2.1定子表面冷却方式概述主轴单元在高速运转时,会产生大量的热。如果这些热不能及时有效地被带走的话,会使主轴温度升高,沿轴向、径向发生热变形,从而影响工件的表面质量,尤其在精密、超精密加工中这种影响更为突出。为了使定子表面的温升减小,一般是在定子表面安装一个带有螺旋槽的铝套或者在定子表面直接开槽,然后在槽中通入室温冷却液,通过对流换热,使冷却液带走定子所产生的大部分热量,从而达到降低定子温升的目的。
      
      2.2冷却管道的几何模型高速主轴单元定子表面的螺旋冷却管道,如所示。传统的管道截面形状设计是基于经验来设计的,没有定量分析壁体的厚度S对定子表面冷却效果的影响。事实上,壁体的薄厚对定子的散热有较大的影响,壁体相当于肋片,其薄厚直接影响定子表冯瑞金等:基于MATLAB的高速磨削电主轴单元定子冷却管道的优化设计面的散热总面积,而散热面积的大小与散热量成正比。如果壁体太厚,那么散热总面积减小,散热热量明显减少;如果太薄,壁体可能因承受不了来自冷却液的内压力而发生变形,使冷却套与壳体之间出现缝隙,管道不能有效地把液体密封在内,部分流体越过壁体进入相邻管道,进而影响流体在管道中的速度,使流体流速减小,最终影响定子表面的对流换热量。
      
      (a)冷却管道的几何模型0))冷却管道的横截面形状电主轴定子表面冷却管道的几何模型图中:a、6―冷却管道横截面的高和宽;P壁体的厚度。
      
      3定子表面冷却管道截面参数的数学模型冷却管道的截面形状尺寸及壁厚的参数a、、有如下的函L、、A、、Cp定为独立参数,1、R、hP、、P为非独立参数。非独立参数由独立参数Q、P、R.、以及流体的物性参数来确定。下面,我们来讨论部分非独立参数的计算模型。
      
      3.1冷却管道入口处实际压力P的数学计算模型由知,定子表面冷却管道中的能量损失仅为沿程损失Hf,即流体在均匀流段上克服沿程阻力而引起的能量损失,公式平均流速(m/s);g―重力加速度(m/s)。
      
      此外,机械能的沿程损失即能量损失,与压力损失有关,关由上述分析可知,管道入口处的实际压力P应该是:P=P0+AP⑶3.2冷却管道沿程压力损失AP的数学计算模型3.2.1沿程损失的数学计算模型⑴层流沿程损失Hf!:已经对层流沿程损失进行了详细的推导,所得结果如下:/=64/Re⑷为了研究它们之间的定量关系,尼古拉兹做了大量的。
      
      不同流量下的最优化结果参数名称管道截面冷却液流量管道壁体厚Q((Llmin)度5mlmm定子材质计算结果45钢6定子表面冷却管道的有限元分析与比较6.1仿真分析的基本条件(1)电机的额定功率为41.9kW,额定损耗功率为1.5kW;(2)油气润滑系统的压缩空气压力为0.15MPa,温度为20T;(3)环境温度为20t;⑷定子的材质为钢,长为382mm,直径为199mm. 6.2仿真分析结果与对比6.2.1经验设计结果根据经验所设计的冷却管道,定子表面经冷却后的温度分布,如表2所示。
      
      根据经验所设计的冷却管道经冷却后的温度管道截面管道截面宽blmm管道壁体厚度5(mm冷却液流量Q((Llmin)最高温度T(弋定子材质45钢6.2.2优化设计结果根据上述理论公式,运用Matlab软件优化计算,并用Nastran软件进行了仿真分析,结果如表3所示。
      
      冷却管道经化设计后并经冷却液冷却后的温度管道截面管道壁体冷却液流量最高温定子材质厚度5(mm度T(弋45钢6.2.3仿真结果对比通过对比两种设计结果,优化设计表明:在同一冷却液流量的情况下,优化设计与经验设计相比,具有明显的冷却效果,由传热学理论知这是因为电主轴单元定子表面相邻冷却管道间的槽壁相当于肋片,肋片的薄厚对散热有着较为明显的影响,在定子长度和槽宽为定长的情况下,肋片(即壁厚)越薄,散热总面积就越大,也即是增加了电主轴单元定子表面的散热面积,对流换热就越强,因此,换热效果就显着。在同一冷却液流量的情况下,截面形状为正方形的冷却效果比截面形状为长方形的冷却效果显着,另外,正方形截面形状的参数计算更符合实际工况,因此,仿真结果更准确。
      
      中国钢管信息港小编获悉:结论研究电主轴单元定子表面的冷却效果对于高速磨削加工具有重要的意义,以Matlab和Nastran软件为平台,通过对电子表面的冷却管道建立数学和物理模型,选择正确的边界条件,完成了对冷却管道的优化设计,并比较了经验设计和优化设计的两种设计结果。表2和表3已经列出了经验设计和优化设计两种设计所得到的温度数据,因此,通过对两种设计的仿真分析,可以得出如下结论。在流量相同的情况下,冷却槽壁越薄越好,因此,在设计冷却槽宽时,应当使槽壁在符合力学模型及加工工艺条件的前提下,壁厚的设计应当以增大换热面积为主,即越薄越好,考虑到加工工艺,建议壁厚设计为1mm;在流量相同的情况下,冷却槽的截面形状应该设计为正方形。
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