1、 学号： 2011040191132 密级： 武汉东湖学院本科生毕业论文 (设计 ) 管道清洗方案的系统机构设计 院 (系 )名 称：机电工程学院 专 业 名 称：机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名：吴慧子 指 导 教 师：陈艳 讲师 二一五年五月八日 郑重声明 我郑重声明：本人恪守学术道德，崇尚严谨学风，所呈交的学术论文是本人在老师的指导下 ，独立进行研究工作所取得的结果。除文中明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何他人已经发表和撰写过得内容。论文为本人亲自撰写，并对所写内容负责 。 本人签名： 日 期： I 摘 要 用于食品的管道或油管，总会出现管道内壁结垢的问题，管道结垢使工业事故
2、频繁发生，不仅造成巨大的经济损失，而且对环境有很大的污染。论文基于节能减排的前提下，设计了一种管道除垢技术，主要采用机械结构（空间正交剪叉式机构）通过旋转及大范围的伸缩，带动清洗头部，达到清洗的目的，提高了清洗效率，降低成本，增强其产品的市场竞争能力。在设计过程中分析管道垢物的种类，对此装置 进行结构设计并析 分析了该机构的结构关系，建立了其运动学模型，分析了运动时速度和加速度的变化规律。 关键词：管道清洗；剪叉式；旋转伸缩；除垢 II Abstract Pipe or tubing used in food, is always a wall of pipeline caused by fo
3、uling problem, pipe scale industrial accidents occurred frequently, not only cause huge economic losses, but also has a lot of pollution to the environment. Paper based on the premise of energy conservation and emissions reduction, a pipe descaling technology is designed, mainly adopts mechanical st
4、ructure, spatial orthogonal shear fork by rotating and a wide range of scale, drives the cleaning head, reach the purpose of cleaning, improve the cleaning efficiency, reduce costs, enhance market competition ability of their products. In the design process of coking in the analysis of pipeline type
5、, for structural design and analysis of this device on the analysis of the structure of the agency relationship, the kinematics model is established. Analyzed the movement change laws of velocity and acceleration. Keywords: pipeline cleaning; Shear fork; Rotating scale; descaling 1 目录 摘要 .错误 !未定义书签。
6、 Abstract.错误 !未定义书签。 第 1 章 引言 .3 1.1 课题背景 .3 1.2 课题目的及意义 .3 1.3 课题研究内容 .3 第 2 章 污垢及除垢分析 .5 2.1 污垢的定义和分类 .5 2.1.1 污垢的定义 .5 2.1.2 污垢的分类 .5 2.2 污垢的形成模型 .6 2.3 污垢的危害 .6 2.4 污垢分析的数学模型 .7 2.4.1 污垢沉积与剥蚀的数学模型 .7 2.4.2 污垢热阻的数学分析法 .8 2.5 国内外防垢除垢方法 .8 第 3 章 空间正交剪叉式机构分析 .11 3.1 结构原理 .11 3.1.1 连杆的特点 .11 3.1.2 剪叉
7、式机构的组成 .11 3.1.3 剪叉式机构的特点 .11 3.2 结构用途 .12 3.3 结构优势 .12 3.4 剪插式机构的演化规律 .13 2 3.4.1 剪叉式机构的组成 .13 3.4.2 剪叉式机构的特点 .14 第 4章 基于空间正交剪叉式机构的管道清洗机结构分析 .16 4.1 该机构组成 .16 4.2 该机构的运动方式 .16 4.3 该机构清洗管道的方式 .16 4.5 对该机构的有限元分析和结论 .18 第 5 章 对所设机构的效果分析 .20 5.1 效果分析方法 .20 5.2 分析内容 .20 5.3 分析数据的意义 .26 总结 .,.27 参考文献 .28
8、 致谢 .30 3 第 1章 引言 1.1 课题背景 随着人们生活水平的提高，人们对自己所用东西的清洁度要求也越来越高，而且环保的程度也越来越高，但也重视经济性。地球的能源一天天的减少，全球也在极力号召节能，为以后人类能更长远的发展做准备。尤其是那些不可再生能源。所以对于我们所用管道的清洗就必须 兼顾节能有效。 传统的化学法除垢 ,使用相当有害的化学剂如盐酸进行清洗。另外 ,用传统方法清洗热交换器水垢的工作不干净让人难以忍受 , 又、而且对人的健康有危害。因此我们要在节约能源、节约成本以及安全方面着重考虑和研究。 主要采用机械的方式。 1.2 课题目的及意义 人们的生活处处都会用到管道，小到家
