【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于水下管線定位探測，特別涉及水下管線路由應急響應及修復方法。
技術介紹
1、傳統的水下環境管線主要依賴于潛水員進行人工巡檢。然而由于水下環境的特殊性，潛水員在水下作業時面臨著視野受限、工作環境惡劣等困難，作業難度大且風險高。目前水下管線探測技術的發展，首要得益于遙感技術、聲納系統、水下機器人(rov)以及自主式水下航行器(auv)的創新與應用。聲納作為水下探測的核心技術，通過發射聲波并接收其反射波來探測水下物體，能夠穿透海水，實現對水下地形地貌及管線分布的非接觸式探測。多波束聲納技術的興起，更是極大地提高了探測的分辨率與覆蓋范圍，能夠構建精細的三維海底地形圖，為水下管線路由定位提供了強有力的支持。
2、現代水下管線路由探測系統通過高級信號處理算法來自動識別與分類水下目標，但是面對極端或復雜水域環境，如高濁度、強水流區域，目前的技術還不能滿足管線路由應急響應并修復的需要。因此，需要設計一種更加高效、安全、可靠的水下管線定位及修復方法。
技術實現思路
1、本專利技術為解決公知技術中存在的技術問題提供一種水下管線路由應急響應及修復方法，能夠自主高效、自動化的檢測并修復管道，降低人力成本，減少人工操作風險。
2、本專利技術包括如下技術方案：
3、一種水下管線路由應急響應及修復方法，包括以下步驟：
4、s1、首先將探測裝置順著流體介質流動方向放入管道中，所述探測裝置包括首部機構、推進機構、爬行機構及修復機構；首部機構與推進機構之間、
5、s2、啟動首部機構的聲學多普勒流速剖面儀測量管道內流速，激光測距裝置、聲波測距裝置、姿態儀和避障雷達輔助裝置運動，采用超低頻電磁波定位器進行探測裝置在管道內的定位、擴散硅壓力傳感器實時測量管道內壓強，由卡爾曼濾波器進行數據融合，將數據實時傳輸到首部機構的控制中樞；
6、s3、首部機構的主體部分為首部艙，首部艙上下左右四面設計有旋轉軸、旋轉軸鉸接扇板，扇板繞軸旋轉并通過改變吃流動介質力的角度來輔助探測裝置前進，扇板上裝有四個螺旋推進器，張開所述扇板，再啟動首部機構的螺旋推進器和推進機構上的四個軸向螺旋推進器：首部機構和推進機構共同工作實現探測裝置在管道內的游動和轉向運動，運用首部機構上的傳感器檢測管道內情況；
7、s4、當首部機構檢測到管道內有流速突變時收回扇板，關閉螺旋推進器和軸向螺旋推進器，啟動爬行機構頂部的下降螺旋推進器使探測裝置貼附于管道內壁上；爬行機構包括爬行前艙、連接軟管及爬行后艙，爬行前艙通過連接軟管與爬行后艙連接，三者包裹住內部連通的空間結構，該空間結構內設有鉸接于爬行前艙和爬行后艙內側的爬行架；爬行前艙和爬行后艙遠離連接軟管的一側設有用于吸附管道的自控制吸附器；
8、s5、接著啟動爬行前艙的兩個自控制吸附器將爬行前艙固定，通過爬行架將爬行后艙向前推動；然后啟動爬行后艙的兩個自控制吸附器將爬行后艙吸附固定在管道內壁上，關閉爬行前艙的自控制吸附器，通過爬行架將爬行前艙向前推動，重復步驟s5的過程使爬行機構帶動探測裝置蠕動爬行并記錄流速突變的位置；
9、s6、當所測量的流速趨勢由上升變為下降趨勢時，探測裝置蠕動到將修復機構位于破損處左右，爬行機構的自控制吸附器全部工作，固定探測裝置于管道內壁上；所述修復機構整體為紡錘圓臺型，包括連接圓盤、可斷纜盒、伸縮纜盒，可斷纜盒一端與連接圓盤連接另一端連接前貼合塊前端，前貼合塊后端設有電磁鐵并連接至伸縮纜盒，伸縮纜盒另一端連接后貼合塊前端，后貼合塊前端設有電磁鐵、內部有傘架結構、后端連接監測環；
