CN114684340A - 油气管线巡检用水下机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种油气管线巡检用水下机器人，包括壳体和履带底盘、推进系统及搭载巡检设备；所述壳体尾部设置一个防撞导流罩，壳体中部左右两侧对称设置有两个平衡浮体，壳体正前面上固定设置有控制拖缆；所述推进系统包括进水通道、推进器；所述履带底盘安装在壳体下腹部。该油气管线巡检用水下机器人专门为浅海、浑浊、激流水域设计，能快速巡检海底管线。
Description
技术领域
本发明涉及水下机器人领域，具体涉及一种油气管线巡检用水下机器人。
背景技术
海底管道是海上油气输送的大动脉，是海上油气田的重要组成部分，由于长期在海洋复杂环境下工作，易受渔业活动、地质灾害等各种复杂因素影响，出现悬空、平面位移、管体损伤等情况，一旦泄漏，将会造成严重的环境污染，对环境和生产造成极大的威胁。另一方面，我国的海底管道铺设历史已有数十年，目前早期的海底管道已经或者即将超过其设计使用年限。因此准确探明海底管道的状态和位置，对于预防和排除安全隐患非常重要。
传统管道检查年度做法，是采用的拖曳式侧扫声呐+水下机器人定点检查的工作模式。即一次任务中需要两家承包商完成单独但却相关联的检查活动。第一家承包商使用DP1 级地球物理勘测船，配备拖曳式侧扫声呐，用于进行声学，开放水域的管道检查。收集的声呐数据经过处理，并进行解释，识别出多个最有可能的异常，之然后再请另一家承包商使用 DP2 支持船和工作级遥控无人潜水器（ROV ）对每个点进行500米的常规目视检查，其物质和时间耗费都巨大。
而自主水下航行器（AUV）因其容易丢失在海底，功能也不如 ROV 可靠，且一般的自主水下航行器不适宜安装大型传感器，如管道跟踪器等，对它的导航精度就有很高的要求，在高精度作业中仍然离不开母船支持，并且电池容量有限，需要定期更换，所以AUV适合在深海贴近探查。
相比之下，作业级 ROV 就是一种及其通用的水下载体，但是它笨拙的形状将速度限制在了1.5节，并且在强海流条件下容易受到干扰。声学调查活动完后再采用ROV现场潜水活动，耗时且效果不好，由于误判侧扫数据，潜下去找不到调查目标是常见的事。
随着多波束测深仪、浅地层剖面仪、侧扫声纳等声学传感器的日渐成熟，其有效测距均超过50m，检测工具已经不是制约海底油气管线巡检的瓶颈。如何搭载这些检测工具高强度地开展长期、频繁的油气管线巡检作业并进行高效、准确的多传感器检测数据处理成为当前急需解决的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种油气管线巡检用水下机器人，其专门为浅海、浑浊、激流水域设计，能快速巡检海底管线。
本发明所采用的技术方案如下：
一种油气管线巡检用水下机器人，包括壳体和履带底盘、推进系统及搭载巡检设备；
壳体采用更为流畅的水动力布局，所述壳体尾部设置一个防撞导流罩，壳体中部左右两侧对称设置有两个平衡浮体，所述平衡浮体可拆卸，平衡浮体内部围壳内偏下部布置若干电子仓，形成上轻下重的不倒翁稳定结构，两个平衡浮体顶面上均设置有垂直稳定翼，两个垂直稳定翼相互对称，壳体中部顶面上固定设置一吊钩，壳体前部设置一个方向舵，方向舵中部左右两侧设置对称设置有两个调控水平翼，所述方向舵内部配装有方向舵控制器和水平翼控制器，方向舵控制器与方向舵电连接并控制方向舵方向，水平翼控制器与调控水平翼电连接并控制调控水平翼调整角度，方向舵前部顶端设置有水下定位系统，壳体正前面上固定设置有控制拖缆, 所述控制拖缆为光电和拉力复合拖缆，除提供浮力、拉力外，还可提供电力和保持信号上下传递；