9、用煤气管道，自来水管道，大到天然气管道，下水道管道等。所以要保持管道的干净，不受污染，但很多地方的管道不方便经常拆卸，不方便清洗，若长时间被污染的话，管道就会被腐蚀甚至会给人们的生活带来弊端： 1) 长期使用管道使管道 内的油泥、锈垢固化造成管径变小。 2) 管内淤泥沉淀产生硫化氢气体造成环境污染并易引起燃爆。 3) 废水中的酸、碱物质易对管道壁产生腐蚀。 4) 管道内的异物将会造成管道堵塞。 5) 产生了杂质后会严重影响管道的正常使用，所以对管道进行清洗，使管道内恢复材质本身表面十分重要。 本课题所做的目的主要是为了解决长期困扰工程人员的管道内壁结垢的问题，管道结垢使工业事故频繁发生，不仅造
10、成巨大的经济损失，而且对环境有很大的污染。在国家提倡节能减排的背景下，我们设计一种管道除垢技术来提高其清洗效率，增强其产品的市场竞争 能力。在设计过程中分析管道垢物的形成机理，设计提高管道防垢除垢效果的装置，对此装置进行结构设计，并根据管道结构分4 析管道液体的流动状态，绘制出图形文件。 1.3 课题研究内容 管道用久了必然需要清洗，否则会损坏管道降低工作效率，提高了不必要的成本，严重的还会存在安全问题，对人类构成威胁了。 基于节能减排的前提下，顾全安全因素，我们决定采用机械方案清洗，设计了一种管道除垢技术，主要采用机械结构（空间正交剪叉式机构）通过大范围的伸缩旋转，带动清洗头部，达到清洗的目
11、的，提高了清洗效率，降低成本，增强其产品的市场竞争能 力。在设计过程中分析管道垢物的形成机理，对此装置进行结构设计并且通过 分析食品加工业或石油行业生产线上圆形管道的结构变化及由这种变化产生的污垢形成过程，完成液流经过管道时流体流动过程的分析。 主要的研究内容有以下几个方面： 1. 对管道结构的分析 2. 对清洗管道的重要性进阐述 3. 对污垢的分析 4. 对剪叉式机构的分析 5. 对该管道清洗功能的测试 5 第 2章 污垢及除垢分析 2.1 污垢的定义与分类 2.1.1 污垢的定义 结垢是我们常见的，尤其是水结垢。还有一些管道结垢，热水器结垢，油井结垢，锅炉结垢等等。如图 2.1 所示，结
12、垢是生产生活中一种极为普遍的现象 ,它 存在于自然现象、日常生活和各类工业 生产过程 ,特别是存在于化工生产各种传 热过程中。 污垢会影响设备的正常运转，一般工业或者家用管道用久了都会产生污垢，而且污垢的类型很多，所以最好定时对管道进行清洗。 2.1.2 污垢的分类 在不同情况下污垢的种类，存在很大差别。在我们的生活中看见污垢产生是非常普遍的，不同的产生过程会有不同的污垢、不同的工质状态也会有不同的污垢、时间在不停的变化，污垢会随着时间的推移改变、污垢也可能是通过物理变化形成的也会通过化学变化形成以及 会不会继续变化等，因此根据不同的特点对污垢进行分类是很有必要的。 根据污垢存在的形状分类：
13、(1)颗粒状污垢 如固体颗粒、微生物颗粒等以分散颗粒状态存在的污垢。 (2)覆盖膜状污垢 有三种存在的状态：固态，半固态和流态。 (3)无定形污垢 定不出形状的污垢或者说成是没有规则形状的污垢。 (4)溶解状态的污垢 如以分子形式分散于水或其他溶剂中的污垢。 应该说明的是通常说的油垢，实际上可能是；两类性质完全不同的有机物。一类是矿物油包括机器油、润滑油等，它们属于有机物的烃类，是石油分馏的产品； 相对分子质量 更大的烷烃。除了可燃之外，它们可以说是化学稳定性很好的有机物。 另一类是油脂，包括动物脂肪和植物油；它们属于有机物酯类，是饱和或不饱和高级脂肪酸的甘油酯的混合物。它们与矿物油的区别是在
14、碱性条件下可以发图 2.1 管道结垢图 6 生皂化。 根据污垢的亲水性和亲油性分类： (1)易溶于水的污垢即亲水性污垢 例如食盐等无机物和蔗糖等有机物。 (2)亲油性污 垢如油脂、矿物油、树脂等有机物。 2.2 影响结垢的因素 影响换热器结坂的因素有很多 ,包括流体性质、流体流速、换热设备参数、流体本体和换热表面的温差等因素。以下仅讨论几种常见的影响因素 : (1) 流速 目前流速对污垢的影响有两种截然不同的结论 : 以 Ritter、 chamozubov 等人为代表的学者则认为流速的增加会促进垢层的生长 ,因为在结垢过程中粒子扩散的阻力较大 ,而高流速引起的湍流促进了颗粒的输运 ,使颗粒快
15、速到达壁面吸附而结垢。 (2) 温度和温差的影响 两者实验结果相差巨大 ,到目前为止 ,表面温度对 结垢的影响程度尚无公认结论。 (3)其它因素 1) 流体中溶解物质的浓度 对于结晶过程 ,随物质浓度差的增大 ,物质污垢生成的速率也提高。 2) 物料浓度随温度变化的关系 物料饱和浓度随温度的变化关系可影响操作条件的选择和结垢的形成。 3) 厚度和剪切强度垢层厚度越大 ,流速也会随之增加 ,剪切力会提高 ,这有助于使垢层脱落。若垢层的剪切强度不大 ,则两者可以处于平衡状态。 (3)避免选取过大的污垢系数。 (4)容易结垢的流体尽量走管程 ,便于清洗。 (5) 注意开停车以及换热器运行工况 ,避免温度高于设计值 ,流速低于设计值 由于污垢 是无法绝对避免的 ,因而由污垢存在所带来的换热设备清洗 ,人工操作 ,设备磨损等情况也是无法避免的问题。综上所述 ,由换热器结垢而产生的 2.3 污垢的危害 污垢形成后会污染人们所需的水或者其他东西，会腐蚀管道也会降低传管道送效率。例如换热设备结垢就是很普遍的一种现象了，换热设备又是石油、化工、
