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石油工业中管道机器人技术的发展与应用前景

关 键 词:
石油工业 管道 机器人 技术 发展 应用 前景
资源描述:
! 专 题 综 述 #石 油 工 业 中 管 道 机 器 人 技 术 的 发 展 与 应 用 前 景常 玉 连   邵 守 君   高   胜(大 庆 石 油 学 院 机 械 科 学 与 工 程 学 院 )摘 要   应 用 管 道 机 器 人 进 行 石 油 工 业 管 道 检 测 与 维 修 操 作 是 一 项 前 沿 技 术 。 综 合 分 析 了 国 内外 油 气 管 道 机 器 人 近 年 来 的 发 展 情 况 , 特 别 对 油 气 输 送 管 道 、 油 气 井 和 油 田 与 石 化 企 业 中 的 各 种管 道 机 器 人 进 行 了 分 析 , 并 简 单 介 绍 了 适 用 不 同 类 型 管 道 机 器 人 的 工 作 原 理 、 结 构 特 点 及 各 自 的发 展 过 程 。 最 后 结 合 我 国 石 油 工 业 发 展 的 具 体 情 况 , 给 出 了 管 道 机 器 人 在 油 气 输 送 管 道 、 油 气 井及 其 他 管 道 中 的 应 用 前 景 。关 键 词   管 道 机 器 人   移 动 载 体   机 器 人 技 术   管 道 检 测引       言石 油 工 业 中 应 用 了 各 种 类 型 的 管 道 , 包 括 油 气长 距 离 输 送 管 道 、 油 田 内 部 集 油 管 道 、 注 水 管 道 、供 水 管 道 、 石 化 工 厂 中 传 递 各 种 介 质 的 管 道 。 这 些管 道 在 长 期 使 用 过 程 中 会 受 到 管 内 外 介 质 的 作 用 而产 生 腐 蚀 、 结 垢 、 裂 纹 、 穿 孔 等 导 致 管 道 失 效 , 影响 油 气 生 产 的 正 常 进 行 。 此 外 还 有 一 种 特 殊 垂 直 管道 — — — 油 气 井 , 在 油 田 的 开 发 过 程 中 无 论 是 完 井 、测 井 还 是 修 井 作 业 都 需 要 在 井 筒 中 操 作 , 井 下 操 作大 概 可 分 为 2类 : 一 是 安 装 井 中 工 作 仪 器 , 完 成 井中 参 数 的 测 量 ; 二 是 检 测 井 的 工 作 状 态 (尤 其 是事 故 井 的 状 态 ) , 以 作 出 准 确 的 修 井 作 业 方 案 。 油气 管 道 内 部 的 操 作 与 检 测 一 直 是 油 气 生 产 上 的 重 大技 术 问 题 , 围 绕 这 一 问 题 石 油 科 技 工 作 者 一 直 在 寻找 和 研 究 新 的 装 置 与 工 具 。管 道 机 器 人 是 一 种 可 在 管 道 内 、 外 行 走 的 机 电一 体 化 装 置 , 它 可 以 携 带 1种 或 多 种 传 感 器 及 操 作装 置 (如 机 位 置 和 姿 态 传 感 器 、 超 声 传 感器 、 涡 流 传 感 器 、 管 道 清 理 装 置 、 管 道 接 口 焊 接 装置 、 防 腐 喷 涂 装 置 等 操 作 装 置 ) , 在 操 作 人 员 的 远 距离 控 制 下 进 行 一 系 列 的 管 道 检 测 维 修 作 业 [ 1 ]。 一 个完 整 的 管 道 机 器 人 系 统 应 由 移 动 载 体 (行 走 机 构 )、管 道 内 部 环 境 识 别 检 测 系 统 (操 作 系 统 )、 信 号 传递 和 动 力 传 输 系 统 及 控 制 系 统 组 成 。 其 中 移 动 载 体和 管 道 内 部 环 境 识 别 检 测 系 统 是 管 道 机 器 人 系 统 的核 心 部 分 [ 2 ]。 随 着 油 气 工 业 的 发 展 , 管 道 机 器 人 技术 将 被 更 加 广 泛 地 应 用 在 石 油 工 业 管 道 上 。国 内 外 管 道 机 器 人 的 发 展 状 况从 20世 纪 5 0年 代 起 , 为 满 足 长 距 离 管 道 运输 、 检 测 的 需 要 , 美 、 英 、 法 等 国 相 继 展 开 了 管 道机 器 人 的 研 究 , 其 最 初 成 果 就 是 一 种 无 动 力 的 管 内检 测 设 备 , 一 般 译 名 称 “ 管 道 猪 ” ( [ 3 ]。