第27券第3期 2014年5月
文章编号：10026673（2014）03109-03
机电产品开发与创新
Development & Innovation of Machinery & Electrical Products
Vol.27,No.3 May.,2014
基于简单波的无限长竖直管道内检测器运动状态研究
杨超，刘红旗
（机械科学研究总院北京100044）
摘要：针对管道内检测器（包括输油和输气管道)通过盾构并时运行状态，建立了理想输气管道内检测器突
热转向无限长整直管段物理模型。基于简单波理论对该物理模型的运动状态进行了研究，并采用有限体积法进行了波动影响区的验证。分析结果表明：检测器在突然转向无限长竖直管段后会失去平衡，开始一段加速度逐渐减小的加速运动，但很快有达到另一种平衡态。
关键词：管道内检测器；盾构井；简单波；有限体积
中图分类号：TU311
文献标识码：Adoi:10.3969/j.issn.1002-6673.2014.03.043
Research on Motion State of Detector in Infinite Vertical Pipeline Based on Simple Waves
YANG Chao, LIU HongQi
(Mechanical Science Research Institute, Bejing 100044, China)
Abstract: The physical model of detector in ideal gas pipeline turming suddenly to infinite vertical pipeline has been build in this paper to simulate the motion state of the inpipe detector (including oil and gas pipeline) moving through the shield shaff. Research on motion state of this physical model based on the simple waves and the test of fluctuation affected zone based on the finite volume method have been achieved. Resuls show that the detector will lose balance when turning abruply to the infinite vertical pipeline and will reach equilibrium
soon through a length of acceleration movement in which the accelerated speed diminishing Key words: detector in pipe; shield shaft; simple wave; finite volume method
0引言
管道内检测器是依靠压差在管道内移动的自走式检测仪器，广泛应用于石油、天然气管道的在线在役缺陷检测。检测器(包括输油和输气管道)在管道内的运动是依靠检测器前后的压差驱动的，压差作用在检测器上的推力正好能克服检测器和管道内壁的摩擦阻力，使检测器在管道内可以匀速(近似)前行。当检测器沿着水平管道运行到穿越快谷、河流的盾构竖井时，检测器会在自身重力作用下加速，但其后的运动状态如何，检测器触底时速度是多少，检测器会受多大的冲击，是否安全等，这些一直困扰着管道检测人员。
笔者受某管道检测施工单位委托，对检测器突然竖直转向后的运动状态进行了研究，本文依据简单波理论修稿日期：2014-03-01
项目来源：国家科技支撑计划项目(2012BAH08F01）
作者简介：杨超，男，博士研究生，专业为机械设计及理论；
刘红旗，男，研究员，博士生导师，国务院特殊津贴专家。万方数据
对水平运动的检测器突然转向无限深度的竖直盾构井后运动状态进行了研究。
1简单波动理论介绍
气体的扰动是以波的形式在流场中传播的，波速等于当地声速因。从物理上讲，当扰动仅从一个方向向均匀流动区域传播时，就产生了简单波网。简单波可分为四类：右行稀疏波，右行压缩波；左行稀疏波，左行压缩波（一般沿流速方向为右行)。
右行波特征特征方程为：
desy+e&
(1)
其中：x一位移，距波源的距离；t一时间，波传播时间；v一流体速度；c一当地声速。式(1)积分后得：
x=(v+e)t+f,(v)
在右行波区内有一黎曼不变量α：
2 α=v-
y-re
(2)(3)
其中：一气体比热比。同理，左行波特征方程为：
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