Современная
инфраструктура включает множество сетей трубопроводов, которые выполняют важные
функции по транспортировке газа и нефти.
Однако их длительная эксплуатация приводит к износу, коррозии, утечкам и другим
повреждениям, способствующим авариям и значительным экономическим потерям. Для
предотвращения таких ситуаций в последние годы уделяется большое внимание
применению роботизированных систем для диагностики трубопроводов. Благодаря
своей мобильности и способности проникать внутрь труб, они могут осуществлять
осмотр и мониторинг в труднодоступных местах. Однако аккумуляторы, которые
являются важным источником энергии для роботов, обладают совсем небольшой
мощностью и соответственно малым временем работы. Ученые Пермского Политеха
разработали аккумулятор с высокой энергетической мощностью, длительным сроком
эксплуатации и небольшими габаритными размерами, которые позволяют установить
его в робота. Разработка представляет собой инновационное решение,
обеспечивающее надежное и эффективное электропитание для автономного
робототехнического комплекса по диагностике трубопроводов.
Статья с результатами
опубликована в журнале
«Строительные и дорожные машины», № 6, 2023 год. Исследование
выполнено при поддержке Фонда содействия
инновациям и в рамках программы стратегического академического лидерства
«Приоритет 2030».
Существует несколько
основных типов аккумуляторов, широко применяемых в области автоматизированных
устройств для внутритрубного пространства. Ученые изучили свинцово-кислотные,
никель-кадмиевые, никель-металл-гидридные, литий-ионные и литий
железо-фосфатные типы аккумуляторов. Большинство из них имеют большие
габаритные размеры, высокую массу, а также низкую энергоэффективность.
Отдельно политехники
выделяют литий-ионные аккумуляторы, как рациональные для использования в
автономном робототехническом комплексе. Они отличаются высокой энергоэффективностью,
что обеспечивает долгое время работы робота без подзарядки, характеризуются
малыми размерами и небольшой массой.
— Ввиду малых габаритов
робота (проходной диаметр трубопровода составляет 200 мм), необходим
специальный элемент питания, который помещается в свободных местах устройства.
Вследствие этого он будет собираться и компоноваться из отдельных ячеек. Нами
выбран высоко токовый литиево-ионный аккумулятор емкостью 3000 миллиампер-часа,
напряжением 3,7 Вольтт и максимальным током до 20 Ампер. Он дает возможность
компактного расположения сборки любой конфигурации, а также высокую
энергоемкость при небольших габаритах, —
объясняет главный инженер проекта Евгений Тонков.
—
Компоновка
ячеек аккумулятора внутри робота осложнялась расположением внутреннего
механизма. Для решения этой проблемы мы создали рациональную конфигурацию
расположения ячеек. А также разработали специальное крепление, фиксирующее
элементы питания в блоках, — поделился
ассистент кафедры «Оборудование и автоматизация химических производств» ПНИПУ
Дмитрий Кучев.
Ученые отмечают, что емкость
элемента питания разрабатывалась для условий максимально длительной работы
робота во внутритрубном пространстве с возможностью обеспечения энергоресурсом
всех необходимых элементов.
Экспериментально
исследователи определяли количество потребляемой энергии и измеряли напряжение
энергетического компонента каждый час в течение 10 часов. В результате время
работы робота составляет более 10 часов, данный ресурс позволяет осуществлять
питание большого числа компонентов автоматизированного устройства.
— Ввиду того, что
внутритрубная диагностика является одним из перспективных направлений
трубопроводного транспорта, разработка позволит также использовать несколько
методов неразрушающего контроля одновременно для получения более достоверной
информации о техническом состоянии трубопровода, — поделился доцент кафедры
«Автомобили и технологические машины» ПНИПУ Алексей Щелудяков.
Разработанный учеными
Пермского Политеха литий-ионный аккумулятор является эффективным и надежным
источником питания для обеспечения внутритрубной диагностики трубопроводов. Он гарантирует
достаточную емкость и энергетическую плотность для продолжительных операций, а
также высокую стабильность работы при различных температурах.