本發(fā)明屬于油氣管道裝備應(yīng)用領(lǐng)域。具體涉及一種油氣管道內(nèi)檢測(cè)器用速度控制器及速度控制實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

油氣管道內(nèi)檢測(cè)器在管道內(nèi)進(jìn)行清管和檢測(cè)作業(yè)時(shí)，依靠輸送介質(zhì)的壓差提供動(dòng)力。管道內(nèi)檢測(cè)器在管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)直接影響清管的效率及檢測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性，當(dāng)管道內(nèi)檢測(cè)器運(yùn)行速度太快，會(huì)導(dǎo)致清管不徹底，易造成部分管段檢測(cè)數(shù)據(jù)丟失，管道內(nèi)檢測(cè)器沖擊力較大且皮碗磨損嚴(yán)重；當(dāng)管道內(nèi)檢測(cè)器運(yùn)行速度太慢，這會(huì)導(dǎo)致清管作業(yè)及檢測(cè)效率低。根據(jù)《長(zhǎng)輸油氣管道清管作業(yè)規(guī)程》，管道機(jī)器人的最佳運(yùn)行速度為3m/s5m/s。管道內(nèi)檢測(cè)器在通過(guò)管道彎曲段、上下坡段及管道變形處等速度會(huì)發(fā)生較大變化，清管器和常規(guī)管道內(nèi)檢測(cè)器都無(wú)法滿(mǎn)足速度可靠控制的要求。

國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的油氣管道內(nèi)檢測(cè)器速度控制方式主要是步進(jìn)電機(jī)控制旋轉(zhuǎn)旁通閥的方式，這種方式是通過(guò)里程輪或者其他傳感器來(lái)采集管道內(nèi)檢測(cè)器的瞬時(shí)速度，通過(guò)PID閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)其信號(hào)進(jìn)行處理分析，再通過(guò)步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制旋轉(zhuǎn)旁通閥的開(kāi)度，從而改變管道內(nèi)檢測(cè)器前后壓差，以此來(lái)調(diào)整管道內(nèi)檢測(cè)器推動(dòng)力的大小，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)管道內(nèi)檢測(cè)器運(yùn)行速度的可靠控制。但是這種控制方式存在很多弊端。首先，里程輪經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)“打滑”現(xiàn)象，會(huì)造成采集瞬時(shí)速度等數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，而如果采用高精度傳感器，這會(huì)大大增加其成本；其次，管道內(nèi)檢測(cè)器在通過(guò)管道彎曲段、上下坡段及管道變形處等特殊管道時(shí)，速度會(huì)發(fā)生較大變化，而閉環(huán)控制系統(tǒng)本身具有響應(yīng)速度慢的缺點(diǎn)，都會(huì)影響管道內(nèi)檢測(cè)器速度控制；再次，由于管道內(nèi)檢測(cè)器自帶蓄電池的電量有限，還為其他檢測(cè)設(shè)備提供能源，因此不適用于長(zhǎng)距離清管及管道檢測(cè)作業(yè)。因此，目前市場(chǎng)急需一種機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)速快、速度控制可靠性高的油氣管道內(nèi)檢測(cè)器用速度控制器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的：為了解決長(zhǎng)距離油氣管道內(nèi)檢測(cè)器速度可靠控制的難題，克服現(xiàn)有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)旁通控制方式對(duì)電源的依賴(lài)問(wèn)題，解決由于速度傳感器測(cè)量誤差帶來(lái)的管道內(nèi)檢測(cè)器調(diào)速滯后的問(wèn)題。針對(duì)以上現(xiàn)有管道內(nèi)檢測(cè)器存在的速度控制問(wèn)題，本發(fā)明提供一種適應(yīng)于長(zhǎng)距離輸油氣管道內(nèi)檢測(cè)器的速度控制器及速度控制實(shí)現(xiàn)方法。

