Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ технологии капитального ремонта магистральных трубопроводов 10
1.1 Анализ технического состояния и аварийности магистральных трубопроводов 10
1.2 Существующие методы ремонта магистральных трубопроводов 16
1.3 Организационно-технологические схемы производства работ при капитальном ремонте линейной части магистральных трубопроводов 18
1.4 Оценка эффективности применения технологических схем капитального ремонта на примере магистрального газопровода 25
1.5 Отечественный опыт капитального ремонта 26
1.6 Анализ зарубежного опыта капитального ремонта магистральных трубопроводов 29
1.7 Пути повышения производительности капитального ремонта магистральных трубопроводов на примере ОАО "Газпром" 32
Выводы по главе 1 38
Глава 2 Анализ методов и средств очистки поверхности трубопроводов от различных видов старой изоляции и продуктов коррозии 38
2.1 Требования к подготовке поверхности трубопровода перед нанесением нового защитного изоляционного покрытия 38
2.2 Методы подготовки поверхности трубопровода перед нанесением нового защитного изоляционного покрытия 42
2.3 Технические средства и способы очистки наружной поверхности трубопроводов 46
2.4 Анализ методов расчета процесса резания полимерных материалов резцовым рабочим органом 55
2.5 Пути совершенствования методов и средств подготовки поверхности труб магистральных 58
Выводы по главе 2 60
Глава 3 Исследование технологии очистки наружной поверхности труб перед нанесением изоляционного защитного покрытия 62
3.1 Классификация изоляционных покрытий и их физико-механические свойства 62
3.2 Моделирование процесса удаления старого изоляционного покрытия резцовым рабочим органом очистной машины 64
3.2.1 Кинематика процесса резания изоляционного покрытия 68
3.2.2 Анализ процесса резания изоляционного покрытия 71
3.2.2.1 Определение усилия, необходимого на отделение стружки от обшей массы изоляционного покрытия 72
3.2.2.2 Определение усилия изгиба отрезаемой стружки 74
3.2.2.3 Определение усилия отбрасывания стружки 77
3.2.3 Математическая модель взаимодействия рабочего органа очистной машины с изоляционным покрытием 80
Выводы по главе 3 84
Глава 4 Экспериментальное исследование взаимосвязи параметров и режимов очистки наружной поверхности труб от старого изоляционного покрытия 86
4.1 Цель экспериментального исследования 86
4.2 Технические средства, использованные при экспериментальном исследовании 88
4.3 Методика проведения испытаний 93
4.3.1 Программа испытаний 93
4.3.2 Измеряемые величины и места установки датчиков 94
4.3.3 Комплекс подготовительных мер на месте проведения испытаний 96
4.3.4 Методика планирования и обработка результатов экспериментов 97
4.4 Результаты экспериментального исследования 98
Выводы по главе 4 104
Глава 5 Определение рациональных параметров очистки наружной поверхности труб при капитальном ремонте магистральных нефтегазопроводов 106
5.1 Общая методика выбора рациональных параметров 106
5.2 Выбор рациональных конструктивных параметров рабочего органа очистных машин и режимов очистки поверхности труб 108
5.3 Рациональные параметры, обеспечивающие повышение качества
очистки 109
5.3.1 Расчет рациональных режимов прижатия резца очистной машины к поверхности трубы 109
5.3.2 Исследование, реконструкция крепления резца механизма 110
5.4 Оценка экономической эффективности совершенствования технологии очистки наружной поверхности трубопроводов при капитальном ремонте 120
Выводы по главе 5 122
Общие выводы по работе 122
Основные рекомендации по результатам работы 124
Литература 125
Приложение 1 138
- Существующие методы ремонта магистральных трубопроводов
- Методы подготовки поверхности трубопровода перед нанесением нового защитного изоляционного покрытия
- Моделирование процесса удаления старого изоляционного покрытия резцовым рабочим органом очистной машины
- Технические средства, использованные при экспериментальном исследовании
Введение к работе
На территории Российской Федерации пролегает большое количество магистральных трубопроводов, общая длина которых составляет более 200 тыс. км.
Порядка 70% трубопроводов в России эксплуатируются с изоляционными покрытиями, у которых выработался гарантийный ресурс.