10、s7、修復機構進行工作，修復機構的伸縮纜盒伸出纜繩以牽引形式放開后貼合塊，后貼合塊伸出破損處后，伸縮纜盒再以不小于后貼合塊所受流體介質推力的f收回收回后貼合塊，使后貼合塊逐漸貼近管道外壁，接著后貼合塊中自控制導軌滑塊啟動，驅動傘式結構張開并增大后貼合塊的貼合面積，啟動電磁鐵將后貼合塊牢固地吸附在管道外壁上，吸附穩定后前貼合塊前端的可斷纜盒伸出纜繩，與此同時伸縮纜盒收回纜繩；等到前貼合塊貼近管道內壁時，啟動電磁鐵使其貼合到管道內壁上，與后貼合塊一起貼合破損處；
11、s8、啟動修復機構末端的監測環檢測破損處，若檢測無異常流體流動即為修復情況良好，然后可斷纜盒斷開纜繩，留置前貼合塊和后貼合塊于破損處，給予監測環的氣囊充氣；充氣完成后斷開監測環使其浮到水面上傳數據，關閉爬行機構的自控制吸附器，啟動首部機構的監測儀器并張開扇板，然后啟動螺旋推進器和軸向螺旋推進器，探測裝置繼續在管道游動和轉向運動，同時繼續檢測管道內情況。
12、進一步的，所述s3中流動介質推動扇板給予探測裝置整體加速度為：
13、其中m為探測裝置整體的重量，ct是推力系數，它取決于物體的形狀和流體的流動特性，ρ表示流體介質密度，a總是物體與流體接觸的面積，包括探測裝置主體部分最大橫截面積和扇板的受流體介質沖擊面積，v1是流體介質流動相對于扇板的速度。
14、進一步的，所述s3中首部機構的下部螺旋推進器提供等于探測裝置重力的推力f1為：其中f螺1為一個下部螺旋推進器提供的力，ω1為下部螺旋推進器提供的角速度，d為下部螺旋推進器直徑，葉片數量為n，葉片寬度為b，葉片間距為s，推進效率為η。
15、進一步的，所述s3中首部機構左右兩側的徑向螺旋推進器提供轉向推力f2為：其中f螺2為一個徑向螺旋推進器提供的力，ω2為徑向螺旋推進器提供的角速度，d為徑向螺旋推進器的直徑，葉片數量為n，葉片寬度為b，葉片間距為s，推進效率為η。
16、進一步的，所述s3中推進機構上的四個軸向螺旋推進器提供的轉向推力f3為：f3＝4f螺3＝nηρbsω32d2，其中f螺3為一個軸向螺旋推進器提供的力，ω3為軸向螺旋推進器提供的角速度，d為軸向螺旋推進器的直徑，葉片數量為n，葉片寬度為b，葉片間距為s，推進效率為η。
17、進一步的，所述s4中檢測到的突變流速即為破口流速v破口，具體為：其中，p管內是管道內壓強，p管外是管道外壓強，v流體是流體介質速度，ρ是流體介質密度。
18、進一步的，所述s4中的v流體使用聲學多普勒流速剖面儀計算：δf＝fr-f0，其中δf是多普勒頻移，f0是發射聲波頻率，fr是接收聲波頻率，θ是聲波與流體流動方向的夾角，λ是聲波的波長。
19、進一步的，所述s4中下降螺旋推進器的角速度ω4為：
20、其中，p管內是管道內壓強，p管外是管道外壓強，a管是管道的截面面積，ρ是流體介質密度，d為下降螺旋推進器的直徑，葉片數量為n，葉片寬度為b，葉片間距為s，推進效率為η。
21、進一步的，所述s5中單個自控制吸附器提供的吸附壓強pa為：
22、其中aa為單個自控制吸附器與管道接觸面積，a管為管道橫截面積，μ是摩擦系數。
23、進一步的，所述s7中后貼本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.水下管線路由應急響應及修復方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的水下管線路由應急響應及修復方法，其特征在于：所述S3中流動介質推動扇板(103)給予探測裝置整體加速度為：
