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水下机器人ROV行业趋势及新技术

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-06-06  浏览次数:331
核心提示:在过去的几年中,海洋油气行业市场的低迷状态造成该行业对于ROV使用需求的阻碍。然而,对海洋可再生能源行业投入的持续增长为全球ROV制造商们继续研发下一代ROV系统提供了机会。

在过去的几年中,海洋油气行业市场的低迷状态造成该行业对于ROV使用需求的阻碍。然而,对海洋可再生能源行业投入的持续增长为全球ROV制造商们继续研发下一代ROV系统提供了机会。

有鉴于此,国际海事承包商协会(IMCA)编制的《ROV安全有效作业实用准则》已经更新(现行为IMCA R004 REV.4),这个准则包括了一个有关ROV的扩展表单,这个表单基于全球ROV系统发展不断多样化而进行了更加明确的分类定义。

修改后的分类如下:

第一类

此类ROV只作为纯观察用途,它是一种相对廉价、并且可以非常方便携带的设备选择,客户可使用其对水下目标进行近距离的目视检查。这类ROV通常设计非常紧凑,因此它无法在大流速下使用;但是这类ROV可以安装部署在工作级ROV上,作为一个子机系统使用。这类典型的机型有:



VideoRay 公司的PRO 4、天津深之蓝海洋设备科技有限公司(下简称为天津深之蓝)的白鲨MAX及白鲨MINI

 

VideoRay公司的PRO 4

 

天津深之蓝的白鲨MAX

 

Seaeye Falcon作为ROV母机可以在水下释放子机系统(中间为VideoRay的ROV,下方的为弹射式的Stinger Nano)

第二类A级

这类ROV系统一般会有适当的负载能力,例如安装辅助相机、搭载进行调查及无损检测的传感器等。相比于第一类的ROV,此类的ROV有更大的推重比,来保证它可以在近似于更大级别ROV的应用场景(如海洋环境、有一定流速下的水下环境)去工作。此类ROV仍然非常便携,不需要专门的LARS系统支持。这类典型的机型有:天津深之蓝的江豚IV、Seaeye的Falcon等。

 

Ocean Modules 的V8 Sii

 

天津深之蓝的江豚IV-A

第二类B级

这类ROV仍然属于观察级ROV,但它已经有比较强的带负载能力,它可以搭载轻型的机械手来提供轻度干预作业能力。这类ROV系统虽然需要专用的LARS系统和箱式控制基站,但是相比于第三类型的ROV它只会占用船上很小的一部分面积,因此它可以部署到更多类型的船只上。这类典型的机型有:天津


深之蓝的海豚II、ECA的H800、Sub-Altantic的Mohawk等。

 深之蓝的海豚II


Sub-altantic的Mohawk

第三类A级

 此类ROV系统是水下行业的主力产品类型,它可以胜任包括调查、测量、建设、施工干预等大多数类型的水下工作。这类ROV系统需要相当面积的甲板空间用于部署其LARS系统、箱式控制基站、工作车间等,因此现今的DP工作船更适合它的部署。这类典型的机型有:Sub-Altantic的Comanche、Seaeye 的Leopard等。

 

Sub-Altantic的Comanche

第三类B级

这类ROV系统在海洋油气领域的工作扮演了重要的角色,它都配备了大型的液压动力系统,用于承担关闭BOP(水下防喷器)及在钻井平台施工各个阶段的工作。这类典型的机型有:Oceaneering的NEXXUS、Schilling Robotics的HD ROV等。

 

Schilling Robotics的HD ROV

 

北海巨人号上的SUPPORTER在水下300米处进行天然气压缩机的安装作业

第四类A级

此类拖曳式水下机器人系统从设计和使用上其实相对简单,并且它只是使用机器在海底进行类似于农耕似的犁沟作业。这种简便的设计和使用给长距离的水下缆线敷设工程(诸如连同两岸的跨洋海底电缆敷设)提供了一种经济便捷的解决方案。这类典型的机型有:SMD的MD3 Plough。

 