推进系统包括进水通道、推进器，壳体后端对称设置有水平进水通道A、B，壳体前端对称设置有水平进水通道C、D，水平进水通道A、B、C、D中固定安装有水平推进器A、B、C、D；壳体垂直方向上在前后两端对称设置有四个垂直进水通道，四个垂直进水通道内分别固定安装有垂直推进器；
进一步地，壳体前部下端对称外置有两个加强推进器，所述加强推进器推进器为附属体，拖船模式进入在精细探测阶段时，此时船停，机器人主动探测，推进力较小，在直线航行时打开加强推进器推进器，起加力作用，在接近目标后精细操作时关闭；
搭载巡检设备包括设置在壳体下腹部前后左右两侧的旋转照明摄像装置、设置在壳体下腹部正前部的前视图像声呐、设置在壳体下腹部底面前端的海底测距避碰声呐、设置在海底测距声呐后方的浅地层剖面仪、设置在履带底盘下吊挂的侧扫声呐、设置在侧扫声呐的激光标尺、设置在壳体下腹部后端面的超高解析度静态照相机、设置在超高解析度静态照相机左右两侧的闪光灯、设置在壳体尾端的超高清4K摄像机。所述搭载巡检设备均通过控制拖缆进行控制。
所述履带底盘安装在壳体下腹部。
进一步地，在进行埋地深度大于一米以上的的管道和海缆检测时，采用水声检测效果不佳，需要在壳体前端加装TSS440管缆跟踪器，所述TSS440管缆跟踪器采用向海底发射特定频谱组合的电磁波，通过检测回收信号来计算埋地管道和海缆的走向、粗细、和埋深等参数。但因为海水对电磁波具有很强的屏蔽和衰减特性，需要将天线尽量贴近海底侦听信号。由于TSS440管缆跟踪器的三个天线线圈较重，并且为了防止电磁信号干扰，需要与母体保持2米以上距离，因此在TSS440管缆跟踪器的悬伸臂上增设浮力块来平衡重量分布，防止头重脚轻。
进一步的，所述壳体采用碳纤维材质制成。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
1、兼顾普通ROV和AUV两者特点，AUV的外形，ROV的操控，效率大为提高.
2、具备快检和细查两项功能，一个航次既可查清问题，节约工期和出海费用。
3、减少海水阻力，将外形设计成飞机一样流畅的水动力布局，推进器进水通道布局合理。管道声学测量工作时速预计可达5节，可以适应最高6级恶劣海况，为普通ROV或者AUV检查速度的2-3倍。
4、采用碳纤维外壳，轻而坚固，便于上下船吊放作业。
5、实时在线检查提供海底检查数据，遥测数据通过光纤同步传输至水面监控站。发现问题可以及时停车投入定点详细检查，细查结束又可马上回复快检。
6、光纤传输，信息和数据的传递和交换带宽大，采集的资料质量高。
7、并且为了有效控制水下高度的稳定，采用核潜艇的上围壳设计，布置可调水平翼和方向舵，随时根据海底测距声呐数值调整水平翼角度，像飞机一样在海中流畅穿行。
8、前段设弹性防撞导流罩，减少阻力，防止不小心撞坏。
9、肚皮下开设不同部位的孔槽，方便安置不同功能传感器。同时安装多个传感器，一个航次解决很多问题。
10、配备10个大推力螺旋桨。其中 4个水平矢量布置，负责前后、左右等水平方向任一角度平动，还可左右转弯；另外4个垂直布局，负责上下升降移动，还可调整本体爬升俯仰姿态，水中定点详细探查时具备稳定悬停能力。后置两个加强前行推力。
11、复杂的多推进器设计，在软件的辅助下，可有效克服海流对拖体造成的偏航影响。
12、设计成飞机起落架外形的海底爬行履带，可以在背部4个垂直推进器的作用下形成抓地力，依靠履带附着海床上抵近观察，形成稳定清晰的录像画面。一些受破坏的海域可能存在强水流。本机还可以在4个水平矢量推进器和尾端2个加强推进器的综合作用下，抵御强水流。
13、重心和浮心布局合理，适应水下高速稳定航行。