该 设 备 依 靠 其 首 尾 两 端 管 内 流 体 形 成 的 压 力 为 驱 动力 , 随 着 管 内 流 体 的 流 动 向 前 运 动 。 它 是 一 种 被 动的 无 自 主 动 力 的 检 测 设 备 , 依 靠 外 力 的 作 用 而 实 现在 管 道 中 移 动 。随 着 计 算 机 、 传 感 器 、 控 制 理 论 及 技 术 的 发展 , 近 些 年 来 , 人 们 开 始 研 究 采 用 具 有 自 主 动 力 的机 器 人 来 进 行 管 道 检 测 。 这 种 管 道 机 器 人 能 在 管 道中 自 主 行 走 , 可 以 准 确 接 近 管 道 的 故 障 截 面 , 获 得故 障 状 况 的 可 靠 信 息 , 精 确 到 达 操 作 位 置 。我 国 管 道 机 器 人 方 面 的 研 究 开 始 于 20世 纪 80年 代 末 。 哈 尔 滨 工 业 大 学 、 上 海 交 通 大 学 、 大 庆 石油 管 理 局 、 中 原 油 田 及 胜 利 油 田 等 先 后 参 与 了 这 方面 的 研 究 工 作 。 国 内 的 管 道 在 线 检 测 技 术 大 部 分 也应 用 了 “ 管 道 猪 ” 。 近 些 年 来 , 我 国 也 开 始 对 带 自主 动 力 的 机 器 人 进 行 研 究 。目 前 , 国 内 外 已 研 制 出 多 种 类 型 的 管 道 机 器人 , 它 们 依 据 行 走 方 式 可 分 为 轮 式 行 走 管 道 机 器人 、 履 带 式 行 走 管 道 机 器 人 、 螺 旋 轮 式 行 走 管 道 机器 人 、 胀 闸 2活 塞 式 行 走 管 道 机 器 人 、 多 脚 式 行 走管 道 机 器 人 , 它 们 分 别 适 应 不 同 的 管 道 和 不 同 的 工—221—            石   油   机   械 第 34卷   第 9期作 需 求 。 目 前 , 应 用 在 石 油 工 业 管 道 中 的 机 器 人 大致 可 以 分 为 3类 : ① 油 气 输 送 管 道 机 器 人 ; ② 油 气井 机 器 人 ; ③ 油 田 与 石 化 企 业 中 各 种 管 道 机 器 人 。11油 气 输 送 管 道 机 器 人油 气 输 送 管 道 一 般 称 长 输 管 道 , 是 一 种 长 距 离输 送 油 气 的 管 道 。 最 初 的 管 道 机 器 人 是 随 着 长 输 管道 技 术 的 发 展 而 来 的 。在 长 输 管 道 检 测 中 , “ 管 道 猪 ” 是 一 种 简 单 的检 测 机 器 人 系 统 。 它 有 2个 基 本 类 型 [ 4 ] : 即 用 于 清理 管 道 和 检 测 的 简 单 型 式 “ 管 道 猪 ” 和 集 移 动 平台 与 检 测 元 件 结 为 一 体 的 复 杂 型 式 “ 管 道 猪 ” 。 简单 型 式 的 “ 管 道 猪 ” 基 本 上 可 以 看 作 一 个 在 管 道中 移 动 的 活 塞 , 活 塞 由 其 首 尾 两 端 管 内 流 体 形 成 的压 力 来 驱 动 。 当 后 面 的 流 体 压 力 大 于 前 面 的 压 力时 , 在 压 差 的 作 用 下 , “ 管 道 猪 ” 就 克 服 了 本 体 与管 壁 间 的 摩 擦 阻 力 而 向 前 运 动 。日 本 东 京 电 力 株 式 会 社 研 制 了 一 种 简 单 型 式“ 管 道 猪 ” 。 它 具 有 沿 管 线 全 程 测 量 内 径 、 识 别 弯头 部 位 、 测 量 凹 陷 等 变 形 部 位 以 及 管 道 圆 度 的 功能 , 并 可 以 把 检 测 结 果 和 检 测 位 置 一 起 记 下 来 。 这种 “ 管 道 猪 ” 的 两 端 各 安 装 1个 聚 氨 酯 密 封 碗 ,后 部 密 封 碗 内 测 环 向 排 列 的 伞 形 探 头 与 管 壁 接 触 ,测 量 各 半 径 的 变 形 , 并 与 行 走 距 离 仪 的 旋 转 联 动 ,以 便 使 装 在 “ 管 道 猪 ” 内 部 的 记 录 仪 记 录 数 据 。