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.
