Đồ án Nghiên cứu, thiết kế rôbốt phát hiện khuyết tật bên trong lòng ống (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Nghiên cứu, thiết kế rôbốt phát hiện khuyết tật bên trong lòng ống (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ RÔBỐT PHÁT HIỆN KHUYẾT TẬT BÊN TRONG LÒNG ỐNG GVHD: PGS.TS ĐẶNG THIỆN NGÔN SVTH: NGUYỄN HẢI BÌNH MSSV: 11243002 SVTH: THẠCH THÁI DƯƠNG MSSV: 11243013 S K L 0 0 4 0 8 2 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 8/2015
2. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP, HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ RÔBỐT PHÁT HIỆN KHUYẾT TẬT BÊN TRONG LÒNG ỐNG Giảng viên hƣớng dẫn: PGS.TS ĐẶNG THIỆN NGÔN Sinh viên thực hiện: NGUYỄN HẢI BÌNH MSSV 11243002 THẠCH THÁI DƢƠNG MSSV 11243013 Lớp: 112430B Khóa: 2011-1015 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08/2015
3. NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Thạch Thái Dƣơng MSSV: 11243013 Nguyễn Hải Bình 11243002 Lớp: 11243 Khoá: 2011-2015 Ngành đào tạo: Công nghệ Chế tạo máy Hệ: K 1. Tên đề tài:Nghiên cứu, thiết kế rôbốt phát hiện khuyết tật bên trong lòng ống 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Ống thép (đen) dẩn dầu/khí có đƣờng kính D = 10 – 14 inches - Tốc độ di chuyển V = 2 – 4 m/ph - Thiết bị có khả năng hoạt động tự hành theo hai chiều 3. Nội dung chính của đồ án: - Khảo sát các khuyết tật thƣờng gặp của ống dẫn khí/dầu - Khảo sát các cách thức phát hiện các khuyết tật của ống dẫn - Đề xuất nguyên lý thiết bị phát hiện khuyết tật bên trong lòng ống sử dụng camera - Đề xuất các chức năng cần có của thiết bị tự hành mang camera - Nghiên cứu, đề xuất kết cấu khả thi của thiết bị (2 phƣơng án) - Thiết kế cụm dẫn động của rôbốt, đồ gá gắn camera - Thiết kế cụm nguồn pin cung cấp năng lƣợng cho rôbốt - Thiết kế hoàn chỉnh rôbốt phát hiện khuyết tật bên trong lòng ống sử dụng camera - Các clip động minh hoạt hoạt động của thiết bị - Tập bản vẽ thiết kế các chi tiết, bản vẽ lắp - Tập thuyết minh 4. Ngày giao đồ án: 01/04/2015 5. Ngày nộp đồ án: 01/07/2015 TRƢỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƢỚNGDẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) PGS. TS. Đặng Thiện Ngôn  Đƣợc phép bảo vệ (GVHD ký, ghi rõ họ tên) ii
4. LỜI CAM KẾT Tên đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế rôbốt phát hiện khuyết tật bên trong lòng ống.” GVHD: PGS.TS.Đặng Thiện Ngôn Họ tên sinh viên: Nguyễn Hải Bình MSSV 11243002 Thạch Thái Dƣơng MSSV 11243013 Lớp: 112430B Khóa: 2011-1015 - Địa chỉ: 4/1/12 Đƣờng 6 – KP 4 – Phƣờng Linh Tây – Q.Thủ Đức - Số điện thoại liên lạc: 0984660294 : 0908634335 - Email: binhnguyenspkt2202@gmail.com : thaiduong335@gmail.com - Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN): 01/07/2015 - Lời cam kết: “Chúng tôi xin cam đoan đồ án tốt nghiệp này là công trình do chính chúng tôi nghiên cứu và thực hiện. Chúng tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc.Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, chúng tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 06 năm 2014 Thay mặt nhóm sinh viên Ký tên Nguyễn Hải Bình ii
5. LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực hiện luận văn “Nghiên cứu, thiết kế rôbốt phát hiện khuyết tật bên trong lòng ống”, chúng tôi đã nhận đƣợc nhiều sự giúp đỡ của quý thầy, cô, gia đình và bạn bè. Vậy nay tôi: - Xin gửi lời cám ơn chân thành nhất đến thầy PGS.TS.Đặng Thiện Ngôn đã hết lòng giúp đỡ và hƣớng dẫn tận tình cho chúng tôi những kiến thức thực tế quan trọng và dẫn hƣớng cho quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp của mình. Đồng thời đã cung cấp cho chúng tôi những tài liệu rất cần thiết liên quan đến đề tài. Thầy đã dành nhiều thời gian quí báu của mình để hƣớng dẫn chúng tôi. - Chúng tôi cũng không quên cám ơn đến quí thầy cô trong Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP HCM đã tận tình dạy dỗ, truyền đạt cho chúng tôi những kiến thức nền tảng và cơ bản trong thời gian qua để chúng tôi có những kiến thức quan trọng, vững chắc cho những lập luận của mình trong đồ án tốt nghiệp này. Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn ! Thay mặt nhóm sinh viên Nguyễn Hải Bình iii
6. TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI ʻʻNghiên cứu, thiết kế rô bốt phát hiện khuyết tật bên trong lòng ốngʼʼ. Đƣờng ống đƣợc dùng rất nhiều trong hệ thống dẫn dầu, dẫn khí, đóng vai trò quan trọng trong vận chuyển, truyền tải, lƣu trữ nên yêu cầu về chất lƣợng rất khắt khe. Khuyết tật ảnh hƣởng đến đƣờng ống chủ yếu là khuyết tật hàn khi hàn ghép nối giữa các đƣờng ống và khuyết tật ăn mòn do môi trƣờng với các tác nhân bên trong và bên ngoài. Hiện nay, có rất nhiều phƣơng pháp kiểm tra khuyết tật đƣờng ống và cho kết quả khả quan. Tuy nhiên, tất cả các thiết bị kiểm tra chủ yếu là kiểm tra cho đƣờng ống lộ thiên, kiểm tra bên ngoài ống và đƣợc nhập từ nƣớc ngoài về nên chi phí rất cao. Do vậy, việc nghiên cứu, thiết kế rôbốt phát hiện khuyết tật bên trong lòng ống có ý nghĩa trong việc làm chủ công nghệ, phục vụ kịp thời sự phát triển kỹ thuật đo đạc, kiểm tra đƣờng ống; đặc biệt là các đƣờng ống ngầm nằm sâu trong lòng đất, hay các đƣờng ống dƣới đáy biển. Đề tài đã tiến hành khảo sát các loại khuyết tật thƣờng gặp của ống dẫn dầu/khí, khảo sát các cách thức phát hiện khuyết tật, đề xuất nguyên lý thiết bị phát hiện khuyết tật bên trong lòng ống sử dụng camera, đề xuất các chức năng cần có của thiết bị tự hành mang camera và thiết kế hoàn chỉnh rôbốt phát hiện khuyết tật bên trong lòng ống sử dụng camera. iv
7. MỤC LỤC Trang NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN i LỜI CAM KẾT ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT ĐỒ ÁN iv MỤC LỤC v DANH MỤC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH vi i DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT viii CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1 1.1 Đặt vấn đề 1 1.2 Tính cấp thiết của đề tài 1 1.3 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài 2 1.3.1 Tính thực tiễn của đề tài 2 1.3.2 Ý nghĩa khoa học của đề tài 2 1.4 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 3 1.5 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 3 1.5.1 Đối tƣợng nghiên cứu . 