CN101196273A - 一种成品油管道泄漏控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明是成品油管道泄漏后实施控制的一种管道泄漏控制装置。它由履带行走系统[4]、执行系统、清障支撑系统[8]、漏油回收装置[1]、电缆收放线系统[10]、支撑平台系统[9]、液压系统[6]、电气控制系统[7]、遥控系统[11]、监视系统[5]组成，履带行走系统[4]位于支撑平台系统[9]下方，支撑平台系统[9]上方依次为液压系统[6]、电气控制系统[7]、电缆收放系统[10]、漏油回收装置[1]、清障支撑系统[8]和执行系统；液压系统[6]与电缆收放系统[10]的电缆连接；遥控系统[11]的控制信号传至对液压系统[6]、履带行走系统[4]、小动臂[2]、大动臂[3]及漏油回收装置[1]进行控制的电气控制系统[7]，监视系统[5]的信号通过电缆收放线系统[10]的电缆传输到遥控系统[11]。

Description

一种成品油管道泄漏控制装置

技术领域

本发明是成品油管道泄漏后实施控制的一种管道泄漏控制装置。涉及管道系统技术领域。

背景技术

泄漏控制是防止事故扩大，减少事故损失的重要手段。成品油管道一旦发生泄漏后，即便这时采取停输并关闭泄漏点上下游的线路截断阀，但由于输油管线并不在一个水平面上，泄漏点只要不在被截断管段的最高点，就会有高程差，泄漏点就会因压差的静压而向外喷油。当静压达到一定程度，就会冲开土层喷向空中，这种情况是常有的。结果是既浪费，又污染环境，后果极其严重。而这种情况一旦发生，按目前的技术，抢修人员不但无法靠近喷射处，且因喷射压力大，用人工的力量更是无法扣罩引流罩，当然更谈不上封堵了，只好让油喷完再抢修。随着长输管道的压力不断提高和企业、社会对环保的重视，在管道泄漏后抢修设备配置和施工技术方面尚有许多可待提高的地方，尤其是对于压力高、环境险、社会依托差的成品油管道来讲，选用合适的施工机具和科学的施工技术，显得尤为重要。事实上，尽管我们谁也不愿意看到成品油管道发生泄漏，可往往是避免不了的，这就给我们提出一个彻底解决发生泄漏后的抢修技术课题。

发明内容

本发明的目的是发明一种成品油管道泄漏后能有效、可靠、安全实施控制的一种成品油管道泄漏控制装置。

本发明的构成如图1所示，它由履带行走系统4、执行系统、清障支撑系统8、漏油回收装置1、电缆收放线系统10、支撑平台系统9、液压系统6、电气控制系统7、遥控系统11、监视系统5组成。行走系统4位于支撑平台系统9下方，支撑平台系统9上方依次为液压系统6、电气控制系统7、电缆收放系统10、漏油回收装置1、清障支撑系统8和由小动臂2、大动臂3组成的执行系统。液压系统6的电动机与电缆收放系统10携带的电缆连接，遥控系统11发出的控制信号无线传输至电气控制系统7，电气控制系统7的输出信号对液压系统6、履带行走系统4、小动臂2、大动臂3及漏油回收装置1的动作进行控制；监视系统5发出的信号通过电缆收放线系统10携带的电缆传输到遥控系统11。监视系统5通过遥控系统11实现道路、泄漏点周围的环境监测和泄漏点的喷射情况监视，指导远控操作。清障支撑系统8实现设备行走过程中的清障和维抢作业过程中的支撑。支撑平台系统9用于整套设备的支撑、重心调整和平衡。电缆收放线系统10实现动力电缆的自动收放。整套装置具有防爆性能。

其中所述履带行走系统4(见图4、图5)由车架(底盘部件)、橡胶履带20、托链轮装置17、支重轮装置18、张紧装置16、驱动轮装置19和行走马达组成，长方体形车架的两侧各装一驱动轮装置19，两条橡胶履带20各绕过驱动轮装置19经支重轮装置18、张紧装置16、托链轮装置17成闭环带。

所述支撑平台系统9(见图2、图3)由车体平台、配重组成，配重置于车体平台的后部。

所述清障支撑系统8(见图6)由挡泥板支架22、清障支撑油缸23、油缸挡泥板21组成，两个挡泥板支架22和油缸挡泥板21固连成“∏”形，油缸挡泥板21中间安装有清障支撑油缸23，油缸挡泥板21为铲状推土板，两挡泥板支架22和清障支撑油缸23的另一端均与车体平台前部铰链连接。

所述漏油回收装置1(见图9)包括收油管支架部件24、收油管25、收油罩35、防护爪36、针状尖峰37、油液收集管39和连接加强部件38，锥形直筒状收油罩35的细端接油液收集管39，油液收集管39接由收油管支架部件24固定的收油管25，粗口周边间隔安装多个防护爪36，防护爪36之间密布针状尖峰37，收油罩35外周固连有连接加强部件38。

