Универсальная самоходная спускаемая система обследования и ремонта объектов гидротехнической инфраструктуры

Изобретение относится к области измерительно-исполнительных телеуправляемых роботизированных систем. Универсальная самоходная спускаемая система обследования и ремонта объектов гидротехнической инфраструктуры содержит подводную подсистему, представляющую собой телеуправляемый носитель, выполненный с возможностью работы в двух средах с установленными на нем прижимными винтовыми движителями, установленными для возможности его прижима при выполнении работ в подводном режиме. Носитель выполнен с возможностью размещения на нем, по меньшей мере, одного самостоятельного устройства, представляющего собой, по меньшей мере, манипуляционный модуль и/или исследовательский модуль, и/или модуль выполнения технических работ. Обеспечивается роботизация технологических операций по подводным и поверхностным обследованиям стационарных объектов, повышается безопасность использования объектов. 13 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области измерительно-исполнительных телеуправляемых роботизированных систем для обслуживания, ремонта и периодического осмотра поверхностей гидротехнической и нефтегазопромысловой инфраструктуры, а именно - к разновидности спускаемых самодвижущихся робототехнических систем, обеспечивающих высокоточное обследование, в том числе с применением методов неразрушающего контроля, фото- и видеосъемки и профилирования подводных, преимущественно вертикально расположенных и наклонных поверхностей сооружений, и может быть использовано для автоматизации технологических операций (с привязкой к географическим и локальным координатам), а именно точного определения деформаций, сколов, образовавшихся трещин, каверн и прочих дефектов на поверхности и внутри обследуемого объекта, а также обеспечивающим возможность технического обслуживания, ремонта, монтажа дополнительного оборудования, цементации и прочих сложных надводных и подводных технических работ, в том числе в телеуправляемом режиме.

Известен (RU, патент 2101210) подводный аппарат повышенной маневренности, применяемый для обследования подводных объектов и дна мирового океана, содержащий обтекаемый корпус и движительный комплекс, включающий группу носовых поперечных движителей и группу из трех или четырех кормовых маршевых реверсивных движителей. В качестве маршевых движителей установлены реверсивные водометные движители, которые размещены в корпусе аппарата в его кормовой части, при этом водометные трубы, входные и выходные патрубки движителей жестко закреплены в корпусе аппарата. Входные патрубки отогнуты от продольной оси аппарата на угол 20÷50°, а выходные патрубки установлены под углом 0÷25° к продольной оси аппарата. Предпочтительно входные отверстия входных патрубков маршевых движителей выполнены в виде единой кольцевой щели по периметру корпуса аппарата в поперечном сечении. Преимущественно в выходных отверстиях выходных патрубков кормовых маршевых водометных движителей установлены направляющие пластины, причем их хорды наклонены к продольной оси аппарата под углом 5÷30°.

Известен также (RU, патент 2116930) подводный аппарат, применяемый для обследования подводных объектов и дна мирового океана, содержащий несущую конструкцию, водонепроницаемые прочные корпуса, блоки плавучести, а также обтекатели. Обтекатели выполнены в виде четырех одинаковых частей удобообтекаемой оболочки с плоскостями разъема, проходящими через продольную ось аппарата, попарно ориентированных в направлении вертикальной и горизонтальной поперечных осей аппарата. В качестве несущей конструкции использованы заполненные прочным плавучим материалом и соединенные между собой посредством жестких концевых элементов обтекатели, ориентированные в направлении вертикальной поперечной оси аппарата. Обтекатели, ориентированные в направлении горизонтальной поперечной оси аппарата, выполнены легкосъемными и установлены между жесткими концевыми элементами и обтекателями, ориентированными в направлении вертикальной поперечной оси аппарата. Между обтекателями размещены блоки плавучести, в которых установлены водонепроницаемые прочные корпуса.

Недостатком обоих известных аппаратов следует признать отсутствие какой-либо исследовательской аппаратуры, а также их принципиальную непригодность для выполнения указанных ремонтных работ.