Изоляционное покрытие с выработанным гарантийным ресурсом не защищает трубопровод от коррозии. Магистральные трубопроводы (МТ) под действием коррозии разрушаются, что приводит к аварийным ситуациям. Обеспечение бесперебойной работы транспортных магистралей является одной из первостепенных задач топливно-энергетического комплекса страны. Эффективным методом предупреждения аварий на магистральных трубопроводах является проведение своевременного капитального ремонта с заменой изоляционного покрытия.
В условиях современной рыночной экономики фирмы нефтегазовой промышленности заинтересованы в уменьшении продолжительности выполнения ремонтных работ при, капитальном ремонте линейной части магистральных трубопроводов (ЛЧ МТ).
Вопросы, связанные с совершенствованием организации производства и увеличением производительности работ по переизоляции ЛЧ МТ, являются на сегодня крайне важными.
Успешное решение этих вопросов позволит существенно увеличить объемы и качество ремонтных работ по переизоляции ЛЧ МТ и сократить время, отведенное на ремонт участков МТ.
Объемы производства работ по переизоляции МТ за последние несколько лет остаются на одном примерно уровне - 2000 км в год, а необходимый объем значительно больше.
Задача увеличения годовых объемов и качества ремонтных работ может быть решена за счёт увеличения и выравнивания линейных скоростей отдельных машин, работающих в комплексе при производстве капитального ремонта ЛЧ МТ, а так же повышения качества выполнения или функциональных назначений.
При капитальном ремонте подземных магистральных трубопроводов выполняются следующие основные виды работ: земляные работы - вскрытие трубопровода и удаление грунта из-под трубопровода; очистка наружной поверхности трубопровода от старой изоляции и продуктов коррозии; осушка и нагрев трубопровода перед нанесением изоляционного покрытия (при необходимости); нанесение грунтовки на наружную поверхность трубопровода; нанесение изоляционного материала на поверхность трубопровода.
В настоящее время технологическим процессом, сдерживающим скорость колонны при проведении комплекса работ по капитальному ремонту, является очистка. При процессе удаления изоляционного покрытия с поверхности МТ тип изоляционного покрытия и температура окружающей среды оказывают существенное влияние на определение оптимальных режимов очистки.
Учитывая вышеизложенное, исследование процессов очистки наружной поверхности трубопроводов и разработка методов выбора рациональных параметров очистки с целью повышения их производительности и качества, и соответственно повышения производительности и качества всего комплекса работ при производстве капитального ремонта ЛЧ МТ является актуальной научной задачей.
Основные направления исследования определялись в соответствии с программой "Программа по ремонту изоляционных покрытий магистральных газопроводов на 2004-20Юг." (утвержденная председателем правления ОАО «Газпром» А.Б.Миллером 20.08.2003г.) и с решением совета директоров ОАО "Газпром" "О мерах по повышению надежности функционирования газотранспортной системы ОАО'Тазпром" (утвержденная председателем совета директоров ОАО «Газпром» В.А.Зубковым 21.07.2009г. ) в части подготовки
7 программы "Программа комплексного капитального ремонта линейной части магистральных газопроводов ОАО „Газпром" на 2011-2015 г."
Цель работы - повышение производительности и качества очистки наружной поверхности труб при капитальном ремонте линейной части магистральных трубопроводов на основе развития технологических её параметров.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие основные задачи: анализ методов, технологических схем, способов и средств, используемых при капитальном ремонте линейной части магистральных трубопроводов, определение путей повышения производительности и качества ремонтных работ; разработка методов оценки основных технологических параметров процесса удаления старого изоляционного покрытия с наружной поверхности труб при капитальном ремонте ЛЧ МТ; выполнение экспериментальных исследований удаления изоляционных покрытий с поверхности труб; разработка метода выбора рациональных параметров очистки поверхности труб при капитальном ремонте ЛЧ МТ.
Методы решения поставленных задач
В работе применены положения теории резания и методы математической статистики. Экспериментальные исследования проведены в натурных условиях на рабочих органах очистных машин. Результаты исследований обрабатывались с помощью стандартных программ для ПК, таких как MathCAD, MATLAB, COSMOSWORKS, EXCEL, Statistica 6.0.