复 杂 型 式 “ 管 道 猪 ” 中 的 检 测 元 件 包 括 简 单的 机 械 卡 尺 、 高 级 电 子 设 备 及 光 数 据 存 储 器 。 随 着这 种 复 杂 型 式 “ 管 道 猪 ” 平 台 的 发 展 , 人 们 把 这种 管 道 检 测 工 具 称 之 为 智 能 管 道 猪 ( 完 整 的 智 能 管 道 猪 包 括 电 源 部 分 、 数 据 存 储 部 分 和用 于 检 测 管 道 故 障 的 高 级 无 损 检 测 传 感 器 。 种 检 测 管 道 故 障 方 法 , 像 利 用 超 声 传 感 器检 测 、 涡 流 传 感 器 检 测 、 声 敏 元 件 检 测 和 磁 通 泄 漏检 测 等 。 测 技 术 在 近 些 年 来 有 了 很大 的 发 展 , 其 中 磁 通 泄 漏 是 目 前 最 流 行 的 无 损 检 测技 术 。 图 1为 沈 阳 工 业 大 学 与 新 疆 三 叶 管 道 技 术 有限 公 司 合 作 研 制 成 功 的 高 精 度 长 输 管 道 漏 磁 在 线 检测 智 能 系 统 。图 1  管 道 漏 磁 在 线 检 测 智 能 系 统 示 意 图1— 橡 胶 碗 ; 2— 钢 刷 ; 3— 磁 敏 探 头 ; 4— 测量 节 ; 5— 记 录 节 ; 6— 行 走 轮 ; 7 — 电 池 节此 系 统 利 用 多 重 多 维 漏 磁 探 伤 、 高 速 大 容 量 数据 处 理 存 储 、 里 程 定 位 等 技 术 , 对 石 油 天 然 气 管 道进 行 无 损 探 伤 , 该 机 适 用 管 径 范 围 为 200 ~ 500 适 用 距 离 为 100~ 900 2为 巴 西 研 制 的 一 种 “ 管 道猪 ” 。 它 在 油 压 的 作 用 下 运 动 的 同 时 利 用 位 于 机 器人 底 部 的 16通 道 超 声 波 探 测 仪 对 输 油 管 道 的 内 径进 行 自 动 检 测 。 装 置 有 2个 圆 柱 状 的 密 封 帽 、 记 程轮 、 超 声 波 传 感 器 和 电 池 等 。 该 机 的 技 术 参 数 : 适用 管 径 200~ 500 适 用 距 离 30 , 行 走速 度 015~ 1 m / s。图 2  巴 西 研 制 的 “ 管 道 猪 ” 示 意 图1— 密 封 帽 ; 2— 记 程 轮 ; 3— 传 感 器 ; 4— 舱 体 ; 5— 管 道挪 威 光 电 技 术 研 究 院 于 2000年 研 制 的 用 于 天 然气 管 道 的 Op p 它 利 用 8个 高 速 数 码 相 机 及 激光 传 感 器 , 在 激 光 照 明 装 置 的 作 用 下 , 获 得 管 道 内部 的 三 维 数 据 和 管 壁 表 层 图 像 , 来 实 现 管 道 的 在 线检 测 。 图 3为 目 前 广 泛 应 用 的 一 种 智 能 “ 管 道 猪 ” 。图 3  智 能 “ 管 道 猪 ”当 前 国 外 的 智 能 “ 管 道 猪 ” 在 整 体 结 构 和 检测 技 术 方 面 都 比 较 成 熟 , 基 本 上 步 入 实 用 阶 段 。 但智 能 “ 管 道 猪 ” 存 在 一 些 缺 陷 , 由 于 本 身 没 有 行走 能 力 , 它 的 行 走 速 度 及 检 测 区 域 不 易 控 制 , 这 已经 严 重 削 减 和 限 制 了 智 能 “ 管 道 猪 ” 的 使 用 。国 外 正 在 研 究 一 种 具 有 自 主 动 力 、 自 主 控 制 的机 器 人 “ 管 道 检 测 鼠 ” ( , 用 于 长 输 管道 检 测 。 它 可 以 携 带 各 种 检 测 工 具 在 长 输 管 道 中 来回 行 走 来 达 到 检 测 管 道 的 目 的 。21油 气 井 机 器 人油 井 是 一 种 径 向 尺 寸 窄 小 、 深 入 地 下 、 内 含油 、 水 、 气 、 泥 砂 等 介 质 的 生 产 系 统 。 不 同 类 型 油气 井 下 方 检 测 仪 器 如 图 4所 示 。 