CN103217236A - 自升式海洋平台桩腿应力实时检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自升式海洋平台桩腿应力变化实时检测装置。包括显示设备、数据库服务器、中心采集终端、无线连接、齿轮轴、通道动力齿轮专用数据采集终端、导线、应变片所组成。应变片贴装在钻井平台齿轮齿条升降系统齿轮轴组件处，保护橡胶泥固定于应变片外侧，EMC铝箔包覆在应变片及附近范围导线的外层，通道动力齿轮专用数据采集终端固定于齿轮轴上，与齿轮同步转动，通过导线与应变片相连接，通过软件对钻井平台载荷变化实时检测。本发明能够实时检测平台载荷变化，指导平台安全操作，分析数据结果，掌握平台拔桩、升降、预压载、钻井等作业时各种状态载荷变化数据，平台安全预警。

Description

自升式海洋平台桩腿应力实时检测装置

技术领域

本发明涉及一种力学检测装置，尤其是一种自升式海洋平台桩腿应力变化实时检测装置。

背景技术

目前，我国自升式海洋平台占总平台数的40％左右，大部分的役龄在20年以上，随着海洋钻井工艺和钻井新技术的发展及要求，增加了许多设施，平台已严重超重，一些老式的自升式钻井平台本身没有配置专门进行实时检测平台载荷变化的设备，主要靠估算值和经验来大体了解平台载荷情况。在现有技术中，例如2010年第12期第39卷《石油矿场机械》，《自升式平台齿轮齿条升降系统受力分析》，樊敦秋，崔希君，曹宇光编著。采用有限元分析的方法，从桩腿内力分析出发，研究齿轮齿条升降机构受力，该文献以三桩腿自升式平台为模型，分析了在自重、可变载荷和风载荷共同作用下各桩腿的受力情况，可以通过有限元分析简单推算桩腿受力大小，但对于平台现场环境变化性大，不稳定性强，受外界影响较明显的特点，仅靠现有技术不能较为真实、完善、有效的得到分析数据，误差较大。另外，2004年哈尔滨工程大学刘英杰编著的《自升式平台桩腿的受力分析》，主要是通过相应计算机软件，结合有限元分析的方法，分析了海上波浪对平台桩腿的作用力，用斯托克斯波浪理论对海洋平台所受的波浪载荷进行分析计算。用高级计算机语言编制一套完整的程序，分别应用斯托克斯三阶波和五阶波理论计算了平台桩腿所受的波浪力及相应的力矩，得出波浪力随水深和相位的变化情况，以及单个桩腿所受的最大波浪力。只是提供一种分析平台桩腿所受到的波浪载荷的方法，没有形成一套可行的具体实施方案。没有对具体现场实施进行考虑和论证，没有形成一套可行的具体实施方案。一般的自升式海上钻井平台的承载检测，是在每个传动齿轮轴一端安装有负载传感器，将齿轮承受重量以模拟量信号传送，再将计算结果以通讯方式传给升降控制台，显示在屏幕上。本身没有专门的适用于动力齿轮的数据采集装置，通过模拟量信号传送，有线的方式操作不方便，线路在海上恶劣环境下易发生损坏，检测结果准确性下降，无数据库存储设备，对数据的存储和分析能力不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种自升式海洋平台安全承载检测装置，克服现有技术的不足，随时掌握平台重大作业时各种状态载荷变化，防止超重和超负荷作业。

本发明目的是这样实现的：自升式海洋平台安全承载检测系统，包括显示设备、数据库服务器、中心采集终端、无线连接、齿轮轴、通道动力齿轮专用数据采集终端、导线、应变片保护橡胶泥、电磁屏蔽铝箔所组成。应变片贴装在钻井平台齿轮齿条升降系统齿轮轴组件处，保护橡胶泥固定于应变片外侧，电磁屏蔽铝箔包覆在应变片及附近范围导线的外层，8通道动力齿轮专用数据采集终端固定于齿轮轴上，与齿轮同步转动，通过导线与应变片相连接，中心采集终端，最多可与20台8通道动力齿轮专用数据采集终端，采用无线连接方式相连接，用无线自组网的传输方式来进行数据无线传输，组建整个检测系统局域网络。中心采集终端与8通道动力齿轮专用数据采集终端，采用无线连接来采集数据，数据库服务器连接中心采集终端，存储整理数据并与显示设备连接。应变片的粘贴位置与齿轮轴轴向成45°，且粘贴点为每根轴同截面的互成120°的三个点，通过软件对钻井平台载荷变化实时检测。

本发明与现有技术相比，具有对自升式海洋平台桩腿应力进行实时检测功能，对自升式平台桩腿应力进行实时检测，随时掌握平台重大作业时各状态的载荷变化情况，对数据进行实时显示和存储。可以随时掌握平台重大作业时各种状态，如拔桩、升降、预压载、钻井等载荷变化，防止超重和超负荷作业。这对保证服役多年的自升式平台的安全使用，具有极其重要的现实意义。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明应变片及采集终端位置结构示意图。