本發(fā)明是一種油氣管道內(nèi)檢測(cè)器速度控制器及速度控制實(shí)現(xiàn)方法,其控制器的內(nèi)容包括：支撐組件A、驅(qū)動(dòng)組件B、調(diào)速組件C三部分。支撐組件A包括：圓柱筒8、后法蘭5、前法蘭18、后直板皮碗4、前直板皮碗20、后隔板3、前隔板21、螺栓6和長(zhǎng)螺栓19；驅(qū)動(dòng)組件B包括：葉輪1、葉輪保護(hù)架2和空心轉(zhuǎn)軸9；調(diào)速組件C包括：后連桿11、前連桿14、平衡塊13、拉伸彈簧12、彈簧固定套筒27、節(jié)流滑閥16、滑閥套筒15、滑槽26、后隔離套7和前隔離套17。

支撐組件A的特征在于：圓柱筒8一端安裝后法蘭5,另一端安裝前法蘭18,圓柱筒8、后法蘭5和前法蘭18對(duì)應(yīng)位置開(kāi)設(shè)8個(gè)孔徑相同的軸向通孔，且沿圓周方向均勻分布，并用8個(gè)螺栓6固定；后法蘭5外側(cè)安裝3個(gè)后直板皮碗4,后直板皮碗4之間及后直板皮碗4與葉輪保護(hù)架2之間安裝后隔板3，后法蘭5、后直板皮碗4、后隔板3和后隔離套7后的對(duì)應(yīng)位置開(kāi)設(shè)8個(gè)孔徑相同的軸向通孔，且沿圓周方向均勻分布，并用8個(gè)長(zhǎng)螺栓19固定；前法蘭18外側(cè)安裝3個(gè)前直板皮碗20，前直板皮碗20之間及前直板皮碗20外側(cè)安裝前隔板21，前法蘭18、前直板皮碗20、前隔離套17和前隔板21對(duì)應(yīng)位置開(kāi)設(shè)8個(gè)孔徑相同的軸向通孔，且沿圓周方向均勻分布，并用8個(gè)長(zhǎng)螺栓19固定。在前法蘭18、節(jié)流滑閥16和前隔離套17的對(duì)應(yīng)位置開(kāi)設(shè)6～8個(gè)相同的孔，此孔為節(jié)流孔24，并沿前法蘭18圓周方向均勻分布。在后法蘭5、后直板皮碗4和后隔板3對(duì)應(yīng)位置開(kāi)設(shè)6～8 個(gè)孔徑相同的軸向通孔，并沿圓周方向均勻分布，此通孔為后法蘭泄流孔32。在前法蘭18、前直板皮碗20和前隔板21對(duì)應(yīng)位置開(kāi)設(shè)6～8個(gè)孔徑相同的軸向通孔，并沿圓周方向均勻分布，此通孔為前法蘭泄流孔23。節(jié)流孔24的長(zhǎng)度及寬度、前法蘭泄流孔23和后法蘭泄流孔32的直徑大小可根據(jù)油氣管道內(nèi)檢測(cè)器的尺寸大小，管道內(nèi)介質(zhì)的不同，及管道內(nèi)介質(zhì)的壓力、流量及速度大小的不同來(lái)確定。

驅(qū)動(dòng)組件B的特征在于：葉輪保護(hù)架2沿圓周方向開(kāi)設(shè)8個(gè)通孔，使其和后隔板3、后直板皮碗4、后法蘭5、后隔離套7通過(guò)8個(gè)長(zhǎng)螺栓19連接。葉輪1和空心轉(zhuǎn)軸9之間通過(guò)螺紋連接，空心轉(zhuǎn)軸9一端分別和后法蘭5的中心孔通過(guò)2個(gè)角接觸球軸承連接，和后隔離套7通過(guò)1個(gè)深溝球軸承連接，另一端和前法蘭18之間通過(guò)1個(gè)角接觸球軸承連接。空心轉(zhuǎn)軸9的一端開(kāi)設(shè)6～8個(gè)轉(zhuǎn)軸徑向孔31，空心轉(zhuǎn)軸中心孔28和前法蘭中心孔22連通，這樣介質(zhì)會(huì)通過(guò)后法蘭泄流孔32進(jìn)入后隔離套內(nèi)腔30，再通過(guò)轉(zhuǎn)軸徑向孔31進(jìn)入空心轉(zhuǎn)軸中心孔28，然后進(jìn)入到前法蘭中心孔22，通過(guò)節(jié)流孔24進(jìn)入前隔離套內(nèi)腔25，然后介質(zhì)通過(guò)前法蘭泄流孔23流出。因此，圓柱筒8內(nèi)部形成密閉空間，沒(méi)有介質(zhì)流入且內(nèi)部承載空間大，可搭載精密檢測(cè)裝置。

