Введение к работе
Актуальность работы
Для защиты внутренней поверхности труб от агрессивного коррозийного и абразивного воздействия, используют силикатно-эмалевое покрытие (шликер), которое способно увеличить срок службы трубопроводов до 50 лет. Применение внутренних силикатно-эмалевых покрытий повышает производительность трубопроводов, на стенках труб не скапливаются отложения, что повышает их пропускную способность.
Существует два основных способа нанесения покрытий на внутреннюю поверхность - распыление шликера с помощью форсунки, движущейся внутри трубы, и способ ее предварительного наполнения с последующим управляемым сливом. Эффективность существующих способов и устройств не удовлетворяет современным требованиям по надежности и метрологическим характеристикам в связи с засорением форсунки и неравномерностью пленки, связанной со сложностью управления скоростью слива в условиях изменяющихся давлений. Известные методы, связанные со смачиванием поверхности трубы, имеют недостаточный диапазон качественного покрытия, что приводит к неравномерности покрытия на концах труб и их непригодности. Работа посвящена созданию и исследованию элементов системы управления нанесением покрытий способом управляемого слива, расширяющие диапазон качественного покрытия. Принимая во внимание существующий уровень достижений, требуемая толщина наносимого покрытия составляет от 100 до 500 мкм, погрешность равномерности не более ±5% от толщины покрытия.
В России проблемами нанесения покрытий на поверхность труб занимались фирмы ОАО «Уральский институт металлов» (г. Екатеринбург), ООО «Эмаль- Ставан» (г. Екатеринбург), ОАО «НЕГАСПЕНЗАПРОМ» (г. Пенза), за рубежом «Nippon Steel Corp.» (Япония), «Hoechst AG» (Германия) и др.
Работа основывается на трудах Сератинского А.А., Казака К.В., Скворцова Б.В., Борминского С.А. и включает в себя разработку и исследование элементов системы управления нанесением покрытий на внутреннюю поверхность труб.
Целью работы является разработка и исследование устройств управления нанесением покрытий на внутреннюю поверхность трубы способом управляемого слива, обеспечивающих требуемую равномерность покрытия.
Для достижения поставленной цели потребовалось решение следующих основных задач.
-
Анализ существующих устройств управления процессом нанесения покрытия на поверхность труб.
-
Разработка и исследование математической модели исполнительного модуля системы управления нанесением покрытия.
-
Исследование пропускной способности шланговой задвижки от управляющего воздействия. Разработка способов и алгоритмов управления нанесения покрытий.
-
Исследование влияния климатических и технологических факторов на характеристики процедуры нанесения покрытия.
-
Разработка структурных, принципиальных схем, алгоритмов и программ модуля обработки информации и управления.
-
Метрологические и экспериментальные исследования макетного и опытного образцов устройства управления, направленные на определение корректности полученных математической и компьютерной модели элементов.
Методы исследований
При решении поставленных задач использовались теория анализа и синтеза информационно-измерительных и управляющих систем, теория погрешностей, методы дифференциального, интегрального и операционного исчислений, дифференциальные уравнения. При моделировании и проведении численных расчетов на ЭВМ использовались математические пакеты MATHCAD, MATLAB+SIMULINK.
Научная новизна
-
-
Создана математическая модель исполнительного модуля системы управления, преобразующего параметры движения, связывающая скорость шликера с его физическими характеристиками и конструкционными параметрами трубы.
-
Получена аналитическая зависимость, связывающая пропускную способность шланговой задвижки с управляющим сигналом электропривода.
-
Разработана и исследована компьютерная модель, отображающая влияние конструкционных и динамических параметров разработанных элементов на погрешность поддержания скорости движения шликера и равномерность покрытия.
-
Разработана методика анализа неравномерности нанесения покрытий, учитывающая метрологические характеристики элементов системы и параметры технологического режима.
Практическую ценность работы составляют:
-
-
-
Опытный образец устройства управления нанесением покрытий на внутреннюю поверхность труб, обеспечивающий заданную толщину покрытия от 100 до 500 мкм с неравномерностью ±5%.
-
Структурные и функциональные схемы, комплект конструкторской документации модуля обработки информации и управления, созданный с использованием материалов диссертации.
-
Рекомендации по улучшению равномерности наносимого покрытия.
-
Алгоритмы и программы обработки сигналов датчиков и формирования управляющих воздействий модуля обработки информации и управления.
Реализация результатов работы
По результатам работы изготовлено и внедрено устройство управления процессом нанесения покрытий на внутреннюю поверхность труб в ОАО «НЕГАСПЕНЗАПРОМ» (г. Пенза). Материалы диссертации используются также в учебном процессе СГАУ в курсовом и дипломном проектировании систем управления.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
-
-
-
Математическая модель исполнительного модуля системы управления, преобразующего параметры движения, связывающая скорость шликера с его физическими характеристиками и конструкционными параметрами трубы.
-
Аналитическая зависимость, связывающая пропускную способность шланговой задвижки с управляющим сигналом электропривода.
-
Компьютерная модель, отображающая влияние конструкционных и динамических параметров разработанных элементов на погрешность поддержания скорости движения шликера и равномерность покрытия.
-
Методика анализа неравномерности нанесения покрытий, учитывающая метрологические характеристики элементов системы и параметры технологического режима.
-
Результаты экспериментальных исследований и практической реализации устройства управления нанесением покрытий на внутреннюю поверхность труб.
Достоверность результатов работы
Достоверность результатов работы определяется экспериментальными исследованиями, подтверждающими основные теоретические положения работы; внедрением разработанного устройства на ОАО «НЕГАСПЕНЗАПРОМ», г. Пенза.
Апробация работы
Результаты работы доложены на конференциях: Всероссийская научно- техническая конференция «Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций» (г. Самара 2009, 2011), Международная научно-техническая конференция «Методы, средства и технологии получения и обработки измерительной информации» «Шляндинские чтения-2010» (г. Пенза 2011), XIX Всероссийская научно- техническая конференция по неразрушающему контролю и технической диагностике (г. Самара 2011), XIV Международная научно-практическая конференция «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения и информатики» посвященной 75-летию МГУПИ (г. Сочи 2011), Международная конференция «Современные научные достижения» «MODERNI VYMOZENOSNI VEDY» (г. Прага 2013).
Результаты, вошедшие в диссертацию, были отмечены: стипендией Президента Российской Федерации в 2013г., грантом в конкурсе «Молодой ученый СГАУ» (2012), серебряной медалью и дипломом на Seoul International Invention Fair (2011), звездой и дипломом на конкурсе «Инновации в энергетике» в номинации «Успешный инновационный проект» (2010).
Публикации
По результатам исследований и разработок опубликовано 15 работ, в том числе 4 статьи в рецензируемых журналах (изданиях рекомендованных ВАК РФ), получено 2 патента РФ, 2 положительных решения о выдаче патента на изобретение.
Связь с государственными программами
Работа была выполнена при поддержке федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013гг.», г/к 14.132.21.1759 от 01.10.2012г. Проект является победителем программы «СТАРТ-2011».
Личный вклад автора
Все результаты, изложенные в диссертации, получены автором лично, либо при его определяющем личном участии.
Структура и объем работы
Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Основное содержание работы изложено на 150 страницах текста, включает 74 рисунка и 10 таблиц. Список литературы состоит из 72 наименований и приложений на 13 страницах.
Похожие диссертации на Устройства систем управления нанесением покрытий на внутреннюю поверхность труб
-
-
-
-
-
-