Наиболее близким аналогом разработанной конструкции можно признать (RU, патент 33550) глубоководный, необитаемый, осмотровый микроаппарат, содержащий подводный блок, в состав которого входят носитель с расположенными в нем электронным блоком управления, по меньшей мере, один электродвижитель, телевизионная камера, осветитель и, по меньшей мере, один накопитель кабеля, а также надводный блок, содержащий пульт оператора, источник питания и экран воспроизведения подводной информации и соединяющий подводный и надводный блоки кабель. В корпус подводного блока дополнительно введен многофункциональный узел, состоящий из, по меньшей мере, двух разнесенных в пространстве и находящихся друг к другу под любым углом посадочных мест, предназначенных для, по меньшей мере, одного излучателя, и/или, по меньшей мере, одного приемника излучения, или/и, по меньшей мере, одного манипулятора захвата, или/и, по меньшей мере, одного пробоотборника, или/и, по меньшей мере, одного датчика давления или/и глубины, или/и, по меньшей мере, одного датчика параметров воды, или/и, по меньшей мере, одного газоанализатора, или/и, по меньшей мере, одного датчика обнаружения подводных объектов. По меньшей мере, одна пара электродвижителей дополнительно размещена на корпусе подводного блока. Схема электронного блока управления выполнена таким образом, что по команде с пульта оператора она выдает такие сигналы на манипулятор, при которых он захватывает объект или/и пробу и на электродвижители, при которых их гребные винты вращаются в одном направлении или в противоположных направлениях в задаваемой оператором последовательности. По меньшей мере, один электродвижитель выполнен в герметичном исполнении без сальникового уплотнителя. При этом все сигналы с надводного блока на подводный блок и с подводного блока на надводный передаются по одной жиле кабеля на разных частотах.

Недостатком известного аппарата следует признать отсутствие возможности осуществления каких-либо ремонтных работ, а также отсутствие возможности самостоятельной ориентации в пространстве, а также перемещения по исследуемой поверхности. Все вышеуказанное ограничивает возможности известного аппарата.

Техническая задача, решаемая посредством предлагаемого технического решения, состоит в обеспечении роботизации технологических операций по подводным и поверхностным обследованиям стационарных объектов на предмет различных внутренних и внешних повреждений, усталостных деформаций и их дефектации, в том числе методами неразрушающего контроля, их ремонта и проведения других технических работ, в том числе в телеуправляемом режиме (цементация, сверление, бурение, очистка, монтаж, механическая обработка, крепежные и монтажные работы, и др.).

Техническим результатом является повышение безопасности использования объектов речной, морской, нефтегазопромысловой и гидротехнической инфраструктуры различного назначения за счет объективного, дистанционного определения дефектных участков объектов и вида их повреждений, отслеживания динамики изменений повреждений во времени с возможным построением 4-мерных карт (3 координаты, время) и качественного и своевременного их обслуживания и ремонта.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать спускаемую телеуправляемую роботизированную самодвижущуюся систему. Разработанная система содержит телеуправляемый элемент (носитель), предпочтительно с отрицательной плавучестью, выполненный с возможностью работы в двух средах (жидкая/газообразная) с установленными на нем прижимными винтовыми движителями, обеспечивающими возможность его прижима к поверхности при выполнении работ в подводном режиме, причем носитель выполнен с возможностью размещения на нем, по меньшей мере, одного сменного манипуляторного модуля, и/или исследовательского модуля и/или модуля выполнения технических работ. Указанные прижимные винтовые движители размещены в/на самом носителе носителя. Образующийся при их работе упор струи за счет потока жидкости (воды) направлен в противоположную сторону от объекта и, тем самым, обеспечивает прижим носителя к исследуемой и/или обрабатываемой поверхности подводного объекта независимо от ориентации в пространстве самого носителя. Кроме указанных прижимных движителей на носителе, предпочтительно, могут быть установлены колесные/гусеничные движители, обеспечивающие вертикальное перемещение носителя по поверхности. В случае использования колесных движителей желательно использовать систему «мотор-колесо», обеспечивающую большую маневренность носителя.

В некоторых вариантах реализации разработанного устройства манипуляторный модуль может содержать, по меньшей мере, гидравлический/электромеханический манипулятор, подсистему управления, насосную станцию и блок энергетики. Предпочтительно блок энергетики запитан от кабеля, передающего электрическую энергию с берегового/судового генератора на носитель.

