Донные необитаемые аппараты

Практика морских нефтепромыслов и, как более общий случай, практика подводно-технических работ вообще, ставят целый ряд задач, связанных с проведением грунтовых работ (равнение площадок на дне, отмыв траншей для закладки в них трубопроводов и кабелей, закрытие их грунтов и др.). Эти работы трудоемки, требуют значительной мощности используемых машин и создаваемых ими при работе усилий на рабочий инструмент (ковши, черпаки, фрезы и др.). Был создан целый класс механизированных подводных машин для разработки грунтов, характеризующими признаками которых является перемещение их по дну в рабочем режиме и наличие средств перемещения грунта.

Подводные бульдозеры. Создатели донных подводных машин обычно либо используют уже существующие прототипы наземных машин подобного назначения, либо основываются на совершенно новых конструкциях и принципах, не имеющих аналогов в наземной практике. Можно сказать, что по наземным прототипам созданы сравнительно мелководные машины, предназначенные для ровнения постелей, дноуглубительных работ и пр.,— подводные бульдозеры. Эти машины используются, главным образом, в практике портового и прибрежного строительства. По конструктивному оформлению подводные бульдозеры весьма похожи на свой прототип — это гусеничные машины, приспособленные для работы под водой и перемещающие грунт перед собой с помощью навешенного в носовой части щита.

Поскольку подводные бульдозеры в общем пока не используют на нефтегазопромысле, ограничимся лишь кратким их описанием.

Подавляющее большинство подводных бульдозеров выпускают японские фирмы, специализирующиеся на производстве наземных бульдозеров. Подводные бульдозеры могут иметь рабочую глубину от нескольких метров до 60—70 м, их масса составляет десятки тонн. Они снабжены гусеничными шасси для движения на грунте, цистернами водяного балласта для погружения к месту работы и всплытия на поверхность, навесными ножами для передвижения грунта или фрезами с грунтососами для отсоса грунта.

Наиболее типичной конструкцией подводного бульдозера можно считать, по-видимому, систему фирмы «Коматцу» (Япония). Она включает собственно подводный бульдозер, электростанцию, кабельную лебедку с кабелем, пост управления и навигационный блок с курсопостроителем.

Подводный бульдозер (табл. 17) представляет собой гусеничное самоходное шасси, оборудованное бульдозерным щитом и экскаваторным ковшом. Бульдозер может управляться с поверхности по кабелю и под водой водолазом.

В качестве основного привода бульдозера используют трехфазный электродвигатель, погруженный в масло. Мощность двигателя 125 кВт при частоте вращения 30 с-1. Вращающий момент с вала двигателя передается механической трансмиссией через редуктор и бортовые фрикционы на гусеницы. Все корпуса бортового механического оборудования герметичны, и в них автоматически поддерживается давление воздуха на 0,0294—0,0490 МПа (0,3—0,5 кгс/см2) выше давления окружающей воды.

Система управления механизмами бульдозера .электрогидравлического типа. Команды в виде электрических сигналов подаются по многоканальной системе телеуправления на соответствующие соленоидные клапаны гидросистемы. Все перемещения самого бульдозера или отдельных его механизмов отражаются на пульте поста управления.

Спуск бульдозера на воду в месте работ, его погружение, всплытие и подъем на борт судна-носителя происходят автоматически, без участия людей.

Электроэнергия к механизмам бульдозера поступает по кабелю с борта судна-носителя от автономного дизель-генератора мощностью 170 кВт. Дизель-генератор оборудован автоматами защиты цепей, индикатором состояния изоляции, пусковым устройством и пр. На судне-носителе установлен пост управления, оборудованный помимо различных органов управления, сигнальных ламп, индикаторов и пр. мнемоническим имитатором бульдозера, отображающим направление движения машины, ее положение на грунте (крен, дифферент), состояние рабочих органов. Кабель, соединяющий пост управления и бульдозер, хранится в намотанном состоянии на двух-барабанной электроконтактной лебедке.

