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    ROV行業趨勢及新技術

    發布時間:2018-03-29

          在過去的幾年中,海洋油氣行業市場的低迷狀態造成該行業對于ROV使用需求的阻礙。然而,對海洋可再生能源行業投入的持續增長為全球ROV制造商們繼續研發下一代ROV系統提供了機會。

          有鑒于此,國際海事承包商協會(IMCA)編制的《ROV安全有效作業實用準則》已經更新(現行為IMCA R004 REV.4),這個準則包括了一個有關ROV的擴展表單,這個表單基于全球ROV系統發展不斷多樣化而進行了更加明確的分類定義。

    修改后的分類如下:

    一、第I類

          此類ROV只作為純觀察用途,它是一種相對廉價、并且可以非常方便攜帶的設備選擇,客戶可使用其對水下目標進行近距離的目視檢查。這類ROV通常設計非常緊湊,因此它無法在大流速下使用;但是這類ROV可以安裝部署在工作級ROV上,作為一個子機系統使用。這類典型的機型有:

    VideoRay 公司的PRO 4、天津深之藍海洋設備科技有限公司(下簡稱為天津深之藍)的白鯊MAX及白鯊MINI。


    VideoRay公司的PRO 4

    天津深之藍的白鯊MAX

    Seaeye Falcon作為ROV母機可以在水下釋放子機系統(中間為VideoRay的ROV,下方的為彈射式的Stinger Nano

    二、第II類A級

          這類ROV系統一般會有適當的負載能力,例如安裝輔助相機、搭載進行調查及無損檢測的傳感器等。相比于第一類的ROV,此類的ROV有更大的推重比,來保證它可以在近似于更大級別ROV的應用場景(如海洋環境、有一定流速下的水下環境)去工作。此類ROV仍然非常便攜,不需要專門的LARS系統支持。這類典型的機型有:天津深之藍的江豚IV、Seaeye的Falcon等。

    Ocean Modules 的V8 Sii

    天津深之藍的江豚IV-A

    三、第II類B級

          這類ROV仍然屬于觀察級ROV,但它已經有比較強的帶負載能力,它可以搭載輕型的機械手來提供輕度干預作業能力。這類ROV系統雖然需要專用的LARS系統和箱式控制基站,但是相比于第三類型的ROV它只會占用船上很小的一部分面積,因此它可以部署到更多類型的船只上。這類典型的機型有:天津深之藍的海豚II、ECA的H800、Sub-Altantic的Mohawk等。

    深之藍的海豚II

    Sub-altantic的Mohawk

    四、第III類A級

          此類ROV系統是水下行業的主力產品類型,它可以勝任包括調查、測量、建設、施工干預等大多數類型的水下工作。這類ROV系統需要相當面積的甲板空間用于部署其LARS系統、箱式控制基站、工作車間等,因此現今的DP工作船更適合它的部署。這類典型的機型有:Sub-Altantic的Comanche、Seaeye 的Leopard等。

    Sub-Altantic的Comanche

    五、第III類B級

          這類ROV系統在海洋油氣領域的工作扮演了重要的角色,它都配備了大型的液壓動力系統,用于承擔關閉BOP(水下防噴器)及在鉆井平臺施工各個階段的工作。這類典型的機型有:Oceaneering的NEXXUS、Schilling Robotics的HD ROV等。

    Schilling Robotics的HD ROV


    北海巨人號上的SUPPORTER在水下300米處進行天然氣壓縮機的安裝作業

    六、第IV類A級

          此類拖曳式水下機器人系統從設計和使用上其實相對簡單,并且它只是使用機器在海底進行類似于農耕似的犁溝作業。這種簡便的設計和使用給長距離的水下纜線敷設工程(諸如連同兩岸的跨洋海底電纜敷設)提供了一種經濟便捷的解決方案。這類典型的機型有:SMD的MD3 Plough。

    SMD的MD3 Plough

     七、第IV類B級

         履帶式水下機器人系統在水下電纜及管道的掩埋的工作中比使用拖曳式方案會花費更多的時間,但它的優勢在于它能將纜線再固定深度掩埋的控制實現更加精準,并且纜線敷設的位置也更加精確,與此同時,這類機器人還有在巖石類海床上進行纜線敷設的能力。