14、采用控制软件，可以原地转弯和左右移动，并可精准控制离地高度，能修正航向对准测线，大量节省了转弯和对准测线时间，测量精度高。
15、三维图像模型还可以使用户更好地了解管道及其附属结构与海床的关系，给施工修复带来极大方便。
16、可以搭载更多的传感器。包括以往的传感器（MBES，SSS，HD摄像机，管道跟踪器）和新传感器（UHD静态摄像机，激光标尺，三维激光成像仪，超高清摄像机）等。
17、动力充足，可满足复杂的探测设备和较大的作业供电。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是本发明实施例的结构示意剖面图。
图3是本发明实施例的推进系统结构布置示意图。
图4是本发明实施例的搭载巡检设备结构布置示意图。
具体实施方式
为使发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
实施例1
下面结合附图1-4及其实施例对本发明进一步详细说明。
一种油气管线巡检用水下机器人，包括壳体1和履带底盘2、推进系统及搭载巡检设备；
壳体1采用更为流畅的水动力布局，所述壳体尾部设置一个防撞导流罩11，壳体中部左右两侧对称设置有两个平衡浮体12，所述平衡浮体12可拆卸，平衡浮体12内部围壳内偏下部布置若干电子仓，形成上轻下重的不倒翁稳定结构，两个平衡浮体12顶面上均设置有垂直稳定翼13，两个垂直稳定翼相互对称，壳体1中部顶面上固定设置一吊钩14，壳体1前部设置一个方向舵15，方向舵15中部左右两侧对称设置有两个调控水平翼16，所述方向舵15内部配装有方向舵控制器17和水平翼控制器18，方向舵控制器17与方向舵15电连接并控制方向舵15方向，水平翼控制器18与调控水平翼16电连接并控制调控水平翼16调整角度，方向舵15前部顶端设置有短基线水下水声定位器19、方向舵15后部顶上设置有卫星水面定位天线19A，所述的短基线水下水声定位器19和卫星水面定位天线19A均与方向舵15电连接，壳体1正前面上固定设置有控制拖缆10；
推进系统包括进水通道、推进器，壳体1后端对称设置有水平进水通道A31、水平进水通道B32，壳体前端对称设置有水平进水通道C33、水平进水通道D34，水平进水通道A、B、C、D中固定安装有水平推进器A35、水平推进器B36、水平推进器C37、水平推进器D38；壳体1垂直方向上在前后两端对称设置有四个垂直进水通道39，四个垂直进水通道39内分别固定安装有垂直推进器30；
壳体前部下端对称外置有两个加强推进器101，所述加强推进器推进器为附属体，拖船模式进入在精细探测阶段时，此时船停，机器人主动探测，推进力较小，在直线航行时打开加强推进器推进器，起加力作用，在接近目标后精细操作时关闭）；
搭载巡检设备包括设置在壳体下腹部前后左右两侧的旋转照明摄像装置41、设置在壳体下腹部正前部的前视图像声呐42、设置在壳体下腹部底面前端的海底测距避碰声呐43、设置在海底测距声呐后方的浅地层剖面仪44、设置在履带底盘下吊挂的侧扫声呐45、设置在侧扫声呐的激光标尺46、设置在壳体下腹部后端面的超高解析度静态照相机47、设置在超高解析度静态照相机左右两侧的闪光灯48、设置在壳体尾端的超高清4K摄像机49。所述搭载巡检设备均为市场直接采购而来，在此不在详细赘述其结构。
所述履带底盘2安装在壳体1下腹部。
本实施例中，履带底盘2采用的是青岛赶海机器人有限公司出产的轻量化水下履带底盘（专利申请号：2020107070871）。