Таблица 17
Краткие технические характеристики японских подводных бульдозеров

Навигационное обеспечение работы бульдозера на грунте производится специальной ультразвуковой системой. Гидроакустическая станция, установленная на штанге в передней части бульдозера, регулярно излучает в воду акустическую посылку-сигнал. Установленные на дне репитеры принимают эту посылку и передают ее в сторону судна обеспечения. Навигационный блок на судне на основе разности во времени посылок от станции бульдозера и репитеров рассчитывает положение бульдозера и параметры его движения и накосит их автоматически на двухкоординатный планшет курсопостроителя. На носовой штанге бульдозера установлен также гидролокатор, позволяющий оценить характер дна в зоне работы машины.

Рис. 32. Общий вид макета подводного телеуправляемого траншеекопателя ТМ-102

В настоящее время, главным образом у берегов Японии, эксплуатируется более двух десятков подводных бульдозеров.

Донные траншеекопатели. В настоящее время на нефтепромыслах работают подводные донные траншеекопатели трех типов, причем все они предназначены для заглубления в грунт трубопроводов и кабелей электропередачи и связи. Эти аппараты, выпускаемые в основном европейскими фирмами, имеют глубину погружения более сотни метров. Один из наиболее интересных аппаратов этого типа — итальянский траншеекопатель ТМ-102 фирмы «Техномаре» (рис. 32).

Основу подводного аппарата ТМ-102 составляет гусеничное шасси, несущее гидравлическую насосную установку и исполнительные устройства и соединенное многоканальной высокоскоростной системой связи с управляющей ЭВМ, установленной на поверхности.

Подводный аппарат ТМ-102 имеет следующие основные технические характеристики:

Рабочая глубина, м – 200
Длина с фрезами в рабочем положении, м – 22
Длина с фрезами в походном положении, м – 14
Ширина, м – 11,8
Высота, м – 7
Длина корпуса, м – 9
Диаметр корпуса, м – 3
Выходная мощность насосной станции, кВт – 441

Пропускная способность канала связи, кбит/с – 10 Масса, т:
аппарата в воздухе – 190
основных конструкций – 115
вспомогательных – 15
оборудования – 60
Сила прижима аппарата к грунту, МН (тс) – 0—0,2942

Условия буксировки на поверхности:
высота волн, м – До 7,5
скорость течения, уз – До 4

Аппарат оборудован двумя мощными землеройными фрезами на манипуляторах и системой датчиков относительного положения. Все его агрегаты смонтированы на трубчатой У-образной раме. Два цилиндрических прочных корпуса содержат бортовое оборудование (насосную установку, электрораспределительные блоки, аппаратуру контроля и управления, вспомогательное оборудование) и обеспечивают аппарату необходимую плавучесть. Электроэнергия подается с поверхности по кабелю в насосную станцию, которая питает гидравлические приводы гусеничных движителей, насосов для перекачки пульпы, фрез и пр.

Подводный аппарат ТМ-102 может рыть траншею под уже уложенным на дно трубопроводом или кабелем. Две рабочие фрезы, разрыхляющие грунт, смонтированы на двух рабочих манипуляторах с гидравлическим приводом. Разрыхленный фрезами грунт отсасывается двумя насосами, закрепленными на раме. Максимальная прочность разрабатываемых грунтов достигает 0,4903 МПа (5,0 кгс/см2).

Кинематика подводных манипуляторов и подвижность фрез позволяют отрывать котлован или траншею самых различных профилей при максимальной глубине траншеи до 4 м.

Положение аппарата относительно зарываемого трубопровода определяется с помощью двух ферм в носовой и кормовой оконечностях, оборудованных датчиками касания трубопровода. Размеры рамы ТМ-102, конструкция датчиков и рабочие зоны манипуляторов позволяют аппарату двигаться над трубопроводами диаметром 1,6 м, не касаясь их.

Все датчики, определяющие положение гусениц и землеройных фрез относительно трубопровода или кабеля, зарываемых в грунт, задублированы, что гарантирует сохранность трубопровода. В зависимости от характера грунта силу прижима аппарата ко дну можно изменять при помощи системы водяного балласта. Этим обеспечивают возможность выбора оптимального для данных условий режима работы гусеничного механизма.

Аппарат ТМ-102 связан с поверхностью кабелем, по которому производится подача электроэнергии и обмен сигналами и командами. Система управления состоит из аппаратуры сбора информации, электроклапанов и следящих приводов, погружных электронных управляющих блоков, узлов стыковки кабелей, палубного оборудования.