由 于 油 气 井 的 径 向空 间 非 常 狭 小 、 而 且 高 温 、 高 压 , 井 底 下 还 有 油 、油 气 、 水 气 、 泥 砂 等 高 压 混 合 物 介 质 [ 5 ] , 这 决 定了 检 测 仪 器 送 进 成 为 油 井 测 井 作 业 和 修 井 作 业 中 一项 关 键 技 术 [ 6 ]。—321—2006年   第 34卷   第 9期 常 玉 连 等 : 石 油 工 业 中 管 道 机 器 人 技 术 的 发 展 与 应 用 前 景            图 4  油 气 井 检 测 仪 器 下 放 示 意 图目 前 , 井 下 送 进 设 备 主 要 有 缆 绳 送 进 和 连 续 油管 送 进 。 缆 绳 是 一 种 应 用 于 垂 直 井 的 简 单 送 进 设 备 ,其 操 作 方 法 是 把 探 测 仪 器 连 在 缆 绳 上 , 在 探 测 仪 器自 重 的 作 用 下 , 依 靠 地 面 提 升 装 置 进 行 简 单 上 升 和下 降 操 作 来 实 现 探 测 仪 器 检 测 。 井 下 视 像 (探 测 就 是 典 型 的 应 用 这 种 缆 绳 操 作 [ 7 ]。目 前 , 国 外 的 井 下 视 像 探 测 技 术 发 展 比 较 成 熟 ,2001年 正 式 应 用 于 油 井 井 下 故 障 探 测 , 其 最 大 探 测深 度 近 4 300 m[ 8 ]。 中 科 院 西 安 光 学 精 密 机 械 研 究 所研 制 的 井 下 视 像 系 统 于 2003年 在 河 南 宝 浪 油 田 试 验成 功 , 其 实 际 探 测 深 度 达 到 2 500 m, 仪 器 工 作 时 环境 温 度 为 110 ℃ 左 右 , 井 下 滞 留 时 间 长 达 5 h。 图 5为 井 下 视 像 探 测 系 统 组 成 [ 9 ]。定 向 井 和 大 位 移 水 平 井 的 发 展 对 测 井 、 修 井 等井 下 作 业 探 测 仪 器 送 进 技 术 提 出 了 越 来 越 高 的 要求 , 利 用 连 续 油 管 操 作 可 完 成 对 定 向 井 和 大 位 移 水平 井 的 井 下 送 进 工 作 。 其 操 作 过 程 是 将 仪 器 直 接 安装 在 盘 在 滚 筒 上 的 挠 性 管 尾 端 , 挠 性 管 内 部 预 先 装入 电 缆 , 通 过 下 放 或 缠 绕 挠 性 管 来 推 动 仪 器 移 动 。该 系 统 需 要 使 用 的 特 殊 配 套 设 备 少 , 在 很 多 油 田 取得 到 了 很 好 的 作 业 效 果 。图 5  井 下 视 像 探 测 系 统 组 成近 10年 来 , 国 外 正 在 研 究 利 用 管 道 机 器 人 来执 行 井 下 作 业 。 现 有 的 设 备 都 是 以 缆 线 为 动 力 源 ,依 靠 自 身 带 有 的 电 动 机 提 供 动 力 或 井 中 流 体 作 为 动力 , 能 够 在 井 中 主 动 行 走 , 可 将 井 下 仪 器 送 到 准 确位 置 。 这 种 井 下 机 器 人 又 称 作 井 下 拖 拉 机 (, 也 称 井 下 牵 引 器 。 根 据 其 驱 动 方 式的 不 同 又 分 为 伸 缩 (爬 行 ) 式 井 下 拖 拉 机 、 轮 式井 下 拖 拉 机 、 高 压 射 流 反 冲 式 井 下 拖 拉 机 和 螺 旋 桨推 进 式 井 下 拖 拉 机 [ 9 ]。图 6为 于 2000年 推 出 的 伸 缩式 电 缆 牵 引 器 。 其 外 径 为 54 长 9 144 用 于 双 向 操 作 , 是 当 时 进 入 市 场 的 最 新 型 牵 引器 。 这 种 牵 引 器 轻 巧 、 标 准 化 、 易 于 运 输 , 地 面 设备 紧 凑 , 动 力 要 求 低 , 动 力 源 尺 寸 小 。 它 先 后 在加 拿 大 和 墨 西 哥 湾 进 行 了 测 井 作 业 , 不 借 助 其 他 设备 , 其 牵 引 距 离 接 近 12 192 m。