漏油回收装置1是整个装置的关键部件，它的结构既要考虑收油效率，又要考虑强度和防爆性。收油效率是指，充分利用油液的喷射能量，尽量多的收集喷射泄漏出的油液；收集不起来的油液，应尽量减少其雾化程度。漏油回收装置1工作时，是装置与喷射油流最接近的部分，高速喷射的油液所带静电最容易对收油器放电，漏油回收装置1的设计应避免在接近喷射油流时产生火花放电。同时，在漏油回收装置1接近喷射口时，极有可能和地面的硬物发生碰撞，因此在选择材料时，应选择能够避免产生碰撞火花的软金属材料。其中防护爪36有两种作用，一是保护针状尖峰37，当漏油回收装置1接触地面时，保护针状尖峰37不被损坏；二是保护漏油回收装置1下端没有导引出的油液缓冲槽不被损坏。针状尖峰37的设计是考虑当高速喷射的带静电油流对漏油回收装置1放电时，避免产生火花放电。多个针状尖峰37可以分散静电放电的能量，使放电形式控制在电晕放电的形式范围内。

所述执行系统(见图7、图8)包括小动臂2、大动臂3、大动臂液压缸部件34、小动臂液压缸部件30、收油器液压油缸33、连杆体部件31组成，大动臂液压缸部件34上端与整体弯动臂结构形式的大动臂3弯曲部铰连，大动臂液压缸部件34下端和大动臂3根部分别与车体平台铰连，大动臂3与整体式结构形式小动臂2铰链连结，

小动臂2另一端与收油器铰链连结，大动臂3弯曲部前上方与小动臂2尾端之间安装有小动臂液压缸部件30，小动臂2中上部与摇杆32之间连有收油器液压油缸33，摇杆32与漏油回收装置1的连接加强部件38铰链连接。

所述电缆收放线系统10(见图1、图2)包括电缆卷筒和电缆卷筒驱动防爆电机12。

泄漏控制装置的动力虽然可有燃油发动机、交流电动机和直流电动机几种形式，但燃油发动机虽比较适合行走设备，而防爆性能解决起来比较困难；蓄电池带直流电动机，因本装置功率较大，蓄电池的容量和安装空间受到限制。综合比较，以选用防爆交流电动机做装置的动力为宜。防爆交流电动机依靠动力电缆输送能量，动力电缆的收放就成为装置遥控行走距离的瓶颈问题。

电缆的收放可通过电缆卷筒来实现。一般电缆卷筒安放位置有两个方案：一是放在发电车附近；二是放在行走装置上。方案一的优点是减小了行走装置的重量和整体尺寸，电缆卷筒可以不具备防爆性能。但存在不可避免的两个缺点：①随着行走装置的运动，电缆自始至终拖在地上，电缆磨损严重；②电缆一直处于张紧状态，当装置在弯路上转弯后，山脚、树木会使电缆形成拐点，拐点增加后，会大大增加电缆的拉力和电缆与拐点的摩擦力，增加电缆损坏的可能性。因此，本发明选用方案二。选用由防爆电机12驱动的防爆型电缆卷筒，把它安装在行走装置上。装置前行时自动放线，装置后退时自动收线。当然，收放线的速度要与装置的行走速度相匹配。

所述液压系统6(见图10)包括两液压泵、两液压马达、大动臂液压缸部件34、小动臂液压缸部件30、收油器液压油缸33、清障支撑油缸23、左右行走系统及若干电磁换向阀、单向节流阀、液控换向阀、吸油单向阀、溢流阀、三位四通换向阀，大动臂液压缸部件34、小动臂液压缸部件30、收油器液压油缸33、清障支撑油缸23各由一只三位四通换向阀控制；左右行走系统为双液压泵供油回路，采用性能参数完全相同的双联液压泵和性能参数完全相同的两个行走液压马达，一个泵单独为一个液压马达供油。

为了转弯方便，在回路中分别设置了并联的节流阀和两位两通电磁换向阀。

1).直线行走

液压系统6的同步，尤其是小流量液压系统6的同步，用一个液压泵供油是比较难以实现的。考虑到装置在行走过程中，由于道路原因需要转弯，设计了双液压泵供油回路，选用性能参数完全相同的双联液压齿轮泵和性能参数完全相同的两个行走液压马达，一个齿轮泵单独为一个液压马达供油，同时在回路中分别设计了节流阀和两位两通电磁换向阀的并联回路。装置正常行走时，两位两通电磁换向阀的电磁铁DT11、DT12不通电，液压泵打出的液压油全部直接供给液压马达，两个马达转速相同，装置沿直线行走。

2).行走过程中转弯

当装置需要左转弯时，左马达供油回路中的两位两通电磁换向阀的电磁铁DT11通电，无阻力供油回路断开，液压油只能流经节流阀进入马达，液压阻力增大，一部分液压油通过液压泵出口的电磁卸荷溢流阀流回油箱。使得左马达转速降低，右马达原速行走，实现装置左转弯。

当装置需要右转弯时，右马达供油回路的两位两通电磁换向阀的电磁铁DT12通电，无阻力供油回路断开，液压油只能流经与此电磁阀并联的节流阀进入马达，通过右驱动马达减速实现装置右转弯。

转弯半径可以通过调节左右两个节流阀的开口量大小来调节，节流阀开口量越小，转弯半径就越小。

3).绕履带转弯

当装置在行走过程中由于道路原因，或找管定位过程中，需要装置拐急弯时，可以通过左右两路的三位四通电磁换向阀实现。

例如：当需要装置绕左履带转弯时，使液压阀电磁铁DT13、DT14断电，左马达停止转动；使电磁铁DT15或DT16通电，电磁铁DT15通电时，右马达正转，装置绕左履带向前逆时针转弯；电磁铁DT16通电时，右马达反转，装置绕左履带顺时针向后转弯。

