储油罐清理机器人发展现状及关键技术

更新时间:2020-04-29 07:21

  储油罐清理机器人发展现状及关键技术_工程科技_专业资料。50 油气田地面工程第 28 卷第 1 期 ( 2009 1) 1 储油罐清理机器人发展现状及关键技术 邓三鹏1 张建2 李充宁1 王利君2 赵海培2 ( 1. 天津工程师范学院; 2. 胜利油田

  50 油气田地面工程第 28 卷第 1 期 ( 2009 1) 1 储油罐清理机器人发展现状及关键技术 邓三鹏1 张建2 李充宁1 王利君2 赵海培2 ( 1. 天津工程师范学院; 2. 胜利油田胜利工程设计咨询有限责任公司) 摘要: 储油罐清理是清理机器人研究和应用的一个新领域。分析了储油罐清理机器人研究的 重大意义, 介绍了国内外清罐机器人发展现状, 并对清罐机器人的关键技术即移动机构和驱动系 统、清罐装置、吸附装置、传感装置及控制系统等进行了分析。随着科技水平的提高及诸多关键 技术的突破, 清罐机器人必将取代人力, 成为储油罐清理的主力军。 关键词: 机器人; 储油罐清理; 吸附装置; 环保 1 1 1 1 研究和应用现状 国内外研究现状 目前, 国内外清罐的方法主要有人力手工清罐 格比 H ydrovac 工业和石油服务有限公司开发的水 力推土机罐内作业工具, 美国 Pet roleum F erm ent 公司开发的用于流化和喷击底泥的完全水力车等; 另外一种方法是采用同种油喷射方式, 比较典型的 是日本的 COW 清罐系 统和丹麦 的奥瑞克 公司的 BLABO 系统。 近些年, 国内在罐体的清洗、检查机器人领域 也做了大量的研究, 并且取得了一定的突破。上海 交通大学开发出一种专门用于检测金属油罐容积的 机器人。目前已被上海炼油厂用于替代传统的人工 同管径所对应的混气长度越长。这一规律与理论推 导得出的管线长度和混气长度、介质流动速度与混 气长度的变化规律一致。 法、热油循环清罐法、热水循环清罐法、化学药剂 清罐法及机械清罐法。机械清罐法总体上可分为两 种方式: 一种是采用机器人作业方式, 机器人在罐 内可以自动移动, 打散或吸出罐内沉积物, 如英国 NESL 公 司 的 M overjet Vehicle, 英 国 Surface Co nt ro l 公司 开发的用于清洗 储罐的真空槽 车, 拉 由图 2 可知, 其它条件一定的情况下, 管径不同所 对应的混气长度不同。随着管径的增大, 混气长度 也越来越大。速度越大, 相同管径所对应的混气长 度越长。这一规律与理论推导得出的管径、介质流 动速度与混气长度的变化规律一致。 图3 图2 不同速度条件下管径与混气长度的关系 不同速度下管线长度与混气长度的关系 综上所述, 天然气管线氮气置换过程中, 影响 混气长度的因素主要有介质流动速度、管径和管线 长度。随着速度、管径和管线长度增大, 混气长度 也逐渐增大, 混气长度与管径成正比、与管线长度 的二分之一次方成正比, 这与理论推 导的结果相 一致。 ( 栏目主持 张秀丽) ( 3) 管线长度对混气长度的影响。在其它条件 一定的情况下, 考虑管线长度对置换过程中混气长 度的影响。对介质流动速度为 4、6 m/ s 时管线长 度与混气长度的关系分别进行了数值计算和分析, 得出不同管线长度 所对应 的混气 长度 ( 见 图 3) 。 由图 3 可知, 在其它条件一定的情况下, 管线长度 不同所对应的混气 长度不同。随着管线长度 的增 大, 混气长度也越来越大。介质流动速度越大, 相 油气田地面工程第 28 卷第 1 期 ( 2009 1) 1 51 检测。除此之 外, 它还有 望应用于储 油罐、煤 气 罐、化学压力容器等危险环境, 进行探伤、除锈、 喷漆及清洗等工作, 将它用于储油罐清罐作业指日 可待。哈尔滨工业大学研制出一种核工业用壁面爬 行遥控检查机器人, 主要用于检查放射性核废液储 放罐焊缝, 以及时发现因核废液腐蚀原因造成的泄 漏隐患并进行清除, 确保环境的安全。其关键技术 对清罐机器人的研究有很大的促进作用。