調(diào)速組件C的特征在于：在空心轉(zhuǎn)軸9的連桿凸臺(tái)10上鉸接后連桿11,滑閥套筒15上鉸接前連桿14，后連桿11和前連桿14鉸接到平衡塊13；平衡塊13和彈簧固定套筒27之間用拉伸彈簧12連接，彈簧固定套筒27和空心轉(zhuǎn)軸9之間間隙配合，由于彈簧固定套筒27和空心轉(zhuǎn)軸9之間是間隙配合，彈簧固定套筒27既可繞空心轉(zhuǎn)軸9轉(zhuǎn)動(dòng)，又可沿其軸向移動(dòng)；滑閥套筒15和節(jié)流滑閥16之間設(shè)置2個(gè)角接觸球軸承，在前法蘭18后端的孔軸向?qū)?yīng)位置開(kāi)設(shè)6～8個(gè)相同的滑槽26，且沿圓周方向均勻分布；節(jié)流滑閥16安裝在前法蘭18的滑槽26內(nèi)，外部安裝前隔離套17，前隔離套17通過(guò)長(zhǎng)螺栓19固定到前法蘭18上。當(dāng)通過(guò)泄流孔的流量增大時(shí)，介質(zhì)流速增大，葉輪1帶動(dòng)空心轉(zhuǎn)軸9的轉(zhuǎn)速會(huì)增大，在離心力的作用下，平衡塊13會(huì)使拉伸彈簧12伸長(zhǎng)，帶動(dòng)滑閥套筒15運(yùn)動(dòng)，使節(jié)流滑閥16左移，進(jìn)而使得節(jié)流孔24面積減小，起到節(jié)流作用，管道內(nèi)檢測(cè)器前后壓差增加，達(dá)到調(diào)速的目的?？筛鶕?jù)油氣管道內(nèi)檢測(cè)器的尺寸大小、管道內(nèi)介質(zhì)的不同、介質(zhì)的壓力、流量及速度大小的不同，來(lái)確定調(diào)速機(jī)構(gòu)的組數(shù)，一般為4～8組，且沿空心轉(zhuǎn)軸9的圓周方向均勻分布。

各組件之間的連接特征在于：支撐組件A和驅(qū)動(dòng)組件B的連接是通過(guò)空心轉(zhuǎn)軸9和后法蘭5之間的2個(gè)角接觸球軸承連接，和后隔離套7是通過(guò)1個(gè)深溝球軸承連接；和前法蘭18之間通過(guò)1個(gè)角接觸球軸承連接。調(diào)速組件C和驅(qū)動(dòng)組件B的連接是通過(guò)前連桿14和空心轉(zhuǎn)軸9上的連桿凸臺(tái)10鉸接。調(diào)速組件C和支撐組件A的連接是通過(guò)滑閥套筒15和節(jié)流滑閥16之間的2個(gè)角接觸球軸承。

本發(fā)明所涉及一種油氣管道內(nèi)檢測(cè)器速度控制實(shí)現(xiàn)方法的特征在于：

圖2為葉輪1在管道中的運(yùn)行進(jìn)行模型簡(jiǎn)化，運(yùn)用動(dòng)量分析理論作為計(jì)算葉輪1推力和力矩的方法，其原理就是葉輪1將吸收的流體動(dòng)能轉(zhuǎn)換為自身的機(jī)械能。將葉輪1在管道中的運(yùn)行進(jìn)行模型簡(jiǎn)化，根據(jù)介質(zhì)經(jīng)過(guò)葉輪1時(shí)的流速可計(jì)算出葉輪1和驅(qū)動(dòng)組件B的轉(zhuǎn)速n。如圖3所示，并假設(shè)：1)葉輪1無(wú)偏航角、傾斜角和錐度角，簡(jiǎn)化為平面槳盤(pán)；2)葉輪1葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)無(wú)摩擦阻力；3)葉輪1模型簡(jiǎn)化為一單元流管，如圖3所示；4)葉輪1前后靜壓相等，即前后P_前＝P_后；5)作用在葉輪1上推力均勻分布；6)葉輪1后無(wú)尾流旋轉(zhuǎn)。