4).绕装置中心转弯

当装置接近泄漏油喷射口，需要就地调整装置的方位角度时，有时需要绕装置中心就地旋转。可以通过左右两路的三位四通电磁换向阀相互配合，使一路前进、另一路后退，实现就地旋转。如液压阀电磁铁DT13通电，左马达正转；液压阀电磁铁DT16通电，右马达反转；实现泄漏控制装置绕中心顺时针旋转。而液压阀电磁铁DT14通电，左马达反转；液压阀电磁铁DT15通电，右马达正转；实现泄漏控制装置绕中心逆时针旋转。

为了控制上下坡速度，避免当装置失速时马达进油压力过低造成吸空现象，在马达进出油口处设置了补油用的吸油单向阀，当马达超速时进行补油。装置在行走过程中有上下坡的要求，当装置下坡时，由于重力作用有可能造成失速，因此在液压系统6中设计了失速控制。由连接在行走马达进出油口的并联的单向节流阀和液控换向阀用来完成此项功能。进油通过单向阀进入马达，同时此压力切换回油路液控两位两通换向阀，马达流出的回油通过换向阀无阻力的返回油箱。当装置下坡失速时，由于马达转速太快，液压泵供油流量不能满足马达的流量需求，使得进油压力过低，换向阀的弹簧力切断回油路两位两通换向阀，马达流出的回油只能通过节流阀返回油箱，使回油液压阻力增大，流量减小，使装置速度降低，最终达到限速的目的。限制的速度大小，也同样是依靠调节节流阀的开口量进行调节。

为了避免当装置失速时马达进油压力过低造成吸空现象，从而导致发生气蚀现象损坏液压马达，系统中在马达进出油口处设计了补油用的吸油单向阀，当马达超速时进行补油。

为了充分利用系统的功率，设置了高低速自动切换功能，低速大扭矩马达内设置了两个马达，通过控制油实现两个马达的串并联转换。当两马达串联连接时，马达处于高速小扭矩运行状态；当两马达并联连接时，马达处于低速大扭矩运行状态。当装置在平地或下坡行走时，装置需要的驱动功率小，要求液压系统输出压力低，通过控制油路让两马达串联，使装置实现高速行走；当装置上坡时，由于阻力增大使得液压系统压力升高。利用此压力切换行走液压马达的换向阀，使装置实现低速行走。

为了保持装置的平衡，系统中设计了爬坡角度限制回路，在马达的进油口连接了溢流阀作超载阀。当装置爬坡角度过大时，液压系统6压力过高使油液从超载阀流走，装置停止不动，限制装置上坡角度。

针对成品油管道泄漏口处环境状态不确定，收油器的收油角度需可调，并当收油器下行收油时保持装置的稳定，设置了后支撑液压缸，并在大动臂液压缸、小动臂液压缸、收油罩液压缸、后支撑液压缸回路中设置了三位四通换向阀控制油缸的伸缩，并在油缸的进出油口连接了单向节流阀和溢流阀。

监视系统5(见图7)包括摄像头支架26、摄像头部件27、防爆投光灯29、投光灯支架28和可燃气体检测仪。摄像头支架26和投光灯支架28安装在小动臂液压缸部件30上，摄像头部件27安装在摄像头支架26上，防爆投光灯29安装在投光灯支架28上。为了能够在泄漏控制装置行走时，操作人员能够看清楚路面情况，从而能正确选择行走路线；在到达泄漏喷射口附近时，使操作人员能够看清楚喷射口处的情况(包括喷射口的空间方位、喷射方向、喷射口附近的路面或地面情况等)，设置了4个摄像头部件27，其中：1个摄像头部件27安装固定在大臂上，主要负责观察喷射口的情况；2个摄像头部件27分别安装固定在装置两侧，用来观察行走路面情况，以便让操作人员选择最好的行走路线；1个摄像头部件27安装在装置上方，方向向后，用于倒车时观察道路情况。为了使装置能够在夜间工作，在装置上可安装防爆投光灯29。为了监视泄漏处可燃气体的浓度，可设置可燃气体检测仪。摄像头部件27和可燃气体检测仪分别接电缆卷筒收放的电缆；防爆投光灯29直接接装置上的电源。

电气控制系统7(见图11)包括动力系统电气控制、控制系统电气控制。

(1).动力系统电气控制：动力系统包括液压泵驱动电机和电缆卷筒驱动电机；

1)液压泵驱动电机采用无触点固态继电器作为控制元件，可以避免由于触点开、合产生火花，成为装置的点燃引爆源。但是，这样大功率的固态继电器需要强制通风散热，风扇的使用又引入了一个引爆源。综合考虑，采用隔爆型控制箱，选用高质量的传统电机控制元件，控制电机的启动和停止；

2)电缆收放卷筒驱动电机控制：采用电缆卷筒自成系统产品，由自带的控制箱进行控制。

(2).控制系统电气控制：控制系统包括液压防爆电磁阀电磁铁的控制、防爆投光灯29的控制，这些电气元件的启闭开合，是通过操作人员操作控制面板上的按钮，经过计算机处理，传送给无线发射装置，管道泄漏控制装置上的无线接收装置接收后，由单片机进行解码处理后，进行控制。这些电气元件需要的驱动功率小，用单片微型机控制，单片机输出的信号不用放大，直接可以控制固态继电器，因此，这种场合最适合使用固态继电器。选用的固态继电器，电流都在5A及以下，不用冷却。

