[发明专利]一种混合调速的管道清管器、调速方法及系统

说明书

本发明公开了一种混合调速的管道清管器、调速方法及系统，通过把调节清管器压差和调节清管器摩擦力相结合的混合调速方式实现精确速度调节。利用速度传感器实时检测清管器运动速度；通过PID控制算法，调节清管器皮碗两端的驱动压差以调节清管器所受的驱动力，调节皮碗与管壁之间的正压力以调节皮碗与管壁的摩擦力，进而减小或者消除清管器实时速度与期望速度的速度差，使得清管器在管道内平稳的运行。本发明的调速方法以压差调节为主，摩擦力调节为辅，增强了清管器的运动控制的精度和鲁棒性。

技术领域

本发明涉及机电控制技术领域，更具体的说是涉及一种混合调速的管道清管器、调速方法及系统。

背景技术

管道运输是石油和天然气最安全有效的运输方式。据统计，截至2017年，全球油气管道总里程约196.13万公里。管道已然成为世界能源领域建设的重中之重。然而，由于地震、山体滑坡和泥石流等自然因素的外部冲击，管道内介质对管道内壁的腐蚀以及焊接松动、施工缺陷等人为因素对管道的损坏，管道内部会出现变形、开裂等缺陷。这些管道缺陷可能对国民经济、自然环境以及人类生命活动造成严重的危害。因此，有效的管道内检测装置是规避油气管道内部缺陷风险的关键。

管道清管器是常用的管道内检测装置。该装置是一种由管道内介质驱动的管道内检测器。通常，在管道内介质的推动下，清管器的运行速度与介质流动速度相同。但是，为了保证检测精度，一般要求清管器在管道内的运行速度不超过5m/s。随着近年来大口径、长距离管道的建设以及大流量、高压油气介质的输送，管道内介质的流动速度已经远远大于清管器所要求的速度，直接导致管道清管器的检测精度大大降低。由于天然气的压缩性，内检测装置在管道内的运行速度也难以保持稳定，甚至会出现明显的波动。此外，经过长时间服役的管道，其内壁的沉积物、焊缝处的氧化物等等固体物会对清管器的运行有一定的阻碍，进而影响清管器的运行速度。因此，对于以上问题，采取合理有效的控制方法对管道清管器的速度进行调节尤为重要。

目前国内外大多采用调节驱动压差的方式来进行调速。这种调速机理简单有效，能够实现高速介质管道内机器人的速度调节。但是，由于管道中流场环境复杂，管壁上的某些缺陷会对机器人的运行产生一些干扰。此外，压差调速法只考虑了压差对清管器速度的影响，并没有考虑运动过程中摩擦力变化对速度的影响，因此调速效果不太理想。

因此，如何提高管道清管器的调速精度是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种混合调速的管道清管器、调速方法及系统，通过把调节清管器压差和调节清管器摩擦力相结合的混合调速方式实现精确速度调节。利用霍尔传感器实时检测清管器运动速度；通过PID控制算法，调节清管器皮碗两端的驱动压差以调节清管器所受的驱动力，调节皮碗与管壁之间的正压力以调节皮碗与管壁的摩擦力，进而减小或者消除清管器实时速度与期望速度的速度差，使得清管器在管道内平稳的运行。本发明的调速方法以压差调节为主，摩擦力调节为辅，增强了清管器的运动控制的精度和鲁棒性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种混合调速的管道清管器，包括骨架、设置在所述骨架两端的一组皮碗，以及设置在所述骨架内的里程轮；所述里程轮安装在所述骨架的安装台上；

所述皮碗设置有若干节流孔，在所述节流孔上设置有开度调节机构；

所述骨架内设置有STM32控制板、霍尔传感器和正压力调节装置；所述霍尔传感器和所述正压力调节装置电连接所述STM32控制板；所述正压力调节装置连接所述开度调节机构。

优选的，所述开度调节机构包括阀门或角度可调挡板，所述阀门或所述角度可调挡板通过电连接的步进电机控制，通过所述步进电机调节阀门开度或角度可调挡板的遮挡角度来控制节流孔开口面积大小。