一种旋转刮管器结构设计与模拟分析

为解决海上油气田生产过程中由于洗井不干净导致地层被污染、产量降低,严重影响作业效率、增加作业成本和作业难度的问题,采用结构设计和模拟验证相结合的方法,研制了一套可旋转式刮管器,通过多次现场作业测试,各项性能参数稳定可靠,目前已完全替代进口产品。

刮管涂衬技术在旧管道改造中的应用

介绍了刮管涂衬环氧树脂方法在常州市某小区旧管道修复工程中的应用,介绍了施工过程和注意事项。探讨了该类非开挖技术在管道敷设中的适用条件并和常规工程进行简单对比。改造后管道水力条件明显改善。经济评价表明该方法施工费用比传统换管方法高。

可变径刮管器的评价及应用

针对海上油气田常用的生产套管尺寸,设计了新型可变径刮管器,利用板簧的压缩实现刮刀片收回,改变自身形态适应套管尺寸,采用2组刀片、每组10片的环形分布实现全周向覆盖,刮刀片两端大角度倒角,并与板簧采用燕尾槽、固定销、弹性挡圈的组合连接方式。对板簧力学性能、套管刮削效果、套管内操作测试进行了室内实验评价,结合试验井的综合评价,验证了可变径刮管器安全可靠。现场应用表明,该工具结构合理、性能可靠、经济实用,解决了不同尺寸套管刮削效率低的问题。

旋转刮管器刮刀结构改进与性能测试

刮管器是套管清洁的重要工具,现有旋转刮管器刮刀与板簧采用燕尾槽结构相连,存在燕尾槽关键尺寸公差偏大、燕尾槽部位应力集中易造成疲劳的问题,同时刮刀有效渗碳厚度过低导致刀片不耐磨。为了改进刮管器的缺陷,对刮管器板簧和刮刀的连接方式进行了优化,将板簧与刮刀进行一体式设计,对刮刀的处理工艺进行改进,利用激光淬火/高频淬火增加刀片表面处理厚度,提升刀片表面耐磨性。应力集中测试、疲劳测试、弹力测试和刀片耐磨性测试等试验结果表明,改进后的刮管器不存在应力集中现象,结构不易变形,采用新处理工艺的刀片耐磨性得到显著提升。

可变径刮管器结构设计及测试

针对目前海上油田刮管器不同尺寸套管无法通用、工作效率差的现状,研究设计了适用于159.4~220.5 mm(7"~9(5/8)")内径套管的可变直径刮管器。该工具设计了一个弓形的板簧,使其可以适用不同直径的套管。通过对弓形板簧结构的工作状态及支反力进行理论计算和仿真计算分析,得出该板簧表面的最大等效应力及支反力随压缩程度的线性变化规律。实验测试发现:板簧的支反力随压缩距离线性增加,当压缩达到50 mm时,板簧的支反力为1 250 N。数值模拟结果、理论分析计算结果与实验测试结果分别相差9.36%和3.2%。实验和现场应用表明,可变径刮管器使用效果良好,研究结果有利于新型变径刮管器的设计和研究。

刍议井下作业施工中压裂及通井刮管技术

石油井下作业涉及修井、作业、压裂三大作业板块，作业风险大，井喷事故易发。压裂是利用液体传递压力作用，用压裂车组将具有一定粘度的液体以高压大排量沿井筒注入油气层，在井底附近憋起高压，油气层就会在最薄弱的地方开始破裂形成一条或数务裂逢，之后继续注入支撑剂扩展裂缝并使之充填。形成一条具有足够长度、宽度和高度的填砂裂缝。通井是清除套管内壁上的杂物或毛刺，验证套管状况，核实人工井底深度，确保射孔或下其它大直径工具安全进行。刮管是清除水泥块和硬化钻井液、石蜡、结垢等，清除射孔毛刺；清除下钻头或打捞工具可能造成的撞击磕碰而在套管内壁上形成的致密的斑点等。

自制刮管机刮削质量优化改进

为进一步提高管坯刮削效率,需对原有刮管机刮削速度进行提升,提升刮削速度后发现刮削管坯表面质量差,故对刮管机各系统进行分析与改造,以在实现快速刮削的基础上提高管坯表面刮削质量。

