一种半潜平台波浪补偿装置钢丝绳检测装置
阅读：591发布：2023-03-13
专利汇可以提供一种半潜平台波浪补偿装置钢丝绳检测装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种半潜平台波浪补偿装置 钢 丝绳 检测装置，包括控制柜，在控制柜内部设置有通过以太网互联的 嵌入式系统 ，嵌入式系统外接有升沉测量单元和压 力 传感器 ；在控制柜的操作面板上设置有与嵌入式系统分别连接的 触摸屏 、报警静音按钮、报警指示灯、系统启动按钮、系统运行指示灯。本实用新型结构紧凑、简单、操作简便、可靠性高，使操作人员能快速判定 钢丝绳 磨损程度，还能对钢丝绳的使用寿命进行监控和预警，防止在运行过程中出现钢丝绳断裂的情况，可用于海洋隔 水 管张紧器、天车及游车升沉补偿装置等需要用钢丝绳、 液压缸 、 蓄能器 抵消平台升沉运动的场合。，下面是一种半潜平台波浪补偿装置钢丝绳检测装置专利的具体信息内容。
一种半潜平台波浪补偿装置钢丝绳检测装置
技术领域
[0001] 本实用新型属于海洋石油钻井技术领域，用于量化波浪补偿装置钢丝绳的使用情况，涉及一种半潜平台波浪补偿装置钢丝绳检测装置。
背景技术
[0002] 半潜式海洋钻井平台受波浪的影响和潮汐的变化上下升沉运动，[0003] 在钻井的过程中要求钻柱和隔水管与水下井口设备保持相对位置不发生变化，往往会采用隔水管张紧器和天车及游车升沉补偿装置来抵消平台的升沉运动所产生的影响。
[0004] 通常升沉补偿装置主要部件由钢丝绳、液压缸和蓄能器等组成(见附图1)，负载作用在钢丝绳上，钢丝绳通过滑轮槽机构将负载传递到液压缸，液压缸通过与蓄能器之间压力转换来实现波浪补偿。钢丝绳需要承受较大的恒张力作用(10t以上)，当平台升沉时，滑轮槽内的钢丝绳会出现反复交变的弯曲应力和挤压应力从而导致这段钢丝绳疲劳损坏，滑轮槽内的钢丝绳的使用情况往往决定了整个补偿装置钢丝绳的使用寿命。
[0005] 波浪补偿装置在半潜式平台上要求具有较高的可靠性，决定了其钢丝绳不能发生断绳的情况，因此，海洋平台波浪补偿装置滑轮槽内的钢丝绳维护十分重要。传统维护方式主要依据目测和经验，通过观察钢丝绳受损情况来判断是否达到换绳条件，这种方法主观性很强，对人员素质和检测设备有严格要求，对于同一根钢丝绳不同的检测人员的检测结果很可能相差甚远。实用新型内容
[0006] 本实用新型的目的是提供一种半潜平台波浪补偿装置钢丝绳检测装置，解决了现有技术中存在人工检查钢丝绳磨损情况，不规范不准确的问题。
[0007] 本实用新型所采用的技术方案是，一种半潜平台波浪补偿装置钢丝绳检测装置，包括控制柜，在控制柜内部设置有通过以太网互联的嵌入式系统，嵌入式系统外接有升沉测量单元和压力传感器；在控制柜的操作面板上设置有与嵌入式系统分别连接的触摸屏、报警静音按钮、报警指示灯、系统启动按钮、系统运行指示灯。
[0008] 本实用新型的半潜平台波浪补偿装置钢丝绳检测装置，其特点还在于：
[0010] 本实用新型的有益效果是，
[0012] 2)采用嵌入式系统4为主控核心，成本低廉，可靠性高，由于控制柜集成了系统和触摸屏，设备小巧精致，不占用平台空间。
[0013] 3)采用的STM32嵌入式芯片，该系列芯片支持以太网、CAN总线、串口等方式数据传递，不仅可以集成到波浪补偿装置监控系统中，还可以单独作为钢丝绳监控设备，具有良好的灵活性和丰富的扩展功能。
[0014] 4)采用的STM32作为嵌入式系统CPU，芯片基于ARM7 Cortex-M3构架，该嵌入式系统性能卓越、功耗低、稳定可靠。
[0015] 5)可通过CAN总线实现传感器数据的采集工作，布线简单可靠。
[0016] 6)以触摸屏5作为整体系统的参数设定和显示，包含各根钢丝绳的总吨/循环值和规定时间内的总吨/循环值的显示以及钢丝绳的根数、理论吨/循环值和滑轮槽数量的初始设定。
附图说明
[0017] 图1为本实用新型针对的波浪补偿装置原理简图；
[0018] 图2为本实用新型半潜平台波浪补偿装置钢丝绳检测装置的结构简图；
[0019] 图3为本实用新型装置中的控制柜面板结构示意图。
[0020] 图中，1.升沉测量单元；2.压力传感器；3.控制柜；4.嵌入式系统；5.触摸屏；6.报警静音按钮；7.报警指示灯；8.系统启动按钮；9.系统运行指示灯，10.钢丝绳，11.液压缸，12.蓄能器。
具体实施方式
[0021] 下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
[0022] 参照图1，本实用新型的适用对象是波浪补偿装置中的钢丝绳10，钢丝绳10通过滑轮槽机构与液压缸11连接，液压缸11通过液压通道与蓄能器12连通。
