國電青山熱電有限公司研發(fā)的水冷壁清洗檢測機(jī)器人可替代人工，用于鍋爐水冷壁等。為滿足訓(xùn)練條件，機(jī)器人具備除灰、清渣功能。收集海量檢測數(shù)據(jù)并自動形成報告，可為水冷壁壁厚提供大數(shù)據(jù)庫，并實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人行走、清洗作業(yè)及測厚作業(yè)進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。
2019年8月21日，由中國能源研究會節(jié)能減排中心聯(lián)合華北電力大學(xué)國家大學(xué)科技園共同舉辦的“2019年智慧電廠論壇（第二期）”在北京召開。主旨報告環(huán)節(jié)，國家能源集團(tuán)國電青山熱電有限公司設(shè)備管理部主任助理 高暢作了題為“水冷壁清洗檢測機(jī)器人的研發(fā)與制作”的報告。北星電力網(wǎng)對本次會議進(jìn)行全程直播。直播會議合作，請聯(lián)系手機(jī)/微信：13693626116。
國家能源集團(tuán)國電青山熱電有限公司設(shè)備管理部主任助理 高暢
我們公司是從2017年開始制作水冷壁清洗檢測機(jī)器人，相當(dāng)于我們集團(tuán)公司分給我們分公司的一個課題。我們從2017年開始來研發(fā)制作水冷壁清洗檢測機(jī)器人。
首先播放一個視頻。（播放短片）
剛才視頻也介紹了，我們公司是1957年建廠，是國家“一五”期間建設(shè)的家高爐高壓火電廠，在役的機(jī)組三臺，青山公司的14、13號機(jī)組是超臨界機(jī)組，是350萬千瓦機(jī)組，12號機(jī)組是長源一發(fā)公司的330萬千瓦機(jī)組。我們是2014年開始首次進(jìn)行機(jī)組大修，大修之后發(fā)現(xiàn)機(jī)組的腐蝕比較嚴(yán)重，被迫進(jìn)行了一些對水冷壁高溫腐蝕的攻關(guān)，包括噴涂。后面也是因?yàn)閲夷茉醇瘓F(tuán)，分給我們對于水冷壁大數(shù)據(jù)庫建立的課題，我們在2017年開始選題，建立水冷壁清洗檢測機(jī)器人的攻關(guān)小組。
我們的終目的，就是要生產(chǎn)一臺能夠代替人工進(jìn)行水冷壁的清洗檢測的機(jī)器人，我們的研發(fā)小組在2017年10月開始進(jìn)行選題研發(fā)。這項(xiàng)工作得到了我們公司的高度重視，我們的副總經(jīng)理親自掛帥進(jìn)行研發(fā)。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，因?yàn)榛痣姍C(jī)組非停事故有60%是由于鍋爐“四管”爆裂引起的，而且高爐“四管”爆裂里面75%是由于水冷壁的泄漏引起的，所以高溫腐蝕的防治對于鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行是十分必要的。
這是代燃燒改造之后，兩側(cè)墻水冷壁腐蝕嚴(yán)重。我們做了一個統(tǒng)計(jì)，在燃燒S份為1.0以下的煤種時，每千小時平均的腐蝕速率是0.178毫米，嚴(yán)重的會達(dá)到0.412毫米，相當(dāng)于每年的檢修都要進(jìn)行大面積封管，對于我們廠的安全經(jīng)濟(jì)是很致命的。2015年、2016年都屬于擴(kuò)大型維修，進(jìn)行了40多天。目前國內(nèi)水冷壁的檢測方式，主要是搭腳手架或者升降平臺進(jìn)行檢測。這兩種狀態(tài)對于人來說不是很穩(wěn)定，因?yàn)殄仩t爐膛內(nèi)的粉塵比較大，而且需要在爐膛內(nèi)冷卻到室溫才能搭建腳手架。傳統(tǒng)檢查中，不僅工作量大、檢測時間長，而且得到的都是抽檢數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)并不是很完善。
