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便携式钻杆螺纹复合清洗装备设计

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摘要

目前国内钻杆在回厂车修和无损探伤前很少使用专业清洗设备对钻杆螺纹进行清洗，污垢的存在降低了钻杆车修设备的使用寿命和无损探伤设备的检测精度，带来了很多问题。本文针对钻杆使用过程中的这一问题，设计了便携式钻杆螺纹复合清洗设备。
　　 首先，详细分析了钻杆螺纹的结构特点和污垢的类型，提出基于机械刷洗和高压射流清洗的复合式钻杆螺纹清洗方法，接着提出了机械刷洗清洗的设计方案，建立了机械刷洗的力学模型，详细分析了刷洗转速、抱紧力、电机功率等关键参数的耦合关系，为机械刷洗方案的设计提供了依据。
　　 然后，分析了射流流场的几何特征，并利用CFD软件建立了射流清洗的数值仿真模型，分析了低速水射流和油射流的流场区别，并通过实验测量了低速水射流的流场特征，仿真分析结果和实验测得的流场几何特征吻合的很好，表明了仿真分析的有效性。本论文还利用数值仿真软件分析了不同喷嘴入口压力对射流流场的影响情况，分析结果表明，较高的喷嘴入口压力的射流具有更强的污垢去除能力，不过分析结果也表明，具有较高压力的射流在空气中的速度衰减率和动压力衰减率也更高。而且通过对射流中液体体积分数的测量发现，较高的喷嘴入口压力会加重射流的雾化，这些因素都限制了射流压力发挥更佳的清洗效果。因此，在射流清洗中，应该根据需要选择合适的工作压力和射流流量等相关参数，仅追求高压力可能并不能带来预想的清洗效果。同时分析了不同的射流靶距和入射倾角对被打击物体表面的静压分布情况。
　　 最后，在对射流流场详细分析的基础上，选择了射流清洗工艺参数，设计了一套钻杆内外螺纹一体化自动清洗系统，分析和研究结果表明，该自动化系统结构简单可靠，可以实现对钻杆螺纹全覆盖的有效扫描，可以适应尺寸在较大范围内变动的钻杆螺纹，满足了实际工程应用的需要。

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