本科毕业论文北京机械工业学院第一章概述1.1课题背景及选题意义1.1.1课题背景及来源随着环保意识的增强和科学技术的发展，水煤浆作为一种新型的燃料代替重油煤粉将被广泛应用。但水煤浆与油的特性不同，它是两相流的流体，悬浮物为颗粒状物质，随着储存时间的增加，悬浮物必然下沉，虽然在水煤浆中含有稳定剂，但储存时间长了以后，储存在设备中的水煤浆上下浓度不一致，以致发生软沉淀现象。目前采用的时机械式搅拌，但该装置体积大而笨重，能耗多。研发一种在罐底行进巡逻的机器人，除有搅拌的基本功能外，还能监测到可能发生沉淀的区域，并自行调整路径到达目的地，与原有装置有显著的优势。本课题来源于北京市教育委员会科技发展计划的工业机器人研究项目，本项目的研究包括机械设计、机电系统自动控制、测试传感技术、位置识别系统、信息技术、计算机仿真等多学科内容，本课题是该项目的一部分，主要內容为：搅拌机器人的智能控制系统方法的研究。本项目拟研发的搅拌机器人可代替大型储浆罐中传统笨重的机械式搅拌装置，在占地、安装、维修、智能化等方面都有显著优势，从而提高生产的现代化水平，产生较大的社会经济效益。1.1.2国内外水煤浆防沉淀技术的发展状况70年代的石油危机给以石油为主要能源的西方各国以很大冲击，人们纷纷研究以煤代替油的策略，煤炭是一种重要的能源，可以直接燃用，然而这种固体燃料不像石油和天然气那样便于燃烧、储存与输送，其燃烧效率、使用方便性以及对环境的污染等都劣于石油。现有燃油系统要直接改烧固体煤炭是不可能的。所以需要寻找一种煤基流体燃料来代替油。水煤浆是由煤粉和水混合而成的似流体燃料。精细水煤浆，是一种平均粒径小于10µm，粘度0.3-0.4Pa.s，浓度50%左右，灰分低于1%，基本属于牛顿流体的煤水混合物[1]。这种精细水煤浆可代替柴油用于内燃机和燃气轮机。因此，水煤浆是未来最有希望的以煤代油的燃料。目前不少国家正在大力研究水煤浆代替油的问题。图1-1机械式搅拌机图1-1机械式搅拌机随着我国新型能源燃烧技术的成熟，自七五期间始，水煤浆技术的发展已进入到工业应用阶段。无论是水煤浆的制备厂和用户，都需要设置水煤浆储罐，用于储备一定量的水煤浆。水煤浆可以代替重油和煤粉燃料，但是与油的特性不一样，它是两相流的流体，悬浮物为颗粒状物质，虽浆中含有稳定剂，但随着储存时间的增加，悬浮物必然下沉，储罐中浆液上下浓度不一致，以致于发生软沉淀。目前，国外大型水煤浆储罐均采用机械式搅拌机以防止水煤浆产生软沉淀（见图示1-1），其搅拌机有立式、侧式两种。如瑞典设计的5000吨储罐，其立式搅拌机装置安装在罐顶中心，其叶轮直径为3m,传动功率为55kw。俄罗斯设计的20000吨储罐，底部装有４台侧式搅拌机，每台功率为17kw[2]。在我国水煤浆生产和应用规模还很小，对防止水煤浆产生软沉淀也还未有成熟的经验，在参照国外使用技术的基础上，我国自行设计、研制出几种搅拌形式主要有以下几种：1.空气搅拌方式如长春保温材料厂250吨水煤浆储罐，该储罐为钢结构，直径6.5m，高7.87m，为平顶锥底罐，罐底坡度8度。绕储罐外壁等角设两种不同长度，交错布置共12根1寸压缩空气管，通过压缩空气，使煤浆产生翻腾，防止软沉淀产生。经现场装浆试验，搅拌效果良好，其缺点是噪音大，需要有压缩空气机装置，动力源不统一等。2.打循环搅拌方式如枣庄矿务局八一矿水煤浆制备厂1500吨水煤浆储罐，该储罐为高架式钢筋混凝土框架筒体结构，罐内径12.5m，高29.1m，罐底部高出地面14m，锥底罐，罐底坡度4.5度。在罐下部装有3台QGB380.2/2型曲杆泵，在罐壁分四个水平装有喷嘴，每一水平装3个喷嘴，用管道将曲杆泵与喷嘴相连，启动泵后，可使煤浆沿罐底和罐壁圆周方向流动，防止软沉淀产生。经现场装浆试验，搅拌效果良好，其缺点是动力消耗太大，并且有少量死角不易循环到，曲杆泵磨损严重。3.立式机械搅拌方式如门头沟矿务局城子矿水煤浆制备厂5000吨水煤浆储罐，该储罐为钢结构，直径19m，高19m，为平顶锥底罐，罐底坡度为1：40。在罐顶中心装有一台立式搅拌机，其叶轮直径为3m，传动轴长14m，电机功率55kw，并装有导流板，通过搅拌机转动，使煤浆产生上下对流运动，防止软沉淀产生。大型立式中心搅拌机国内的生产厂家为江苏张家港市伟业机械制造有限公司。其主要型号为LMJ55，LMJ75。经现场装浆试验，搅拌效果很好，并且没有死角，其缺点是设备结构复杂，传动轴太长，不易加工，需要分段制作。而且要求储罐为平顶结构形式，给大直径储罐设计带来一定的难度。4.侧式机械搅拌方式如山东白杨河发电厂改烧水煤浆工程两座3000吨水煤浆储罐，该储罐为钢结构，直径15m，高15m，