Аппаратура сбора информации обеспечивает прохождение 264 различных сигналов, 80 из которых — аналоговые сигналы состояния систем и условий работы аппарата (скорости течения, напряжений, давлений, температур, уровней и пр.). Остальные 184 сигнала — команда типа «включить—выключить». Все сигналы проходят через электронные погружные блоки, которые распределяют команды управления по 63 электроклапанам, 10 дистанционно управляемым выключателям и двум следящим приводам, а также контролируют их работу. Цепи передачи сигналов управления на поверхность и силового питания напряжением 3000 В разделены.

Палубное электронное оборудование, включающее бортовую вычислительную машину, смонтировано в стандартных контейнерах на палубе обеспечивающего судна.

Это оборудование исполняет следующие функции:
– представляет оператору всю необходимую для работы информацию либо на индикаторах, либо на экранах двух дисплеев;
– управляет в автоматическом режиме циклами копания и движения;
– позволяет оператору вводить в систему автоматического управления исходные данные для процессов копания и движения, а также корректировать все протекающие операции вручную.

Разработка ТМ-102 началась в 1973 г. и закончилась в 1975 г, Все элементы, агрегаты и узлы системы прошли интенсивные заводские испытания. В конце 1975 г. начались морские испытания, на которых отрабатывались в реальных условиях буксировка аппарата, погружение его на грунт и всплытие, движение по грунту и собственно рытье траншей. В целом испытания подтвердили эффективную работу всех систем аппарата, и затем он успешно эксплуатировался.

Аппараты, подобные по конструкции и назначению ТМ-102, громоздки, тяжелы, и каждый спуск их на объект и подъем на поверхность весьма сложены. Стоимость системы управления составляет немалую долю от общей стоимости аппарата. Желание снизить стоимость машины и в какой-то мере упростить работу с ней привело к созданию своеобразного гибрида подводного телеуправляемого бульдозера и подводного обитаемого аппарата. Эта машина, созданная фирмой КОМЕКС, состоит из гусеничного самоходного шасси с траншеекопателем, получающим энергию по кабелю с поверхности, и стыкующегося с ним автономного обитаемого отсека управления. Подводный бульдозер фирмы КОМЕКС имеет рабочую глубину 200 м (ограничена рабочей глубиной отсека управления), массу в воздухе 23 т. Машина может работать как бульдозер и как траншеекопатель, причем в последнем случае она отмывает траншеи глубиной до 900 мм под кабели диаметром 80 мм. При наличии на кабеле встроенного усилителя в корпусе диаметром 400 мм машина отрывает для этого усилителя специальное гнездо в траншее.

Замывание кабелей в грунт идет следующим образом. Гидромонитор, установленный на машине, создает струю с расходом воды 40 м3/ч при давлении 0,8336 МПа (8,5 кгс/см2), которая и размывает грунт. Специальный скользящий захват укладывает кабель в размытую траншею, и оседающий после прохода гидромонитора грунт покрывает кабель. Скорость замыва кабеля колеблется в зависимости от состава грунта и может достигать 2,2 км/ч.

Управление работой машины производится с помощью специального самоходного автономного отсека управления «Глобул», также созданного фирмой КОМЕКС. Экипаж отсека два человека, рабочая глубина погружения 200 м, рабочая автономность 6 ч и аварийная — 96 ч. При работе с траншеекопателем «Глобул» опускается на специальную рабочую площадку в верхней части машины и фиксируется электромагнитными присосками. Все сигналы управления передаются на траншеекопатель индукционным бесконтактным путем, какие-либо механические связи при этом не используются. Более того, аккумуляторная батарея «Глобула» может во время работы подзаряжаться от борта траншеекопателя через аналогичное индукционное устройство.

В настоящее время траншеекопатель фирмы КОМЕКС эксплуатируется в бассейне Средиземного моря.

Следует отметить, что участившиеся случаи повреждения трубопроводов и кабелей тралами, драгами и якорями вынуждают обращать на проблему защиты трубопроводов и кабелей самое серьезное внимание. Уже созданы прототипы машин, заглубляющих в грунт трубопроводы непосредственно в процессе их укладки, а в будущем каждая баржа-трубоукладчик будет иметь на борту подобную машину.

Опубликовано:
4.04.12


Категория -

     

© Ilovediving.ru