遥控系统11由视频监视系统和遥控操作控制台组成。

(1)视频监视系统5产生的视频信号是通过由电缆收放线系统10上的电缆传送到遥控操作台的；

(2)远控操作控制台：远控操作控制台包括监视器、操作面板和计算机柜三部分。

1)监视器用来接收视频监视系统5的视频信号，操作人员可以通过鼠标切换视频通道，在不同的时间监视不同的方位；

2)操作面板要一个操作手柄和许多按钮，操作手柄控制泄漏控制装置的前进、后退、行走当中的左右转弯。按钮用来在装置停止后，调整装置的方位、调整收油器的位置角度等；

3)计算机柜安装一台具有防震功能的工业控制计算机，用来对操作人员通过按钮发出的指令进行编码，通过无线发射模块发射到电器控制系统7，也接收视频监视系统5的视频信号，并对视频监视系统5的信号通道进行切换。

装置防爆

防爆性是装置的关键。根据所查资料，须在以下几个方面考虑装置的防爆性：

(1)电气控制方面

电气控制系统是整车防爆的薄弱环节，是产生电火花的主要来源。因此，电气控制系统是设备防爆性能的关键。除选用防爆电机和防爆电磁阀外，在电气控制系统设计中，按照有关国家标准，要选择符合安全规范的防爆控制元件和防爆控制箱。

电气控制系统分强电控制系统和弱电控制系统，强电控制系统主要包括液压系统防爆电动机的启动/停止控制、防爆电磁阀的换向控制、防爆投光灯29的开关等；弱电控制系统主要包括遥控信号的传送和接受、各种检测信号，视频信号的传输等。

1).强电控制系统

强电控制系统主要注意以下几点：

①主动力电机和电缆卷筒的启动/停止，因为运行功率较大，选用无触点的固态继电器，散热问题不好解决，因此，要选用满足使用条件的隔爆控制箱，通过控制箱解决防爆问题；

②电磁阀的换向电磁铁和投光灯功率较小，通过选用无触点的半导体元件-固态继电器进行控制和保护；

③电缆采用铠装电缆，防止在装置行进过程中，电缆与路面石头或其它杂物摩擦破坏电缆保护皮，使电线裸露发生短路产生电火花。

2).弱电控制系统

弱电系统主要注意以下方面：

①参数选用本质安全电气控制电路，可以达到防爆要求；

②合理地选择电器元件，其电流、电压或功率不得大于其额定值的2/3，故障状态下不大于其额定值；

③严格按照GB3836.4《爆炸性气体环境用电气设备第四部分：本质安全型“i”》的要求进行PCB板的设计和电路的浇封，使得电路的爬电距离、电气间隙、绝缘参数等满足国标GB3836的要求。

3).通讯系统防爆

无线通讯模块的接收天线，会产生射频火花。选用传输距离远的无线发射接收模块，用非金属材料把通讯模块和天线密封起来，防止射频火花的产生。

(2)静电放电控制方面

因为静电产生是不可避免的，所以在泄漏控制过程中就不可避免地会发生放放电现象。只能在控制电荷电量和放电形式上下功夫，把静电控制在不造成危害的范围内。

1).控制收油数量，使收取的油液流速和流量满足国家规定，其余不能回收的油液，通过收油器反射后流到地面上，在最大程度上避免油液的雾化；

2).合理设计泄漏控制装置的收油器结构，使静电放电控制成电晕放电；电晕放电是连续型的，放电的能量比较小，不会使油气混合物点燃；具体方法是在收油器上制作出多处尖峰凸棱，从而达到控制放电形式的目的；

3).泄漏控制装置充分接地，使静电电荷快速释放，使电荷不产生过度聚集；装置整体不可能做成绝缘体，总有导体暴露在油气混合物中；孤立不接地的导体是产生火花放电的主要原因，要尽量避免装置成为孤立的导体，要使泄漏控制装置充分接地。

装置使用的是橡胶履带，与地面绝缘，装置接地只能依靠电缆实现。选用3*16+2*10的铠装电缆，留出一根作为接地电缆线，实现装置的可靠接地。

(3)机械系统方面

到目前为止，我国还没有制定出非电气设备防爆标准。目前，可以参照的只有欧洲非电气设备防爆标准EN13463。根据该标准，本例设计的装置产生引爆点燃的因素有如下几种：①静电放电；②轴承或其它金属零部件破损；③热表面。

1).静电放电

关于静电放电问题，前面已经做了比较详细的叙述，并采取了一些必要的措施。

2).轴承或其它金属零部件破损

轴承或其它金属零部件破损，会产生火花。因此，在选择轴承时，要充分考虑轴承的寿命和承载能力，考虑充足的安全系数，使轴承的承载能力远远超过实际的负荷水平，杜绝轴承破损的可能性。

3).热表面

热表面是引爆点燃的一个因素，在设计的装置中，避免使用高速旋转副，从而避免产生热表面。

本发明提出的泄漏控制装置，可以在较高泄漏压力情况下实现油品的泄漏控制，提高漏油的回收率。由于操作人员距离泄漏点一定距离对设备进行远程控制作业，增加了抢修人员的安全性，降低了劳动强度。

本发明解决了目前在高压液体泄漏后缺少适当的控制手段这一难题，应用本发明提出的设备，可以大幅度减少由于泄漏造成的次生灾害，又可对泄漏的流体进行回收。同时，本发明也可用于其它类型管道和罐体的泄漏控制。