图中，1为显示设备，2为数据库服务器，3为中心采集终端，4为无线连接，5为齿轮轴，6为8通道动力齿轮专用数据采集终端，7为导线，8为应变片，9为保护橡胶泥，10为电磁屏蔽铝箔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。如图所示，自升式海洋平台安全承载检测系统，包括显示设备(1)、数据库服务器(2)、中心采集终端(3)、无线连接(4)、齿轮轴(5)、8通道动力齿轮专用数据采集终端(6)、导线(7)、应变片(8)、保护橡胶泥(9)、电磁屏蔽铝箔(10)所组成。应变片(8)贴装在钻井平台齿轮齿条升降系统齿轮轴(5)组件处，保护橡胶泥(9)固定于应变片(8)外侧，电磁屏蔽铝箔(10)包覆在应变片(8)及附近范围导线(7)的外层，8通道动力齿轮专用数据采集终端(6)固定于齿轮轴(5)上，与齿轮同步转动，通过导线(7)与应变片相(8)连接。中心采集终端(3)与通道动力齿轮专用数据采集终端(6)，采用无线连接(4)来采集数据，数据库服务器(2)连接中心采集终端(3)，存储整理数据并与显示设备(1)连接。应变片(8)的粘贴位置与齿轮轴(5)轴向成45°，且粘贴点为每根轴同截面的互成120°的三个点，通过软件对钻井平台载荷变化实时检测。

应变片(8)灵敏数K相同，且电阻丝栅无形状缺陷，片内无气泡、霉斑、锈点，用温度补偿的一组应变计，阻值相差不超过±0.5。应变片(8)的粘贴位置与轴向成45°，且粘贴点为每根轴同截面的互成120°的三个点。贴片位置光滑平整，应变片(8)由快速粘结剂与齿轮轴迅速结合。应变片(8)具备IP67防护等级，具有普通应变片所不具备的防水防潮放盐雾性能，并且其结构形式、测量精度、保护等级和适用环境等非常适合海上钻井平台桩腿应力实时系统的应用。应变片(8)粘贴正确后，采用保护橡胶泥(9)、电磁屏蔽铝箔(10)，专门满足海上恶劣环境的需要和防止电磁干扰。8通道动力齿轮专用数据采集终端专门用于动力齿轮的应力监测，适合海上特殊环境要求，高频率、多通道、测量精度高，完成实时的数据采集功能。

齿轮轴(5)与桩齿啮合传动，平台重量主要集中在桩腿上，啮合力侧面反映到了齿轮轴(5)的扭曲变形上，可通过在齿轮轴(5)上贴应变片8的方法进行测量。齿轮轴(5)只传递扭矩，不存在弯曲，轴受力状态即为纯剪切。应变片(8)的粘贴位置是与轴向成45°，应变片(8)的粘贴点选为每根轴同截面的互成120°的三个点。

保护橡胶泥是适用于室外温差变化大，潮湿，风化，盐雾腐蚀的等的特殊材料。在海上恶劣环境下，起到对检测系统应变片的保护作用。保护橡胶泥采用防水、防潮、防盐雾、抗风化、耐腐蚀的特殊橡胶材料制成。与贴装的应变片8相连接，可以实时，准确得采集到测量数据。本发明通讯方式采用无线自组网，每天至少测量一次或测量多次，每通道可测量不低于20个月的数据。

中心采集终端(3)，最多可与20台8通道动力齿轮专用数据采集终端(6)，采用无线连接(4)方式相连接。用无线自组网的传输方式来进行数据无线传输，组建整个检测系统局域网络。能够实时掌握平台的受力情况和平台的受力分布范围，对平台关键部件和部位进行检测。

本发明能够实时检测平台载荷变化，指导平台安全操作，分析数据结果，掌握平台拔桩、升降、预压载、钻井等作业时各种状态载荷变化数据，平台安全预警。

Claims (3)

1.一种自升式海洋平台桩腿应力实时检测装置，包括显示设备(1)、数据库服务器(2)、中心采集终端(3)、无线连接(4)、齿轮轴(5)、通道动力齿轮专用数据采集终端(6)、导线(7)、应变片(8)所组成，其特征在于应变片(8)贴装在钻井平台齿轮齿条升降系统齿轮轴(5)组件处，保护橡胶泥固定于应变片(8)外侧，铝箔包覆在应变片(8)及附近范围导线(7)的外层，通道动力齿轮专用数据采集终端(6)固定于齿轮轴(5)上，与齿轮同步转动，通过导线(7)与应变片相(8)连接。

2.根据权利要求1所述的自升式海洋平台桩腿应力实时检测装置，其特征在于中心采集终端(3)与通道动力齿轮专用数据采集终端(6)，采用无线自组网的无线连接(4)来采集数据，数据库服务器(2)连接中心采集终端(3)，存储整理数据并与显示设备(1)连接。

3.根据权利要求1所述的自升式海洋平台桩腿应力实时检测装置，其特征在于应变片(8)的粘贴位置与齿轮轴(5)轴向成45°，且粘贴点为每根轴同截面的互成120°的三个点。

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