為此我們準(zhǔn)備進(jìn)行機(jī)器人的研發(fā)。在2017年，因?yàn)槭菄饧夹g(shù)的壟斷，我們找了幾家全世界做機(jī)器人比較的一些公司來進(jìn)行交流，但是他們給出來的一些方案、數(shù)據(jù)并不能滿足我們的需求。
我們準(zhǔn)備自行研發(fā)、確定了一些目標(biāo)。主要是實(shí)現(xiàn)兩大功能，一個是清焦、一個是測厚。這是我們研發(fā)小組設(shè)定的要求，在水冷壁上自由行走，不受限制，搭載的攝像頭對水冷壁、燃燒器進(jìn)行宏觀檢測，實(shí)現(xiàn)對水冷壁管的厚度測量，搭載高壓水清洗系統(tǒng)，對水冷壁進(jìn)行清洗。
研發(fā)路程也是比較坎坷的，有很多因素限制了我們的研發(fā)進(jìn)程，我們分組進(jìn)行攻關(guān)，華東科技大學(xué)、武漢大學(xué)給了我們很多的技術(shù)支持。
我們的樣機(jī)是通過了10個月的研發(fā)，在2018年的8月份做出了了代樣機(jī)。受時間的影響，我們是在2018年11月份首次進(jìn)行了樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)。這是我們開始拿出來的樣機(jī)構(gòu)想，在研發(fā)的階段中我們遇到了很多技術(shù)的瓶頸，比如在測厚系統(tǒng)上，傳統(tǒng)的測厚方式是壓電操控測厚，必須得有人進(jìn)行耦合，才能進(jìn)行測厚。開始我們準(zhǔn)備了兩個機(jī)器人，一個是能實(shí)現(xiàn)水冷壁管的清理，還有一個是設(shè)備傳輸，準(zhǔn)備水冷壁清洗之后進(jìn)行一個厚度測量。但實(shí)際上第二套機(jī)器人，我們當(dāng)時提出了搭載機(jī)械臂的理念，通過機(jī)械臂進(jìn)行超聲的測厚，我們和中科院武漢所對接了一下，他們是2016年開始研制成功了一個電磁超聲，相當(dāng)于我們機(jī)器人搭載了電磁超聲，不需要傳統(tǒng)的耦合，可以直接進(jìn)行厚度的測量，而且能有效的避開氧化皮。
當(dāng)時研發(fā)的時候我們也是咨詢北京匯力智能科技有限公司，作為機(jī)器人研發(fā)的新公司，我們聯(lián)合研發(fā)，把以往的一些理念推翻了，進(jìn)行重新的設(shè)計(jì)。
我們代的樣機(jī)重量是130公斤，是比較重的機(jī)器人。當(dāng)時我們考慮到是搭載高壓水沖洗系統(tǒng)的，我們開始選用了三個沖洗的噴頭，但是三個沖洗噴頭并不能很高效的把水冷壁上的一些結(jié)渣、結(jié)焦沖洗掉，后來沒辦法，我們對噴頭也進(jìn)行了改良，相當(dāng)于我們搭載的高壓水沖洗系統(tǒng)，是能達(dá)到50兆帕的沖洗力，相當(dāng)于能把水冷壁上的硬焦、硬渣清除掉的。
這是我們當(dāng)時在實(shí)驗(yàn)室做的幾個水冷冰機(jī)器人技術(shù)的測試，主要是為了機(jī)器人能在爐膛里面非常安全、穩(wěn)定的工作。這是高壓水系統(tǒng)的制作。
這是電磁超聲測厚裝置，這是中科院武漢研究所研發(fā)的，相當(dāng)于無需耦合劑，可以非常高精度的來測量水冷壁的管壁厚。
這是去年我們在爐膛內(nèi)進(jìn)行實(shí)操工作，進(jìn)行測試的一個視頻。
在這次工作中我們完成了仿諸器方案的測試。完成了機(jī)器人爬壁及機(jī)動性能測試，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)性能，完成了機(jī)器人高壓水沖洗裝置不同壓力沖洗效果的測試。完成了電磁超聲探頭測厚測試與傳統(tǒng)壓電超聲探頭的精度對比，驗(yàn)證了電磁超聲技術(shù)是用于水冷壁檢測有優(yōu)勢。重要的是完成了防墜器方案的安全測試。因?yàn)槲覀兊臋C(jī)器人代是130公斤，人在上面怕掉下來，相當(dāng)于在爐膛頂部安裝了兩個防墜器，對機(jī)器人進(jìn)行保護(hù)。