附图说明

图1一种成品油管道泄漏控制装置总体构成示意图

图2支撑平台系统 主视图

图3支撑平台系统 侧视图

图4履带行走系统 主视图

图5履带行走系统 侧视图

图6清障支撑系统 主视图

图7执行系统 主视图

图8执行系统 侧视图

图9漏油回收装置构成图

图10液压系统原理图

图11电气控制线路图

其中1-漏油回收装置        2-小动臂

    3-大动臂              4-履带行走系统

    5-监视系统            6-液压系统

7-电气控制系统            8-清障支撑系统

9-支撑平台系统            10-电缆收放线系统

11-遥控系统               12-防爆电机

13-防爆电磁阀             14-油箱

15-防爆摄像头             16-张紧装置

17-托链轮装置             18-支重轮装置

19-驱动轮装置             20-橡胶履带

21-油缸挡泥板             22-挡泥板支架

23-清障支撑油缸           24-收油管支架部件

25-收油管                 26-摄像头支架

27-摄像头部件             28-投光灯支架

29-投光灯                 30-小动臂液压缸部件

31-连杆体部件             32-摇杆

33-收油器液压油缸         34-大动臂液压缸部件

35-收油罩                 36-防护爪

37-针状尖峰               38-连接加强部件

39-油液收集管

具体实施方式

实施例.以本例来说明本发明的具体实施方式并对本发明作进一步的说明。本例是一实验样机，其构成如图1-图11所示。

1.履带行走系统4

包括车架、橡胶履带20、托链轮装置17、支重轮装置18、张紧装置16、驱动轮装置19和行走马达。

功能：实现装置的双速前进、后退、回转、刹车

参数：行走速度：2.4km/h

最大爬坡角度：25度

履带宽度：300mm

接地比压：大于30kpa

行走马达：装置的行走用两个低速大扭矩减速马达驱动履带系统的驱动轮来实现。参照国内的液压挖掘机，本例选择了中日合资企业--上海纳博斯克液压有限公司生产的帝人液压挖掘机专用行走马达，该马达集减速装置与液压马达于一体，是目前世界上最先进水平的产品。马达内置安全阀、背压阀，内置停车制动器，并具有高低两档切换速度，非常适合本例的技术要求。

根据液压挖掘机专用行走马达的应用范围和适用挖掘机吨位，确定选用GM04VA型行走马达。

马达的主要参数如下：

额定输出扭矩：4020N.m

最高回转速度：65min^-1

最大减速比：53.71/R

最高使用压力：24.5MPa

液压马达最大行程容积：21cm³/rev

液压马达最高回转速度：3600min^-1

2.支撑平台系统9

包括车体平台、油箱14、配重。

功能：液压系统安装支撑、漏油回收执行工作机构、收线机构的支撑。

参数：最大宽度：1530mm

最大长度：1876mm

3.清障支撑系统8

包括挡泥板支架22、清障支撑油缸23、油缸挡泥板21。

功能：实现装置的前进中的清障和漏油回收过程中对装置的支撑。

参数：推土板高：296mm

清障装置最大摆动角度：60度

4.液压系统6

(1)液压泵

1)根据上述液压马达的参数，确定液压系统工作压力为20MPa，最高压力为25Mpa；

2)履带驱动轮分度圆直径为330mm，行走速度为2.4km/h，驱动轮转速为38.6r/min；

因为泄漏控制装置行走速度不是主要矛盾，主要是控制整机功率不要过大，尽量降低配电难度。因此，选择最大减速比为53.7，目的是得到最大纽矩和最低速度。

马达减速前转速为2073r/min；

3)供油泵流量Q＝43.5l/min.根据此参数，选择液压泵；

4)液压泵选择

根据系统使用条件和参数要求，比较液压泵的性能特点确定液压泵的型号。考虑到泄漏油控制装置使用环境比较恶劣，环境污染比较严重，叶片泵和柱塞泵抗污染能力都比较弱，要求过滤精度较高，最后决定选用高压齿轮泵作为液压系统的动力元件。

在本装置的执行机构当中，行走马达需要的功率最大，因此根据行走马达的参数，结合本例所能承受的装置总功率的实际情况，决定选用合肥长源液压件有限责任公司生产的CBQL-F520/F520型双联齿轮泵。

双联齿轮泵参数：

工程排量：20/20mL/r；

额定压力：20.0/20.0MPa；

最高压力：25.0/25.0MPa；

转速范围：400-3000r/min；

按照转速1500r/min、压力20.0MPa计算功率

N＝20KW

(2).电机选择

根据液压泵的参数，选择ABB防爆电机。

主要参数：

额定转速：1500r/min；

额定功率：22KW

额定电压：380V

(3).反向验算、确定装置行走速度

1)行走速度

单泵流量：30L/min

液压挖掘机专用行走马达内部有两个独立的马达，液压马达高低两速的实现是依靠内部两个独立马达的串并联实现的。当两个马达串联时，输出高转速、小矩互为2倍和1/2的关系，保持输出功率不变。液压行走马达给出的最大行程容积是两个马达并联时的单转排量。

马达实际低速转速：1429r/min

马达实际高速转速：2858r/min

按最大减速比53.7计算，减速马达减速后实际输出转速：

低速转速：26.6r/min

高速转速：53.2r/min

装置行走速度：

低速速度：1.656km/h

高速速度：3.312km/h

平均速度：2.484km/h

该转速符合本例设计初值2.4km/h的要求。

2)爬坡能力

爬25°坡可以驱动的装置总重量

单个液压马达实际输出功率：11192N·m/s

双马达爬坡驱动功率：22.384kw

驱动的装置总重量：11.947吨

考虑液压系统6和机械系统的总效率为65％，驱动的装置总重量为：7.766吨

在防爆环境情况下，电机许用功率不应超过电机功率的70％，通过控制液压系统的使用压力限制。实际能够驱动的装置总重量为：5.44吨

当装置总重量不超过5.44吨时，装置可以爬25

的坡。

整个装置包括两个行走液压马达、四个液压缸。液压缸驱动大小臂摆动，完成收油器的上下运动，液压缸伸出实现支撑部件的支撑作用。两个分别控制的行走液压马达完成装置的前进、后退、转弯等工作。