图 6  伸 缩 式 电 缆 牵 引 器1— 缆 绳 接 线 盒 ; 2— 电 子 器 件 ; 3— 动 力 部 件 ; 4— 活 塞 ; 5, 7— 锚 ; 6— 牵 引 部 分图 7为 公 司 的 产 品 — — — 缆 牵 引 器 。图 7  轮 式 电 缆 牵 引 器 示 意 图1— 电 缆 ; 2— 旋 转 部 分 ; 3, 6— 辊 子 扶 正 器 ; 4— 展开 部 分 ; 5— 直 流 电 动 机 ; 7— 8— 驱 动 轮 ; 9—测 控 电 子 部 分 ; 1 0 — 压 力 装 置 ; 1 1 — 电 缆 接 线 盒与 以 前 的 轮 式 电 缆 牵 引 器 不 同 , 电 缆 牵 引 器 完 全 由 电 动 机 驱 动 轮 子 , 无 液 压 泵 。 器 的 最 大 外 径 54 长 为 7142 m,最 大 拉 力 2 67514 N , 可 双 向 驱 动 。 在 东 南 亚 地 区曾 使 用 器 进 行 射 孔 来 开 采 剩 余 储 油 。 公 司 正 在 开 发 2种 完 全 自 主 操 作 的井 下 机 器 人 ’ ’ 它 们 内部 置 有 动 力 源 , 依 靠 动 力 源 提 供 动 力 来 实 现 机 器 人在 管 道 中 行 走 。 但 这 2种 机 器 人 还 只 是 原 型 样 机 ,未 投 入 检 测 实 用 。31油 田 与 石 化 企 业 中 各 种 管 道 机 器 人油 田 与 石 化 企 业 中 各 种 管 道 机 器 人 指 的 是 用 于油 田 注 水 管 道 、 集 油 管 道 、 供 水 管 道 和 石 化 工 厂 管—421—             石   油   机   械 2006年   第 34卷   第 9期道 检 测 与 维 修 的 机 器 人 。 在 这 些 管 道 的 检 测 与 维 修工 作 中 , 应 用 管 道 机 器 人 进 行 检 测 与 维 修 的 成 功 实例 较 少 , 但 很 多 公 司 与 研 究 单 位 已 开 始 这 一 领 域 的研 究 工 作 , 研 制 了 管 道 内 部 检 测 机 器 人 道 外 部 检 测 机 器 人 2种 管 道 机 器 人 主 要 用 于 天 然 气 低 压 管 道 的在 线 检 测 与 维 修 , 具 有 长 距 离 在 线 检 测 有 缆 操 作 和无 缆 操 作 的 特 点 。 个 有 缆 机 器人 , 具 有 穿 越 尖 锐 几 何 体 的 能 力 。 个无 缆 在 线 视 像 检 测 的 机 器 人 [ 10 ] , 它 具 有 穿 越 弯 曲管 道 、 爬 行 垂 直 管 道 能 力 。 这 2种 管 道 机 器 人 的 原型 样 机 都 已 经 做 出 , 但 都 还 没 有 投 入 使 用 。此 外 , 国 内 外 还 研 制 出 了 多 种 行 走 形 式 的 自 驱动 管 道 机 器 人 原 型 样 机 。 它 们 采 用 轮 、 履 带 、 螺 旋轮 、 胀 闸 2活 塞 、 多 脚 等 方 式 在 管 内 行 走 。轮 式 和 履 带 式 载 体 是 管 道 机 器 人 最 常 用 的 移 动载 体 , 轮 式 载 体 结 构 简 单 , 行 走 轮 的 布 置 有 平 面的 , 也 有 空 间 的 , 一 般 采 用 一 个 或 全 轮 驱 动 。 履 带式 载 体 附 着 性 能 好 , 越 障 能 力 强 , 在 泥 泞 的 管 内 也能 正 常 行 走 , 但 结 构 比 轮 式 复 杂 , 受 载 体 的 质 量 、驱 动 电 动 机 功 率 和 移 动 速 度 的 限 制 , 履 带 式 移 动 载体 多 用 于 中 、 大 管 径 机 器 人 的 设 计 。 具 有 代 表 性 的有 日 本 关 西 电 力 株 式 会 社 于 1989年 开 发 的 适 用 于管 径 288 ~ 388 海 水 管 道 检 查 履 带 式 机 器人 [ 11 ] , 该 机 器 人 通 过 沿 径 向 分 布 的 履 带 实 现 了 在水 平 管 和 垂 直 管 内 自 主 行 走 。 