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新的重型机器人系统,配备igus免维护供能系统

2017/12/19  阅读(961)

 用于极端条件下海上石油自动勘探的革命性系统

 

石油平台上的工作和生活既危险又不舒适高涌的浪潮、巨大的风暴夹杂着石油、泥浆和暴雨。将钻杆从上孔抽出,拧开分离,由满身油污的工人在高压下重新装配。很多人工作业要在有限的时间内完成,环境脏污,受伤风险大。现在,这一切已成为过去。经过多年的研发,挪威公司Robotic Drilling Systems开发出一款可在平台上进行自动钻井作业的机器人系统。igus拖链助其在极端环境下可靠供能。

 

石油勘探行业内越来越多的流程转向自动化,以实现更高的速率将人们从繁重的工作中解放出来,同时节省成本。这一趋势也体现在石油钻塔中:挪威的斯塔万格是欧洲石油工业的中心。这里的新创公司RDS Robotic Drilling Systems AS开发此类机器人,旨在实现石油钻塔的全自动化钻台作业。

 

这一目标是非常宏伟的,原因有以下几点。机器人系统要在严苛的环境下作业,因此必须能抵抗海水、腐蚀、机械应力以及极端温度。此外,石油钻塔的作业流程极为复杂,在操作钻杆时要协调多达100个轴。最后,还必须将能量、介质和信号可靠引导至机器人的机械爪上。

 

 

 

核心组件:重型机器人

RDS开发出完整的机器人系列,来满足这些要求和完成自动化钻井的子任务。中央钻台重型六轴机器人,可在伸出的三米长机械臂上承受1500千克的负载,新开发的机械爪与立柱(钻杆)的组件相结合,控制钻探过程(1a1b)。全自动钻杆操作装置指板(存储系统)或甲板上的传送带中取出部件,供应给机器人。电子钻工和钻杆装卸机器人是RDS的另一种机器人系统,它们协助中央重型机器人操作和组装立柱。所有系统协作,无需人工干预即可完成整个钻井过程。制造商告诉我们,该系统的作业速度提升40%,每年可节省1000万到2000万美元。

 

通过旋转模块和拖链供应能量和信号

钻台机器人的第七轴是一个重型线性系统,整个机器人在此系统上移动。工程师面临的挑战是要在极小的空间里移动供应能量和信号。此外,还需要满足很高的防爆要求。对于第七轴的线性运动,供能比较容易实现:塑料制成的轻巧拖链已在许多类似应用中证明了自己的实力,并能够同步引导线缆传输能量、数据和介质。但为机器人底座的旋转轴供应能量和信号则会比较棘手。

 

针对复杂作业的完整解决方案——包括工程设计

igus旋转模块满足了这一要求(2)。这是一个从侧面安装的拖链,带有反向弯曲半径(RBR)。也就是说,链节可以双向移动,这一点不同于常规的线性运动。带有锁定分隔片的拖链安全引导电缆和软管,拖链在圆导槽中运转。

 

RDS机器人内的旋转模块已被整合入机器人外壳内,因为空间非常有限,因此需要复杂的工程设计和技巧。这一任务由igus“项目工程部的团队完成。他们开发出了一个用于特别机器人中的完整解决方案,其中在旋转模块旁使用了获得防火认证且符合NEK 606要求的igus chainflex高柔性电缆(3)。这款电缆是专门为运动应用全新开发的,在极端环境下仍拥有很长的使用寿命。igus保证其所有系列的电缆均拥有36个月的使用寿命,其中403种电缆已获得了DNV GL的认证。

 

运送到斯塔万格的拖链是包含连接器在内的装配拖链系统,从而简化了安装过程,也确保了所有的端口和连接器符合电气防爆的特殊要求。耐腐蚀也很重要,特别是在海洋应用中。而免维护的塑料拖链就可以满足这个要求igus服务团队还拥有在石油钻塔上工作的认证,所以igus可以根据客户要求承担从规划到现场安装的所有工作,甚至是在公海上

 

垂直运动

无人石油钻探的其他自动化单元也在使用igus组件。电子钻工钻杆操作装置都用到了igus拖链,共25个组件。它们安装在操作系统纵轴的桅杆式井架上,这里从存储位置取出立柱并供应至中央机器人(4)。选择拖链时,免维护、耐海水、抗机械应力以及防爆、可在海上应用都是主要的考虑因素。Robotic Drilling Systems首席执行官Jimmy Bostrom表示:对于我们来说,从同一家供应商购买机器人组件并尽可能直接安装,这极为重要。系统要尽可能免维护。igus满足了这些要求。

 

RDS开发的机器人系统不仅适用于新石油钻塔的安装也适合改造。它创造了评估钻探项目盈利能力的新规则这是目前油价较低背景下的一个重要因素。因此,这一新开发从一开始就吸引了无数关注,很多知名的钻探公司都参与到RDS的研发中。这一应用给(由igus发起vector奖的评委留下了深刻的印象,从而赢得了2016vector金奖。经过广泛测试,首个实用系统于20159月在挪威的一个钻塔投入使用(5)。整个行业都密切关注着该项目,因为它让石油平台的工作更快捷、成本更低廉,最重要的是更安全。

 

图片说明:

 


 

 

钻台重型机器人在恶劣环境下提升1.5吨,创历史记录。

(来源:igus GmbH

 

 

RBR旋转模块中的igus拖链实现旋转运动。(来源:igus GmbH

 

 

RDS机器人中使用了装配拖链系统。该系统由拖链和chainflex高柔性电缆组成,经批准可在海上和危险环境中使用。(来源:igus GmbH

 

 

钻杆操作装置的桅杆式井架上(如右图),igus拖链向机械爪供应能量和信号。来源RDS Robotic Drilling Systems AS

 

 

首台钻台机器人安装在挪威斯塔万格的Ullrigg陆地钻机上。来源RDS Robotic Drilling Systems AS

 

作者Tim Schneebeck海事工程igus GmbH51147科隆



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