這次實(shí)驗(yàn)中我們得到了大量的數(shù)據(jù)，包括我們?yōu)槭裁催x擇10兆帕的高壓水沖洗，就是因?yàn)楫?dāng)時把水冷壁管進(jìn)行取樣、進(jìn)行檢測，測出了機(jī)器的結(jié)合壁。包括有效的氧化末，在50兆帕條件下是清洗不掉的，一般的氧化皮是在5兆帕情況下就可以清除掉的，所以我們選擇這個數(shù)值主要是為了保護(hù)水冷壁有效的氧化膜。
通過這次實(shí)驗(yàn)我們進(jìn)行了大量的改進(jìn)，包括改進(jìn)磁鋼布置方式，設(shè)計(jì)搭載高位布置的全景前置攝像頭，優(yōu)化防墜器布置位置，編制合理的作業(yè)工藝，研制了多光束自動尋跡系統(tǒng)，這是基于我們的紅外系統(tǒng)，后來我們提出別的定位系統(tǒng)，相當(dāng)于紅外系統(tǒng)的精度是在0.1毫米。考慮到這個機(jī)器人有130公斤，搬運(yùn)的時候比較困難，我們對機(jī)器人進(jìn)行了瘦身的設(shè)計(jì)。
這是二人機(jī)器人，在今年4月份的時候已經(jīng)拿出第二代機(jī)器人了。跟國外機(jī)器人對比優(yōu)勢是，可自行跨越冷灰斗轉(zhuǎn)角，水冷壁上可任意方向行走，具有清洗水冷壁功能，電磁超聲測厚，無需耦合劑，螺旋管、垂直管都可以自行檢測。這是二代機(jī)器人的構(gòu)想。
說一下這個機(jī)器人的經(jīng)濟(jì)效益。以單次進(jìn)行水冷壁檢測為例，單次傳統(tǒng)的檢測費(fèi)用是38萬，包括腳手架的搭設(shè)，需要停爐后8—10天才能具備檢測條件?，F(xiàn)在我們利用二代機(jī)器人，可以在停爐之后只要溫度50度以下，24小時之內(nèi)就能把水冷壁的數(shù)據(jù)得出來，繪制出一個水冷壁的壁厚地圖。節(jié)約了時間，同時也減少了一些檢測人員的投入，這套機(jī)器人已經(jīng)在600多套鍋爐推廣使用。
這個機(jī)器人包括機(jī)器人的本體、地面的控制站，后面有兩條光纜，一條是電纜，一條是水管，通過地面的高壓泵站進(jìn)行高壓水的輸送。
這是我們模擬的高壓水清洗的方式。原來的一代機(jī)我們只設(shè)計(jì)了三個噴頭，二代機(jī)我們在機(jī)器人的前面都設(shè)計(jì)了一排高壓水的沖洗噴頭，這樣的范圍更廣、效率更高。
機(jī)器人腹部這個位置放置了電磁超聲測試儀，根據(jù)我們廠的情況，同時能檢測三個管子，這樣由原來的3天檢測時間直接24小時就能檢測完畢了。
我們現(xiàn)在二代機(jī)采用的是紅外的定位方式，精度在0.1毫米，下一步我們準(zhǔn)備采用另一種定位方式，這種方式應(yīng)該能達(dá)到0.01毫米，能更精準(zhǔn)的檢測水冷壁。
這是我們近正在進(jìn)行攻關(guān)的工作，準(zhǔn)備建立一個數(shù)字模型，相當(dāng)于為鍋爐的燃燒提供數(shù)據(jù)。
這是我們近期的發(fā)展方向。嚴(yán)格意義來講屬于機(jī)械車，我們準(zhǔn)備在機(jī)械車上加裝一些鋼性的機(jī)械臂，實(shí)現(xiàn)更多功能的解鎖，我們準(zhǔn)備進(jìn)行水冷壁防護(hù)噴涂功能的開發(fā)。這個功能可以作為水冷壁管的保護(hù)方式。噴涂是主要的保護(hù)方式，內(nèi)部供熱的時候，高粉塵是對人體傷害很大，所以我們準(zhǔn)備用這款機(jī)器人實(shí)現(xiàn)噴涂功能，保證人的安全。下一步我們準(zhǔn)備實(shí)現(xiàn)人工智能，在辦公室內(nèi)就可以對機(jī)器人進(jìn)行操控，并不需要任何人到現(xiàn)場，在辦公室內(nèi)就能完成整個機(jī)器人對水冷壁的檢查。
謝謝大家！
來源：北星電力網(wǎng)
（本文根據(jù)現(xiàn)場速記整理，未經(jīng)發(fā)言人審核。）
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