1993年 , 哈 尔 滨 工业 大 学 研 制 出 一 种 轮 式 全 主 动 新 型 行 走 机 构 [ 12 ] ,该 机 构 前 后 端 各 有 3个 行 走 轮 沿 径 向 均 布 , 并 在 可调 弹 簧 拉 力 作 用 下 被 封 压 在 管 内 壁 上 , 驱 动 电 动 机通 过 蜗 轮 机 构 驱 动 6个 行 走 轮 向 同 一 方 向 转 动 , 从而 产 生 6轮 全 主 动 驱 动 整 个 机 构 的 前 进 和 后 退 , 其适 用 管 径 为 200 主 要 用 于 管 内 壁 喷 涂 和 检 测 。2002年 韩 国 成 均 馆 大 学 设 计 研 制 出 用 于 城 市 煤 气管 道 检 测 的 差 速 驱 动 管 道 机 器 人 [ 13 ] , 通 过 控 制 径向 均 布 的 3组 驱 动 轮 以 不 同 速 度 旋 转 , 机 器 人 实 现了 在 水 平 管 、 垂 直 管 和 构 成 的 复 杂 管 道 中行 走 , 该 机 器 人 径 向 可 伸 缩 直 径 为 85~ 109 003年 上 海 交 通 大 学 设 计 研 制 出 一 种 用 于 油 /气 输送 管 道 检 测 的 管 内 移 动 机 器 人 [ 14 ] , 在 其 轴 向 截 面内 , 前 后 2组 径 向 均 布 的 驱 动 轮 分 别 布 置 在 同 1组平 行 四 边 形 机 构 上 , 保 持 机 构 电 动 机 通 过 滚 珠 丝 杠螺 母 副 和 压 力 传 感 器 保 证 驱 动 轮 紧 贴 在 管 道 内 壁 ,适 用 管 径 为 400~ 650 螺 旋 轮 为 代 表 的 移 动 机 构 近 年 来 也 得 到 了 较大 的 发 展 , 其 驱 动 轮 均 布 于 轮 架 上 与 轮 架 铰 接 , 并与 管 壁 呈 一 定 的 倾 斜 角 θ , 随 着 电 动 机 的 转 动 , 驱动 机 构 做 螺 旋 运 动 , 保 持 机 构 沿 管 道 中 心 轴 线 移动 , 改 变 施 加 于 电 动 机 的 电 流 极 性 , 可 改 变 机 器 人的 移 动 方 向 , 从 而 使 机 器 人 在 管 内 进 退 自 如 。 1999年 上 海 大 学 研 制 出 适 合 20 的 螺 旋 轮 驱 动管 内 移 动 机 器 人 [ 15 ]。 1999年 , 日 本 东 京 工 业 大 学研 制 出 基 于 外 部 软 轴 扭 矩 作 用 的 螺 旋 轮 驱 动 管 道 机器 人 。以 胀 闸 2活 塞 式 为 代 表 的 蠕 动 式 载 体 是 一 种 新型 管 道 机 器 人 移 动 载 体 , 它 通 常 由 头 、 尾 2部 分 组成 , 通 过 头 部 和 尾 部 的 支 撑 脚 在 管 径 方 向 的 交 替 伸缩 , 实 现 了 机 器 人 头 部 和 尾 部 与 管 壁 之 间 的 交 替 压紧 和 松 开 , 交 替 以 压 紧 的 头 部 牵 引 松 开 的 尾 部 或 以压 紧 的 尾 部 推 动 松 开 的 头 部 方 式 运 动 , 从 而 实 现 机器 人 身 体 沿 管 道 轴 向 方 向 的 运 动 。以 多 脚 为 特 征 的 机 器 人 可 以 在 各 种 形 状 的 管 道内 移 动 , 然 而 该 结 构 在 移 动 时 会 损 耗 过 多 的 能 量 而且 控 制 特 别 复 杂 。 典 型 的 有 德 国 西 门 子 公 司 研 制 的仿 蜘 蛛 垂 直 爬 管 微 机 器 人 , 该 机 器 人 有 4、 6、 8只脚 3种 类 型 。 太 原 理 工 大 学 也 研 制 出 管 内 脚 式 行 走机 器 人 [ 16 ] , 该 机 器 人 可 在 管 内 双 向 行 走 , 自 动 随管 道 弯 度 转 向 。油 气 管 道 机 器 人 的 应 用 前 景综 上 分 析 , 油 气 管 道 机 器 人 技 术 是 油 气 管 道 技术 的 研 究 热 点 。 长 输 管 道 的 “ 管 道 猪 ” 检 测 技 术相 对 其 他 油 气 管 道 机 器 人 发 展 得 比 较 成 熟 , 但 其 智能 化 、 模 块 化 和 管 道 适 应 性 不 够 。 