超长柔性悬挂固体充填刮板输送机异常工况表征及自主调控方法

固体充填刮板输送机是固体充填开采技术的关键装备,其高效智能化的程度制约着固体智能充填开采技术的进步,暂难突破超大采长、大功率、高可靠性的瓶颈,运行状态受地质条件、充填工艺等主控因素影响显著,异常工况自主调控问题亟待解决。总结了固体充填刮板输送机特征;构建了固体充填刮板输送机位姿形态与运输状态表征方法;通过分析异常工况的形成机理,选取异常工况判别指标,结合位姿与运输状态表征方法,给出了其空间位姿、牵引状态等异常工况判别准则与典型异常工况的调控路径,揭示了多工况状态下固体充填刮板输送机运载调控机制,提出了实时调控充填材料运输量、直线及水平程度组合的异常工况自主调控方法。全国首个260 m工作面长固体充填工程案例表明:通过异常工况自主调控,平均最大水平偏移距每减少100 mm,刮板链牵引力可减少85 kN,输送功率损耗可减少55 kW;平均最大垂直偏移距每减小100 mm时,输送功率损耗可减少7.2 kW;单位长度货载运量每减少100 kN/m,刮板链牵引力可减少31.9 kN,输送功率损耗可减少38.2 kW。所提出的异常工况自主调控方法可显著提升固体充填刮板输送机的输送效能,可助力实现固体智能充填开采。

65m大跨距桥式刮板取料机设计研究

随着我国工业化发展,市场对大跨度桥式刮板取料机需求强烈,但我国多年来设备跨度一直未超过50m。本文针对65m大跨度桥式刮板取料机的桥梁、料耙以及整机同步性等问题进行分析,采用分体式双料耙装置,实现全断面取料;采用应力应变叠加的分析方法来计算桥梁的强度、刚度和预拱值,实现桥梁强度、刚度和变形量的最佳匹配;运用编码器的感应灵敏,钢丝绳测量轮与传感器同轴联动,解决两侧端梁行走机构的动态感知和智能纠偏问题。通过上述方案,解决了传统设备结构质量大,轨道轮压大,土建成本和运行能耗随之增加等问题,实现了动态感知、智能纠偏和无人值守功能。

刮板输送机技术发展历程(一)——国外技术

刮板输送机是井下采煤工作面的“脊梁”装备,它经历了6次技术变革,持续推动采煤工艺变革及生产效率持续提升。刮板输送机第1次技术变革发生于1900-1940年,诞生了可拆卸刮板输送机,煤矿开启半机械化开采时代;第2次技术变革产生于1940-1950年,创制了可弯曲刮板输送机,煤矿进入机械化开采时代;第3次技术变革形成于1950-1985年,创设了可自移刮板输送机,煤矿跨入综合机械化开采时代;第4次技术变革出现在1985-2000年,已发展成为重型化刮板输送机,煤矿走向高产高效综采时代;第5次技术变革形成于2000-2010年,研发出自动化刮板输送机,煤矿迈向数字化综采时代;第6次技术变革始于2010年,创新推出智能化刮板输送机,煤矿开启少人化智采时代。英国和德国为刮板输送机初创做出巨大贡献,研制出多种早期的刮板输送机机型。苏联对刮板输送机的系列化,以及对机械化采煤机的配套起到重要的创新推动作用。在此基础上,1954年,英国把安德顿滚筒采煤机与垛式支架、可弯曲刮板输送机组合为综合机械化采煤机组,建成世界上第一个综采工作面。21世纪以来,世界煤炭开采的重心逐步转向我国,国外刮板输送机研发与制造影响力逐年衰减,我国逐渐成为刮板输送机的制造强国。