3 1.5.2 Phạm vi nghiên cứu 3 1.6 Phƣơng pháp nghiên cứu .3 1.7 Nội dung của đề tài 3 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN .4 2.1 Các dạng ống thƣờng dùng trong nghành công nghiệp dầu khí . 4 2.1.1 Ống inox . 4 2.1.2 Ống thép hợp kim 4 2.1.3 Ống thép có cấu trúc kim loại Ferritic – Austenitic ( Duplex steel ) 5 2.1.4 Quy trình chế tạo các ống thép 6 2.2 Các dạng khuyết tật và hƣ hỏng của ống thép 8 2.2.1 Khuyết tật hình thành trong quá trình chế tạo ống 8 iv
8. 2.2.2 Khuyết tật ăn mòn 17 2.2.3 Các dạng ăn mòn bề mặt 21 2.3 Một số phƣơng pháp kiểm tra đánh giá chất lƣợng ống 23 2.3.1 Phƣơng pháp kiểm tra không phá hủy 24 2.3.2 Kiểm tra bằng thị giác và quang học (Visual Test - VT) .24 2.3.3 Kiểm tra bằng chất lỏng thẩm thấu hay thấm màu (Penetrant test - PT) .26 2.3.4 Kiểm tra bằng bột từ (Magnetic particle test - MT) 29 2.3.5 Phƣơng pháp chụp ảnh phóng xạ(Radiographic Test – RT ) 30 2.3.6 Kiểm tra bằng phƣơng pháp siêu âm (Ultrasonic Testing – UT) 31 2.3.7 Kiểm tra siêu âm phased array 33 CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 41 3.1 Đề xuất nguyên lý thiết bị phát hiện khuyết tật bên trong lòng ống sử dụng camera .41 3.1.1 Phƣơng pháp thực hiện .41 3.1.2 Kết quả, đánh giá .44 3.2 Đề xuất các chức năng cần có của thiết bị tự hành mang camera 45 CHƢƠNG 4: YÊU CẦU VÀ CÁC PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ 46 4.1 Phân tích đối tƣợng thiết kế 46 4.1.1 Thông số thiết kế .46 4.2 Phƣơng án thiết kế .46 4.2.1 Phƣơng án 1 .46 4.2.2 Phƣơng án 2 50 4.2.3 Trình tự công việc cần thực hiện .52 CHƢƠNG 5: THIẾT KẾ RÔBỐT 53 5.1 Mô hình thiết kế tổng quát 53 5.2 Nội dung tính toán, thiết kế .53 5.2.1 Tính toán thiết kế .53 CHƢƠNG 6:KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66 6.1 Kết luận 66 6.2 Kiến nghị .66 TÀI LIỆU THAM KHẢO . v
9. DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 : Kiểm tra khuyết tật đƣờng ống dẫn dầu lộ thiên 2 Hình 2.1 : Ống thép không gỉ .4 Hình 2.2 : Thép không gỉ Duplex 5 Hình 2.3 : Quy trình công nghệ hàn ống thép 6 Hình 2.4 : Quy trình công nghệ cán ống thép 7 Hình 2.5 : Hình ảnh máy cán ống thép .7 Hình 2.6 : Khuyết tật nứt trong liên kết hàn .8 Hình 2.7 : Nứt dọc trên kim loại cơ bản và trên mối hàn 9 Hình 2.8 : Nứt ngang trên kim loại cơ bản và trên mối hàn 10 Hình 2.9 : Vết nứt phân nhánh 10 Hình 2.10 : Vết nứt đuôi lũa .10 Hình 2.11 : Khuyết tật rỗ khí 11 Hình 2.12 : Khuyết tật ngậm xỉ .13 Hình 2.13 : Khuyết tật thiếu chảy, thiếu ngấu 14 Hình 2.14 : Khuyết tật biến dạng hàn 15 Hình 2.15 : Khuyết tật biến dạng hàn 17 Hình 2.16 : Dạng ăn mòn kim loại theo thời gian .19 Hình 2.17 : Phân tử nƣớc 20 Hình 2.18 : Các dạng ăn mòn bề mặt 22 Hình 2.19 : Kiểm tra đƣờng ống bằng siêu âm 24 Hình 2.20: Các phƣơng pháp kiểm tra chủ yếu 24 Hình 2.21 : Borescopes có gắn máy ảnh 25 Hình 2.22 : Sử dụng sborescope kiểm tra 26 Hình 2.23 : Kiểm tra bằng chất lỏng thẩm thấu 27 Hình 2.24 : Bộ kit kiểm tra bằng bột từ 29 Hình 2.25 : : Mô phỏng kiểm tra khuyết tật bằng phƣơng pháp kiểm tra bằng bột từ 30 Hình 2.26 : Phƣơng pháp kiểm tra bằng chụp ảnh phóng xạ 31 Hình 2.27 : Nguyên lý kiểm tra siêu âm 32 Hình 2.28 : Siêu âm mối hàn ngoài đƣờng ống dẫn khí đốt .32 Hình 2.29 : Kỹ thuật siêu âm Phased Array .34 vii