在装置的多个动作中，爬坡行走耗费的功率最大，因此，按照爬坡行走的情况计算最大整机功率，确定液压元件的选择。

5.找管定位(遥控系统11、监视系统5)

(1).机械和液压

因成品油输送管道破损，汽油、煤油高速喷射，使得喷油口周围形成易燃易爆环境。需要维抢修操作人员远距离遥控装置，进行喷射油液的控制和回收。鉴于电缆收放、运输等方面的因素，本装置远控距离为300米。

由于输油管道泄漏口处环境状况不确定，其中包括喷油角度、喷射口周围地面情况等。因此，漏油回收装置1收油角度要求可调。为了满足漏油回收装置1角度调节需要，装置设计了大动臂3、小动臂2、收油器三个旋转副，通过大动臂3、小动臂2旋转副相互协调旋转，可以调节漏油回收装置1的前后位置，使收油器移动到喷油口处；通过旋转收油器旋转副，可以调节漏油回收装置1的方位和角度，使漏油回收装置1的轴线与喷射油流方向接近一致。当漏油回收装置1下行收油时，喷射油流对漏油回收装置1产生向上的喷射力，有向后翻转装置的倾向，为了使装置稳定，设计了清障支撑系统8。这4个部件靠三位四通换向阀控制油缸的伸缩，实现收油器上下行或旋转动作。在油缸的进出油口连接了单向节流阀和溢流阀。单向节流阀用来限制各部件下行的速度，使部件下行不至于过快，保证装置的稳定和安全。连接在油口的溢流阀用做超载阀，当喷射力过大时，限制驱动收油器的各运动部件的继续运动，避免对装置造成破坏。

(2).远控监视系统

为了能够在泄漏控制装置行走时，操作人员能够看清楚路面情况，从而能正确选择行走路线；在到达泄漏喷射口附近时，使操作人员能够看清楚喷射口处的情况(包括喷射口的空间方位、喷射方向、喷射口附近的路面或地面情况等)，设置了4个摄像头部件27，其中：1个摄像头部件27安装固定在大动臂3上，主要负责观察喷射口的情况；2个摄像头部件27分别安装固定在装置两侧，用来观察行走路面情况，以便让操作人员选择最好的行走路线；1个摄像头部件27安装在装置上方，方向向后，用于倒车时观察道路情况。

本例选用了阜新市双星电子有限公司生产的BSJ-2A型防爆本安彩色摄像机，防爆等级为exd IIBT6。

为了使装置能够在夜间工作，在装置上安装了防爆投光灯29。选用了杭州祥华防爆电器有限公司生产的防爆投光灯，BSD4系列方型防爆投光灯，它有高压汞灯、高压钠灯和金卤灯，其中金卤灯透雾能力最强，因此，本例选择了金卤灯作为照明灯具，投光范围为180°。

(3).实现随车远传检测油气浓度

选用北京浮美电子仪器技术开发有限公司的FT-1可燃气体检测仪，响应时间40秒(FT-2单气体检测仪，响应时间20秒，具有存储和读取数据的功能)，可以把可燃气体浓度转变为数字，显示在LED显示器上。检测精度正负5％，测量范围0-100％。防爆等级ia IICT6。

6.电气控制系统7

(1).动力系统电气控制原理

动力系统包括液压泵驱动电机和电缆卷筒驱动电机。

1)液压泵驱动电机输出功率为22KW，选用无触点固态继电器作为控制元件，可以避免由于触点开、合产生火花，成为装置的点燃引爆源。但是，这样大功率的固态继电器需要强制通风散热，风扇的使用又引入了一个引爆源。综合考虑，决定选用一个防爆控制箱，选用高质量的传统电机控制元件，控制电机的启动和停止。经查，南阳防爆电气研究所技术力量雄厚，在电气防爆技术方面具有相当的权威性，决定选用南阳防爆电气研究所生产的BXK54系列隔爆型电气控制箱。

2)电缆收放卷筒选用岳阳华立电缆卷筒厂生产的防爆电力/信号卷筒，电缆收放电机为1.5KW，电缆卷筒自成系统，由自带的控制箱进行控制。

(2).控制系统电气控制原理

控制系统包括液压防爆电磁阀电磁铁的控制、防爆投光灯的控制，这些电气元件的启闭开合，是通过操作人员操作控制面板上的按钮，经过计算机处理，传送给无线发射装置，成品油管道泄漏控制装置上的无线接收装置接收后，由单片机进行解码处理后，进行控制。这些电气元件需要的驱动功率小，用单片微型机控制，单片机输出的信号不用放大，直接可以控制固态继电器，因此，这种场合最适合使用固态继电器。选用的固态继电器，电流都在5A及以下，不用冷却。