    八、第V類

          這類機器人系統通常是制造商為應對特殊使用場景的一次性項目,一個典型的例子是開發了Rock Grabbers系列的水下機器人系統,用于清除西歐海底巖石海床區域的,打通海底路徑以便于埋設各種海底電纜。

    九、第VI類A類

          這類AUV可以充當很多種任務角色,從搜集海洋研究機構所需要的各種數據到很多軍事用途,諸如水雷對抗任務。這類典型的機型有:Kongsberg的REMUS 100、天津深之藍的橙鯊AUV、Teledyne的Gavia等。

    Kongsberg的REMUS 100

    天津深之藍橙鯊AUV在河岸水域進行地形掃測任務

    十、第VI類B類

          這類AUV提供了一個更強的負載能力以便安裝更多類型的探測儀器及傳感器,并且這類AUV有著潛在的干預作業的能力,但這類的很多都在不斷的設計完善中,并且在商業用途中是被禁止使用的。

    Bluefin公司規劃的水下無人潛器戰斗任務系統,實現聯合作戰,多樣化用途

    波音公司為美國海軍開發的超大型UUV型號Echo Voyager

    Kongsberg公司的HUGIN6000

    ROV應用的發展趨勢

          隨著涉及ROV的相關技術的不斷成熟,使用這種“遠程遙控”的作業方式在不斷增加。可再生能源行業就是當下ROV應用不斷增長的行業,諸如:離岸的風電站的建設需要一個很長時間的周期,包括安裝、檢修、維護等任務。這些工作中需要在水下(尤其是在大流速和低能見度下)采取無人潛水器進行水下干預作業。同理,以前很多在半潛式平臺上進行的深水作業現在都可以使用ROV來遠程進行支持,從而顯著的降低實施成本。

          隨著海洋傳感器技術的不斷發展,也無疑會推動和擴展ROV及AUV的應用范疇。比如利用聲學定位及激光技術去準確地繪制海底地形及水下結構物,并實時地生成一幅3D的點云數據并傳送到陸地基站。水聲通訊技術的持續發展使得ROV/AUV直接和水下的控制設施通訊,這樣當和水上的通訊設施通訊失敗時,可以提供一個額外的通訊設施覆蓋。


          電機驅動技術的不斷進步使得純電動ROV的數量在不斷增加,但這種ROV一般會使用在對環境比較敏感的區域,比如含有碳氫化合物的液體泄露造成的環境污染。大型純電動ROV的電力消耗會明顯增加,這些電能必須通過臍帶纜傳送到水下的ROV本體,這也成為純電動ROV發展的一個限制因素。相比之下,使用液壓動力作為推進器以及工作負載的動力源是更高效的一種方式,在適合的環境區域內,液壓動力ROV無疑在一段時間內還將占據優勢。

          最新的發展是混合了ROV和AUV特點的水下無人潛器系統的出現,它在降低海洋工程作業的運行成本上表現出很多優勢。按照現今技術的水平,將一臺AUV永久地部署在水下的“站點”并隨時待命接受指令進行工作已經完全可能。但設備長期待命,其可靠性和維護性是這種方案真正可行的關鍵因素。


          在海底地形及海底管線路由的調查領域,這種ROV/AUV的混合型系統也有相當的能力可以挑戰傳統的工作級ROV。雖然在兩種潛器系統上可以搭載的傳感器的性能表現上相差無幾,但是在水下不斷變化的動態環境下,類似AUV系統的控制決策的響應要比一個ROV飛手快得多,因此這種系統能夠提供一個更加穩定的水下平臺供傳感器去采集數據。

          未來無人潛器的發展會怎樣?是完全無人干預的潛航器在世界的各個海域自主巡航工作,還是使用混合型的無人潛器讓其處于自動飛行模式但同時工程師持續地監控潛器狀態?無論怎樣,潛器在水下出現意外情況時有后備的應急方案是水下無人潛器設計者始終需要考慮的問題。


    編制及譯文:售后技術支持部總監朱程

    本文文章及部分圖片內容轉自《Hydro international》2017年8月  第21卷 第4期

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