成 果 简 介

应用场景

我国东北林区气候寒冷，极端最低气温达到-52.3℃，林区是原油储存量较多的区域之一，亦为原油输入和输出的主要区域。现如今，历经几十年开发，以大庆油田为代表的传统油田原油储量急速锐减，且原油质量下降，原油中的含水率越来越高。因此，开发新型油田，是能源战略的当务之急。在传统油田走向衰竭时，新兴的林区油田成为了新的开采对象。由于原油管道内部温度较低，原油在低温下会发生凝结，这是就需要管道内部电伴热线加热。然而不论是对管道内凝结原油疏通，还是对原油管道内加热线检测，都需要一种可在管道内爬行、加热疏通、断线检测与衔接的机器人为原油管道的畅通提供安全保障。

主要解决的问题

以大庆油田为代表地区，冬季温度较低，原油易过冷凝结，导致原油不能正常输送。原油管道机器人可及时疏通管道并检测电伴热线是否破损，以实现输油管路加热线实时对接快速修复。

技术要点

鉴于林区原油管道内部复杂的工作环境，于此开展原油管道机器人驱动机构、变径机构、越障机构、加热机构、加热线对接装置等定制设计以满足这种复杂环境，保证其正常运行并完成预期性能指标。

1. 驱动机构设计

驱动机构包括麦克纳姆轮驱动轮组和锥齿轮弹性轮组，分别安装在机架外部和机架内部。麦克纳姆轮驱动轮组为两组呈ABAB对称分布型麦克纳姆轮，其与管道接触面积更大，且其均由单独的电机控制，驱动能力更强。锥齿轮弹性轮组在机架内部，前后各有一组有三个锥齿轮弹性轮单元组成锥齿轮弹性轮组，在两组锥齿轮单行轮组中间各有一个锥齿轮连接杆与驱动电机连接的主锥齿轮相互啮合，以此来实现一机多转效果。运行时锥齿轮弹性轮组夹紧原油管道内的加热线，同时在驱动电机驱动下，前、后啮合机构同一方向旋转，从而与加热线摩擦前进。

2. 变径机构设计

变径机构安装在机架外部，由曲柄滑块弹簧支撑杆式变径机构与弹簧支撑杆式变径机构相结合的变径机构组成，麦克纳姆轮安装在曲柄滑块弹簧支撑杆式变径机构，导向轮安装在弹簧支撑杆式变径机构。变径机构可使原油管道机器人的适应能力大大加强，可适用于一定管径范围内的管道，突破了特定直径限制且有较强越障能力。

3. 越障机构设计

越障机构由麦克纳姆轮组和导向轮组共同组成。驱动机构的驱动轮为两组麦克纳姆轮，麦克纳姆轮上的辊子的曲率半径必须等于管道45度椭圆截面的曲率半径。工作时，只需合理控制四个麦克纳姆轮的运转速度，即可使原油管道机器人实现沿管道中心轴线的运动和绕管道中心轴线的转动两个自由度的运动。当遇到体积较大的障碍物时，原油管道机器人只需绕中心轴线旋转一定的角度，避开障碍物，即可继续沿中心轴线向前运动。为保证原油管道机器人在越障过程中的自身稳定性，对弹簧支撑杆式的变径机构优化设计，轮架可以绕支撑杆中心做圆周运动，确保原油管道机器人绕管道轴线做圆周运动时，弹簧支撑杆上的导向轮可随之转动，使原油管道机器人可顺利越障。

4. 加热机构设计

加热机构在机架前端和后端各设计一套可变向发热电阻圈，作为原油过冷凝结时用来除原油过冷凝结时形成的凝结块的加热除障机构。

5. 加热线对接装置研制

解决加热线四层结构对接问题，设计加热线对接机以实现衔接修复。控制系统实现交互式控制，基于强电流熔融技术完成线芯对接，考虑氧化绝缘层、铠甲层和氧化防腐层的材料与方法不同通过外层对接装置实施衔接，回路在线通电作业，确保线芯衔接对中移动及外层塑形板向中挤压运动。

应用成效

针对穿行大兴安岭林区中俄原油二线深埋管道过冷凝结难题，研制一种可管道内爬行且加热疏通的机器人，亦可实现对加热线状态检测及装载内嵌断线智能对接装置。相比于传统疏通、维修方式，其成本低、效率高，且对管道经过的林区不存在破坏，对接修复后的加热线能满足工作技术要求，保证接线质量达标，大大降低断裂加热线浪费，提高资源高效利用，提高维修效益，该产品可用于其它线材对接作业，具有很好的市场推广性。

适用范围

主要适用于低温高寒地区的原油管道，例如我国东北地区和西北地区等。

联 系 人：孟庆焕

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