作者:黄辛 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2016/11/3 10:28:17
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深海作业型无人遥控潜水器亮相工博会

 

蓝色的大海,碧波荡漾,在我国南海,一台重载水下机器人(“海象-1500”ROV)在水面击打着浪花,在水面操作手的操控下划着一道白色的弧线,缓缓潜入海底,长长的电缆宛如脐带,源源不断地给ROV输送着给养(能源和通信),水面控制室10多台显示屏构成电视墙时刻清晰地显示着水下视频图像和参数。“ROV自动定向航行”、“自动定高航行”、“自动定深航行”、“机械手作业”、“水下工具作业”,随着现场指挥一系列水下作业指令的下达,ROV在水中运动自如,两套多功能机械手由水面遥控不停的忙碌着,切割、采样、抓举、标志物海底回收等等,完成多种水下作业,这是上海交通大学以连琏教授、任平研究员、马厦飞研究员为核心的深海技术与装备研究团队自主研制的重载作业型无人遥控潜水器 “海象-1500”ROV海试工作场景。这一重要成果在第十八届中国国际工业博览会受到“热捧”。
 
“海象-1500”重载作业型ROV是继4500米级“海马”号ROV研制成功并投入应用后又一重大成果,标志着我国已完全攻克了重载型ROV的各项关键技术,具有里程碑意义,为我国自主研制的作业型ROV家族又增加了新的一员,我国潜水器谱系化建设迈出了坚实的一步。
 
南海深水油气开发重器
 
海洋油气资源的开发,从勘探、钻井、开采到原油输送等每一个环节,都需要大量的水下设备安装、维护和检修等作业任务,并且水下操作技术复杂,精准度要求高。水下油气设备具有集成化程度高、重量大、结构复杂、成本大等特点,无人遥控潜水器(ROV)是海上油气田水下作业和应急维修必不可少的重要装备之一,承担着水下搜索观察、水下井口对接、防喷器安装、水下采油树、水下管汇和跨接管辅助安装、水下控制缆安装、水下连接系统安装、海底管道检测和辅助维修、紧急工况下水下阀门开关等重型作业任务。因海洋油气开发的特殊性,对相应ROV的负载能力、抗流能力、作业能力、搭载水下设备能力、机动性、灵活性等方面提出了更高的技术要求,现在服役的应用海洋油气资源开发的专用ROV基本上全部依赖进口。国内近年来虽然在深潜的深度上已经达到一个国际领先的技术水平,但能满足海洋油气工程专用需求的ROV尚属首次研制。
 
我国南海油气资源丰富,其中约70%蕴藏于深水区,为确保我国能源安全,国家启动了“大型油气田与煤层气开发”科技重大专项,把1500米重载作业型ROV研制列入重点攻关课题开展研究,海象-1500重载作业级ROV系统是“十二五”国家科技重大专项成果,其最大功率150hp,工作深度1500m,有效载荷440kg,最大速度3.0kn,水面重量4495kg,2套多功能强力机械手可携带各类大功率作业工具进行水下作业,是目前国内自主研发的功率最大、搭载能力最大、作业能力最强的1500米重载作业级深水油气工程维修专用大型无人遥控潜水器(ROV)系统,国产化率达到85%以上,将作为我国重大工程装备纳入南海深水油气资源开发的作业体系。
 
关键技术达到国际同类技术水平
 
上海交大深海技术与装备研究团队虽然具有研制海马-4500 ROV的技术基础,但对于重载ROV的特殊要求无疑是一项新的挑战。首先是大功率水下动力源的难题,此前3000V 150HP水下动力源国内从未涉及过,团队技术人员从原材料研究开始,突破了高温高压环境下绝缘技术、压力补偿技术、密封技术、传感器信号采集与处理技术、软启动技术等,通过大量的试验,开发了达到国际同类水平的深海大功率液压源。重载ROV需要在水下采油树、导管架内等复杂环境下操作,ROV需具有水下灵活的操控性,通常的控制方法很难满足技术要求,为实现这一技术目标,系统采用了先进的伺服控制技术,开发了自动控制算法和软件;系统还采用了两套强作业能力的重型机械手,七功能机械手是一套主从式具有仿生功能,ROV上的水下机械手会跟随水面主手同步运动,从而实现水下精准作业。通过本项目研究突破并掌握了重载作业级ROV的总体设计与制造、系统控制与实时检测、远程动力传输与分配、远程信息传输与处理、深海液压与推进、观通导航、浮力材料、大规模系统集成和试验等核心技术。
 
开创中国ROV自主品牌
 
无人遥控潜水器(ROV)由脐带电缆连续供电和通讯,相对于载人潜水器(HOV)、自治式潜水器(AUV)等无缆潜水器来说,具有水下连续工作时间长、作业能力强的优势,是海洋科学研究、海底资源调查、海油工程、水下救援和军事领域不可或缺的装备,具有广泛应用前景。近年来在国家863计划重点项目、国家科技重大专项、国家海洋公益性行业专项、国家海洋工程装备专项、上海市科技攻关计划等国家和地方科技计划的支持下,上海交大深海技术与装备研究团队在ROV方面取得了显著的成果,除了上述海象-1500重载作业级ROV,还完成了海马系列(海马-4500、海马-500、海马-200)等科考作业型ROV的研发与应用,形成了一支具有很强工程实践能力的深海技术与装备研究团队。海马系列ROV已在我国深海勘查作业、水电站检测作业中成功应用,海象-1500也即将投入工程应用,这标志着我国自主研制的作业型ROV已不再是搁置于实验室仅供观摩的科研成果,而是实际应用于深海调查等工程作业的装备,实现了科研成果向工程化应用的快速转化,打破了我国现有应用于深海调查与作业的ROV 均为国外产品的局面。基于优良的性价比和自主技术,自主研制的系列ROV在国内市场上已逐步形成了与国际同类产品相竞争的优势。目前,团队在国家863计划的支持下正在与企业联合开展ROV产品化、产业化工作,开创中国ROV自主品牌;同时也在着手进行3000米级重载作业型ROV(海象-3000)的研发。
 

 

 
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