SMD的MD3 Plough

第四类B级

履带式水下机器人系统在水下电缆及管道的掩埋的工作中比使用拖曳式方案会花费更多的时间,但它的优势在于它能将缆线再固定深度掩埋的控制实现更加精准,并且缆线敷设的位置也更加精确,与此同时,这类机器人还有在岩石类海床上进行缆线敷设的能力。

第五类

这类机器人系统通常是制造商为应对特殊使用场景的一次性项目,一个典型的例子是开发了Rock Grabbers系列的水下机器人系统,用于清除西欧海底岩石海床区域的,打通海底路径以便于埋设各种海底电缆。

第六类A级

这类AUV可以充当很多种任务角色,从搜集海洋研究机构所需要的各种数据到很多军事用途,诸如水雷对抗任务。这类典型的机型有:Kongsberg的REMUS 100、天津深之蓝的橙鲨AUV、Teledyne的Gavia等。

 

Kongsberg的REMUS 100

 

天津深之蓝橙鲨AUV在河岸水域进行地形扫测任务

第六类B级

这类AUV提供了一个更强的负载能力以便安装更多类型的探测仪器及传感器,并且这类AUV有着潜在的干预作业的能力,但这类的很多都在不断的设计完善中,并且在商业用途中是被禁止使用的。

 

Bluefin公司规划的水下无人潜器战斗任务系统,实现联合作战,多样化用途

 

波音公司为美国海军开发的超大型UUV型号Echo Voyager

 Kongsberg公司的HUGIN6000

ROV应用的发展趋势

随着涉及ROV的相关技术的不断成熟,使用这种“远程遥控”的作业方式在不断增加。可再生能源行业就是当下ROV应用不断增长的行业,诸如:离岸的风电站的建设需要一个很长时间的周期,包括安装、检修、维护等任务。这些工作中需要在水下(尤其是在大流速和低能见度下)采取无人潜水器进行水下干预作业。同理,以前很多在半潜式平台上进行的深水作业现在都可以使用ROV来远程进行支持,从而显著的降低实施成本。

随着海洋传感器技术的不断发展,也无疑会推动和扩展ROV及AUV的应用范畴。比如利用声学定位及激光技术去准确地绘制海底地形及水下结构物,并实时地生成一幅3D的点云数据并传送到陆地基站。水声通讯技术的持续发展使得ROV/AUV直接和水下的控制设施通讯,这样当和水上的通讯设施通讯失败时,可以提供一个额外的通讯设施覆盖。

电机驱动技术的不断进步使得纯电动ROV的数量在不断增加,但这种ROV一般会使用在对环境比较敏感的区域,比如含有碳氢化合物的液体泄露造成的环境污染。大型纯电动ROV的电力消耗会明显增加,这些电能必须通过脐带缆传送到水下的ROV本体,这也成为纯电动ROV发展的一个限制因素。相比之下,使用液压动力作为推进器以及工作负载的动力源是更高效的一种方式,在适合的环境区域内,液压动力ROV无疑在一段时间内还将占据优势。

最新的发展是混合了ROV和AUV特点的水下无人潜器系统的出现,它在降低海洋工程作业的运行成本上表现出很多优势。按照现今技术的水平,将一台AUV永久地部署在水下的“站点”并随时待命接受指令进行工作已经完全可能。但设备长期待命,其可靠性和维护性是这种方案真正可行的关键因素。

在海底地形及海底管线路由的调查领域,这种ROV/AUV的混合型系统也有相当的能力可以挑战传统的工作级ROV。虽然在两种潜器系统上可以搭载的传感器的性能表现上相差无几,但是在水下不断变化的动态环境下,类似AUV系统的控制决策的响应要比一个ROV飞手快得多,因此这种系统能够提供一个更加稳定的水下平台供传感器去采集数据。

未来无人潜器的发展会怎样?是完全无人干预的潜航器在世界的各个海域自主巡航工作,还是使用混合型的无人潜器让其处于自动飞行模式但同时工程师持续地监控潜器状态?无论怎样,潜器在水下出现意外情况时有后备的应急方案是水下无人潜器设计者始终需要考虑的问题。

 
关键词: ROV 无人潜器 AUV
 
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