【正文】 形式有許多種，如法蘭墊片密封、自緊密封、研合面密封、 O型圈密封、金屬 O 型圈密封、填料密封、螺紋墊片密封、承插連接密封、密封膠密封和螺紋連接密封。考慮機(jī)加工難度和成本等問(wèn)題，我們采用法蘭墊片密封方式完成此三處的密封。丁晴橡膠和氯丁橡膠對(duì)非極性油的耐腐蝕性能好，但對(duì)極性油的耐腐蝕性能差。 綜上，選取聚三氟氯乙烯材料通過(guò)裁切制成密封墊片，安裝在各配合面間，以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)器的靜密封保護(hù)。 表 動(dòng)密封結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn) 選用如圖 所示的機(jī)械密封件，其靜環(huán)是一塊包覆有聚三氟氯乙烯橡膠的碳化硅環(huán)，動(dòng)環(huán)為套有彈簧結(jié)構(gòu)的聚三氟氯乙烯橡膠套，橡膠套一端的孔與軸配合，一端嵌有石墨環(huán)，通過(guò)石墨環(huán)與碳化硅環(huán)之間的密封面的緊密配合實(shí)現(xiàn)動(dòng)密封。通過(guò)軸端的驅(qū)動(dòng)輪的輪套對(duì)動(dòng)環(huán)的彈簧進(jìn)行壓縮，以保證動(dòng)環(huán)與靜環(huán)之間足夠的預(yù)緊力，使兩環(huán)的密封面緊密配合。因此，所選用的動(dòng)密封件必須要有良好的靜密封性能。因此，我們?cè)谵D(zhuǎn)向軸的上下端蓋上安裝聚三氟氯乙烯制成的非標(biāo)骨架密封圈以完成對(duì)轉(zhuǎn)向軸的軸承的密封保護(hù)。用戶(hù)可以通過(guò)參數(shù)化的方法建立機(jī)械系統(tǒng)的幾何模型，通過(guò)添加各種力約束對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行求解。 UG 是專(zhuān)業(yè)的機(jī)械設(shè)計(jì)軟件，可以通過(guò)拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描等多種建模手法方便的建立機(jī)械零件的三維模型。 漏磁檢測(cè)器動(dòng)力性能的基本要求 如 節(jié)中所述，相關(guān)的大型儲(chǔ)罐檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定檢測(cè)器的檢測(cè)速度有一定的要求。通過(guò) ANSYS 仿真獲取檢測(cè)器與被測(cè)鋼板之間的吸附力并使用UG 的 Simulation 模塊對(duì)檢測(cè)器的構(gòu)件的機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行校核。 24 圖 檢測(cè)器簡(jiǎn)化模型 同時(shí)，為了保證零件在靜載荷條件下的機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的仿真計(jì)算的準(zhǔn)確性，還建立了如圖 所示的精確模型。磁化器與被測(cè)鋼板之間的吸附力大小隨提離距離的增大而減小，因此取磁化器緊貼被測(cè)鋼板時(shí)的吸附力作為參考值。通過(guò) ANSYS 仿真計(jì)算得檢測(cè)器的磁化器緊貼 10mm 厚被測(cè)鋼板時(shí)吸附力為 2094N。 幾個(gè)月的時(shí)間里，從課題的選定、資料的收集、 方案的擬定、 課題的具體設(shè)計(jì)到論文的審定改進(jìn)， 徐志遠(yuǎn)老 師都給與了極大的幫助，傾注了大量的心血 。 同時(shí)也感謝在學(xué)習(xí)和生活中給予我無(wú)私關(guān)懷的我最親愛(ài)的父親和母親。 在論文的完成過(guò)程中，還得到了朱乃明、程志遠(yuǎn)等同學(xué)不懈的支持與幫助，在此對(duì)他們表示衷心的感謝。激光 , 2020, 17(1): 107~110. [10]程崇恭，杜錫珩，黃志輝 .機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì) —— 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo) .機(jī)械工業(yè)出版社， 1994. [11] 姚力 , 胡學(xué)知 , 范呂慧 . 壓力容器無(wú)損檢測(cè) —— 磁粉法檢測(cè)技術(shù) [J]. 無(wú)損檢測(cè) ,2020, 26(6): 302~306. [12] 孫朝明，徐彥霖，王增勇 . 射線(xiàn)底片中的缺陷定量技術(shù)研究 [J]. 