油 气 井 机 器 人 技术 正 处 在 发 展 的 初 级 阶 段 , 尽 管 国 外 一 些 公 司 已 推出 产 品 , 包 括 视 像 探 测 装 置 、 井 下 拖 拉 机 等 , 但 其井 下 探 测 的 工 作 质 量 , 井 下 动 力 与 井 下 操 作 的 可 靠性 , 对 不 同 类 型 井 通 道 的 适 应 性 等 方 面 都 需 要 进 一步 研 究 和 发 展 。 油 田 与 石 化 企 业 的 各 种 管 道 机 器 人技 术 , 无 论 是 在 管 道 内 部 工 作 还 是 在 管 道 外 部 工 作的 机 器 人 , 都 处 于 刚 刚 起 步 阶 段 。管 道 机 器 人 系 统 是 一 种 融 合 了 多 种 先 进 技 术 的机 电 一 体 化 装 置 , 随 着 现 代 制 造 技 术 、 通 信 技 术 、控 制 技 术 、 传 感 技 术 、 智 能 技 术 等 技 术 领 域 的 发展 , 必 将 推 动 机 器 人 技 术 在 油 气 管 道 技 术 领 域 中 的广 泛 应 用 与 发 展 。随 着 石 油 工 业 的 发 展 , 在 未 来 几 年 内 油 气 管 道机 器 人 将 在 如 下 几 个 方 面 取 得 进 展 并 获 得 应 用 :(1) 大 口 径 长 输 管 道 用 的 “ 管 道 猪 ” 将 提 高智 能 化 水 平 , 可 适 应 性 将 会 进 一 步 发 展 与 应 用 。—521—2006年   第 34卷   第 9期 常 玉 连 等 : 石 油 工 业 中 管 道 机 器 人 技 术 的 发 展 与 应 用 前 景            (2) 随 着 钻 井 技 术 的 发 展 , 适 应 直 井 、 斜 井 、大 位 移 水 平 井 测 井 技 术 的 井 下 拖 拉 机 将 得 到 广 泛 应用 , 以 提 高 完 井 和 测 井 技 术 水 平 。(3) 随 着 数 字 化 技 术 的 发 展 , 智 能 修 井 技 术 要求 能 准 确 探 测 井 下 , 尤 其 是 井 下 故 障 点 的 状 态 。 要完 成 这 一 任 务 井 下 探 测 装 置 (井 下 机 器 人 ) 将 进一 步 得 到 重 视 与 发 展 。(4) 油 田 内 部 的 各 种 管 道 检 测 与 维 修 , 石 化 企业 中 不 同 类 型 的 管 道 检 测 与 维 修 , 要 求 管 道 机 器 人不 断 提 高 其 适 应 性 , 各 种 适 应 不 同 功 能 要 求 的 管 道检 测 机 器 人 与 维 修 操 作 机 器 人 将 受 到 企 业 和 研 究 单位 的 重 视 , 并 将 获 得 发 展 。参   考   文   献1  甘 小 明 , 徐 滨 士 , 董 世 运 等 1管 道 机 器 人 的 发 展 现 状 1机 器 人 技 术 与 应 用 , 2003, (6) : 5~ 102  刘 大 维 , 彭 商 贤 , 龚 进 峰 1地 下 管 道 检 测 移 动 机 器 人 的发 展 现 状 1吉 林 工 业 大 学 学 报 , 1998, 28 ( 1) : 109~1123  邓 宗 全 1管 内 作 业 机 器 人 的 发 展 与 展 望 . 机 器 人 ,1986, (6) : 471~ 4784   n - p t. 200411025  范 兴 亮 1套 管 变 形 油 管 断 裂 井 修 井 技 术 1钻 采 工 艺 19 (4) : 90~ 926  王 振 庄 1我 国 修 井 机 技 术 发 展 的 过 去 和 未 来 1石 油 矿 场机 械 , 2001, 30 (增 刊 ) : 1~ 37  1997: 9~ 128  刘   成 , 郭 建 设 , 陈 元 庆 等 1井 下 视 像 系 统 在 修 井 作 业中 的 应 用 1测 井 技 术 , 2004, 28 (4) : 363~ 3659  刘   猛 , 高 进 伟 , 熊 万 军 等 1水 平 井 井 下 仪 器 送 进 技 术的 现 状 及 发 展 建 议 . 石 油 矿 场 机 械 , 2004, 33 (6) : 16~ 1810  1 3, 3~ 15, 200311  盐 见 博 三 1配 管 内 面 点 ˝ …⁄ 开 发 . 