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.
Разработка Пермского Политеха обеспечит эффективное электропитание для робота по диагностике трубопроводов / © Getty images
Статья с результатами опубликована в журнале «Строительные и дорожные машины». 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 миллиметров), 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.