刮板输送机技术发展历程(四)——智能化成套装备

采煤工作面机器人群包括智能刮板输送机,它不仅要自适高效输送煤流而且要引导智能采煤机沿着工作面截割煤炭、牵引智能液压支架安全支护岩层顶板,因此刮板输送机智能性直接影响采煤机组智能性。认为,断链监测与保护技术、链张力实时感控技术、煤流量在线监测技术和机身自动调直技术是智能刮板输送机的关键感控要素,目前这些技术已达到成熟应用,为刮板输送机无人化运行提供了重要保障。自2010年起,我国刮板输送机智能化技术创新加速,研发成功超大功率、超长运距智能刮板输送机,以此构建了超级智采工作面。指出,未来刮板输送机永磁电机智能驱动、智能力感刮板链、全耐磨整体成型中部槽、数字孪生控制系统将成为新一代高级智能刮板输送机的发展方向,进而推进煤矿智采工作面进入高级智能化层次。

不刮瓦轴承的两个基础理论及其实例计算分析

不刮瓦轴承在我国水泥工业应用中存在两个问题:一是对其形成楔形间隙的必要性和重要性的认识模糊甚至存在疑虑;二是担心管磨机主轴承球面瓦的巴氏合金轴瓦会被压坏。为消除当前不少人对不刮瓦轴承技术的疑虑和担心,通过对不刮瓦轴承两个基础理论及其实例计算进行分析,得出结论:(1)不刮瓦轴承即无负荷时轴颈与轴瓦接触角φ=0的滑动轴承,是一种当前最先进的滑动轴承;(2)在管磨机中,水泥磨机主轴承轴瓦的负荷是最大的或者说是最重的,经过实例计算表明其安全系数n最小者竟然大于10,表明巴氏合金轴瓦是绝对不会被压坏的。

基于ABAQUS刮板链轮有限元分析及优化

以石窑店矿业有限公司所用刮板输送机链轮为研究对象,分析了可能对链轮疲劳破坏产生影响的因素。采用SolidWorks进行刮板链轮链环模型的创建,使用ABAQUS软件进行链轮的有限元仿真,得到了链轮链环应力集中区域。为了研究不同因素影响刮板链轮疲劳破坏的重要程度,进行了“4因素、3水平”正交试验,对试验结果进行了极差与方差分析。结果表明:齿根圆弧半径是影响链轮疲劳破坏的关键因素,而齿形圆弧半径、短齿厚度和链窝弧半径对链轮疲劳破坏的影响较小。

基于“祛腐生肌”理论应用搔刮疗法治疗后马蹄型肛周脓肿的临床效果

目的:观察基于“祛腐生肌”理论应用搔刮疗法治疗后马蹄型肛周脓肿的临床疗效。方法:选取2021年4月—2023年4月淮安市中医院肛肠科住院部收治的80例后马蹄型肛周脓肿患者作为研究对象,按随机数表法分为对照组与治疗组,各40例。对照组术后采用传统换药法治疗,治疗组术后采用搔刮祛腐联合垫棉坐压换药法治疗,对比治疗效果。结果:治疗组治疗总有效率高于对照组;治疗组对口引流腔闭合成功率高于对照组,对口引流腔闭合时间短于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论:基于“祛腐生肌”理论应用搔刮疗法治疗后马蹄型肛周脓肿的临床疗效显著,患者术后疗效提升,创面恢复好。

具有复杂纹理的木板表面刮痕缺陷检测模型

为提高木板加工生产线自动化水平,基于Faster RCNN提出一种木板表面刮痕缺陷检测模型,识别和定位不同纹理背景下的木板表面刮痕缺陷。图像预处理阶段提出改进双边滤波算法,在保持刮痕细节特征的同时对纹理背景进行平滑处理;提出灰度自适应刮痕生成方法进行数据增强处理。引入可形变卷积增强模型特征提取能力,使用旋转包围框标注并提出新的包围框回归损失函数,解决水平包围框中刮痕缺陷占比远小于纹理背景的问题。通过实际木板加工生产线采集的图像验证了提出模型的有效性,并将提出的模型与其他缺陷检测方法进行了对比测试,结果证明了所提模型的优越性。

