摘 要

疏浚管道内壁面对输送物质的冲击磨损腐蚀，外壁需要经受海水、波浪的冲击以及海洋微生物的腐蚀，工作环境十分恶劣。而且疏浚土质的多样性和现有磨损监测手段的缺乏，使得管道磨损实际情况难以准确获知，有时为了稳妥起见，在钢管远未达到报废寿命之前，就将其整个管线进行更换，带来了材料的极大浪费。为了减少材料浪费，降低爆管风险，本课题利用超声测厚原理、GPRS远程通信、水下密封技术等，在现有的钢管基础上，通过增加超声波远程测厚模块，配合上位机客户端软件，研发一种具有远程磨损监测功能的疏浚钢管，磨损监测点的位置可以根据不同的工况进行调整，适应性极广。项目涉及泥砂管道输送机理、疏浚管道磨损机理、超声捕捉测厚技术、单片机控制技术、远程通信技术和水下密封技术等多个领域的机理研究和技术突破。

【关键词】磨损监测、远程监控、传输网络

Abstract

The inner wall of the dredging pipe faces the impact wear and corrosion of the conveying material. The outer wall needs to be subjected to the impact of sea water and wave and the corrosion of marine microorganisms. The working environment is very bad. And the diversity of dredged soils and the lack of means of existing wear and tear monitoring make it difficult to accurately understand the actual situation of pipe wear. Sometimes, for the sake of safety, the entire pipeline is replaced before the steel pipe is far from its life expectancy. The great waste. In order to reduce the waste of materials and reduce the risk of bursting, this topic uses the principle of ultrasonic thickness measurement, GPRS remote communication, underwater sealing technology, etc., on the basis of existing steel pipe, by adding ultrasonic remote thickness measurement module, with the host computer client software , Research and development with a remote wear and tear monitoring function of dredged steel pipe, wear monitoring point of the location can be adjusted according to different conditions, a very wide adaptability. The project involves the mechanism of mud transport mechanism, the mechanism of dredging pipe wear, ultrasonic capture thickness measurement technology, SCM control technology, remote communication technology and underwater sealing technology and other fields of research and technological breakthroughs.

【Key words】 wear monitoring、remote monitoring、transmission network

目录

第一章 绪论 1

1.1简要介绍磨损 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1疏浚管道磨损研究 2

1.2.2管道壁厚监测研究 3

1.2.3管道磨损的软件研究 4

第二章 磨损检测系统设计 7

2.1磨损检测方法确定 7

2.2超声波测厚仪原理 8

第三章 不同管道部位的监控节点选择 10

3.1计算几何模型和泥浆物性参数 10

3.2数值模拟结果及分析 11

3.3压力分布情况 11

3.4速度分布情况 12

3.5冲击角度 13

3.6冲击磨损 14

3.7小结 15

第四章 监控网络系统设计 16

4.1 WSN 子网结构 17

4.2 GPRS 网络结构 17

4.3硬件设计 17

4.3.1系统节点设计 17

4.3.2双射频接口设计 18

4.3.3 GPRS 模块接口设计 19

4.3.4传感器接口设计 19

4.3.5电源管理部分的设计 20

4.3.6系统协议 20

4.3.7远程计算机客户端设计 21

4.3.8低功耗设计 21

4.3.9小结 21

第五章 结论与展望 22

参考文献 23

致谢 24

第一章 绪论

1.1简要介绍磨损

磨损是造成机件失效、缩短使用寿命的主要因素。磨损不仅是零件的一种失效形式,也是导致其它后续失效的初始原因。磨损碎屑会造成其它零件表面损伤、润滑油污染与油路堵塞;零件配合因磨损使间隙增大、增加机械振动、冲击和疲劳破坏。磨损的直接后果是使机械装备的使用性能和精度下降,如降低机床加工精度和产品质量,造成内燃机压缩损失和能量损失、从而降低输出功率。不仅如此,当机件磨损累积到一定程度后可能酿成突然事故,使人身安全和设备装置蒙受巨大损失。

磨损造成的经济损失是巨大和惊人的。H.P.Jost认为,因没有很好的利用摩擦学知识,英国每年损失约5.15亿英镑,约占当时英国国民经济总产值的1%;美国1981年统计,由于磨损造成的损失每年高达1000亿美元,其中材料消耗200亿美元,相当于当时材料年产量7%;原联邦德国1976年每年损失100亿马克;前苏联机械制造业由于磨损每年损失100一120亿卢布。实际上,摩擦磨损除造成直接经济损失外,还应加上间接损失,如辅助维修费用、停机损失、备件储存费用以及产品质量原因导致的工作效率降低等损失^[1]。

磨损的主要方式包括粘着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损,其中以磨粒磨损所造成的经济损失最严重。T.S.Eyer估计,磨粒磨损在整个磨损中所占的比例达50%。据我国1985年的不完全统计,在冶金矿山、建材、煤炭电力、农业机械等5个部门中,由于钢制机件与土砂、矿石、水泥和煤炭等物料接触中所造成的磨粒磨损,磨耗了200万吨钢材备件,价值40亿元，磨损总计损失可达150亿元以上。利用现有的科学技术,完全有可能降低这类经济损失。