На защиту выносятся:
1) аналитические зависимости, описывающие процесс взаимодействия резцового рабочего органа очистной машины с изоляционным покрытием при удалении покрытия с поверхности труб;
2) результаты экспериментальных исследований, взаимосвязи параметров и режимов очистки наружной поверхности труб;
3) метод выбора рациональных параметров очистки наружной поверхности труб при капитальном ремонте ЛЧ МТ.
Научная новизна
Разработан метод оценки основных технологических параметров очистки наружной поверхности труб резцовым рабочим органом очистной машин основанного на учете физико-механических свойств изоляционных покрытий, геометрических и кинематических параметров рабочих органов очистной машины.
Получены аналитические зависимости усилия резания, необходимого для удаления изоляционного покрытия с поверхности трубопровода от свойств изоляционного покрытия, геометрических и кинематических параметров очистной машины.
Разработан научно-обоснованный метод определения рациональных параметров очистки наружной поверхности труб при капитальном ремонте действующих магистральных нефтегазопроводов.
Практическая ценность результатов работы заключается в том, что полученные аналитические зависимости позволяют выбрать рациональные технико-технологические параметры очистки и рациональные конструктивные параметры средств очистки, обеспечивающие повышение производительности и качества очистки, снижение энергозатрат. Результаты работы использованы при модернизации существующей очистной машины ПТ-НН1420ПО, которая используется в составе комплекса машин для проведения капитального ремонта действующих магистральных трубопроводов. Результаты исследования используются в учебном процессе на кафедре "Строительные и дорожные машины" НГТУ им. Р.Е.Алексеева, г. Н.Новгород.
Основные положения и результаты работы доложены на IV Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки», проходившей в 2006 году в г. Н.Новгороде; на III
Межвузовской научно-практической конференции преподавателей вузов, ученых, специалистов, аспирантов, студентов, проходившей в 2006 году в г. Н. Новгороде; на XIII Нижегородской сессии молодых ученых "Технические науки", проходившей в 2008 году в г. Н. Новгороде; на Международной научно-технической конференции, посвященной 35-летию кафедры "Строительные и дорожные машины, проходившей в 2008 году в г. Н. Новгороде.
Основные результаты работы опубликованы в 14 печатных работах.
В диссертационной работе использованы проектно-конструкторские разработки, выполненные в различных подразделениях Нижегородского государственного технического университета - НИЛ "Специальных строительных и дорожных машин", г.Нижний Новгород и на кафедре "Строительных и дорожных машин" НГТУ им. Р.Е. Алексеева, а также в сторонних организаций - ООО «Промтех-НН», ООО «Магистраль».
Автор выражает глубокую признательность д.т.н., профессору Халлыеву Назару Халлыевичу, к.т.н. Тютьневу Анатолию Михайловичу за ценные советы и замечания по содержанию диссертации.
Существующие методы ремонта магистральных трубопроводов
Ремонт магистральных трубопроводов представляет собой комплекс технических мероприятий, направленных на восстановление основных фондов объектов трубопроводного транспорта [6, 7, 20, 25, 37, 44,# 54, 64, 86 и др.]. Основная цель ремонта - это поддержание и восстановление эксплуатационных качеств магистрального трубопровода в целом или его отдельных элементов до первоначального уровня. Капитальный ремонт включает комплекс работ, в процессе которого ремонтируются или заменяются морально устаревшие и неисправные конструкции или сооружения на более совершенные и экономичные для удлинения межремонтного срока эксплуатации и повышения экономической эффективности от их использования.