刮板输送机多永磁电机串联驱动新模式及关键技术

装备智能化是煤炭行业高质量发展的必然趋势,伴随着煤矿超大采高、超长工作面的建设,刮板输送机不断朝着重型长运距的方向发展,并且永磁直驱已逐渐取代“异步电机+减速器”成为刮板输送机的主要驱动方式,而传统双驱动刮板输送机存在停机率高、煤流分布不均且能耗大、跟踪性能差的问题,尤其长运距下链条张力波动大造成驱动电机电路涌动,已成为制约我国刮板输送机智能化发展的主要难题。根据刮板输送机面临的主要问题和发展需求,提出了刮板输送机多永磁电机串联“驱动-传动”输送新模式,并阐述了多永磁电机串联驱动刮板输送机这一研究领域涉及的关键技术研究现状,包括刮板输送机故障诊断与状态识别技术、多电机串联驱动“机-电”耦合动力学特性、多永磁电机同步控制技术、多智能体自适应协同控制,对于多驱动刮板输送机的设计研发具有一定的适应性和借鉴性;针对刮板输送机多永磁电机串联驱动系统研究面临的难题,将该系统分为4项关键科学技术:①多驱动刮板输送机新构型设计;②多驱动刮板输送机非线性机-电耦合动力学建模;③多驱动刮板输送机链条张力脉动与主动控制;④串联驱动刮板输送机主动容错与自适应协同控制;从结构设计与优化、整机运维控制实现刮板输送机多永磁电机串联驱动系统技术攻关,提高刮板输送机的智能化水平,促进煤机高端装备的水平和发展。

煤矿刮板输送机用永磁同步电机的设计与分析

矿井下工作环境恶劣,传统的刮板机驱动系统主要采用异步电机配合减速器一起使用的方式,其缺点是设备体积较大,发热严重,存在电机内腔容易积水的问题。采用永磁同步电机直驱技术取代传统驱动方式,对刮板输送机用永磁直驱电机进行额定参数选取,完成电磁方案设计,同时在有限元软件中进行仿真。通过对比不同极槽配合下电机的齿槽转矩和过载能力,最终确定更优的刮板输送机用永磁同步电机方案。

基于MatDEM的易贡滑坡铲刮效应研究

以易贡滑坡—碎屑流为背景,针对滑坡—碎屑流形成过程复杂、铲刮作用机制难以分析等问题,基于MatDEM离散元软件,研究铲刮作用对易贡滑坡形成的影响。通过获取的高程数据,根据真实的地形地貌,利用MatDEM软件1:1构建易贡滑坡三维地质模型,并通过内置功能训练参数,实现了宏微观参数的转化。将易贡滑坡分为局部铲刮和全过程铲刮2种情况,设立对照组进行分别讨论,研究坡的不同区域发生铲刮和全过程发生铲刮对易贡滑坡形成的影响,取得以下认识:局部区域发生铲刮时,崩滑体对基层物质有抬升隆起作用,基层物质获得巨大动能,速度瞬间增大;在坡中下部发生铲刮,会增大滑体的速度,在坡前缘发生铲刮,会推挤着前缘物质向前运动称之为“犁耕”效应;滑坡发生铲刮作用,会显著增加滑体的速度,促进滑坡—碎屑流的形成,造成更大的危害。研究结果为滑坡—碎屑流的形成分析提供参考。

