中国石油天然气管道第二工程公司管道施工技术研究QC小组.doc
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SPCC
创新型QC成果
管内自动清洁装置研制
管道施工技术研究QC小组
中国石油天然气管道第二工程公司
2013年5月
目录
一、小组概况 1
二、课题选定 2
三、目标确定 3
四、提出方案并确定最佳方案 3
五、制定对策 12
六、对策实施 12
七、效果检查 16
八、标准化 18
九、总结与今后打算 19
一、小组概况
小组名称
管道施工技术研究QC小组
成立日期
2001年3月10日
成员人数
10人
课题类型
创新型
注册日期
2012年4月1日
注册编号
QC-2012-KY-01
活动次数
15次
活动时间
2012.4.1—2012.12.1
活动地点
施工技术研究所
获奖情况
先后获得省部级、国家级奖项共计4项
序号
姓名
性别
年龄
文化程度
职称
职务
组内分工
备注
1
尹中霞
女
47
大专
工程师
组长
全面策划、实施
2
张燕超
女
29
硕研
工程师
组员
方案实施
3
丁英利
男
42
本科
工程师
组员
组织协调
4
张世伟
男
32
大专
助理工程师
组员
方案实施
5
王礼来
男
31
本科
助理工程师
组员
方案实施
6
吴寅虎
男
29
本科
工程师
组员
方案实施
7
孙国庭
男
45
大专
工程师
组员
方案实施
8
童少先
男
58
大专
技师
组员
操作实施
9
王利群
男
39
大专
工程师
组员
方案实施
10
李迎春
女
36
大专
高级工
组员
操作实施
图1：
管道施工技术研究QC小组获奖证书
二、课题选定
选题理由一：
GB50369-2006《油气管道工程施工及验收规范》中明确要求，管道组对前，应通过管内清扫，确保管内无污物。
选题理由二：
目前普遍采用的人工清洁方式存在劳动强度大、工作效率低、清洁质量无保障等弊端。
图2：
用抹布擦拭管内壁
图3：
用吸尘器清洁管内壁
选题理由三：
通过对本课题“管内自动清洁装置研制”进行科技查新，发现国内尚无同类产品。
图4：
“管内自动清洁装置研制”科技查新报告
因此，我们选定“管内自动清洁装置”作为本次活动的课题。
三、目标确定
经QC小组讨论，确定课题目标为：
针对φ914mm—φ1219mm管径的钢管，为使钢管内碎瓦砾、碎土块、小泥块、浮灰等污物清洁度相同，管内自动清洁装置的工效较人工清理提高1倍。
四、提出方案并确定最佳方案
（一）总体结构方案的提出及确定
方案
编号
方案
名称
方案说明
三维效果图
方案分析
分析
结论
方案一
车载简易清管器
设计一个遥控小车，小车前后各安装一个简易清管器。
简易清管器是在两块等径圆钢板上安装环形橡胶皮制作而成。
优点：
结构简单，成本低，易操作。
缺点：
对粘附管壁的污物不易清理。
不采用
方案二
车载清洁刷、吸尘器
设计一个遥控小车，小车前端设计可控旋转清洁刷，后端载入吸尘器，将清洁刷剥离掉的污物吸走。
优点：
可清理粘附管壁的污物。
缺点：
吸尘范围有限，污物清理不彻底，耗电量大。
不采用
方案三
车载清洁、清理、擦拭、隔离四合一装置
设计一个遥控小车，小车上设计有可控旋转清洁刷、污物清理器、封堵板，封堵板也可起到擦拭管壁的作用。
优点：
能够彻底清理碎瓦砾、碎土块、小泥块、浮灰等各种污物，清洁能力强，易于操作。
缺点：
结构较复杂。
采用
（二）总体结构构成
车载清洁、清理、擦拭、隔离四合一装置
清洁部分
清理部分
