美味的海蛎子和藤壶是罪魁祸首?看浙大研发的机器人这样对付它们

摘要: 在海平面正负5米的范围内,由于潮涨潮汐的原因,海上钻井平台的钢管表面周期性接触空气和海水,海蛎子、藤壶等海生物快速繁殖、生长,带来了严重的安全隐患,而水下机器人正是解决该问题的好帮手。

11-15 11:46 首页 浙江大学博士生

说起海蛎子和藤壶,不知道大家最先想到的是美味的碳烤海蛎子还是是清水氽汤鲜藤壶?

不过像海蛎子和藤壶这种在海岸的岩礁上、码头、船底等硬物的表面均有可能快速附着的海洋生物,除了鲜美的特点之外,还特别爱和我们的海上钻井平台“混”在一起。可是这一“混”,这些海生物转眼间就变成了罪魁祸首。

钻井平台大杀手

在海平面正负5米的范围内,由于潮涨潮汐的原因,海上钻井平台的钢管表面周期性接触空气和海水,海蛎子、藤壶等海生物快速繁殖、生长,带来了严重的安全隐患:

1.钻井平台重量大幅增加

当海蛎子和藤壶这些海生物把钻井平台当作它们的家附着在钻井平台上时,钻井平台的整体质量就大大增加了。而重量过大会导致平台超重,产生可变载荷减小等不良影响。不论是自升式平台还是半潜式钻井平台,或者是张力腿平台,在海上波涛汹涌的环境里,想要保持稳定能够,一定程度上都与重力和浮力的平衡有关。重力一旦增加,钻井平台的负载势必会减少,对于生产活动有着极其大的影响。

2.钻井平台受海流的作用面积增大

除了质量增加对于钻井平台的影响,海生物附着在钻井平台上会大大增加钻井平台与海水接触的面积。面积增大意味着平台受到波和浪的作用面积将会增大。这样一来,波浪力对于平台的作用势必增强,平台的振摇、激荡运动可能会更加剧烈,对于生产活动以及人员安全有着极大的影响。

3.海生物自身对于平台的影响

不光是受力增加对于平台的影响,海生物自身的生物力对于钻井平台也有着一定的影响。海生物自身分泌的物质可能会腐蚀运输管道,造成严重的后果。

每年花费1亿元清洁钻井平台,难题多多

为了清除这些安全隐患,目前各大单位最普遍的方法还是人工定期清理:由潜水员携带喷砂工具下潜,打磨除去表面的海生物和铁锈。不过这保养维修的成本可就令人咋舌了。据介绍,中国海洋石油总公司拥有海上钻井平台200多座,四年一清洗周期,平均每年有50多座平台需要进行清洗。每个平台清洗一次成本高达100万~200万元,每年平均耗资近1亿元人工定期清理不仅耗时耗力,成本还不低,而且依旧存在着一些安全问题。

既然人力有限,除了人力之外清理之外,在这个自动化机器人产业迅速发展的时代,最先想到的自然是请机器人帮我们来处理这些问题了。不过,虽然此前有水下清洗机器人的研发报道,但还没有在钻井平台以及石油导管架上实际使用的先例。要研究专门为管架进行海生物清理的机器人是一项极其困难的挑战。

新一代机器人横空出世,像橡皮擦一样清除附着物

值得庆幸的是,近日,浙江大学教授杨灿军带领的HOME研究团队成功研制浙大哈姆(HOME)海生物清洗机器人,该机器人能够在水面以下100米内进行海生物自动化清洗。在首次海试中,机器人的清洗速度达到21.7平方米/小时,清洗水压20兆帕,远远低于人工清洗水压的70兆帕,达到同样的清洗效果,可以说是省时省力又省心的典型了。新型机器人提高了海上作业的简易度和可操作性,能够完全替代潜水员在水下进行海生物清洗作。

那么这个海生物清理机器人是如何工作的呢?这个巨大的机器人传回的一段“自拍”视频完整的记录了整个清理过程。首先,它会牢牢攀附于管壁,然后空化喷嘴喷射出充满气泡的水流,这时,海蛎子和藤壶就好像课桌上的铅笔屑一样,被一吹而散了。而水流中聚集的空气泡,则起到橡皮擦的作用,在狭小区域内溃灭并产生微射流,清除表面附着物,就像擦去那些铅笔字迹一样简单有效。

对于该机器人的核心技术,杨灿军教授介绍到,该款机器人采用空化射流、导管自适应、视觉导航控制等技术。机器人带有自适应的永磁吸附模块,能够在不同直径的钢质导管表面实现稳定吸附,还能再不同直径的管道间进行跨越。新型机器人提高了海上作业的简易度和可操作性,能够完全替代潜水员在水下进行海生物清洗作。

所谓空化射流,就是一种在射流中自然产生空化气泡的连续射流,空泡或采用空气或采用淹没方式产生,采用多种方法在流体中形成一个压力低于当地蒸汽压力的区域的流体。导管自适应、视觉导航控制等技术则依赖各类传感技术。

新型机器人提高了海上作业的简易度和可操作性。当然,该机器人也有着巨大的改进空间,甚至可以推广应用于船舶清洗、桥梁清洗检测等领域;由于该机器人是水陆两栖的,平台上其他高空危险作业,如喷漆、检测等工作也可交由机器人完成。未来这些高危工作就可以放心大胆的交给机器人去完成了,大大提高了工作的安全性。

船舶除锈机器人

所以吃货朋友们也大可不必担心,指不定有朝一日,这些机器人在清理的同时顺便还能收集这些海生物做出美味的碳烤海蛎子以及清水氽汤鲜藤壶。


博会出品

来源 | 浙江大学今日头条号

图文 | 浙江大学微讯社 陆呈啸

责编 | “学术小咖”新媒体中心:张明 方倩如 王贝贝




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