污水沉降罐在线清洗装置结构设计开发

摘要

目前各油田污水沉降罐清洗技术普遍落后,清洗周期长、效率低。针对这一问题,通过分析目前在用污水沉降罐的结构、罐底泥的成因及成分,提出了污水沉降罐在线清洗工艺。前期对清洗装置的主体设备及关键部件进行了结构设计与选型,在此基础上,首先对装置整体布局进行了优化设计。
　　 根据装置整体布局优化的结果,确定各个密封点并进行密封系统的设计。静密封采用防水电缆接头和整体垫片密封,动密封采用油封或滑环组合密封。在实验室对装置进行了现场模拟试验,密封效果良好。
　　 根据污水沉降罐内部结构确定清洗装置的工作环境模型,通过数学建模及Matlab仿真,对装置在罐底的遍历路径和避障路径分别进行了寻优规划。选用S7-200可编程序控制器对装置进行自动控制,根据控制要求对控制系统的硬件组成及软件程序进行了设计。
　　 用3ds max软件建立了污水沉降罐及清洗装置的三维模型,并根据遍历路径之一制作了清洗装置工作过程的三维仿真动画。
　　 论文开发了一种自动控制的罐体在线清洗装置,能够实现资源回收、节能环保的目的。工程化之后能够获得巨大的经济效益与社会效益。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 研究意义

1.3 课题研究内容

1.4 本课题的创新之处

第二章 课题相关基础理论

2.1 污水沉降罐的结构

2.2 污水沉降罐的工作原理

2.3 罐体清洗技术发展现状

2.4 水下机器人密封技术发展现状

2.5 机器人控制技术概述

2.5.1 不确定性机器人系统控制

2.5.2 刚性机器人鲁棒控制方法

第三章 清洗装置整体布局优化设计

3.1 设计条件

3.2 污水沉降罐清洗装置工艺

3.3 罐体清洗装置的组成

3.3.1 动力系统

3.3.2 水射流系统

3.3.3 虹吸系统

3.3.4 收放线机构

3.4 整体布局优化设计

3.5 本章小结

第四章 清洗装置密封系统设计

4.1 设计条件

4.2 密封点的确定

4.3 静密封的设计计算

4.3.1 垫片的选取

4.3.2 螺栓选型计算

4.4 动密封的设计计算

4.4.1 油封的选型计算

4.4.2 滑环组合密封设计计算

4.5 装置密封性能试验

4.5.1 气密性试验

4.5.2 动密封模拟试验

4.6 本章小结

第五章 清洗小车控制系统设计

5.1 清洗装置工作流程

5.2 路径规划概述

5.3 基于栅格地图的遍历路径规划

5.3.1 数学建模

5.3.2 基于栅格划分的函数建模

5.3.3 装置运动分析

5.3.4 最优路径求解

5.4 基于几何分析的遍历路径规划

5.5 基于人工势场的避障路径规划

5.5.1 人工势场建模

5.5.2 清洗装置动力分析

5.5.3 基于虚拟势场的规划步骤

5.5.4 Matlab路径规划仿真

5.6 控制系统硬件设计

5.6.1 可编程控制器简介

5.6.2 硬件系统构成

5.7 控制系统软件设计

5.7.1 软件开发环境

5.7.2 编程语言

5.7.3 控制要求

5.7.4 程序设计

5.8 本章小结

第六章 污水罐清洗过程三维动画仿真

6.1 三维动画仿真简介

6.2 污水罐清洗过程三维仿真的意义

6.3 仿真动画制作过程

6.3.1 建立三维模型

6.3.2 制作三维仿真动画

6.4 本章小结

结论与建议

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