內(nèi)固化高壓玻璃鋼管制造工藝及技術(shù)研究.pdf

1、二十世紀(jì)六十年代美國(guó)首先研制出高壓玻璃鋼管道,并替代鋼管用于石油集輸管路,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。我國(guó)在三次采油的初期從國(guó)外引進(jìn)高壓玻璃鋼管,以解決聚合物對(duì)鋼管的腐蝕問(wèn)題。為打破國(guó)外壟斷,填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白,開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高壓玻璃鋼管生產(chǎn)線(xiàn)就成為我國(guó)玻璃鋼管行業(yè)迫切需要解決的課題。
　　 目前,我國(guó)生產(chǎn)高壓玻璃鋼管的方法是用三臺(tái)獨(dú)立的設(shè)備進(jìn)行管道纏繞,固化和脫模,采用外固化工藝進(jìn)行管道固化,這增加了設(shè)備成本和生產(chǎn)成本,

2、而且管道固化效率低、質(zhì)量差。而內(nèi)加熱式固化則是將浸漬樹(shù)脂的纖維纏繞在可加熱的金屬芯模外面,模腔中的熱能通過(guò)金屬管壁可直接傳給纖維樹(shù)脂層,這種工藝可極大地提高固化效率和質(zhì)量。
　　 本文以傳統(tǒng)的高壓玻璃鋼管生產(chǎn)技術(shù)為基礎(chǔ),將蒸汽加熱芯模技術(shù)引入到高壓玻璃鋼管固化工藝,研制了僅用一臺(tái)機(jī)床就能完成高壓玻璃鋼管纏繞、固化和脫膜三道工序的制造系統(tǒng)。該系統(tǒng)將傳統(tǒng)的纏繞和脫模設(shè)備合為一體,采用內(nèi)部可通飽和水蒸汽,冷卻水和壓縮空氣的中空芯軸實(shí)現(xiàn)

3、管道的纏繞、內(nèi)加熱固化、冷卻和吹掃工藝。
　　 為深入研究復(fù)合材料固化成型時(shí)內(nèi)部變化歷程,分析其機(jī)理,本文針對(duì)玻璃鋼管固化中同時(shí)存在且相互聯(lián)系的四方面歷程:熱化學(xué)歷程、纖維運(yùn)動(dòng)歷程、氣泡活動(dòng)歷程和應(yīng)力應(yīng)變歷程進(jìn)行了分析,根據(jù)四方面歷程建立了四個(gè)模型。熱化學(xué)模型描述管道固化過(guò)程中溫度、固化度和固化反應(yīng)速率的關(guān)系及其變化；纖維運(yùn)動(dòng)模型描述固化過(guò)程中纖維的張力變化、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和各時(shí)刻的位置；應(yīng)力模型給出管體內(nèi)的應(yīng)力和應(yīng)變的分布:氣泡活動(dòng)

4、模型描述了固化過(guò)程中管體內(nèi)氣泡的形成、變化和運(yùn)動(dòng)機(jī)理。這些模型為科學(xué)地設(shè)計(jì)和優(yōu)化玻璃鋼管道纏繞和固化工藝提供了理論依據(jù)。
　　 固化工藝曲線(xiàn)的選擇和設(shè)計(jì)是影響管道質(zhì)量的重要因素,但是管道固化過(guò)程涉及到熱傳導(dǎo)和放熱性化學(xué)反應(yīng)兩個(gè)方面,是一個(gè)復(fù)雜的耦合過(guò)程。本文根據(jù)建立的熱化學(xué)模型,采用有限元法實(shí)現(xiàn)了管道固化過(guò)程中溫度和固化度的分布及其變化規(guī)律的數(shù)值模擬研究,采用質(zhì)量集中技術(shù)提高求解的精度和穩(wěn)定性,采用自適應(yīng)時(shí)間步控制提高求解效率。

5、以有限元軟件ANSYS和APDL為平臺(tái)開(kāi)發(fā)了管道固化過(guò)程的數(shù)值模擬程序,對(duì)高壓管道固化過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬和分析,為固化制度的設(shè)計(jì)提供了一種有效的分析工具。
　　 纏繞工藝方面提出了基于電子齒輪的控制方式實(shí)現(xiàn)纏繞機(jī)的同步運(yùn)動(dòng)控制,該控制方式將傳統(tǒng)的數(shù)控纏繞機(jī)的兩軸伺服控制簡(jiǎn)化為單軸伺服跟蹤控制。設(shè)計(jì)了基于DSP和CPLD的能實(shí)現(xiàn)變齒輪比控制的位置同步運(yùn)動(dòng)控制器。采用自適應(yīng)模糊PID控制策略實(shí)現(xiàn)小車(chē)跟蹤主軸的同步運(yùn)動(dòng)控制,基于MAT

6、LAB的仿真表明,與常規(guī)PID控制器相比較,模糊PID控制器能提高控制系統(tǒng)的魯棒性和動(dòng)靜態(tài)性能。
　　 本課題研制的內(nèi)加熱式高壓玻璃鋼管生產(chǎn)線(xiàn)已應(yīng)用于大慶漢維長(zhǎng)垣高壓玻璃鋼管道有限公司,取得了良好的應(yīng)用效果。對(duì)兩種不同工藝生產(chǎn)的管道性能對(duì)比試驗(yàn)表明:內(nèi)固化生產(chǎn)的管道性能優(yōu)于外固化管道,內(nèi)固化管的彈性極限比外固化管提高了8.12％,爆破壓力提高了8.50％。實(shí)踐證明,內(nèi)固化工藝實(shí)現(xiàn)了高壓玻璃鋼管快速、高效的工業(yè)化制造,結(jié)束了我國(guó)不