В некоторых вариантах реализации разработанной конструкции исследовательский модуль может содержать, по меньшей мере, измерительно-информационное и обследовательское оборудование. Вид используемого оборудования зависит от решаемых задач. Так, в частности, исследовательский модуль может содержать оборудование неразрушающего технического контроля, лазерного виртуального восстановления поверхности, оборудование радиологических измерений, фото- и видеосистем.

Модуль выполнения технических работ предпочтительно, но не исключительно, содержит средства осуществления автоматической сварки, резки, шлифовки.

Для спуска носителя на воду система предпочтительно дополнительно содержит собственный береговой или судовой спускоподъемный механизм. Вид механизма зависит от условий эксплуатации системы, а также от комплектации телеуправляемого носителя.

Система может дополнительно содержать универсальный транспортно-эксплуатационный контейнер с подсистемой управления и хранения информации, что обеспечит безопасную транспортировку и хранение элементов системы.

В некоторых случаях реализации система может быть дополнительно оборудована гидравлическим механизмом, обеспечивающим позиционирование измерительных приборов на необходимом расстоянии от обследуемой поверхности.

Поскольку разработанная система предназначена для выполнения работ на локальном участке гидротехнического оборудования без перемещения на значительные расстояния она, предпочтительно, может дополнительно содержать инерциальную подсистему навигации.

Система может быть выполнена с возможностью ее передвижения по предварительно натянутым (например, спускаемыми грузами) тросам (аналогично перемещению люльке монтажников) без использования гусеничных движителей.

В зависимости от решаемых задач, а также условий их выполнения носитель может быть выполнен с возможностью изменения размеров и конфигурации.

Система может быть выполнена с возможностью работы в комплексе с притапливаемыми навигационно-информационными средствами (роботизированными комплексами), функционирующими в зоне переменного смачивания объекта для обеспечения точного позиционирования и возможности коммутации электрических сигнальных и силовых линий и обеспечения точной навигации.

Система может использоваться на инфраструктуре и подвижных объектах как в подводном, так и в надводном режиме. В зависимости от среды применения, модуль спускается с необходимого и удобного для конкретной задачи спускоподъемного механизма. Система имеет возможность использовать собственные движительные системы для осуществления вертикального перемещения.

В зависимости от типа выполняемых работ и рабочей среды (работа в подводном или надводном режиме) состав модулей спускаемой части конфигурируется отдельно.

Ниже подробно рассмотрены элементы системы.

Система является совокупностью измерительных и/или исполнительных устройств, расположенных на панелеобразном, предпочтительно трубчатом, составном конфигурируемом самоходном носителе и представляет собой двухсредный (выполненный с возможностью работы в воде или в атмосфере), возможно многосекционный, телеуправляемый носитель отрицательной плавучести с прижимными винтовыми движителями для осуществления прижима к обследуемому объекту и самофиксации при выполнении работ в подводном режиме и снижения нагрузки на тросовую систему, причем носитель может нести на себе, в зависимости от задачи, по меньшей мере, следующие самостоятельные механизмы:

манипуляторный (исполнительный) модуль (гидравлический/ электромеханический манипулятор, система управления, насосная станция при необходимости, блок энергетики);

исследовательские модули (измерительно-информационное и обследовательское оборудование, в т.ч. оборудование неразрушающего технического контроля, лазерного виртуального восстановления поверхности, радиологических измерений, фото-; видео - и других систем);

модуль выполнения технических работ (сварка, резка, шлифовка и прочие виды работ).

Указанный перечень носимого оборудования не является ограничивающим. В зависимости от решаемых задач, а также от условий их выполнения на носителе могут быть размещены и другие, отличные от указанного перечня, модули и отдельные единицы оборудования и приборов.

При необходимости, как отмечено ранее, система может быть укомплектована собственным береговым или судовым спускоподъемным механизмом конструкции и универсальным транспортно-эксплуатационным контейнерным решением с подсистемой управления и хранения информации и другими необходимыми для функционирования подсистем.