儀器儀表學(xué)報(bào) ,2020, 25(4): 570~571. [13] 周曉波，李明，王小毅 . 淺議船舶鋼焊縫射線(xiàn)探傷的檢驗(yàn) [J]. 中國(guó)水運(yùn) , 2020,09(3): 12~13. [14] 汪衛(wèi)衛(wèi)，夏道有 . 工業(yè) X 射線(xiàn)探傷的輻射防護(hù)及其管理 [J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào) , 27 2020,12: 113. [15] 周樂(lè)，張志文 . 無(wú)損檢測(cè)及其新技術(shù) [J]. 重慶工學(xué)院學(xué)報(bào) , 2020, 20(8): 46~48. [16] 肖賢軍 , 劉麗川 , 劉子厚 , 鮑永剛 . 超聲導(dǎo)波技術(shù)檢測(cè)儲(chǔ)罐底板缺陷 [J]. 無(wú)損檢測(cè) , 2020, 30(1): 68. [17] 徐彥廷，戴光 , 李偉 , 等 . 地上立式金屬儲(chǔ)罐在線(xiàn)聲學(xué)檢測(cè)及評(píng)價(jià)方法研究 [A].中國(guó)第九屆聲發(fā)射學(xué)術(shù)研討會(huì) [C]. 成都 : 2020. 28 致謝 本論文和課題的研究工作在尊敬的指導(dǎo)老師徐志遠(yuǎn)老師的親切關(guān)懷下完成的。為此，為每一個(gè)零件添加對(duì)應(yīng)的材料屬性，獲得如圖 所示的報(bào)表。由于 Simulation 模塊在進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)要求相互配合的零部件之 間沒(méi)有干涉，而在檢測(cè)器樣機(jī)的模型中軟件建模精度不高導(dǎo)致零部件之間相互干涉的情況相當(dāng)常見(jiàn)，因此，通常不使用整個(gè)裝配體進(jìn)行有限元靜載荷分析，而是對(duì)單個(gè)零件進(jìn)行加載，以考察機(jī) 25 械結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。 檢測(cè)器動(dòng)力學(xué)仿真模型建立 UG 軟件建立的模型可以通過(guò)兩種方式導(dǎo)入到 ADAMS 軟件中，一種是利用Parasolid 核心實(shí)體造型技術(shù)建立模型，另一種是通過(guò) UG 的 Cosmos motion 組件將模型導(dǎo)入 ADAMS，在此采用第一種方式實(shí)現(xiàn)模型的傳遞。 檢測(cè)器能越過(guò)的對(duì)接焊縫高度： h= 5mm。值得一提的是，該軟件所具有的 Simulation 模塊可以方便的對(duì)零件的靜載荷條件下的應(yīng)力狀態(tài)、零件形變進(jìn)行仿真求解。 由于 ADAMS 軟件三維造型能力不強(qiáng)，用戶(hù)往往通過(guò)其他軟件建立標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)化三維模型以提高仿真效率。 對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)仿真普遍采用由美國(guó)的 MDI（ Mechanical Dynamics Inc）公司開(kāi)發(fā)的 ADAMS（ Automatic DynamicAnalysis of Mechanical Systems）虛擬樣機(jī)分析軟件。但對(duì)于轉(zhuǎn)向軸來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)向軸中間安裝有轉(zhuǎn)向臂，且在運(yùn)行過(guò)程中轉(zhuǎn)向軸本身承受來(lái)自轉(zhuǎn)向臂的軸向載荷，若安置機(jī)械密封件，其預(yù)緊力難以控制，且不能保證密封件的安全。轉(zhuǎn)向電機(jī)安裝在轉(zhuǎn)向基座上方的電機(jī)艙內(nèi)，通過(guò)電機(jī)艙蓋和聚四氟乙烯橡膠墊片實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的靜密封保護(hù)。 在軸承端蓋上加工出靜環(huán)安裝孔，通過(guò)靜環(huán)上的聚三氟氯乙烯橡膠的變 21 形將動(dòng)密封件的靜環(huán)嵌在軸承端蓋上。因此，還應(yīng)在軸承端蓋與軸之間安裝動(dòng)密封件。由于原油成分復(fù)雜，這些常用的耐腐蝕橡膠都不能滿(mǎn)足我們的應(yīng)用需求。 