由圖2模型根據(jù)動(dòng)量方程，可得葉輪1軸向力計(jì)算式

F_軸＝m(v₁-v₂) (1)

式中：m為流經(jīng)葉輪1流體流量，v₁為介質(zhì)流經(jīng)葉輪1前的速度，v₂為介質(zhì)流經(jīng)介質(zhì)后的速度。

作用在葉輪1上軸向力與前后壓強(qiáng)關(guān)系為

F_軸＝A(P_前-P_后) (2)

式中，葉輪1轉(zhuǎn)動(dòng)平面面積為A，介質(zhì)流經(jīng)葉輪1前面的靜壓為P_前，介質(zhì)流經(jīng)葉輪1后面的靜壓為P_后。

根據(jù)伯努利方程，則有

通過(guò)葉輪1介質(zhì)流速為介質(zhì)通過(guò)葉輪1前后介質(zhì)流速平均值V_T。引入葉輪1處介質(zhì)速度軸向誘導(dǎo)因子α₁，得到

軸向誘導(dǎo)因子α₁可以表示成

α₁＝1-(V₁+V₂)/2V₁ (5)

若流經(jīng)葉輪1的介質(zhì)流體動(dòng)能全部被吸收，那么V₂＝0，軸向誘導(dǎo)因子

α₁取得最大值1/2時(shí)，那么實(shí)際中的α₁值必定在0～1/2之間。

由能量方程知，葉輪吸收介質(zhì)流體能量為經(jīng)過(guò)葉輪1前后介質(zhì)能量差，即葉輪1功率P：

式中，ρ為介質(zhì)密度。

將式(6)變?yōu)?/p>

P＝2ρAV_T³α₁(1-α₁²) (7)

式(7)中當(dāng)時(shí)，葉輪計(jì)算功率P出現(xiàn)極值：

P_max＝8ρAV_T³/27 (8)

相應(yīng)可得知，其功率系數(shù)也取得最大值，即

實(shí)際狀態(tài)下葉輪1后流場(chǎng)是旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，假設(shè)條件依然成立情況下，將葉輪1旋轉(zhuǎn)面進(jìn)行微分，可得

作用在整個(gè)葉輪1上的軸向力為

作用在葉輪1上的轉(zhuǎn)矩為：

由式(8)和式(11)可得調(diào)速組件B的轉(zhuǎn)速為

式中，R為葉輪1半徑。

圖3為驅(qū)動(dòng)組件B和調(diào)速組件C的簡(jiǎn)化模型。可根據(jù)驅(qū)動(dòng)組件B的某一瞬時(shí)轉(zhuǎn)速，計(jì)算出節(jié)流孔24的泄流面積，根據(jù)流量與壓差的關(guān)系，計(jì)算出管道內(nèi)檢測(cè)器前后壓力差，進(jìn)而計(jì)算出內(nèi)檢測(cè)器的推力大小。

當(dāng)空心轉(zhuǎn)軸9轉(zhuǎn)速為0時(shí),調(diào)速組件C的起始位置為ABC。取平衡塊13質(zhì)量為m，后連桿11和前連桿14的長(zhǎng)度均為a、后連桿11和前連桿14的質(zhì)量均為m_a，連桿凸臺(tái)10到滑閥套筒15的中心距離AC長(zhǎng)度為L(zhǎng)₀，空心轉(zhuǎn)軸9的外徑為R₀，連桿凸臺(tái)10的高度為b，彈簧固定套筒27的壁厚為b,拉伸彈簧12的自由長(zhǎng)度為X₀，彈性系數(shù)為k，節(jié)流孔24的寬度為c，運(yùn)行時(shí)間t。當(dāng)空心轉(zhuǎn)軸9在以角速度為ω旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于離心力的作用，調(diào)速組件C位置為AB'C',連桿凸臺(tái)10到滑閥套筒15的中心距離AC'長(zhǎng)度為L(zhǎng)_ω，拉伸彈簧12長(zhǎng)度為X_ω,節(jié)流孔的長(zhǎng)度為L(zhǎng)₀,節(jié)流滑閥16移動(dòng)距離C'C的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，每個(gè)節(jié)流孔24的開(kāi)口面積為S_ω。在管道內(nèi)檢測(cè)器內(nèi)部共有4組調(diào)速組件C和8個(gè)節(jié)流孔。

