可调速皮碗结构强度与通流特性数值仿真研究

田 昊，王孙懿，侯交义，张增猛，弓永军

(大连海事大学 船舶与海洋工程学院，辽宁 大连 116026)

引言

清管作业是保证输送管道可运输的重要手段，清管器在清管过程中具有适用管道口径范围广、使用距离长、无需管道停输、可在线清管等优点，引起人们广泛的关注与应用[1]。其中，皮碗作为清管器上的重要组件，在运作过程中，主要要求具备两方面的功能：密封管道内部流体形成驱动力、紧贴管壁完成清洗并推动污垢向前移动[2]。实际工作中，人们主要关注清管过程中皮碗与管道之间的相互作用，因为这不仅关系着皮碗是否能实现其密封、刮削等功能，同时也决定了清管效果的好坏以及皮碗的使用寿命[3]。对于清管器，已有研究者采用实验与模拟的方法研究了清管过程中流体的流动状态以及清管器在管道中不同压差下的运动模型[4-5]，包括稳态流动、瞬态流动以及多相流动等，对于清管器与管道的接触性能的研究相对很少。针对不同的工况以及清管器的特殊功能，建立模型并研发了可控速清管器、可变径清管器、内检测智能清管器等。在清管器结构方面，一般所述皮碗清管器则是利用皮碗裙边对管道3%～5%左右的过盈量与管壁紧贴达到密封，装置由系统管道压差推动前进[6]。

目前，管道机器人主要依靠装置芯管内部旁通调速阀开口面积进行节流调速[7]，然而这种方式直接导致设计出的管道机器人具有结构较为复杂、装置体积较大以及小型化困难等缺陷。……