部署管道维修机器人以减少对人员的危害

在地下工作是一件非常危险的事情，工人面临有限的自然通风和采光以及难以进入和离开；并暴露于空气污染物、火灾、洪水和爆炸中。近年来，管道维修机器人正在涌现，以应对这一挑战。

2007年在美国科罗拉多州发生的致命惨剧中，人类员工面临着地下工作的危险。在Xcel Energy Cabin Creek发电站的一场大火中，导致五名工人丧生、三人受伤。工人正在对需要定期维护的管道加上环氧涂层。

开发管道维修机器人

卡宾克里克悲剧中工人正在执行的危险工作仍主要通过体力劳动来完成。一个新的管道维修机器人开始改变这种状况。

威斯康星州的Remote Orbital Installations LLC（ROI）和Big Sky Engineering表示，他们已经为管道修复开发了一种更快、更安全的替代体力劳动的替代方法。被公司称为“履带式”的机器人平台可以对表面进行喷砂处理，也可以对中型或者大型直径的管道内部进行内衬处理。

自动化单元已用于升级BC Hydro在不列颠哥伦比亚省安装的压力管道。像卡宾克里克（Cabin Creek）所涉及的压力管道一样，它们是水力发电设施中的大口径管道，可将水从高山湖泊向下输送到较低高度的涡轮机。随着基础设施在世界各地年久失修，然而，履带可以在许多不同的应用中使用。

“该设备基本上可以用于需要维修的任何管道或类似结构中。”帮助设计ROI / Big Sky装置的工程师Mike Kronz说。

履带在不同长度的管道内移动，以通过强大的喷砂清理压力管道。然后，管道维修单元通过用环氧树脂重新衬里管道来完成该过程，以防止腐蚀导致泄漏。Penstock已在1960年代建造的BC Hydro设施中进行了修复，并显示出老化的迹象。

在BC Hydro的Bridge River设施的第一个项目中，The Crawler爬过1,731 m（5,679 ft。）压力管道。它始终以不同的角度移动，同时由一个人控制，将其从改良的运输容器（称为“指挥中心”）进行控制。

“在指挥中心可以读取各种反馈，” Kronz表示，“在履带上连接了一条脐带，可以在距离指挥中心2000英尺处进行远程操作。”

在10英尺长的压力管中，履带的爆破速度约为每小时500至600平方英尺（152.4至182.8平方米），每小时行进约4.61米。在内部衬砌过程中，管道维修机械手以每小时46米（0.041英尺/秒）的速度行进。对于承包商而言，衬里材料的成本约为每分钟200美元。

在开始其在加拿大的第一个项目之前，ROI / Big Sky生成并测试了模型原型，以确定在实际项目条件下全面自动化单元的性能。为了理解这一点，在Big Sky设施中建造了直径2.5 m（8.2 ft。），长18 m（59 ft。），倾斜45度的全尺寸模型，用于测试。

测试证明是成功的。在Hydro Bridge River项目完成之后，ROI / Big Sky在BC Hydro的Cheakamus设施中建造了第二个单元来维修500 m（1,640.4 ft。）的压力管道。

The Crawler的主要优势在于，它最大程度地减少了工人在管道结构内度过的时间，从而降低了Cabin Creek悲剧固有的风险。Kronz说：“这不仅减少了体力劳动，而且更加快捷、安全，并且使工作更加一致。”

环境需要坚固耐用的机器人

在设计自动化单元时，ROI / Big Sky开发人员需要确定可承受肮脏、多尘环境压力的组件。

“这是一个肮脏的环境，里面充满了许多灰尘和磨蚀性材料，”同时从事管道维修机设计工作的Paul Garvoille说。“一切都必须极其耐用。”

设计师从德国运动塑料制造商igus的组件中找到了所需的东西。该公司在罗得岛州普罗维登斯市以外运营其北美业务。

履带包括易格斯的拖链，用于管理和保护从下部控制柜到上部机柜的电缆。它们用于动臂的主要提升中，从而使动臂在管道内工作时可以伸缩。

拖链在拖链杆内移动时，其拖链的轮宽也可以调整。直径从1.5到4米不等，自动装置通过由指挥中心操作员控制的脐带进行调节。

易格斯回转支承允许动臂从一侧到另一侧枢转。还有指导吊臂运动的伺服电机电缆，以及在500米的脐带中，其中包含电源线和控制线以及光纤电缆。

igus产品的耐用性对于The Crawler的成功至关重要。

Kronz说：“我们已经完成了多个项目，而igus组件并没有发生任何故障。” 其他材料失败了，但igus产品失败了。例如，回转支承与滚珠轴承相当。对于设备所经历的所有污垢，那将是一个真正的问题。易格斯材料不需要任何密封件即可保护轴承。”

管道维修安全第一

加拿大官员注意到卡宾克里克（Cabin Creek）灾难，并寻求寻找更安全的方法来修复水管压力。BC Hydro是不列颠哥伦比亚省的主要电力分销商，为180万客户提供服务。管理局经营着32个水力发电设施，该省95％的电力是通过水力发电站生产的。

卡宾克里克（Cabin Creek）规模的灾难可能对管理局造成灾难性的后果，它在寻求新的压力管道维修方法时将工人的安全放在首位。克伦茨说：“他们的最终目的是从这些工作中撤离。”

这需要时间、测试和创新思维，但是ROI / Big Sky表示，它已经交付了合适的机器人来执行危险任务。

“我们一直在挑战，”加尔维耶说。“我们知道需要做些什么，我们证明了这一点，我们提出了解决方案。”