另外在进行埋地深度大于一米以上的的管道和海缆检测时，采用水声检测效果不佳，需要在壳体前端加装TSS440管缆跟踪器5，所述TSS440管缆跟踪器5采用向海底发射特定频谱组合的电磁波，通过检测回收信号来计算埋地管道和海缆的走向、粗细、和埋深等参数。但因为海水对电磁波具有很强的屏蔽和衰减特性，需要将天线尽量贴近海底侦听信号。由于TSS440管缆跟踪器的三个天线线圈较重，并且为了防止电磁信号干扰，需要与母体保持2米以上距离，因此在TSS440管缆跟踪器的悬伸臂上增设浮力块51来平衡重量分布，防止头重脚轻。
使用本实施例的油气管线巡检用水下机器人进行浅底层剖面仪探测的流程如下：
作业前，根据施工图坐标进行拖船的路径规划，将ROV吊放至工作海域，拖放入轨正常后通过ROV顶部的北斗信号装置进行位置校准，进行快速普扫，根据需要释放合适长度拖缆，并设定离地工作高度，然后自主走航测量掩埋管线。当普扫时发现可疑点，即刻停船，操纵拖船上的缆车释放合适长缆，控制ROV向后航行至可疑位置，缓慢降低高度，对疑似区域盘旋摄像，然后在一侧落地，并背部喷水产生向下抓地力，用履带驱动，慢慢靠近进行精细拍摄；拍完后起飞，落到另一侧，同样履带驱动进行精细拍摄，这样既可获得详尽的清晰录像资料。然后升空至合适离地高度，继续开动拖船进行普扫。普扫结束，回收ROV到船上。
以上所述，仅为发明较佳的具体实施方式，但发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种油气管线巡检用水下机器人，其特征在于：包括壳体、履带底盘、推进系统及搭载巡检设备；
所述壳体尾部设置一个防撞导流罩，壳体中部左右两侧对称设置有两个平衡浮体，所述平衡浮体内部围壳内偏下部布置若干电子仓，形成上轻下重的结构，两个平衡浮体顶面上均设置有垂直稳定翼，两个垂直稳定翼相互对称，壳体中部顶面上固定设置一吊钩，壳体前部设置一个方向舵，方向舵中部左右两侧设置对称设置有两个调控水平翼，所述方向舵内部配装有方向舵控制器和水平翼控制器，方向舵控制器与方向舵电连接并控制方向舵方向，水平翼控制器与调控水平翼电连接并控制调控水平翼调整角度，方向舵前部顶端设置有水下定位系统，壳体正前面上固定设置有控制拖缆；
所述推进系统包括进水通道、推进器，壳体后端对称设置有水平进水通道A、B，壳体前端对称设置有水平进水通道C、D，水平进水通道A、B、C、D中固定安装有水平推进器A、B、C、D；壳体垂直方向上在前后两端对称设置有四个垂直进水通道，四个垂直进水通道内分别固定安装有垂直推进器；
所述搭载巡检设备包括设置在壳体下腹部前后左右两侧的旋转照明摄像装置、设置在壳体下腹部正前部的三维前视声呐、设置在壳体下腹部底面前端的海底测距声呐、设置在海底测距声呐后方的浅地层剖面仪、设置在履带底盘的侧扫声呐、设置在侧扫声呐的激光标尺、设置在壳体下腹部后端面的超高解析度静态照相机、设置在超高解析度静态照相机左右两侧的闪光灯、设置在壳体尾端的超高清4K摄像机；
所述履带底盘安装在壳体下腹部。
2.根据权利要求1所述的油气管线巡检用水下机器人，其特征在于：壳体前部下端对称外置有两个加强推进器。
3.根据权利要求2所述的油气管线巡检用水下机器人，其特征在于：在进行埋地深度大于一米以上的的管道和海缆检测时，壳体前端加装TSS440管缆跟踪器，TSS440管缆跟踪器的悬伸臂上增设浮力块。
4.根据权利要求3所述的油气管线巡检用水下机器人，其特征在于：所述壳体采用碳纤维材质制成。
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2020
- 2020-12-31 CN CN202011636402.2A patent/CN114684340A/zh active Pending
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