根據(jù)離心力公式可求得

在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，由于平衡塊13、后連桿11和前連桿14的重力對(duì)拉升彈簧11的影響非常小，可忽略不計(jì)，計(jì)算式(1)可簡(jiǎn)化為

由公式(14)可計(jì)算出節(jié)流滑閥16移動(dòng)距離C'C為

由公式(15)可近似計(jì)算出每個(gè)節(jié)流孔24的泄流面積為

若前法蘭泄流孔的流量為Q，管道流量系數(shù)為μ，泄流管路的結(jié)構(gòu)參數(shù)系數(shù)為K_r，介質(zhì)密度為ρ，管道內(nèi)檢測(cè)器前后壓差為ΔP，則有流量計(jì)算式為

由式(5)可近似計(jì)算出管道內(nèi)檢測(cè)器前后壓差為

若管道內(nèi)檢測(cè)器橫截面積為S，由式(18)，可計(jì)算出管道內(nèi)檢測(cè)器前后壓力差為

本發(fā)明具有的有益效果是：(1)通過(guò)葉輪旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)節(jié)流孔開(kāi)度，改變管道內(nèi)檢測(cè)器前后壓差，實(shí)現(xiàn)速度可控，其機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快，成本低，安全穩(wěn)定，可廣泛的應(yīng)用于管道清管器、管道智能檢測(cè)機(jī)器人等裝備。。(2)圓柱筒內(nèi)部的設(shè)備艙為密閉空間，沒(méi)有介質(zhì)流入，可承載精密檢測(cè)設(shè)備。(3)速度控制結(jié)構(gòu)不依賴(lài)蓄電池能源，可適用于長(zhǎng)距離石油管道清管及檢測(cè)作業(yè)。(4)本發(fā)明所涉及的油氣管道內(nèi)檢測(cè)器速度控制實(shí)現(xiàn)方法具有計(jì)算結(jié)果精度高、計(jì)算方法簡(jiǎn)單方便等優(yōu)點(diǎn)，為計(jì)算管道內(nèi)檢測(cè)器在不同工作環(huán)境中的運(yùn)行速度提供了一種便捷的計(jì)算方法。。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明油氣管道內(nèi)檢測(cè)器用速度控制器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖1中：葉輪(1)、葉輪保護(hù)架(2)、后隔板(3)、后直板皮碗(4)、后法蘭(5)、螺栓(6)、后隔離套(7)、圓柱筒(8)、空心轉(zhuǎn)軸(9)、連桿凸臺(tái)(10)、后連桿(11)、拉伸彈簧(12)、平衡塊(13)、前連桿(14)、滑閥套筒(15)、節(jié)流滑閥(16)、前隔離套(17)、前法蘭(18)、長(zhǎng)螺栓(19)、前直板皮碗(20)、前隔板(21)、前法蘭中心孔(22)、前法蘭泄流孔(23)、節(jié)流孔(24)、前隔離套內(nèi)腔(25)、滑槽(26)、彈簧固定套筒(27)、空心轉(zhuǎn)軸中心孔(28)、設(shè)備艙(29)、后隔離套內(nèi)腔(30)、轉(zhuǎn)軸徑向孔(31)、后法蘭泄流孔(32)。