Это ремонт и замена изношенной изоляции, дефектных участков и запорной арматуры; ремонт задвижек (кранов) и колодцев, водных переходов магистральных трубопроводов с перекладкой или дополнительным заглублением; ремонт или сооружение береговых укреплений на переходах рек, балок, каналов, оврагов и ручьев с устройством водоотводных каналов; ремонт защитных сооружений в местах приближения трассы к населенным пунктам; ремонт и замена средств электрозащиты трубопровода, а также оградительных и других устройств по правилам техники безопасности и противопожарной безопасности. Капитальный ремонт на магистральных трубопроводах производится в плановом порядке на основе проектно-технической и сметной документации. Капитальный ремонт трубопровода по характеру и технологии проведения работ подразделяют на следующие виды [29,74]: - с заменой труб; - с заменой изоляционного покрытия (рис. 1.7). Капитальный ремонт с заменой труб заключается в полной замене дефектного участка трубопровода новым. Капитальный ремонт с заменой изоляционного покрытия осуществляется заменой изоляционного покрытия с восстановлением (при необходимости) несущей способности стенки трубопровода. Ремонт с заменой труб производится следующими способами: - путем укладки в совмещенную траншею вновь прокладываемого участка трубопровода рядом с заменяемым с последующим демонтажем последнего; - путем укладки в отдельную траншею, а пределах существующего технического коридора коммуникаций, вновь прокладываемого участка трубопровода с последующим вскрытием и демонтажом заменяемого; - путем демонтажа заменяемого трубопровода и укладки вновь прокладываемого трубопровода в прежнее проектное положение.
Ремонт с заменой изоляционного покрытия производится следующими способами: - с подъемом трубопровода в траншее рекомендуется доя трубопроводов диаметром 219...720 мм; - с подъемом и укладкой трубопровода на лежки в траншее рекомендуется для трубопроводов диаметром 219...720 мм при необходимости восстановления стенки трубы; - без подъема с сохранением положения трубопровода рекомендуется для трубопроводов диаметром 720 мм и более. Способы производства ремонта ЛЧ МТ определяются технологическим набором ремонтно-восстановительных работ с применением специальных технических средств для достижения конечной цели ремонта. При этом возможны следующие варианты [4, 15,45]: 1. Замена поврежденного изоляционного покрытия трубопровода; 2. Замена поврежденного изоляционного покрытия на трубопроводе с предварительным восстановлением стенки трубы и, при необходимости, вырезки участков трубопровода; 3. Прокладка новой нитки трубопровода параллельно действующей с последующим отключением ее, демонтажем отключенного участка, для дальнейшей отбраковки дефектных труб, восстановления подлежащих ремонту труб для использования при ремонте последующих участков газопровода. Работы по замене поврежденного изоляционного покрытия трубопровода выполняют не в полном объеме при условии повышения параметров электрохимической защиты трубопровода до уровня, обеспечивающего его коррозионную защищенность.
При этом затраты на дополнительную электроэнергию должны быть равны или меньше затрат на замену изоляционного покрытия, что определяется проектом производства работ (ПНР). Технология производства работ по прокладке новой нитки трубопровода параллельно действующей аналогична технологии строительства нового газопровода. Капитальный ремонт на магистральных трубопроводах осуществляет в плановом порядке только после составления и утверждения проектно- технической документации. Основной объем работ при капитальном ремонте магистральных трубопроводов приходится на замену пришедшего в негодность изоляционного покрытия (60-70%) с частичным восстановлением стенки трубы. Для выполнения капитального ремонта нефтегазопроводов применяют следующие методы производства ремонта [45] . 1. Ремонт в траншее с подкопкой под трубопроводом (рис. 1.8). На ремонтируемом участке трубопровода через каждые 10м оставляют земляные перемычки (подушки) длиною Зм, а десятиметровые участки вскрывают с выборкой грунта под трубою на глубину до 40-50 см. Далее трубопровод очищают от старой изоляции и продуктов коррозии, восстанавливают стенки труб и наносят соответствующий тип изоляционного покрытия. После ремонта и засыпки десятиметровых участков ремонтируют участки трехметровых перемычек; при этом все операции выполняют вручную.
Методы подготовки поверхности трубопровода перед нанесением нового защитного изоляционного покрытия
Новые изоляционные материалы, применяемые при ремонте ЛЧ МТ, предъявляют высокие требования к качеству очистки поверхности трубы для обеспечения требуемой адгезии [21, 98].
Качественная подготовка поверхности необходима для успешной реализации любой схемы защитных покрытий. Характеристики нанесенного на трубопровод защитного покрытия, в т.ч. ее ресурс по защите трубопровода от коррозии напрямую зависят от качества подготовки поверхности труб перед нанесением изоляционного покрытия. Даже самая передовая и дорогая система покрытия будет недолговечной и малоэффективной, если подготовка поверхности будет выполнена недолжным образом.