石化行業(yè)中應(yīng)用的大型儲(chǔ)罐存儲(chǔ)的介質(zhì)多為油品，因此，所設(shè)計(jì)的在油儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)器所使用的靜密封材料必須具有耐油耐水的性能。電機(jī)和編碼器可以通過(guò)帶有防水航插的密封罩進(jìn)行保護(hù)并保證線(xiàn)路連通。為避免該混合物質(zhì)直接與電機(jī)接觸造成電路短路等故障，應(yīng)對(duì)電機(jī)與編碼器實(shí)施密封以實(shí)現(xiàn)保護(hù)。鑒于此運(yùn)行速度較低，在這里忽略運(yùn)動(dòng) 引起的壓強(qiáng)載荷變 19 化，并出于安全系數(shù)考慮取靜壓載荷 p 為 。由相關(guān)文獻(xiàn)可以查知部分種類(lèi) 的原油的密度參數(shù)如表 所示 表 原油密度參數(shù) 根據(jù)《 API650 鋼制焊接石油儲(chǔ)罐》設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的附錄 K，儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)高度從12m 到 分成幾個(gè)系列。檢測(cè)器與被測(cè)鋼板之間應(yīng)該保 持有足夠的摩擦力，以避免檢測(cè)器打滑或儲(chǔ)罐中的液體運(yùn)動(dòng)而引起檢測(cè)器位置變化 而導(dǎo)致缺陷定位不準(zhǔn)。此外，為了保證 檢測(cè)器能在儲(chǔ)罐內(nèi)存有流程性介質(zhì)的情況下正常運(yùn)作，檢測(cè)器的動(dòng)力學(xué)性能也有一定的要求。轉(zhuǎn)向 驅(qū)動(dòng)模塊的動(dòng)力由步進(jìn)電機(jī)提供，由于步進(jìn)電機(jī)能實(shí)現(xiàn)精確的角度控制，采用步進(jìn)電機(jī)控制器對(duì)檢測(cè)器的轉(zhuǎn)向?qū)嵤╅_(kāi)環(huán)控制。 圖 檢測(cè)探 頭組成 永磁鐵 永磁鐵 銜鐵 17 第三章 儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)器驅(qū)動(dòng)裝置研制 引言 儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)器沿底板行進(jìn)掃查的動(dòng)力由驅(qū)動(dòng)裝置提供，包括行進(jìn)驅(qū)動(dòng)模塊和轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)模塊兩部分。為了能獲得 更好的檢測(cè)靈敏度，漏磁探頭采用浮動(dòng)支承結(jié)構(gòu)連接于銜鐵上，使磁敏元件壓緊在被測(cè)鋼板表面以減小提離造成的漏磁轉(zhuǎn)向輪 轉(zhuǎn)向盤(pán) 螺桿 支撐板 16 場(chǎng)磁場(chǎng)強(qiáng)度減弱。對(duì)于儲(chǔ)罐檢測(cè)而言，檢測(cè)對(duì)象為構(gòu)成儲(chǔ)罐的鋼板，因此，為了提高漏磁檢測(cè)的靈敏度，必須選用能對(duì)鋼板進(jìn)行更好的磁化的勵(lì)磁機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)向基座與檢測(cè)探頭模塊之間可以加入調(diào)整環(huán)以調(diào)整探頭模塊與被測(cè)構(gòu)件之間的距離，以獲得適當(dāng)?shù)奶犭x值。轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向基座的端蓋之間裝有密封件以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)密封。在裝配時(shí)，各部件由內(nèi)到 外依次安裝，便于安裝調(diào)試。電機(jī)轉(zhuǎn)軸的另一端與編碼器連接，通過(guò)編碼器聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)編碼器監(jiān)控電機(jī)的轉(zhuǎn)速。為了便于安裝調(diào)試以及設(shè)備維護(hù)，儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)器的驅(qū)動(dòng)裝置采用分離式設(shè)計(jì)，分別為行進(jìn)驅(qū)動(dòng)模塊和轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)模塊。為了提高檢測(cè)器行進(jìn)中的穩(wěn)定性，驅(qū)動(dòng)輪采用較大輪距， 12 以避免傾覆，為了減小從動(dòng)輪在轉(zhuǎn)向時(shí)因摩擦力造成的轉(zhuǎn)矩，從動(dòng)輪采用緊密排列的兩個(gè)輪結(jié)構(gòu)。