配 管 と 装 置 ,198912  于 殿 勇 , 郑 钢 铁 , 孙 序 梁 1蠕 动 式 管 内 移 动 机 构 的 一种 模 型 1机 器 人 , 1994, 16 (5) : 303~ 30613  D D n 200514  徐 小 云 , 颜 国 正 , 闫 小 雪 1油 气 管 道 检 测 机 器 人 1上海 交 通 大 学 学 报 , 2003, 37 (11) : 1 654~ 1 65615  钱 晋 武 , 章 亚 男 , 孙 麟 治 等 1螺 旋 轮 驱 动 的 细 小 管 内 移动 机 器 人 研 究 1光 学 精 密 工 程 , 1999, 7 (4) : 54~ 5816  李 元 宗 , 史 贵 柱 , 武 利 生 1管 内 步 伐 式 行 走 机 器 人 1机器 人 , 1998, 20 (5) : 356~ 361第 一 作 者 简 介 : 常 玉 连 ,教 授 ,博 士 生 导 师 ,生 于 1951年 , 1975年 毕 业 于 大 庆 石 油 学 院 石 油 矿 机 机 械 专 业 ,主 要 从事 石 油 机 械 方 面 的 教 学 和 科 研 工 作 ,任 本 刊 编 委 。 地 址 :(163318)黑 龙 江 省 大 庆 市 。 电 话 : (0459) 6503503。收 稿 日 期 : 2006 - 06 - 12(本 文 编 辑   王 志 权 )下 期 部 分 文 章 预 告微 孔 材 料 对 气 携 式 液 2液 旋 流 器 性 能 的 影 响 赵 立 新   蒋 明 虎   刘 书 孟… … … … … … … … … … … … …复 合 射 孔 枪 枪 身 材 料 动 态 本 构 关 系 的 试 验 研 究 虞 青 俊   陶   亮   李 玉 龙 等… … … … … … … … … …光 纤 光 栅 检 测 非 均 匀 壁 厚 圆 管 应 变 的 实 验 研 究 邵   军   刘 君 华   乔 学 光 等… … … … … … … … … …磁 流 变 减 振 器 阻 尼 性 能 仿 真 研 究 王 金 刚   王 治 国… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …修 井 机 多 桥 间 转 向 传 动 机 构 的 设 计 王 维 忠   郑 满 圈   罗 煜 琼 等… … … … … … … … … … … … … … …新 型 节 流 /密 封 阀 研 制 周 三 平   秦 彦 斌   杨 晓 静 等… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …修 井 作 业 用 新 型 管 柱 起 下 装 置 张 宝 增   王 瑞 和… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …新 型 张 力 锚 管 柱 的 研 制 与 应 用 王 家 印   李 秀 竹   宋 志 强 等… … … … … … … … … … … … … … … … …基 于 复 合 指 标 的 往 复 泵 柱 塞 缸 套 磨 损 故 障 诊 断 段 礼 祥   王 福 善… … … … … … … … … … … … … … …大 位 移 钻 井 优 化 设 计 与 应 用 相 玉 辉   屈   展   陈 军 斌 等… … … … … … … … … … … … … … … … … …永 久 式 封 层 完 井 技 术 研 究 及 应 用 刘 化 国   黄 建 生   陈 兴 泉 等… … … … … … … … … … … … … … … …井 下 注 剂 用 小 直 径 管 起 下 装 置 的 研 制 陈 立 华   曹 和 平   马 卫 国 等… … … … … … … … … … … … … …—621—             石   油   机   械
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本文标题:石油工业中管道机器人技术的发展与应用前景
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