管道内封堵导流机器人结构设计及流场分析*

韩传军 费一栗 张芹芹 蔡文博

(西南石油大学机电工程学院)

0 引 言

管道运输作为石油和天然气快捷、经济和可靠的运输方式，被称为油气田生命线工程，其稳定和高效安全的运输状态是保证国民经济良好运行的重要保障[1]，也是国家的战略性重大工程。因此，国务院在2019年专门成立了国家石油天然气管网集团有限公司，主要从事油气干线管网及出气调峰等基础设施的投资建设和运营[2-3]。

由于长达十几万千米的输油气管网大多数布局在野外和不易经常监测的地区，管道的破坏和非正常情况损坏产生了巨大的经济损失。目前，管网的快速维修和及时更换还不能在大范围内得到很好的处理，尤其在野外情况下，想要及时更换则变得更加艰难[4-8]。因此，对能够快速解决管道泄漏并能保证管道不中断运输的快速封堵和导流类设备的研发需求就显得十分紧迫[9]。

国内外相关学者对管道的快速封堵和导流设备进行了相关研究。日本的HI-ROSE等[10]开发了Thes系列轮式管道机器人；韩国的H.R.CHOI等[11]研制了多关节管道机器人，此类机器人采用差动驱动方式；国内的刘清友[12]在螺旋驱动式管道机器人的开发和研究上做了大量工作。但是，关于在管道内进行快速封堵和导流，保障管道不停工的管道机器人的开发及流场分析的研究还较少[13-14]。

针对所述的特殊工况和使用需求，本文设计了一种可进行快速封堵和导流的轮式机器人，并对其工作中的流体域进行了流场分析，找到了中间导通管最优的管径和形状组合，该组合既可以保证机器人在流体环境中稳定运行，又能最大限度地导流。……