Существует множество различных методов подготовки поверхностей магистральных нефте и газопроводов перед нанесением новой изоляции, некоторые из них кратко описаны ниже.
На качественную характеристику защитных покрытий значительно влияет состояние стальной основы непосредственно перед нанесением защитного покрытия. Главные факторы, влияющие на характеристику следующие: а) поверхностное загрязнение, включая соли, нефть, масла и др. составы; б) ржавчина и окалина; в) профиль поверхности трубопровода.
Главная цель подготовки поверхности магистрального трубопровода -обеспечить удаление всех загрязняющих веществ и создать соответствующий профиль поверхности для достижения удовлетворительной адгезии применяемого изоляционного покрытия.
Ручная очистка Непрочно держащаяся окалина, ржавчина и старое защитное покрытие может быть удалено с помощью ручной проволочной щетки, наждачной бумаги, скребка и скалыванием. Недостатком этого метода является то, что после её на стальной поверхности магистрального трубопровода всегда остаются участки сильно приставшей ржавчины. Применяется для очистки участков, недоступных для механизированных методов очитки.
Механическая очистка В общем случае наиболее оптимальный метод подготовки поверхности трубопровода при различных климатических условиях, применяемый для-удаления непрочно держащейся окалины, краски и ржавчины. Обычно используются резцовые рабочие органы, скребки, все виды механических проволочных щеток, ударный инструмент типа игольчатого пистолета. Абразивоструйная очистка
Эффективный метод для удаления ржавчины и старого покрытия с использованием абразивов типа песка, гравия и дроби под высоким давлением. Степень абразивоструйной обработки, подходящей для соответствующего покрытия, зависит от некоторого числа факторов, наиболее важным из которых является тип выбранной, системы покрытия1. Недостатком такого метода является то, что абразив внедряется в. микротрещины трубопровода, что впоследствии может привести к. выходу еп обратно- на поверхность трубопровода и как, следствие- неудовлетворительной, адгезии изоляционного покрытия. Поэтому после такого способа очистки необходимо дополнительно проводить гидроочистку, что является очень.затратным процессом:
Также до пескоструйной- обработки поверхность, металлоконструкций должна быть обезжирена и удален весь, выброс металла из сварных швов при оплавлении. Если солевые отложения, смазка или- нефть присутствуют на поверхности и, как может показаться, будут удалены пескоструйным процессом, то это не так. Хотя и невидимые глазом загрязнения будут присутствовать в виде тонкого слоя и воздействовать на адгезию последующего покрытия. Сварные швы, металлические заусенцы и острые ребра, обнаруженные во время абразивоструйного процесса, должны быть заглажены, поскольку покрытие имеет тенденцию стекать с острых ребер, что приводит к утоныиению покрытия и снижению защиты. "Брызги металла" в районе сварных швов почти невозможно покрыть равномерно и часто, будучи свободно присоединенными, они являются причиной преждевременной порчи покрытия.
Профиль поверхности, полученный в течение пескоструйной обработки, важен и будет зависеть от используемого абразива, давления воздуха и применяемой методики. Слишком низкая шероховатость может не обеспечить достаточного сцепления покрытия с металлом, в то время как слишком большая шероховатость может привести к неровному покрытию (утоньшению на максимумах), возможно ведя к преждевременной порче, особенно для тонкослойных покрытий. Ниже в таблице 2.2 представлена краткая характеристика типичных профилей шероховатости, полученных при использовании различных типов абразива.
Мокрая абразивоструйная очистка При мокрой очистке используется жидкий раствор воды и абразива в отличие от применения одного сухого абразива. Главное преимущество этого метода в том, что опасность пыли и связанными с пылью заболеваниями в значительной степени преодолены.
Другое важное преимущество, что при обработке старой, довольно ржавой поверхности струей воды с абразивом, многие из растворимых. продуктов коррозии в углублениях на поверхности стали будут вымыты, что значительно улучшит характеристику последующей системы покрытия.