圖2為葉輪1在管道中的運(yùn)行進(jìn)行模型簡(jiǎn)化。

圖3為本發(fā)明油氣管道內(nèi)檢測(cè)器用速度控制器的調(diào)速組件C簡(jiǎn)圖。

圖3中：當(dāng)空心轉(zhuǎn)軸9轉(zhuǎn)速為0時(shí),調(diào)速組件C的起始位置為ABC。平衡塊13質(zhì)量為m，后連桿11和前連桿14的長(zhǎng)度均為a、后連桿11和前連桿14的質(zhì)量均為m_a，連桿凸臺(tái)10到滑閥套筒15的中心距離AC長(zhǎng)度為L(zhǎng)₀，空心轉(zhuǎn)軸9的外徑為R₀，連桿凸臺(tái)10的高度和彈簧固定套筒27的壁厚均為b,拉伸彈簧12的自由長(zhǎng)度為X₀，彈性系數(shù)為k，節(jié)流孔24的寬度為c，運(yùn)行時(shí)間t。當(dāng)空心轉(zhuǎn)軸9在以角速度為ω旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于離心力的作用，調(diào)速組件C位置為AB'C',連桿凸臺(tái)10到滑閥套筒15的中心距離AC'長(zhǎng)度為L(zhǎng)_ω，拉伸彈簧12長(zhǎng)度為X_ω,節(jié)流孔長(zhǎng)度L_ω，節(jié)流滑閥16移動(dòng)距離C′C的長(zhǎng)度為L(zhǎng)。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明是一種油氣管道內(nèi)檢測(cè)器速度控制器及速度控制實(shí)現(xiàn)方法,其支撐組件A和驅(qū)動(dòng)組件B的連接是通過(guò)空心轉(zhuǎn)軸9和后法蘭5之間的2個(gè)角接觸球軸承連接，和后隔離套7是通過(guò)1個(gè)深溝球軸承連接；和前法蘭18之間通過(guò)1個(gè)角接觸球軸承連接。調(diào)速組件C和驅(qū)動(dòng)組件B的連接是通過(guò)前連桿14和空心轉(zhuǎn)軸9上的連桿凸臺(tái)10鉸接。調(diào)速組件C和支撐組件A的連接是通過(guò)滑閥套筒15和節(jié)流滑閥16之間的2個(gè)角接觸球軸承。

油氣管道速度控制器在油氣管道內(nèi)運(yùn)行時(shí)，介質(zhì)會(huì)通過(guò)后法蘭泄流孔32進(jìn)入后隔離套內(nèi)腔30，再通過(guò)轉(zhuǎn)軸徑向孔31進(jìn)入空心轉(zhuǎn)軸中心孔28，然后進(jìn)入到前法蘭中心孔22，通過(guò)節(jié)流孔24進(jìn)入前隔離套內(nèi)腔25，最后介質(zhì)通過(guò)前法蘭泄流孔23流出。當(dāng)介質(zhì)流經(jīng)葉輪1時(shí)，會(huì)帶動(dòng)葉輪1轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)組件B轉(zhuǎn)動(dòng),從而帶動(dòng)調(diào)速組件C轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而調(diào)節(jié)節(jié)流孔24的大小。

速度控制器在運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)速度控制器前后壓差減小，介質(zhì)推力減小，導(dǎo)致內(nèi)檢測(cè)運(yùn)行速度減小時(shí)，則通過(guò)泄流孔介質(zhì)的流量增大，經(jīng)過(guò)葉輪1介質(zhì)的流速會(huì)增大，從而導(dǎo)致葉輪1帶動(dòng)調(diào)速組件C的轉(zhuǎn)速會(huì)增大，在離心力的作用下，平衡塊13會(huì)使拉伸彈簧12伸長(zhǎng)，帶動(dòng)滑閥套筒15運(yùn)動(dòng)，使節(jié)流滑閥16左移，進(jìn)而使得節(jié)流孔24面積減小，起到節(jié)流作用，管道內(nèi)檢測(cè)器前后壓差增加，從而增加速度控制器的推力。

當(dāng)速度控制器前后壓差增大，介質(zhì)推力增大，導(dǎo)致內(nèi)檢測(cè)器速度增大時(shí)，則通過(guò)泄流孔的流量減小，經(jīng)過(guò)葉輪1介質(zhì)的流速會(huì)減小，從而導(dǎo)致葉輪1帶動(dòng)調(diào)速組件C的轉(zhuǎn)速會(huì)減小，在離心力的作用下，平衡塊13會(huì)使拉伸彈簧12伸長(zhǎng)，帶動(dòng)滑閥套筒15運(yùn)動(dòng)，使節(jié)流滑閥16右移，進(jìn)而使得節(jié)流孔24面積增大，起到泄流的作用，管道內(nèi)檢測(cè)器前后壓差減小，從而減小速度控制器的推力，達(dá)到調(diào)速的目的。