10. Hình 2.30 : Đầu dò thẳng . 35 Hình 2.31 : Đầu dò góc 35 Hình 2.32 : Đầu dò kép 36 Hình 2.33 : Đầu dò phased array .36 Hình 2.34 : : Rô bốt giám sát và vệ sinh đƣờng ống nƣớc thải 37 Hình 2.35 : Rô bốt thông đƣờng ống tàu biển 37 Hình 2.36 : Rôbốt thám hiểm cống ngầm 38 Hình 2.37 : Rôbốt kiểm tra độ mòn ống . 38 Hình 2.38: Rô bốt tự hành Inuktun’s Vertical Crawle . 39 Hình 2.39 : Rôbốt đƣờng ống PureRobotic .39 Hình 3.1 : Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 42 Hình 3.2 : Sơ đồ khối mạch điều khiển rôbốt 42 Hình 3.3 : Mạch điều khiển trung tâm .44 Hình 4.1 : Tổng thể mô hình thiết kế .46 Hình 4.2 : Cụm dẫn động sử dụng trục vít-bánh vít 47 Hình 4.3 : Robot vận hành trong ống D250mm .47 Hình 4.4 : Robot vận hành trong ống D350mm .48 Hình 4.5 : Cụm bánh xe dƣới tiếp xúc với thành ống D250mm .49 Hình 4.6 : Cụm bánh xe dƣới tiếp xúc với thành ống D250mm 49 Hình 4.7 : Cụm bánh xe dƣới tiếp xúc với thành ống D350mm 50 Hình 4.8 : Rôbốt với cụm dẫn động sử dụng bộ truyền bánh răng 50 Hình 4.9 : Cụm dẫn động 51 Hình 4.10 : Rô bốt nhìn trực diện từ phía trƣớc 51 Hình 4.11 : Nguyên lý trƣợt . 52 Hình 5.1: Động cơ JGA25-371 53 .56 Hình 5.2: Kết quả tính khối lƣợng cụm bánh xe trên. . 57 Hình 5.3: : Phân tích các lực tác dụng lên thành ống 58 Hình 5.4: Acquy VISION CP1223 12V 2.3Ah .59 Hình 5.5: Các thông số acquy 59 Hình 5.6: Camera PTZ 60 Hình 5.7: Kích thƣớc chiều rộng của rôbốt .61 vii
11. Hình 5.8: Cụm truyên động 62 Hình 5.9: Cụm dẫn động di chuyển ăn khớp với đƣờng ống đƣờng kính khác .63 Hình 5.10: Phân tích các lực tác dụng lên thành ống 64 Hình 5.11: Pin Sạc YSN- 12450 65 vii
12. DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 : Phân loại khuyết tật nứt 9 Bảng 2.2 : Phân loại khuyết tật rỗ khí 12 Bảng 2.3 : Phân loại khuyết tật ngậm xỉ 13 Bảng 2.4 : Phân loại khuyết tật thiếu chảy, thiếu ngấu 15 Bảng 2.5 : Phân loại biến dạng kim loại 16 Bảng 2.6: Phân loại mức độ chịu ăn mòn của vật liệu .21 Bảng 2.7 : Bảng ứng dụng các phƣơng pháp kiểm tra đƣờng ống 25 Bảng 5.1 : Bảng thông số hình học của bộ bánh răng .54 Bảng 5.2 : Bảng thông số của bộ truyền trục vít bánh vít .56 Bảng 5.3 : Thông số cụm dẫn động . 62 vii
13. CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề Trong các nghành công nghiệp dầu khí, điện lực, giao thông, thủy lợi hiện nay có rất nhiều đƣờng ống thép có đƣờng kính khác nhau, đƣợc sử dụng để dẫn chất lỏng, chất khí và các loại khí đốt Vấn đề an ninh an toàn cho các đƣờng ống này đƣợc đặt lên hàng đầu khi chúng đƣợc đƣa vào sử dụng. Một trong số những nguyên nhân chính gây ra các sự cố về đƣờng ống là do các hƣ hỏng phát sinh khi sản xuất, lắp đặt và trong quá trình sử dụng đƣờng ống. Những sự cố này gây nên những tổn