(3).视频监视系统

目前，无线传送的视频监视系统，视频信号质量都不能令人满意。我们选用了有线传送的防水防爆本安彩色摄像机，通过电缆卷筒进行信号电缆的收放。

(4).远控操作控制台

远控操作控制台包括监视器、操作面板和计算机柜三部分。

1)监视器用来接受远控摄象机的视频信号，操作人员可以通过鼠标切换视频通道，在不同的时间监视不同的方位；

2)操作面板要一个操作手柄和19个按钮，操作手柄控制泄漏控制装置的前进、后退、行走当中的左右转弯。按钮用来在装置停止后，调整装置的方位、调整收油器的位置角度等；

3)计算机柜安装一台具有防震功能的工业控制计算机，用来对操作人员通过按钮发出的指令进行编码，传送给无线发射模块；接收遥控摄象机的视频信号，并对摄象机的通道进行切换。

7.漏油回收装置1

(1).漏油回收装置1结构

包括大动臂3、小动臂2、连接体、收油罩35和收油器液压油缸33。

功能：实现漏油回收过程中漏油回收装置1的移动、回转寻点和漏油控制。

(2).漏油回收装置1尺寸规格

考虑实际的泄漏情况，确定收油罩35的收油口尺寸范围应为直径D不大于1000mm，并根据管道周围环境，设计系列收油罩35。考虑输油管的运输和安装问题，选取直径d＝120mm，收油罩35结构为锥形直筒结构，锥角为60度，该结构既满足拢油作用，又减少漏油喷射的反射。根据试验结果看，收油拢油效果较理想。

收油罩35参数：最大承载力：22.2千牛顿

最大工作半径：5200mm

最小工作半径：2000mm

最大工作高度：5700mm

最大工作深度：3000mm

收油罩35工作直径：1000mm(系列可调整)

收油管25直径：小于200mm

收油罩35工作锥角：60度

收油罩35工作摆角：大于120度

8.电缆收放系统10

电缆收放通过电缆卷筒实现，防爆电缆卷筒选用岳阳华立电缆卷筒厂生产的防爆电力/电缆卷筒。

9.装置防爆

防爆性是装置的关键。根据所查资料，在以下几个方面考虑了装置的防爆性：

(1)电气控制方面

电气控制系统是整车防爆的薄弱环节，是产生电火花的主要来源。因此，电气控制系统的设计是设备防爆性能的关键。除选用防爆电机和防爆电磁阀外，在电气控制系统设计中，按照有关国家标准，选择符合安全规范的防爆控制元件和防爆控制箱。

电气控制系统分强电控制系统和弱电控制系统，强电控制系统主要包括液压系统防爆电动机的启动/停止控制、防爆电磁阀的换向控制、防爆投光灯的开关等；弱电控制系统主要包括遥控信号的传送和接受、各种检测信号，视频信号的传输等。

1).强电控制系统

强电控制系统的设计主要考虑如下几点：

①主动力电机和电缆卷筒的启动/停止，因为运行功率较大，选用无触电的固态继电器，散热问题不好解决，因此，选用满足使用条件的隔爆控制箱，通过控制箱解决防爆问题；

②电磁阀的换向电磁铁和投光灯功率较小，通过选用无触点的半导体元件-固态继电器进行控制和保护；

③电缆采用铠装电缆，防止在装置行进过程中，电缆与路面石头或其它杂物摩擦破坏电缆保护皮，使电线裸露发生短路产生电火花。

2).弱电控制系统

弱电系统设计考虑以下方面：

①参数选用本质安全电气控制电路，可以达到防爆要求；

②合理地选择电器元件，其电流、电压或功率不得大于其额定值的2/3，故障状态下不大于其额定值；

③严格按照GB3836.4《爆炸性气体环境用电气设备第四部分：本质安全型“i”》的要求进行PCB板的设计和电路的浇封，使得电路的爬电距离、电气间隙、绝缘参数等满足国标GB3836的要求。

3).通讯系统防爆

无线通讯模块的接收天线，会产生射频火花。选用传输距离远的无线发射接收模块，用非金属材料把通讯模块和天线密封起来，防止射频火花的产生。

(2)静电放电控制方面

因为静电产生是不可避免的，所以在泄漏控制过程中就不可避免地会发生放放电现象。只能在控制电荷电量和放电形式上下功夫，把静电控制在不造成危害的范围内。

1).控制收油数量，使收取的油液流速和流量满足国家规定，其余不能回收的油液，通过收油器反射后流到地面上，在最大程度上避免油液的雾化；

2).合理设计泄漏控制装置的收油器结构，使静电放电控制成电晕放电；电晕放电是连续型的，放电的能量比较小，不会使油气混合物点燃；具体方法是在收油器上制作出多处尖峰凸棱，从而达到控制放电形式的目的；

3).泄漏控制装置充分接地，使静电电荷快速释放，使电荷不产生过度聚集；装置整体不可能做成绝缘体，总有导体暴露在油气混合物中；孤立不接地的导体是产生火花放电的主要原因，要尽量避免装置成为孤立的导体，要使泄漏控制装置充分接地。

装置使用的是橡胶履带，与地面绝缘，装置接地只能依靠电缆实现。选用3*16+2*10的铠装电缆，留出一根作为接地电缆线，实现装置的可靠接地。

(3)机械系统方面

到目前为止，我国还没有制定出非电气设备防爆标准。目前，可以参照的只有欧洲非电气设备防爆标准EN13463。根据该标准，本例设计的装置产生引爆点燃的因素有如下几种：①静电放电；②轴承或其它金属零部件破损；③热表面。

