高压玻璃钢管道内固化控制及工艺优化

论文摘要

高压玻璃钢管道是玻璃纤维增强塑料FRP（Fiberglass-Reinforced Plastics）管道的简称,具有耐腐蚀、质轻、高强度、输送液体阻力小、使用寿命长等特点,被广泛应用石化、航空、建筑等领域,由于世界石油资源的分布不均和石油消费的不平衡,导致石油长距离运输成为必然,这便对FRP管道的生产提出更高的要求。60年代中后期,我们开始自主生产FRP管道,主要采用“外固化”工艺在固化炉内将热量通过辐射、传导和对流等方式传递给FRP管件完成固化。新型“内固化”工艺是通过对加热FRP管道内部芯模的方式使复合材料升温,进而完成其固化成型。本论文对FRP管道固化原理、固化工艺和缠绕管道内部结构进行了分析,设计了以欧陆温控表为核心、以欧姆龙PLC为辅助的内固化控制系统,以西门子智能定位器为执行装置,以温度传感器、压力传感器为检测装置,以台达触摸屏为人机界面的显示装置。通过欧陆温控表自带的PID智能控制算法实现对FRP管道固化各个阶段温度的精确控制。FRP管道固化程度客观地反应了其内部的应力变化,而影响固化进程的重要因素就是固化温度,通过对固化各个阶段温度的控制实现对整个固化过程的控制。光纤光栅传感器可清晰直观的检测内部各检测点的温度变化,并通过固化控制系统对FRP管道各阶段的温度进行控制。以有限元软件ANSYS平台开发了管道固化过程的数值模拟程序,对高压管道固化过程进行了数值模拟和分析,为固化工艺的优化提供了一种有效的分析工具。扬州新扬科技发展有限责任公司对该内固化控制系统进行了检测,结果显示FRP管道温度控制误差为±2℃。产品质检表明:采用本内固化控制系统可实现FRP管道的高质量、高效率、低消耗的批量生产。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的与意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题研究的目的与意义
• 1.2 国内外高压玻璃钢管道生产研究现状
• 1.2.1 工艺优化研究现状
• 1.2.2 数值模拟研究现状
• 1.2.3 复合材料固化过程检测研究现状
• 1.3 主要研究内容
• 第2章 内固化控制系统设计
• 2.1 内固化原理
• 2.2 内固化控制系统方案设计
• 2.3 固化工艺流程
• 2.4 温度控制表选型
• 2.5 触摸屏选型
• 2.6 可编程逻辑控制器选型
• 2.7 本章小结
• 第3章 内固化过程检测
• 3.1 检测方案设计
• 3.2 光纤光栅传感器原理
• 3.3 光纤Bragg 光栅温度、应力灵敏度
• 3.3.1 光纤Bragg 光栅温度
• 3.3.2 温度系数
• 3.3.3 轴向作用力
• 3.3.4 作用力与温度交叉变化
• 3.4 光纤光栅信号的解调与实验准备
• 3.5 温度测试结果分析
• 3.6 应力检测结果分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 内固化数值模拟及工艺优化
• 4.1 内固化过程
• 4.2 数值模拟
• 4.3 对比分析
• 4.4 模拟分析与固化工艺优化
• 4.4.1 管道厚度分析
• 4.4.2 纤维体积含量分析
• 4.4.3 对流换热系数分析
• 4.4.4 固化工艺优化
• 4.4.5 现场应用
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