而在實(shí)際的檢測(cè)中，過(guò)強(qiáng)的磁化會(huì)使空氣中的背景磁場(chǎng)強(qiáng)度增加，影響檢測(cè)元件對(duì)于漏磁場(chǎng)的辨識(shí)能力。最后對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的電機(jī)控制以及檢測(cè)軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹，使檢測(cè)系統(tǒng)具有自動(dòng)化快速檢測(cè)的能力。 因此，本課題致力于將漏磁檢測(cè)與機(jī)器人作業(yè)技術(shù)相結(jié)合，開(kāi)發(fā)一種應(yīng)用于在油儲(chǔ)罐檢測(cè)的漏磁檢測(cè)系統(tǒng)，以滿(mǎn)足石化行業(yè)需求，填補(bǔ)行業(yè)空白。旋轉(zhuǎn)的聲納用于識(shí)別儲(chǔ)罐內(nèi)的障礙物（管道、支撐柱），和導(dǎo)航系統(tǒng)并用，描述出罐底的地圖。截止 2020 年 11 月，全球已有 1025 臺(tái)儲(chǔ)罐采用 OTIS 機(jī)器人進(jìn)行了在線(xiàn)檢測(cè)。目前，國(guó)際上儲(chǔ)罐底板腐蝕在油內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)品主要有可潛入式的 Maverick 系統(tǒng)，儲(chǔ)罐在線(xiàn)檢測(cè) OTIS，成像與腐蝕檢測(cè)系統(tǒng) Neptune，儲(chǔ)罐罐底與罐壁在線(xiàn)檢測(cè) RobTank 等，如圖 所示。 Handscan 小型平板腐蝕掃描器為手動(dòng)式檢測(cè)設(shè)備，以釹鐵硼永磁體作為勵(lì)磁元件，采用 18 組霍爾效應(yīng)探頭形成陣列獲取漏磁場(chǎng)信息。而漏磁檢測(cè)法雖然對(duì)焊縫的檢測(cè)存在困難，但鑒于儲(chǔ)罐多由鐵磁性金屬板焊接構(gòu)成，漏磁檢測(cè)法對(duì)于實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)罐內(nèi)大范圍的快速掃查仍然具有重要意義。磁粉以及 滲透法不適于在承載流性介質(zhì)的環(huán)境中使用，且不易實(shí)現(xiàn)智能化。原因在于焊縫表面一般比較粗糙，磁場(chǎng)分布不均勻，會(huì)在檢測(cè)信號(hào)中引入難以濾除的噪聲，且焊縫的凸起導(dǎo)致漏磁探頭的提離值增大 , 使得檢測(cè)靈敏度降低 ?；驹砣鐖D 所示，在鋼板上布置有一對(duì)極性相反的永久磁鐵，通過(guò)銜鐵構(gòu)成回路加強(qiáng)磁化強(qiáng)度，當(dāng)兩永久磁鐵間的鋼板上存在缺陷（裂紋或者腐蝕坑洞）時(shí)，部分磁場(chǎng)從缺陷處“泄漏”出來(lái)，使得空氣中的磁場(chǎng)強(qiáng)度增強(qiáng)，當(dāng)檢測(cè)元件檢測(cè)到這種磁場(chǎng)增強(qiáng)時(shí)，便可以推斷此處可能存在缺陷。但由于聲發(fā)射信號(hào)形式復(fù)雜，對(duì)檢測(cè)人員的臨場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)與操作水平有較高的要求，檢測(cè)結(jié)果有一定的誤判風(fēng)險(xiǎn)。 聲發(fā)射檢測(cè)法 聲發(fā)射檢測(cè)法利用的是一種常見(jiàn)的物理現(xiàn)象，即材料內(nèi)部由于應(yīng)變能突然釋放而形成彈性應(yīng)力波。該方法的局限性在于只能適用于表面開(kāi)口缺陷，且難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化智能化，無(wú)法應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際中儲(chǔ)罐的在油檢測(cè)，只能作為開(kāi)罐檢測(cè)方法使用。此外，射線(xiàn)對(duì)于人體健康也有一定的危害，操作過(guò)程中需要有安全防護(hù)。在現(xiàn)行的儲(chǔ)罐檢測(cè)中，該方法常用來(lái)檢測(cè)儲(chǔ)罐壁板，但由于檢測(cè)時(shí)需要搭設(shè)腳手架，通過(guò)人工打磨的方式去除儲(chǔ)罐壁板的防腐層，檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，且對(duì)壁板的減薄會(huì)削弱儲(chǔ)罐強(qiáng)度。