[0023] 参照图2、图3，本实用新型的结构是，包括控制柜3，在控制柜3内部设置有通过以太网互联的嵌入式系统4和触摸屏5(简称HMI)，嵌入式系统4外接有升沉测量单元1(简称HMU)和压力传感器2(包括多个数量的压力传感器)；
[0024] 升沉测量单元1安装在平台重心位置，该设备提供平台与海平面的升沉位移、升沉速度和加速度数据。
[0025] 压力传感器2安装在每个波浪补偿液压缸11与蓄能器12液压管线中的测压接头处，用于准确测量液压缸的压力，通过计算得到张紧绳的张力。
[0026] 在控制柜3的操作面板上设置有相关的部件，包括与嵌入式系统4分别连接的报警静音按钮6、报警指示灯7、系统启动按钮8、系统运行指示灯9，触摸屏5露出控制面板，便于操作。
[0027] 本实用新型的工作原理是，
[0028] 通过测量蓄能器12和液压缸11中间的液体压力折算出每条钢丝绳10的张力，采集HMU数据得到平台的升沉周期，数据经过STM32为核心的嵌入式系统4处理，计算出钢丝绳的总吨/循环。各个压力传感器2支持DeviceNet协议，各个压力传感器2之间通过CAN总线连接，以控制柜3内嵌入式系统4为CAN总线主站，接收各个压力传感器2从站的压力数据；根据平台HMU类型，系统可通过串口通讯、模拟量模块、CAN总线等方式采集平台升沉数据。经过STM32嵌入式系统4进行一系列的处理和计算，得到所对应的钢丝绳吨/循环，所有数据能通过HMI显示。
[0029] 本实用新型装置采用吨/循环方法的基本运算原理，采用嵌入式系统做控制核心，以压力传感器和升沉运动单元作为系统数据来源，在正常钻井作业过程中，读取波浪补偿液压缸与蓄能器之间压力传感器的液压压力(依据此压力折算出钢丝绳滑轮槽上的张力)，每隔4个小时记录平台当前的升沉周期，计算出平均一天的升沉周期，按照如下公式计算一天的吨/循环：
[0030]
[0031] TCd：钢丝绳一天内的吨/循环，
[0032] Tw：波浪补偿装置当天工作时间(默认取24小时)，
[0033] Tt：钢丝绳平均张力，
[0034] Th：当天平均升沉周期；
[0035] 将每天的吨/循环累加得到补偿装置滑轮组钢丝绳的总吨循环，然后对照该型号钢丝绳的实际吨/循环极限值，给操作人员提供换绳依据，并能及时提供报警，防止钢丝绳断裂的事故发生。
[0036] 本实用新型系统能独立运行，也能集成到波浪补偿装置中运行。
[0037] 嵌入式系统4集成了STM32芯片、CAN收发装置和控制器、以太网模块、USB模块和模拟量转换模块，并配有SD卡存储系统数据，触摸屏和嵌入式系统通过以太网通讯。
[0038] 实施例
[0039] 当波浪补偿装置运行时，启动系统，确认硬件无误后开始记录吨/循环，每隔4小时开始测量平台升沉周期，从HMU采集平台的加速度和平台与海平面的位置，记录此时的加速度a和平台距离海平面的位移s，a0和s0均为带符号的变量，结合起来可以反映平台周期升沉运动周期曲线的某个特定点，记录下此刻的时间为t0，等待再次通过HMU采集到的数据a1、s1，且满足a1＝a0，s1＝s0，记录下此刻的时间为t1,则此刻平台的升沉周期为T1＝t1-t0，同时记录下此刻的压力传感器的值P1；依据此方法，每隔4小时记录一次平台升沉周期(T1、T2….Tn)和压力传感器值(P1、P2…Pn)，每6次计算一次当天的吨/循环，平均周期平均张力 这里的N为补偿装置钢丝绳槽的数量。依据公式即可算出当天的吨/循环值，然后累加得到某条钢丝绳上的总吨循环值。此外，系统还提供钢丝绳实际吨/循环极限值输入功能，能对整个系统的钢丝绳使用情况进行预警，当实际吨/循环值接近理论值时，设备上的报警指示灯7变红并发出报警声，提示操作员，当按下报警静音按钮6时，报警指示灯7熄灭并停止发声，防止钢丝绳断裂的情况发生。
[0040] 控制柜(长×宽×高：450×400×160cm)，控制柜3集成了嵌入式系统4、电源转换模块、报警静音按钮6、报警指示灯7、系统启动按钮8、系统运行指示灯9，控制柜3外侧集成有电源接口、CAN总线接口、以太网接口和串口接口，通过以太网、CAN总线与外界进行数据交换。
[0041] 本实用新型结构紧凑、简单、操作简便、可靠性高，并具有预警功能，完全适应海洋平台设备要求。本实用新型的主要功能是量化钢丝绳的使用情况，使操作人员能快速判定钢丝绳磨损程度，对钢丝绳的使用寿命进行监控和预警，防止在运行过程中出现钢丝绳断裂的情况。设备可用于海洋隔水管张紧器、天车及游车升沉补偿装置等需要用钢丝绳、液压缸、蓄能器抵消平台升沉运动的场合。
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