膝关节骨巨细胞瘤刮除填充术后继发骨关节炎的危险因素分析及预测模型的建立

目的:分析膝关节周围骨巨细胞瘤(giant cell tumor of bone, GCTB)局灶刮除联合填充术后出现骨关节炎的危险因素,建立预测模型并进行验证。方法:2017年7月至2022年7月,回顾性分析我院骨科收治的膝关节周围GCTB患者的临床资料,根据术后是否继发骨关节炎,将患者分为有骨关节炎组和无骨关节炎组。对两组患者的年龄、性别、肿瘤位置、Campanacci分级、视觉模拟评分(visual analogue scale, VAS)、美国骨肿瘤协会(Musculoskeletal Tumor Society, MSTS)功能评分、软骨下是否植骨、软骨下残留骨厚度、肿瘤横断面百分比进行单因素分析和多因素Logistic回归分析,通过绘制列线图建立预测模型并进行模型内部验证,通过ROC曲线下面积(area under the ROC curve, AUC)和校准曲线评价列线图预测模型的预测效能,最终使用决策曲线分析(decision curve analysis, DCA)和临床影响曲线(clinical impact curve, CIC)评估该模型的临床效用。结果:共纳入87例患者,平均年龄(34.9±9.6)岁(18~54岁),随访时间为17~68个月,平均40个月。无骨关节炎组64人,有骨关节炎组23人。单因素Logistic回归分析显示,两组患者的年龄、性别、肿瘤位置、Campanacci分级、VAS评分、MSTS评分比较差异均无统计学意义(P均>0.05);而两组软骨下是否植骨、软骨下残留骨厚度、肿瘤横断面百分比比较差异均有统计学意义(P均<0.05)。多因素Logistic回归分析显示,软骨下是否植骨、软骨下残留骨厚度、肿瘤横断面百分比是术后继发骨关节炎的独立危险因素。通过绘制列线图建立预测模型并进行模型内部验证,模型的表观曲线与校准后的偏差曲线吻合较好,预测模型的AUC为0.827(95%CI:0.743~0.911)。DCA曲线显示,在0~0.5的阈值区间具有最大效益。CIC曲线表明,预测模型可以在阈值概率范围内有效区分出膝关节周围GCTB术后继发骨关节炎的高危患者。结论:基于软骨下是否植骨、软骨下残留骨厚度、肿瘤横断面百分比建立的列线图预测模型可以准确预测术后继发骨关节炎的风险概率,有助于早期识别高危人群并施以提前干预措施以延缓软骨的损伤并改善患者的预后。

500m超长工作面刮板智能输送技术研究

在中厚煤层开采领域,超长工作面智能开采是煤炭开采技术的发展趋势,而智能运输是其重要组成部分。在总结现阶段国内400~450 m工作面智能开采中刮板运输系统问题的基础上,探索了500 m超长工作面智能刮板输送系统装机功率与运量合理匹配的方法,提出了解决500 m超长工作面刮板运输技术难题的可行性方案。基于综采三机选型配套技术方案及2000 kW以上高端传动系统的应用实践,研制了国产2500 kW大功率变频一体智能传动系统,包括变频一体电机、减速器、限矩器等,关键技术、关键部件均实现了国产化。为解决因传动装置重心位置后移、中部槽槽宽参数不变,不利于端头设备顺利推移的技术难题,研究了中等槽宽配置大功率传动装置的防偏沉技术,建立了机头(尾)推移部多工况推移模型,并对推移部进行了结构优化,解决了因传动装置偏沉造成机头整体失衡、漂溜严重、推移难度加剧的问题。针对刮板链断链后,中部槽内煤量负荷较大时,液压马达难以带动、断链事故处理较为困难的问题,选用了大扭矩数字液压马达并研制了数字马达控制系统,减小了维护刮板链的工作强度。基于刮板运输设备安全运行对链条进行实时变形补偿的需求,提出了500 m运距链条张紧控制策略,开发了运行过程中链条张紧度随负荷梯度智能调节技术,解决了500 m运距链条弹性变形的动态补偿问题,并通过在机尾架盖板上端加装AI高清摄像仪来实现对链条运行状态的实时检测,为工作人员对链条运行状态的实时掌控提供了便利。此外,为了提高伸缩机尾对多种复杂工况的适应性,确保其在使用周期内能够伸缩自如,提出了从结构、材料、制造工艺三方面来提高伸缩机尾的强度和刚度的技术方案,并研制了液压缸防护罩、伸缩机尾滑道自动冲洗系统,进一步提升了伸缩机尾的可靠性。井下现场工业性试验表明:该设备运量与装机功率匹配合理,2500 kW变频一体智能传动系统占用空间较小、传递扭矩精准,斜推式机头(尾)推移部稳定可靠,数字液压马达处理断链问题方便省力,伸缩机尾按负荷分梯度自动张紧时未出现卡滞,保障了煤炭的安全、高效运输,为500 m超长工作面智能开采提供了技术保障。