Однако, недостатком этой методики является то, что после влажной обработки очищенная сталь начинает быстро ржаветь. Поэтому на практике в воду добавляют собственные замедлители, которые предотвращают быстрое распространение коррозии в течение времени, достаточного для выполнения окраски. В общем, использование небольшого количества таких замедлителей не влияет на характеристику нанесенного лакокрасочного покрытия на металлоконструкции, эксплуатируемые в общих атмосферных условиях. Использование устойчивого к влажности грунта, который наносится на мокрую стальную поверхность, может сделать использование замедлителей ненужным. Если после мокрой обработки поверхность начала ржаветь, то коррозию необходимо механически удалить до нанесения лакокрасочного покрытия. Водоструйная очистка Водоструйная очистка - метод, при котором достижение необходимого эффекта полностью происходит за счет энергии, воды, ударяющейся о поверхность. Абразивы не используются1 в системах водоструйной очистки.. Следовательно, исключены проблемы, связанные с их размещением и пылевым загрязнением. Недостатком такого метода является то, что вода должна быть определенного класса очистки, что является довольно затруднительным процессом в районах удаленных от водоемов.
Моделирование процесса удаления старого изоляционного покрытия резцовым рабочим органом очистной машины
Сложность рассматриваемой проблемы требует применения современных методов научных исследований, которые включают в себя системный анализ, моделирование и статистическую обработку результатов эксперимента. Системный подход к решению сложных многопараметрических задач предполагает представление объекта исследования в виде системы, взаимодействующей, с внешней средой. На систему накладываются внутренние связи и ограничения по конструктивным, технологическим и другим требованиям. В соответствии с задачами исследования формируются параметры входа и выхода. Системный анализ позволяет при заданных входных воздействиях определить параметры и структуру объекта, при которых показатели эффективности достигают своих экстремальных значений. При этом прямое экспериментирование на натурных образцах требует значительных материальных затрат и времени, а технические возможности конкретного образца зачастую ограничивают область исследований. Моделирование, как метод научных исследований, обладает, с одной стороны, приемлемой достоверностью результатов, с другой - существенным сокращением затрат по сравнению с экспериментами на натурных образцах. Поэтому использование средств моделирования в исследовании подобных объектов является вполне оправданным. Моделирование предполагает изучение объекта исследования при помощи модели, которая соответствует оригиналу и заменяет его на отдельных этапах. Математические модели не обладают с объектом одной физической природой и не имеют с ним геометрического подобия. Необходимое условие - наличие одинаковой системы уравнений, описывающих поведение исследуемого объекта и модели.
Математические модели целесообразно использовать в случае, когда известны зависимости отдельных параметров объекта от внешних факторов. Широкое использование современной вычислительной техники делает математическое моделирование удобным средством изучения сложных многопараметрических систем. На основе указанных положений было выполнено моделирование рабочего процесса удаления изоляционного покрытия. Очистная машина с резцовыми рабочими органами, используемая для удаления старого изоляционного покрытия представляет собой сложную динамическую систему с разветвленной структурой, многочисленными связями и различного рода ограничениями. Система находится под действием активных сил (сила тяги базовой машины), внешних возмущений (сопротивление изоляционного покрытия резанию). В общем случае указанные воздействия носят случайный характер и могут наблюдаться в различных сочетаниях. Универсальную методологию исследования подобных объектов предоставляет системный анализ. На рисунке 3.2 представлен системный анализ очистной машины с резцовыми рабочими органами в виде системы "изоляционное покрытие - рабочее оборудование - базовая машина - опорная поверхность". Основы системы составляют подсистемы "изоляционное покрытие - рабочее оборудование" и "базовая машина - опорная поверхность".
Свойства каждой из подсистем характеризуются параметрами входящих в данную подсистему объектов. Так, для подсистемы "изоляционное покрытие -рабочее оборудование" определяющими следует считать: линейные и угловые размеры (геометрические параметры резца, угол установки резцового рабочего органа) и кинематические параметры (скорость резания, величина подачи). Свойства подсистемы "базовая машина - опорная поверхность" определяют параметры двигателя, характеристика агрегатов трансмиссии, параметры движителя. На систему наложены внутренние связи и ограничения по конструктивным, технологическим, эксплуатационным и другим требованиям. В соответствии с поставленной задачей исследования входом системы являются: физико-механические свойства удаляемого изоляционного покрытия (плотность, коэффициент трения.и др.), диаметр трубопровода и др. Выходом служат показатели эффективности работы очистной машины (качество очистки, производительность, энергоемкость процесса и др.). Системный анализ очистной машины дает возможность установить структуру и параметры основных его подсистем, оказывающих влияние на показатели, эффективности. Варьирование указанных параметров при заданных входных воздействиях позволяет достичь оптимальных значений.