擦拭、隔离部分
电控部分
清洁刷
刷杆
刷杆分配器
污物清理器
封堵板
电源
电机
开关
图5：
管内自动清洁装置总体结构框图
（三）局部结构方案的提出及确定
1.清洁部分
（1）清洁刷材质选择
方案
编号
方案
名称
方案说明
方案分析
分析
结论
方案一
铜丝刷
优点：
铜丝较硬，能刷掉粘附管内壁的污物。
缺点：
易划伤管内壁防腐层，且铜丝易被折弯。
不采用
方案二
毛刷
优点：
刷毛较软，不会划伤管内壁防腐层。
缺点：
不易清理粘附管壁的污物。
不采用
方案三
塑料刷
优点：
刷毛硬度适中，可清理粘附管壁的污物，且不会划伤管内壁防腐层。
缺点：
易老化，更换频率高。
采用
（2）清洁刷数量选择
由人在管内最大清洁速度约为6m/min，根据装置行走轮直径为0.15m，换算成转速约为12.7r/min（换算过程为12.7≈6÷（π×0.15）），考虑到装置的行走稳定性，将装置的最大行走速度定为12.5r/min。
设清洁刷的旋转速度（也就是旋转电机的转速）用v表示，如装置行走0.1m（等于清洁刷的长度），管内壁每个点的清洁次数N=n×v×0.1÷（12.5×π×0.15）=0.017×n×v，根据人用抹布擦拭粘附管壁的土块需10次左右的试验，则装置的清洁次数N≥10才能满足要求。
据此，QC小组对清洁刷的数量进行了选择，选择过程如下：
方案
编号
方案
名称
方案说明
方案分析
分析
结论
方案一
4把
取清洁次数N=10，清洁刷数量n=4，则清洁刷旋转速度v=N÷（0.017×n）≈147r/min。
优点：
结构简单、拆装方便。
缺点：
旋转速度高，电机稳定性较差。
不采用
方案二
8把
取清洁次数N=10，清洁刷数量n=8，则清洁刷旋转速度v=N÷（0.017×n）≈73.5r/min。
优点：
电机稳定性好。
缺点：
拆装较复杂。
采用
（3）清洁刷清洁方式选择
方案
编号
方案
名称
方案说明
方案分析
分析
结论
方案一
单排刷同向旋转
8把清洁刷呈单排等距周向分布，同向旋转进行清洁作业。
优点：
结构简单。
缺点：
拆装非常困难，且受力偶矩的影响，易导致清洁作业中的装置行走方向跑偏，影响清洁质量。
不采用
方案二
双排刷同轴同向旋转
8把清洁刷均分为2排，2排清洁刷分别呈等距周向分布，2排清洁刷同轴同向旋转进行清洁作业。
优点：
拆装方便。
缺点：
也容易受力偶矩的影响，导致清洁作业中的装置行走方向跑偏，影响清洁质量。
不采用
方案三
双排刷同轴逆向旋转
8把清洁刷均分为2排，2排清洁刷分别呈等距周向分布，2排清洁刷同轴逆向旋转进行清洁作业。
优点：
拆装方便，且2排清洁刷的力偶矩方向相反使得装置行走平稳，清洁质量有保障。
缺点：
结构复杂。
采用
（4）清洁刷刷杆材质选择
方案编号
方案
名称
方案说明
方案分析
分析
结论
方案一
不锈钢材质
采用φ30mm、厚2mm的钢管。
优点：
强度和硬度较高，便于加工。
缺点：
较重,单根刷杆重约0.85kg，计算公式为m=ρν=7.9×103×（1219/2）×10-3×3.14×（152-132）×10-6≈0.85kg，外观不够美观。
不采用
方案二
铝合金材质
采用25mm×25mm、厚2mm的铝合金方管。
优点：
外观好看，重量轻,单根刷杆重约0.3kg，计算公式为m=ρν=2.7×103×（1219/2）×10-3×（252-212）×10-6≈0.3kg。
缺点：
加工较为复杂。
采用
（5）清洁刷与刷杆的组装方式设计
方案
编号
方案
名称
方案说明
三维效果图
