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城镇燃气钢质管道受轨道交通电磁干扰测试与评价方法研究

作　者: 刘菊银
导　师: 王新华
学　校: 北京工业大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 动态电磁干扰管地电位腐蚀速率分形维数剩余寿命
分类号: TU996.72
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着我国地铁等轨道交通的蓬勃发展以及城镇燃气的普及使用,由此而凸显的埋地燃气钢质管道干扰电流腐蚀问题愈来愈引起了人们的关注。调查显示,我国90%以上的城镇埋地燃气钢质管道防腐层破损、剥离以及腐蚀穿孔等缺陷均由地铁等轨道交通泄漏到土壤中的动态干扰电流所引发,不仅造成了巨大的国民经济损失,同时也给人民的生命财产安全带来了隐患。在我国,燃气管道的建设始于20世纪50年代,地铁轨道交通的发展历史也才仅仅40年。因此,对埋地燃气钢质管道的轨道交通电磁干扰腐蚀问题尚未进行深入研究。同时,由于埋地燃气钢质管道埋设现场环境恶劣且复杂多变,导致现有技术与设备无法较好地应用于城镇埋地燃气钢质管道的电磁干扰检测与评价。因此,为了保障管道的安全运行并及时对受干扰的管道采取防护措施,对城镇埋地燃气钢质管道所受的轨道交通电磁干扰情况进行有效测试与评价势在必行。课题围绕该任务开展了理论与实验研究,取得了以下研究成果:通过对现有检测技术的比较分析,并针对轨道交通电磁干扰的动态变化特性,提出了管地电位连续动态监测技术。在实验研究的基础上,根据管地电位波动情况与干扰电流的关系,初步估计了管道受到的动态电磁干扰严重性。基于轨道交通动态电磁干扰原理,提出了实验室动态直流电磁干扰与交流电磁干扰腐蚀实验方案。搭建了动态电磁干扰下的金属管道加速腐蚀实验平台,研究了不同物化性质的土壤、不同特性的动态干扰电流对管道腐蚀速率的影响规律,以及干扰电流与管地电位波动范围之间的关系。通过数字图像处理技术提取腐蚀形貌图像的腐蚀特征,并应用分形几何理论,计算腐蚀形貌分形维数。研究表明,动态电磁干扰造成的管体腐蚀形貌具有分形特征,分形维数可作为定量描述腐蚀形貌特征的参数。同时,以实验研究为基础,建立了分形维数与腐蚀速率之间的数学关系式。采用LabVIEW与Microsoft SQL数据库、MATLAB、Visual C++结合的方法开发了埋地燃气钢质管道电磁干扰测试与评价软件。软件实现了数据实时显示、信号频域测量、数据统计计算、.txt文件存储与回放、数据库存储与条件查询、删除、干扰严重性判断等功能,并通过提取腐蚀形貌和计算腐蚀表面分形维数,估计了管道破损点处的干扰电流大小,并预测了管道的剩余寿命。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第1章绪论  8-18
  1.1 课题背景及研究意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-15
    1.2.1 检查片腐蚀监测  9-10
    1.2.2 管地电位正向偏移法  10-11
    1.2.3 管地电位连续动态监测  11-12
    1.2.4 干扰电流探针测试法  12-13
    1.2.5 地电位梯度检测  13-14
    1.2.6 SCM 干扰电流测绘仪检测  14-15
  1.3 课题主要研究内容  15-18
第2章动态电磁干扰加速腐蚀实验研究  18-38
  2.1 轨道交通动态电磁干扰原理  18-22
    2.1.1 轨道交通动态直流电磁干扰  18-20
    2.1.2 轨道交通动态交流电磁干扰  20-22
  2.2 轨道交通电磁干扰测试技术  22-24
    2.2.1 城镇埋地燃气钢质管道特性  22
    2.2.2 轨道交通动态电磁干扰特征  22-23
    2.2.3 轨道交通电磁干扰测试技术—管地电位连续动态监测  23-24
  2.3 埋地钢质管道直流电磁干扰加速腐蚀实验  24-33
    2.3.1 埋地钢质管道直流电磁干扰加速腐蚀实验装置  24-25
    2.3.2 实验准备工作  25
    2.3.3 实验过程  25-32
    2.3.4 数据分析及处理  32-33
  2.4 轨道交通交流电磁干扰加速腐蚀实验  33-36
    2.4.1 交流电磁干扰加速腐蚀实验模型  33-34
    2.4.2 实验过程  34-36
  2.5 本章小结  36-38
第3章基于分形的腐蚀形貌研究  38-52
  3.1 分形理论  38-43
    3.1.1 分形维数定义  40-42
    3.1.2 分形维数计算方法  42-43
  3.2 腐蚀形貌图像预处理  43-46
    3.2.1 图像的灰度化处理  43-45
    3.2.2 图像的二值化处理  45-46
  3.3 腐蚀形貌分形维数  46-51
    3.3.1 腐蚀形貌分形维数计算  46-47
    3.3.2 分形维数与腐蚀因子的关系  47-50
    3.3.3 数据分析及处理  50-51
  3.4 本章小结  51-52
第4章埋地燃气钢质管道动态电磁干扰评价方法  52-56
  4.1 管道腐蚀干扰评价标准  52-55
    4.1.1 电磁干扰的管地电位分级评价依据  53
    4.1.2 管地电位分级评价方法  53-55
  4.2 基于分形维数的干扰腐蚀评价  55
  4.3 本章小结  55-56
第5章埋地燃气管道电磁干扰测试与评价软件设计  56-74
  5.1 软件系统开发平台及开发语言  56-58
    5.1.1 虚拟仪器图形软件开发平台LabVIEW  56-57
    5.1.2 SQL Server 数据库平台  57
    5.1.3 MatLab 语言  57-58
    5.1.4 数据库访问的工具包LabSQL  58
  5.2 数据采集卡的选择  58-59
  5.3 软件的总体结构  59
  5.4 监控软件界面设计  59-65
    5.4.1 软件主界面  59-60
    5.4.2 数据库查询界面  60-61
    5.4.3 数据删除  61-62
    5.4.4 数据文件保存  62
    5.4.5 管道腐蚀预测  62-65
  5.5 软件功能的实现  65-71
    5.5.1 管地电位数据采集及处理  66-67
    5.5.2 数据消噪处理  67-71
    5.5.3 数据文件存储  71
    5.5.4 干扰初步评价  71
  5.6 本章小结  71-74
结论  74-76
参考文献  76-79
附录  79-82
攻读硕士学位期间所取得的学术成果  82-83
致谢  83

城镇燃气钢质管道受轨道交通电磁干扰测试与评价方法研究

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