Система оборудована гидравлическим механизмом, позволяющим позиционировать измерительные приборы на необходимом расстоянии от обследуемой поверхности и собственной движительной системой для осуществления прижима (винтовые движители) к поверхности и вертикального перемещения по ней (гусенично-колесные движители).

Предпочтительно система представляет собой базу-носитель приборов, технических устройств и приспособлений, манипуляторов, упоров и захватов, телескопических и/или гидравлических устройств, являющихся самостоятельными легко заменяемыми, в том числе в месте проведения работ модулями, устанавливаемыми на платформу. Однако комплектация в зависимости от решаемых ею задач может быть различна.

Без использования дополнительно развертываемой системы подводной навигации, навигационная система комплекса является инерциальной.

В телеуправляемом режиме оператор с использованием берегового/судового блока управления осуществляет навигацию подвижной подводной платформы по интересующему участку исследуемого объекта, получая необходимую визуальную информацию на дисплее.

Работа системы в комплексе предусмотрена со специализированными навигационно-информационными средствами, функционирующими, предпочтительно, в зоне переменного смачивания объекта для возможности точного позиционирования и возможности коммутации электрических сигнальных и силовых линий.

Использование предлагаемой системы позволяет однозначно определить местонахождение проблемных участков подводной части инфраструктуры, тщательно ее исследовать визуальными, лазерными, акустическими и другими средствами и осуществить зачистку поверхности без применения водолазных расчетов с риском для жизни и здоровья.

Области применения изобретения: подводные части морских и речных объектов судовой, гидротехнической и нефтегазопромысловой инфраструктуры, плотины ГЭС, а также причальные стенки, шлюзовые камеры, искусственные насыпные и железобетонные конструкции, плотины, берега каналов и прочих водных путей, подводные части корпусов плавучих полупогружных буровых установок и погружных нефтегазодобывающих платформ и др.

1. Универсальная самоходная спускаемая система обследования и ремонта объектов гидротехнической инфраструктуры, отличающаяся тем, что подводная подсистема представляет собой телеуправляемый носитель, выполненный с возможностью работы в двух средах с установленными на нем прижимными винтовыми движителями, установленными для возможности его прижима при выполнении работ в подводном режиме, причем носитель выполнен с возможностью размещения на нем, по меньшей мере, одного самостоятельного устройства, представляющего собой, по меньшей мере, манипуляционный модуль, и/или исследовательский модуль, и/или модуль выполнения технических работ.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что манипуляционный модуль содержит, по меньшей мере, гидравлический/электромеханический манипулятор, подсистему управления, насосную станцию и блок энергетики.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что исследовательский модуль содержит, по меньшей мере, измерительно-информационное и обследовательское оборудование.

4. Система по п.3. отличающаяся тем, что исследовательский модуль содержит оборудование неразрушающего технического контроля, лазерного восстановления поверхности, оборудование радиологических измерений, фото- и видеосистем.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что модуль выполнения технических работ содержит средства осуществления автоматической сварки, резки, шлифовки.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит береговой или судовой спускоподъемный механизм.

7. Система по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит универсальный транспортно-эксплуатационный контейнер с подсистемой управления и хранения информации.

8. Система по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно оборудована гидравлическим механизмом, обеспечивающим позиционирование измерительных приборов на необходимом расстоянии от обследуемой поверхности.

9. Система по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит движительную подсистему, представляющую собой гусеничные или/и колесные движители, установленные с целью обеспечения вертикального перемещения по поверхности.

10. Система по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит инерциальную подсистему навигации.

11. Система по п.1, отличающаяся тем, что носитель выполнен с возможностью изменения размеров и конфигурации.

12. Система по п.1, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью работы в комплексе с притапливаемыми навигационно-информационными средствами, функционирующими в зоне переменного смачивания объекта для обеспечения точного позиционирования и возможности коммутации электрических сигнальных и силовых линий.

13. Система по п.1, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью передвижения по предварительно натянутым тросам без использования гусеничных движителей.

14. Система по п.1, отличающаяся тем, что носитель выполнен с отрицательной плавучестью.