方案分析
分析
结论
方案一
双压簧外置法
分别用两个压簧和螺栓直接将清洁刷固定在刷杆上。
优点：
结构简单，加工容易。
缺点：
拆装不便。
不采用
方案二
单压簧内置法
在刷杆的杆头设计一个清洁刷底座，底座上端加工一段内螺纹，用螺栓将清洁刷固定其上；底座下端加工长条通孔，刷杆相应位置也加工通孔，将压簧置于底座内，用铝销将底座与刷杆连接成一体。
优点：
外观整齐划一，装拆方便。
缺点：
结构较复杂，加工较困难。
采用
（6）清洁刷刷杆分配器设计
方案
编号
方案名称
方案说明
三维效果图
方案分析
分析结论
方案一
顶丝固定刷杆的分配器
分别设计2个圆柱形轴套，沿其周向各加工4个等距的方孔，分别将刷杆插入方孔中，用顶丝将其固定。
优点：
结构简单、加工容易。
缺点：
①较重；②装拆不便；③顶丝松弛会导致刷杆甩出，存在安全隐患。
不采用
方案二
螺栓连接固定刷杆的分配器
分别设计2个轴套，沿其周向各焊有4个等距分支插管，在插管上加工通孔，用螺栓将刷杆和插管连接在一起。
优点：
①较轻；②装拆方便；③安全可靠。
缺点：
加工程序较复杂。
采用
2.清理部分（污物清理器设计）
污物清理器是将选定材质的材料裁剪为弧形（弧长为钢管内圆周长的1/4），通过螺栓安装在封堵板底部。
方案编号
方案
名称
方案
说明
方案分析
分析
结论
方案一
塑料皮
采用3mm厚的塑料皮
优点：
价格较便宜，约为86元/米2，材质柔软，不会划伤管壁。
缺点：
硬度较低，不易清理瓦砾、碎土块等污物，不够耐磨，容易变形。
不采用
方案二
尼龙板
采用10mm厚的尼龙板
优点：
硬度较高，可清理各种污物，耐磨，不易变形。
缺点：
易划伤管壁，价格较高，约为310元/米2。
不采用
方案三
橡胶皮
采用15mm厚的橡胶皮
优点：
①硬度适中，有一定的弹性，既能够清理各种污物，也不会划伤管壁；②价格适中，约为150元/米2；③耐磨、不易变形。
缺点：
重量稍重。
采用
3.擦拭、隔离部分
（1）封堵板的选材及组装方式设计
方案编号
方案
名称
方案说明
三维效果图
方案分析
分析结论
方案一
螺栓周向固定钢板、海绵的方式
在1mm厚的不锈钢圆形钢板和圆环钢板上分别沿周向打孔，用螺栓将圆形钢板、1块直径稍大于钢板的圆形海绵、圆环钢板连接成为一个整体。
其中：
海绵的直径与待清洁钢管的内径相当，圆环钢板的外径和钢板的直径相等。
优点：
选材容易，加工方便，成本较低。
缺点：
①装拆麻烦，不便于更换擦拭海绵；②外观不美观；③较重，约为方案二的1.5倍。
不采用
方案二
海绵塞入铆接铝合金板间隙的方式
用铆钉将两块1mm厚的铝合金圆板铆接成一个具有一定间隙的整体，将清洁海绵直接塞入到铝合金圆板间隙中即可。
优点：
①拆卸清洁海绵较为方便；②重量较轻；③外观美观。
缺点：
选材较难，成本较高，约为方案一的5倍。
采用
（2）封堵板的安装位置选择
方案编号
方案名称
方案分析
分析
结论
方案一
安装在装置后端
优点：
整体结构显得较为协调，安装较为方便。
缺点：
清洁刷剥离掉的污物容易通过传动轴与不锈钢壳体之间的调节孔飞溅入内，造成电机和电控部分受损。
不采用
方案二
安装在装置前端
优点：
可将装置的电机和电控部分全部隔离在已清洁管段，免受污物损坏。
缺点：
拆卸较麻烦。
采用
4.电控部分
（1）电源选型
方案编号
方案
名称
方案说明
方案分析
分析结论
方案一
电瓶
供电
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