天津工程 师范学院和胜利油田正在合作开发用于储油罐清理 的机器人, 其关键技术已获得突破, 后面将要详细 分析其关键技术。 1 2 1 应用现状 目前, 清洗机器人的 应用基本集 中在壁面 清 洗、管道清洗、缆索清洗 和水下维护、清洗等 方 面。作为清洗机器人中一个典型代表, 清罐机器人 的应用尚不广泛, 但是它的应用前景很宽。目前国 内的大型储油罐清洗工作已经逐渐向机械化清洗过 渡, 例如, 大庆油田已经从 2003 年开始更换机械 化清洗设备, 此外, 中海油、中石油、中石化的大 部分下属公司都已经着手更新机械化清罐设备。相 信清罐机器人技术成熟以后, 将会迅速得到推广和 应用。 能, 其爬壁功能的实现可以借鉴爬壁机器人。爬壁 机器人主要有 真空负压吸附和磁吸附 两种吸附方 式。真空吸附法又分为单吸盘和多吸盘两种结构形 式, 它具有不受壁面材料限制的优点, 但当壁面凹 凸不平时, 容易使吸盘漏气, 从而使吸附力下降, 承载能力降低。磁吸附法可分为水磁铁和电磁铁两 种, 要求壁面必须是导磁材料。其结构简单, 吸附 力远大于真空吸附方式, 且对壁面的 凹凸适应性 强, 不存在真空吸附漏气的问题。由于一般储油罐 均为钢制, 因而清罐机器人优先选用磁吸附。 ( 4) 传感 ( 通讯) 装置。用来检测获取被清洗 物体的形状信息及周围环境的信息并将所得信息传 输回远程控制中心。一 般用到的传感装置有 CCD 摄像头、压力传感器等。采用摄像头时, 可用防爆 云台控制摄像头在一定范围内旋转, 以监控罐内的 清理状况。同时还要装备照明装置, 与摄像头同步 旋转, 以获得最佳摄像效果。考虑到油罐可能完全 屏蔽, 传输信号采用有线通讯方式, 通过射频技术 将多路视频、音频和数 字信号通过一 根电缆双向 传输。 ( 5) 控制系统。控制系统无疑是清罐机器人的 核心部分, 正是在它的指挥、控制和协调下, 机器 人的各个部分才能有条不紊地完成清罐工作。ks凯时官方娱乐。一般 情况下, 清罐机器人中都装有微控制器, 通过车载 微处理器完成 传感器到视觉融合的环 境检测与识 别。运动控制一般采取局部未知环境下自主运动与 全局遥控相结合的总体控制策略。对于驱动装置的 控制, 一般采用数字位置伺服和高鲁棒性的运动定 位, 同时对于保险绳要有随动控制, 从而控制机器 人安全顺利地完成工作。 2 关键技术分析 一个完善的清罐机器人系统通常包括如下的 5 个子系统: ( 1) 移动机构和驱动系统。两者构成机器人的 本体。移动方式有车轮式、履带式和足脚式 ( 两足 或多足) 等。车轮式移动速度快、控制灵活, 但维 持一定的吸附力较 困难; 履带 式对壁面的适 应性 强, 着地面积大, 但不易转弯; 足行机器人移动速 度慢, 适应场地能力强。清罐机器人的驱动系统通 常采用液压驱动。由于清罐机器人需要适应不同清 洗环境, 一般需要对机器人本体采取模块化设计, 从而使其具有可重构、可变形的特性, 以满足不同 的应用需求, 同时防火、防爆、防腐也是要考虑的 重要条件。 ( 2) 清洗 ( 罐) 装置。一般由送液装置、清洗 或吸取装置组成。工作时, 首先通过送液装置把清 洗液送到要清洗处, 然后用清洗装置进行清洗, 并 由传感装置检测清洗的效果。考虑到油渣的清理难 度比较大, 清洗装置可以按照环境需要设计成铲板 机构或者高压喷射机构等多种形式。 ( 3) 吸附装 置。清罐机器 人需要具备爬 壁功 3 结语 清罐机器人的研发涉及机器人、人工智能、传 感、控制、环境识别及现代设计方法等诸多学科以 及构成各类机器人自身服务功能的各项专有技术, 各项关键技术的发展突破对清罐机器人的发展影响 甚大。 清罐机器人的特点是安全、高效、经济, 它逐 渐切入市场并最终被广泛使用是必然趋势。相信在 不久的将来, 伴随着科技水平的提高以及诸多关键 技术的突 破, 清罐机器 人将越来越完 善, 取代人 力、成为清罐行业的主力军指日可待。 ( 栏目主持 张秀丽)

 
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