В виду того, что к настоящему времени отсутствует достаточно надежное математическое описание процесса взаимодействия резцового рабочего органа с изоляционным покрытием, подсистему «изоляционное покрытие - рабочее оборудование» полезно представить математической моделью, идентифицировав- результаты исследований. Подсистема "базовая машина - опорная поверхность" с определенными допущениями может быть описана системой уравнений, учитывающими конструктивные особенности реальной машины. При получении математических зависимостей для описания- процесса взаимодействия рабочего органа очистной машины с изоляционным покрытием были сделаны следующие допущения: физико-механические свойства изоляционных покрытий для конкретного случая считаем постоянными; вращение роторов с резцами равномерное; движение машины считаем прямолинейным и равномерным; движение машины уравновешено; виды изоляционных покрытий условно разделены на 3 типа; толщина покрытия принимается постоянной для каждого типа. Дополнительные допущения будут оговорены в процессе изложения.
Технические средства, использованные при экспериментальном исследовании
Рабочий орган очистной машины представляет собой два ротора с установленными на них резцами, изображенные на рис. 4.10. Основной деталью роторов является диск 1, на котором закреплены резцы, служащие для удаления изоляционного покрытия с поверхности трубопроводов. На роторах установлены двенадцать резцовых механизмов. Конструкция механизма обеспечивает прижатие режущей кромки резца к поверхности трубопровода. Резец представляет собой (рис. 4.11) кронштейн 1 и твердосплавную пластину 2 (НЯСэ 60...80). С целью исследования влияния конструктивных параметров резца на процесс резания было изготовлено несколько комплектов резцов с различными параметрами . Ширина резца Ъ менялась в интервале от 20 мм до 42 мм с шагом в 6 мм. Угловые параметры резца менялись в диапазонах, представленных в таблице 4.1. Настоящая методика устанавливает программу и порядок проведения испытаний по определению параметров взаимодействия рабочего органа очистной машины с изоляционным покрытием. Задача исследований состояла в определении» величины силы резания, возникающей на рабочем органе очистной машины при различных режимах резания изоляционного покрытия, и разных конструктивных параметрах рабочего органа. При взаимодействии рабочего органа с изоляционным покрытием фиксировалась нагрузка на резце.
Сравнительная оценка действительных и расчетных значений сил резания, действующих на резцы рабочего органа очистной машины, производилась на основе обработки сигналов, получаемых от приборов и датчиков, установленных на машине[32,33]. Программа испытаний предусматривала выполнение следующих видов работ: подготовка приборов и аппаратуры к испытаниям; проведение комплекса подготовительных работ на месте испытаний; проведение регистрации исследуемых процессов. Техническое состояние элементов рабочего органа перед регистрацией исследуемых процессов соответствовали требованиям технического задания на испытания. Аппаратура и датчики, используемые на испытаниях находились в состоянии, при котором предприятие изготовитель гарантирует их нормальное функционирование. Характеристики датчиков и аппаратуры обеспечили регистрацию исследуемых процессов без искажения. Перед проведением регистрации исследуемых величин получены тарировочные графики применяемых датчиков. При необходимости может быть снята частотная характеристика измерительно-регистрирующего канала. После окончания регистрации исследуемых величин повторно были проверены тарировочные графики применяемых датчиков. На рисунках 4.13 и 4.14 показаны места установки датчиков во время проведения экспериментов. При испытаниях определяем величину действующей нагрузки на рабочий орган очистной машины (токоизмерительные клещи Protek 307 устанавливаются в шкаф пускозащитной аппаратуры очистной машины для замера силы тока на электродвигателях привода рабочего органа). Через силу тока находим крутящий момент на валу электродвигателя привода ротора, используя формулу