thất lớn về con ngƣời, về kinh tế và đặc biệt là gây nên ô nhiễm môi trƣờng. Việc kiểm tra phát hiện các hƣ hỏng, đánh giá chất lƣợng ống khi sản xuất và trong quá trình sử dụng luôn là vấn đề cấp bách đƣợc quan tâm nghiên cứu. Ngày nay, đã có nhiều công trình ứng dụng thành công các công nghệ tiên tiến để chế tạo ra các thiết bị kiểm tra tự động giúp tăng năng suất hoạt động gấp nhiều lần và có độ tin cậy cao. Vì những lí do trên nên việc nghiên cứu thiết kế một rô bốt mang theo thiết bị phát hiện khuyết tật bên trong lòng ống là một vấn đề cấp thiết và cấp bách trong thời điểm hiện nay. 1.2 Tính cấp thiết của đề tài. Đƣờng ống đƣợc dùng rất nhiều trong hệ thống dẫn dầu, dẫn khí, đóng vai trò quan trọng trong vận chuyển, truyền tải, lƣu trữ nên yêu cầu về chất lƣợng rất khắt khe. Khuyết tật ảnh hƣởng đến đƣờng ống chủ yếu là khuyết tật hàn khi hàn ghép nối giữa các đƣờng ống và khuyết tật ăn mòn do môi trƣờng trong quá trình sử dụng. Ngoài ra, còn có khuyết tật do tác dụng của ngoại lực gây ra nhƣ thiên tai, động đất hay bị các vật khác tác dụng lên, Vấn đề đặc biệt quan trọng mà nhiều ngành công nghiệp phải đối mặt đó là phát hiện ra những khuyết tật đó để có hƣớng xử lý kịp thời. Những khuyết tật nhƣ vậy thƣờng khó có thể phát hiện đƣợc nếu chúng tồn tại bên trong lòng ống, hoặc ở những đoạn ống ngầm dƣới đất hay dƣới biển. Nếu không đƣợc phát hiện trong thời gian dài, nó sẽ làm yếu thành ống và có thể dẫn đến cấu trúc bị hỏng và nguy hiểm. Hiện nay trên thế giới cũng nhƣ ở Việt Nam đang áp dụng nhiều phƣơng pháp kiểm tra chất lƣợng cũng nhƣ độ mòn của đƣờng ống. Tuy nhiên việc kiểm tra này chủ yếu ở bên ngoài ống và còn mang tính thủ công hoặc bán tự động. Vì vậy việc kiểm tra đánh giá vẫn còn có một số nhƣợc điểm sau: 2
14. - Thời gian đo kiểm lớn, kéo dài và hiệu quả không cao. - Công tác vận hành kiểm tra tƣơng đối phức tạp. - Đội ngũ cán bộ kiểm tra đánh giá đòi hỏi phải có kinh nghiệm. - Tốc độ di chuyển của thiết bị kiểm tra bằng tay không ổn định mang tính thủ công - Ở một số đƣờng ống dài việc kiểm tra bằng thủ công sẽ không hiệu quả về mặt thời gian, nhân lực Hình 1.1 Kiểm tra khuyết tật đƣờng ống dẫn dầu lộ thiên 1.3 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài. 1.3.1 Tính thực tiễn của đề tài Robot phát hiện khuyết tật bên trong lòng ống có thể ứng dụng trong các lĩnh vực nhƣ trong ngành dầu khí, giao thông, thủy lợi; nhằm phát hiện những khuyết tật cũng nhƣ độ mòn của ống sau một thời gian sử dụng để có hƣớng xử lý kịp thời. Ngoài ra cũng có thể ứng dụng tốt trong các nhà máy sản xuất chế tạo ống để kiểm tra, phát hiện những khuyết tật hay đo độ dày ống trƣớc khi đƣa ra ngoài thị trƣờng tiêu thụ. Với việc kiểm tra các đƣờng ống dẫn dài thì robot này hoạt động sẽ hiệu quả hơn các thiết bị kiểm tra bằng tay hoặc bán tự động. 1.3.2 Ý nghĩa khoa học của đề tài 3