本發(fā)明所涉及的速度控制實(shí)現(xiàn)方法：圖2為葉輪1在管道中的運(yùn)行進(jìn)行模型簡(jiǎn)化，運(yùn)用動(dòng)量分析理論作為計(jì)算葉輪推力和力矩的方法，根據(jù)介質(zhì)經(jīng)過(guò)葉輪1時(shí)的流速可計(jì)算出葉輪1和驅(qū)動(dòng)組件B的轉(zhuǎn)速。計(jì)算過(guò)程如下：

通過(guò)葉輪1介質(zhì)流速為介質(zhì)通過(guò)葉輪1前后介質(zhì)流速平均值。引入葉輪1處介質(zhì)速度軸向誘導(dǎo)因子α₁，得到

式中，ρ介質(zhì)密度，A為葉輪掃過(guò)面積，V_T為介質(zhì)平均流速。

由能量方程知，葉輪吸收介質(zhì)流體能量為經(jīng)過(guò)葉輪1前后介質(zhì)能量差，即葉輪1計(jì)算功率P出現(xiàn)極值：

P_max＝8ρAV_T³/27 (2)

相應(yīng)可得知，其功率系數(shù)也取得最大值，即

實(shí)際狀態(tài)下葉輪1后流場(chǎng)是旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，假設(shè)條件依然成立情況下，將葉輪1旋轉(zhuǎn)面進(jìn)行微分，可得

作用在整個(gè)葉輪1上的軸向力為

作用在葉輪1上的轉(zhuǎn)矩為：

由式(2)和式(5)，可得驅(qū)動(dòng)組件B的轉(zhuǎn)速為

式中，R為葉輪1的半徑。

圖3為調(diào)速組件C的簡(jiǎn)化模型?？筛鶕?jù)圖2驅(qū)動(dòng)組件B簡(jiǎn)化模型的某一瞬時(shí)轉(zhuǎn)速n，計(jì)算出節(jié)流孔24的泄流面積，根據(jù)流量與壓差的關(guān)系，進(jìn)而計(jì)算出管道內(nèi)檢測(cè)器前后壓力差。

當(dāng)空心轉(zhuǎn)軸9轉(zhuǎn)速為0時(shí),調(diào)速組件C的起始位置為ABC。取平衡塊13質(zhì)量為m，后連桿11和前連桿14的長(zhǎng)度均為a、后連桿11和前連桿14的質(zhì)量均為m_a，連桿凸臺(tái)10到滑閥套筒15的中心距離AC長(zhǎng)度為L(zhǎng)₀，空心轉(zhuǎn)軸9的外徑為R₀，連桿凸臺(tái)10的高度為b，彈簧固定套筒27的壁厚為b,拉伸彈簧12的自由長(zhǎng)度為X₀，彈性系數(shù)為k，節(jié)流孔24的寬度為c，運(yùn)行時(shí)間t。當(dāng)空心轉(zhuǎn)軸9在以角速度為ω旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于離心力的作用，調(diào)速組件C位置為AB'C',連桿凸臺(tái)10到滑閥套筒15的中心距離AC'長(zhǎng)度為L(zhǎng)_ω，拉伸彈簧12長(zhǎng)度為X_ω,節(jié)流孔的長(zhǎng)度為L(zhǎng)₀,節(jié)流滑閥16移動(dòng)距離CC'的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，每個(gè)節(jié)流孔24的開(kāi)口面積為S_ω。在管道內(nèi)檢測(cè)器內(nèi)部共有4組調(diào)速組件C和8個(gè)節(jié)流孔。

在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，由于平衡塊13、后連桿11和前連桿14的重力對(duì)拉升彈簧11的影響非常小，可忽略不計(jì)，根據(jù)離心力公式，計(jì)算式為

由公式(7)可計(jì)算出節(jié)流滑閥16移動(dòng)距離C'C：

由公式(8)可近似計(jì)算出每個(gè)節(jié)流孔24的泄流面積為

若前法蘭泄流孔的流量為Q，管道流量系數(shù)為μ，泄流管路的結(jié)構(gòu)參數(shù)系數(shù)為K_r，介質(zhì)密度為ρ，管道內(nèi)檢測(cè)器前后壓差為ΔP，若管道內(nèi)檢測(cè)器橫截面積為S，可計(jì)算出管道內(nèi)檢測(cè)器前后壓力差為

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。