但常規(guī)的超聲檢測(cè)利用壓電晶片振動(dòng)產(chǎn)生超聲波，通過(guò)耦合劑將超聲波導(dǎo)入被測(cè)件內(nèi)部，因而對(duì)被測(cè)件的表面粗糙度，形狀，缺陷的形式（難以檢測(cè)與波傳播方向平行延伸的缺陷）都有一定的要求。下面對(duì)這些方法進(jìn)行一些簡(jiǎn)短的介紹。這些檢測(cè)要求的檢測(cè)對(duì)象包含儲(chǔ)罐基礎(chǔ)、壁板、底板、結(jié)構(gòu)、罐頂、附件以及管嘴等。 4 課題的目的 和意義 本課題的目的是通過(guò)對(duì)儲(chǔ)罐的磁性檢測(cè)方法進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)器，研制能在不開(kāi)罐情況下在儲(chǔ)罐底板爬行并對(duì)儲(chǔ)罐的重點(diǎn)檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行漏磁檢測(cè)的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)罐的在線(xiàn)無(wú)損檢測(cè)。 在大型常壓儲(chǔ)罐檢測(cè)方面，由于缺少有效不開(kāi)罐在油快速檢測(cè)技術(shù)和儀器，我國(guó)對(duì)大型儲(chǔ)罐的檢驗(yàn)主要采用停產(chǎn)、倒空、清罐、割板檢查、修理和重新投運(yùn)的傳統(tǒng)方式，這種檢驗(yàn)方式耗時(shí)長(zhǎng)，工作量大，勞動(dòng)強(qiáng)度高，而且經(jīng)濟(jì)成本高，以一臺(tái) 10 萬(wàn)立方米的儲(chǔ)罐為例，每次檢驗(yàn)周期為兩個(gè)月以上，清罐與維修的直接費(fèi)用在 200 萬(wàn)元以上，停產(chǎn)造成的間接損失更大。由于制造水平，施工工藝，使用管理等多方面因素，儲(chǔ)罐物料泄漏問(wèn)題時(shí)有發(fā)生。結(jié)果表明：檢測(cè)器能夠準(zhǔn)確檢測(cè)出 20%深的模擬腐蝕坑缺陷，滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。其次，為滿(mǎn)足儲(chǔ)罐底板在油檢測(cè)要求，在對(duì)比分析常用動(dòng)、靜密封技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了適用于油性環(huán)境中進(jìn)行檢測(cè)的密封結(jié)構(gòu)。目前，對(duì)儲(chǔ)罐檢測(cè)一般采取開(kāi)罐檢測(cè)方法，需要停產(chǎn)、倒罐，存在檢測(cè)輔助周期長(zhǎng)、費(fèi)用高的缺點(diǎn)。 同意參加答辯，推薦畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)等級(jí)為“ ”。 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ) 該同學(xué)對(duì)待畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)認(rèn)真負(fù)責(zé)，積極查閱資料，認(rèn)真思考解決問(wèn)題的方法，并能主動(dòng)和老師積極探討。 由鋼板構(gòu)成的大型儲(chǔ)罐可以利用漏磁檢測(cè)法進(jìn)行檢測(cè)。 同意參加答辯，推薦畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)等級(jí)為“及格”。 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ) 該同學(xué)對(duì)待畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)認(rèn)真負(fù)責(zé)，積極查閱資料，認(rèn)真思考解決問(wèn)題的方法，并能主動(dòng)和老師積極探討。 由鋼板構(gòu)成的大型儲(chǔ)罐可以利用漏磁檢測(cè)法進(jìn)行檢測(cè)。 同意參加答辯，推薦畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)等級(jí)為“ ”。整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)工作基本體現(xiàn)了學(xué)科教學(xué)計(jì)劃的基本要求，所完成的工作達(dá)到了本科畢業(yè)設(shè)計(jì)要求 .