15. Hƣớng nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu, thiết kế rôbốt phát hiện khuyết tật bên trong lòng ống. Đề tài có một số ý nghĩa khoa học sau: - Nêu ra đƣợc nguyên lý hoạt động của rôbốt chạy trong lòng ống. - Giới thiệu một số thiết bị kiểm tra phát hiện khuyết tật bên trong và bên ngoài ống. 1.4 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài - Khảo sát các khuyết tật thƣờng gặp của ống dẫn khí/dầu. - Khảo sát các cách thức phát hiện các khuyết tật của ống dẫn. - Đề xuất nguyên lý thiết bị phát hiện khuyết tật bên trong lòng ống sử dụng camera. - Đề xuất các chức năng cần có của thiết bị tự hành mang camera. - Nghiên cứu, đề xuất kết cấu khả thi của thiết bị (2 phƣơng án). - Thiết kế cụm dẫn động của rôbốt, đồ gá gắn camera. - Thiết kế cụm nguồn pin cung cấp năng lƣợng cho rôbốt. - Thiết kế hoàn chỉnh rôbốt phát hiện khuyết tật bên trong lòng ống sử dụng camera. 1.5 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 1.5.1 Đối tƣợng nghiên cứu - Các ống thép ( đen ) dẫn dầu/khí có đƣờng kính D = 10 – 14 inch. - Rôbốt phát hiện khuyết tật bên trong lòng ống sử dụng camera 1.5.2 Phạm vi nghiên cứu Do khối lƣợng của đề tài lớn nên phạm vi nghiên cứu của đề tài tập trung chủ yếu vào việc khảo sát, đề xuất và thiết kế rôbốt phát hiện khuyết tật bên trong lòng ống sử dụng camera. 1.6 Phƣơng pháp nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu bao gồm 2 phần chính là: - Nghiên cứu phân tích lý thuyết: thu thập tài liệu từ các sách, báo, tạp chí, internet có liên quan đến nội dung nghiên cứu. - Phƣơng pháp thực nghiệm: tiến hành khảo sát, đề xuất và thiết kế rôbốt phát hiện khuyết tật bên trong lòng ống sử dụng camera. 1.7 Nội dung của đề tài Chƣơng 1: Giới thiệu Chƣơng 2: Tổng quan Chƣơng 3: Cơ sở lý thuyết 4
16. Chƣơng 4: Yêu cầu và phƣơng án thiết kế Chƣơng 5: Thiết kế rôbốt Chƣơng 6: Kết luận và kiến nghị 5
17. CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 Các dạng ống thƣờng dùng trong nghành công nghiệp dầu khí Trong ngành công nghiệp dầu khí thƣờng sử dụng các loại ống hình tròn để phục vụ cho việc truyền tải và sử dụng năng lƣợng.Vật liệu chế tạo đƣờng ống dầu khí thƣờng đƣợc sử dụng các loại sau: - Ống thép hợp kim C – Mn loại hàn ( Welded C – Mn steel linepipe ) - Ống thép hợp kim C – Mn cán liền không mối nối ( Seamless C – Mn steel linepipe) - Ống thép có cấu trúc kim loại Ferritic – Austenitic ( Duplex steel ) - Các loại ống thép không gỉ và ống thép hợp kim niken chống ăn mòn (Other stainless steel and nickel based corrosion resistant aloy linepipe )[ N] 2.1.1 Ống inox ( ống thép không gỉ ) Trong nghành luyện kim thuật ngữ thép không gỉ hay còn gọi là inox là một dạng hợp kim sắt chứa tối thiểu 10,5% crôm. Tên gọi là thép không gỉ nhƣng thật ra nó chỉ là hợp kim của sắt nó ít bị biến màu hay bị ăn mòn nhƣ thép thông thƣờng khác. 6