3.根據權利要求1所述的水下管線路由應急響應及修復方法，其特征在于：所述S3中首部機構的下部螺旋推進器(104)提供等于探測裝置重力的推力F1為：其中F螺1為一個下部螺旋推進器(104)提供的力，ω1為下部螺旋推進器(104)提供的角速度，D為下部螺旋推進器(104)的直徑，葉片數量為N，葉片寬度為b，葉片間距為s，推進效率為η。
4.根據權利要求1所述的水下管線路由應急響應及修復方法，其特征在于：所述S4中檢測到的突變流速即為破口流速v破口，具體為：
5.根據權利要求4所述的水下管線路由應急響應及修復方法，其特征在于：所述S4中的v流體使用聲學多普勒流速剖面儀計算：Δf＝fr-f0，其中Δf是多普勒頻移，f0是發射聲波頻率，fr是接收聲波頻率，θ是聲波與流體流動方向的夾角，λ是聲波的波長。
6.根據權利要求1所述的水下管線路由
7.根據權利要求6所述的水下管線路由應急響應及修復方法，其特征在于：所述S5中單個自控制吸附器(3070)提供的吸附壓強Pa為：
8.根據權利要求1所述的水下管線路由應急響應及修復方法，其特征在于：所述S7中后貼合塊(407)所受流體介質推力為：，A后大端為后貼合塊(407)大端的面積；由此
9.根據權利要求1所述的水下管線路由應急響應及修復方法，其特征在于：所述S7中自控制導軌滑塊(410)的移動加速度a滑塊為：其中滾珠的滾動摩擦系數為μ，滑塊的重量為M滑塊，P活塞為驅動滑塊的液壓缸的壓強，A活塞為該液壓缸的截面積。
10.根據權利要求1所述的水下管線路由應急響應及修復方法，其特征在于：所述S7中電磁鐵(405)的吸附力Fc為其中μ0是真空磁導率，μr是相對磁導率，N是線圈的匝數，I是線圈中的電流，Ac是電磁鐵的吸附面積。
...【技術特征摘要】
1.水下管線路由應急響應及修復方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的水下管線路由應急響應及修復方法，其特征在于：所述s3中流動介質推動扇板(103)給予探測裝置整體加速度為：
3.根據權利要求1所述的水下管線路由應急響應及修復方法，其特征在于：所述s3中首部機構的下部螺旋推進器(104)提供等于探測裝置重力的推力f1為：其中f螺1為一個下部螺旋推進器(104)提供的力，ω1為下部螺旋推進器(104)提供的角速度，d為下部螺旋推進器(104)的直徑，葉片數量為n，葉片寬度為b，葉片間距為s，推進效率為η。
4.根據權利要求1所述的水下管線路由應急響應及修復方法，其特征在于：所述s4中檢測到的突變流速即為破口流速v破口，具體為：
5.根據權利要求4所述的水下管線路由應急響應及修復方法，其特征在于：所述s4中的v流體使用聲學多普勒流速剖面儀計算：δf＝fr-f0，其中δf是多普勒頻移，f0是發射聲波頻率，fr是接收聲波頻率，θ是聲波與流體流動方向的夾角，λ是聲波的波長。
6.根據權利要求1所述的水下管線路由應急響應及修復方法，其特征...
【專利技術屬性】
技術研發人員：郭磊，劉浩然，閆祥磊，楊銘宇，孫治雷，尉建功，劉延俊，王鳳浩，張志強，劉遠洋，
申請(專利權)人：山東大學，
類型：發明
國別省市：
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