1).静电放电

关于静电放电问题，前面已经做了比较详细的叙述，并采取了一些必要的措施。

2).轴承或其它金属零部件破损

轴承或其它金属零部件破损，会产生火花。因此，在选择轴承时，要充分考虑轴承的寿命和承载能力，考虑充足的安全系数，使轴承的承载能力远远超过实际的负荷水平，杜绝轴承破损的可能性。

3).热表面

热表面是引爆点燃的一个因素，在设计的装置中，避免使用高速旋转副，从而避免产生热表面。经过验算，装置中的旋转副，工作时使装置温度的升高是微不足道的。

Claims (9)

1.一种成品油管道泄漏控制的一种管道泄漏控制装置，其特征是它由履带行走系统[4]、执行系统、清障支撑系统[8]、漏油回收装置[1]、电缆收放线系统[10]、支撑平台系统[9]、液压系统[6]、电气控制系统[7]、遥控系统[11]、监视系统[5]组成，履带行走系统[4]位于支撑平台系统[9]下方，支撑平台系统[9]上方依次为液压系统[6]、电气控制系统[7]、电缆收放系统[10]、漏油回收装置[1]、清障支撑系统[8]和由小动臂[2]、大动臂[3]组成的执行系统；液压系统[6]的电动机与电缆收放系统[10]携带的电缆连接；遥控系统[11]发出的控制信号无线传输至电气控制系统[7]，电气控制系统[7]的输出信号对液压系统[6]、履带行走系统[4]、小动臂[2]、大动臂[3]及漏油回收装置[1]的动作进行控制；监视系统[5]发出的信号通过电缆收放线系统[10]携带的电缆传输到遥控系统[11]；整套装置具有防爆性能。

2.根据权利要求1所述的一种管道泄漏控制装置，其特征是所述履带行走系统[4]由车架(底盘部件)、橡胶履带[20]、托链轮装置[17]、支重轮装置[18]、张紧装置[16]、驱动轮装置[19]和行走马达组成，长方体形车架的两侧各装一驱动轮装置[19]，两条橡胶履带[20]各绕过驱动轮装置[19]经支重轮装置[18]、张紧装置[16]、托链轮装置[17]成闭环带。

3.根据权利要求1所述的一种管道泄漏控制装置，其特征是所述支撑平台系统[9]由车体平台、配重组成，配重置于车体平台的后部。

4.根据权利要求1所述的一种管道泄漏控制装置，其特征是所述清障支撑系统[8]由挡泥板支架[22]、清障支撑油缸[23]、油缸挡泥板[21]组成，两个挡泥板支架[22]和油缸挡泥板[21]固连成“∏”形，油缸挡泥板[21]中间安装有清障支撑油缸[23]，油缸挡泥板[21]为铲状推土板，两挡泥板支架[22]和清障支撑油缸[23]的另一端均与车体平台前部铰链连接。

5.根据权利要求1所述的一种管道泄漏控制装置，其特征是所述执行系统包括小动臂[2]、大动臂[3]、大动臂液压缸部件[34]、小动臂液压缸部件[30]、收油器液压油缸[33]、连杆体部件[31]组成，大动臂液压缸部件[34]上端与整体弯动臂结构形式的大动臂[3]弯曲部铰连，大动臂液压缸部件[34]下端和大动臂[3]根部分别与车体平台铰连，大动臂[3]与整体式结构形式小动臂[2]铰链连结，小动臂[2]另一端与收油器铰链连结，大动臂[3]弯曲部前上方与小动臂[2]尾端之间安装有小动臂液压缸部件[30]，小动臂[2]中上部与摇杆[32]之间连有收油器液压油缸[33]，摇杆[32]与漏油回收装置[1]的连接加强部件[38]铰链连接。

6.根据权利要求1所述的一种管道泄漏控制装置，其特征是所述漏油回收装置[1]包括收油管支架部件[24]、收油管[25]、收油罩[35]、防护爪[36]、针状尖峰[37]、油液收集管[39]和连接加强部件[38]，锥形直筒状收油罩[35]的细端接油液收集管[39]，油液收集管[39]接由收油管支架部件[24]固定的收油管[25]，粗口周边间隔安装多个防护爪[36]，防护爪[36]之间密布针状尖峰[37]，收油罩[35]外周固连有连接加强部件[38]。

7.根据权利要求1所述的一种管道泄漏控制装置，其特征是所述电缆收放系统[10]是由防爆电机[12]驱动防爆型电缆卷筒。

8.根据权利要求1所述的一种管道泄漏控制装置，其特征是所述液压系统[6]包括两液压泵、两液压马达、大动臂液压缸部件[34]、小动臂液压缸部件[30]、收油器液压油缸[33]、清障支撑油缸[23]、左右行走系统及若干电磁换向阀、单向节流阀、液控换向阀、吸油单向阀、溢流阀、三位四通换向阀，大动臂液压缸部件[34]、小动臂液压缸部件[30]、收油器液压油缸[33]、清障支撑油缸[23]各由一只三位四通换向阀控制；左右行走系统为双液压泵供油回路，采用性能参数完全相同的双联液压泵和性能参数完全相同的两个行走液压马达，一个泵单独为一个液压马达供油。

9.根据权利要求1所述的一种管道泄漏控制装置，其特征是所述监视系统[5]包括摄像头支架[26]、摄像头部件[27]、防爆投光灯[29]、投光灯支架[28]和可燃气体检测仪，摄像头支架[26]和投光灯支架[28]安装在小动臂液压缸部件[30]上，摄像头部件[27]安装在摄像头支架[26]上，防爆投光灯[29]安装在投光灯支架[28]上。

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