18. Hình 2.1: Ống thép không gỉ 2.1.2 Ống thép hợp kim Thép hợp kim là loại thép chứa trong nó một lƣợng thành phần các nguyên tố hợp kim thích hợp. Ngƣời ta đƣa vào các nguyên tố đặc biệt với một lƣợng nhất định để làm thay đổi tổ chức và tính chất của thép. Các nguyên tố đặc biệt đƣợc gọi là nguyên tố hợp kim: Cr, Ni, Mn, Si, W, V, Co, Mo, Ti, Cu. Chính nhờ các nguyên tố hợp kim đó mà làm cho thép hợp kim nói chung có những ƣu điểm vƣợt trội so với thép cacbon nhƣ: - Về cơ tính: thép hợp kim nói chung có độ bền có độ bền cao hơn hẳn so với thép cacbon. Điều này thể hiện đặc biệt rõ ràng sau khi nhiệt luyện, tôi và ram. - Về tính chịu nhiệt độ cao: thép hợp kim giữ đƣợc cơ tính cao của trạng thái tôi ở nhiệt độ cao hơn 200°C. Muốn đạt đƣợc điều này thì thép phải đƣợc hợp kim hóa bởi một số nguyên tố với hàm lƣợng tƣơng đối cao. Các tính chất vật lý và hóa học đặc biệt nhƣ từ tính, tính giãn nở nhiệt, tính chống ăn mòn, 2.1.3 Ống thép có cấu trúc kim loại Ferritic – Austenitic ( Duplex steel ) Thép không gỉ Duplex steel là loại thép “song pha” có một vi cấu trúc chứa 50% Ferritic và 50% Austenit. Thép không gỉ Duplex cung cấp khả năng chống ăn mòn tốt và độ bền cơ học rất cao. Khi thép không gỉ song pha đƣợc nấu chảy nó đã đặc lại từ pha lỏng vào một cấu trúc hoàn toàn Ferit. Khi vật liệu nguội đến nhiệt độ phòng, khoảng một nửa các hạt ferit biến đổi thành hạt austenit. Kết quả là một vi cấu trúc của khoảng 50% ferrite và 50% austenite. 7
19. Hình 2.2: Thép không gỉ Duplex Việc chống ăn mòn cao bằng thép không gỉ Duplex, đảm bảo thời gian hoạt động nhiều hơn so với thép carbon và thép không gỉ thông thƣờng, trong khi sức mạnh cơ khí cho phép công trình xây dựng nhẹ, thiết kế hệ thống nhỏ gọn hơn và ít hàn. 2.1.4 Quy trình chế tạo các ống thép Căn cứ vào công nghệ sản xuất và hình dáng phôi sử dụng chế tạo, ngƣời ta lại chia ra thành 4 loại: ống thép đúc (sử dụng phôi tròn), ống thép hàn (sử dụng phôi tấm, lá), ống thép không gỉ hàn (sử dụng phôi tấm), ống thép không gỉ cán (sử dụng phôi thanh) a) Quy trình công nghệ hàn thép ống Sản xuất ống thép từ phôi thép tấm và phôi thép lá sẽ để lại những đƣờng hàn trong ống (ống hàn). Ống thép hàn mang đầy đủ những đặc tính của ống thép cán nhƣng có khả năng chịu áp lực, độ bền thấp hơn ống thép cán: 8
20. Hình 2.3: Quy trình công nghệ hàn ống thép - Căn cứ vào công nghệ hàn mà chia ra thành ống hàn lò, ống hàn điện và hàn tự động. - Căn cứ vào hình thức hàn chia ra làm 2 loại ống hàn: ống hàn thẳng và ống hàn xoắn. Yêu cầu kỹ thuật của ống thép hàn: có chiều dày thành ống bằng nhau, có độ cứng, chịu áp lực cao, vẫn bẻ uốn kéo dãn tốt, chất lƣợng đồng bộ, đáp ứng yêu cầu cao về kỹ thuật chính xác và thẩm mỹ, khả năng chịu lực tốt trong hệ kết cấu khác. b) Quy trình công nghệ cán thép ống. Cán ống là phƣơng pháp tạo ống thép bằng phƣơng pháp cán, giống nhƣ các loại hình cán khác (cán tấm, cán hình, cán bi, cán ren, cán bánh răng, ) Cán ống cũng theo nguyên lí biến dạng dẻo kim loại giữa các trục cán. 9
21. Hình 2.4: Quy trình công nghệ cán ống thép Hình 2.5: Hình ảnh máy cán ống thép Căn cứ vào công nghệ chế tạo, chia ra gồm ống thép đúc cán nóng và ống thép đúc cán nguội. Ống thép đúc cán nguội lại gồm ống tròn và ống hộp. Cán nóng (ống áp lực) : Phôi tròn –> nung nóng –> khoét lỗ –> đẩy áp –> thoát lỗ –> định đƣờng kính –> làm lạnh –> ống phôi –> nắn thẳng –> kiểm tra áp lực –> đánh dấu –> nhập kho. 10
22. S K L 0 0 2 1 5 4