CN107607341B - 一种升沉补偿绞车的试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种升沉补偿绞车的试验方法，步骤包括：1)启动信号模拟系统，控制油缸的活塞杆带动顶板做升沉运动；信号模拟系统将加速度信号传给升沉补偿系统，将模拟信号传给信号处理器；2)升沉补偿系统接收到加速度信号后，发出一个控制信号给执行机构和信号处理器；3)执行机构接收到控制信号，变频电机带动绞车上提及下放，将钩载位移信息的动作信号及时传递给信号处理器；4)信号处理器对模拟信号、控制信号和动作信号进行比较分析，通过观察该三个信号之间的拟合度情况，判断升沉补偿绞车的补偿性能是否达到要求，如果没有达到要求则需要调试直至符合使用要求。本发明方法简单易行，方便试验，而且功能设置全面。
Description
技术领域
本发明属于石油钻采设备试验技术领域，涉及一种升沉补偿绞车的试验方法。
背景技术
当浮式钻井平台(船)进行石油钻井或张紧固定于海底的物体时，平台(船)受海浪或潮汐产生上、下升沉运动，从而影响井底的钻压的变化，不利于钻进，为了保证正常钻进，提高钻井生产率与质量，就必须加装升沉补偿装置。升沉补偿绞车作为升沉补偿装置中的一种类型，其最主要的特征是将绞车和钻柱补偿系统集成为一体，具备以下方面的优势：响应速度快；补偿行程大；传动简单，故障率低；维护方便，占用空间小。
升沉补偿绞车采用交流变频电机主动补偿技术，多台电机联合驱动，通过传感器将钻柱位置及船体升沉信号送入控制器，控制器经过计算，实时控制绞车电机的转速与转向，最终控制主动补偿绞车的提升与下放，达到主动补偿的目的。
目前，针对升沉补偿装置的功能试验方法有两种：正向试验和反向试验。1)正向试验，即拖动补偿装置上下运动，检测补偿装置下端所配挂负载的运动情况，该方法比较直观，但是要拖动重量较大的补偿装置整体进行运动，能耗太大，试验情况复杂，实施起来很困难。2)反向试验，即固定补偿装置不动，输入信号发生器给定的升沉位移信号，升沉补偿系统控制执行机构实时跟随升沉信号运动，检测负载的运动与输入位移信号的偏差，如果偏差小，证明补偿效果较好。此种方法耗资小，易于实现。但是，目前普遍使用的方法缺少对船体运动检测和分析的试验验证，而该部分却是整个升沉补偿系统的核心，因此不能全面检测升沉补偿绞车的补偿性能。
发明内容
本发明的目的在于提出一种升沉补偿绞车的试验方法，解决了现有技术操作不方便，花费较大，不能够对船体运动检测和分析进行试验验证的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种升沉补偿绞车的试验方法，依赖于一种实验装置，该试验装置的结构是，包括信号模拟系统和执行机构，信号模拟系统的模拟信号接入信号处理器中，信号模拟系统的加速度信号接入升沉补偿系统中；升沉补偿系统的控制信号接入信号处理器中，同时，升沉补偿系统的控制信号接入执行机构中；执行机构的动作信号接入信号处理器中；信号处理器通过逻辑判断与升沉补偿系统和执行机构控制连接，
所述的信号模拟系统的结构是，包括固定的底板和上下移动的顶板，底板和顶板之间串装有多个导向柱，使得顶板能够沿导向柱上下移动；底板上的主连接座与控制油缸的缸体底座铰接，控制油缸的活塞杆端头与顶板滑动接触，控制油缸的活塞杆端头处安装有加速度传感器；底板上的两个辅助连接座分别与一个辅助油缸的缸体底座铰接，两个辅助油缸的活塞杆接耳均与控制油缸缸体中部的双耳座铰接；在顶板的一角外沿安装有位移传感器A，
所述的执行机构的结构是，包括变频电机，变频电机的输入端接受控制信号，变频电机输出轴与绞车同轴传动连接，从绞车引出的钢索接入游吊系统中，游吊系统向下吊挂有钩载，钩载上设置有位移传感器B，
基于上述的试验装置，本方法按照以下步骤实施：
步骤1、启动信号模拟系统，给出一个输入的虚拟升沉信号，驱动控制油缸的活塞杆实时跟随虚拟升沉信号运动；控制油缸的活塞杆端头与顶板之间做相对滑动，带动顶板做升沉运动，来模拟升沉信号；
两个辅助油缸在跟随控制油缸动作的同时，限制控制油缸动作范围，以免控制油缸的活塞杆端头脱离与顶板的接触；
信号模拟系统将加速度传感器获得的加速度信号传给升沉补偿系统，并且信号模拟系统将位移传感器A获得的模拟信号传给信号处理器；
步骤2、升沉补偿系统的输入端接收到由信号模拟系统发出的加速度信号，经过数据处理后，发出一个控制信号传递给执行机构和信号处理器；
步骤3、执行机构的输入端接收到由升沉补偿系统发出的控制信号，并根据该控制信号对执行机构施加控制命令，变频电机的输入端接受该控制信号，带动绞车实现上提及下放；执行机构中设置的位移传感器B，将钩载位移信息的动作信号及时传递给信号处理器；
步骤4、信号处理器对分别接收到的模拟信号、控制信号和动作信号共三个信号进行比较分析，通过观察该三个信号之间的拟合度情况，判断升沉补偿绞车的补偿性能是否达到要求，如果没有达到要求则需要调试直至符合使用要求。
本发明的有益效果是，首先，控制信号模拟系统来模拟船体运动，通过该系统里的加速度传感器和位移传感器分别输出一个加速度信号给升沉补偿系统、一个模拟信号给信号处理器；其次，升沉补偿系统接收到加速度信号后经过计算处理给出一个控制信号给执行机构和信号处理器；最后，执行机构按照控制信号给定的信号进行动作，同时输出一个动作信号给信号处理器。通过对信号处理器收集到的信号模拟系统、升沉补偿系统和执行机构分别产生的模拟信号、控制信号和动作信号进行比较，即可从三组信号的拟合度上判断出升沉补偿绞车的补偿性能是否达到了使用要求，并可根据实际的比较结果来调试系统，以此能够全面试验出补偿绞车的补偿性能，成本低，易操作，并具有以下优点：
1)可近似实际模拟船体升沉运动；
2)可检测加速度传感器并进行控制；
3)可精确检测出船体升沉运动；
4)全程可按实际工况进行模拟，作出一个比较准确的评价。
附图说明
图1是本发明方法的试验原理框图。
图2是本发明方法试验装置中的信号模拟系统的结构示意图；
图3是本发明方法试验装置中的执行机构的结构示意图；
图中，1.信号模拟系统，2.升沉补偿系统，3.执行机构，4.信号处理器，5.控制信号，6.模拟信号，7.动作信号，8.导向柱，9.控制油缸，10.加速度传感器，11.底板，12.辅助油缸，13.活塞杆端头，14.顶板，15.位移传感器A，16.绞车，17.位移传感器B，18.钩载，19.游吊系统，20.变频电机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
参照图1，本发明方法依赖的试验装置结构，包括信号模拟系统1和执行机构3，信号模拟系统1的模拟信号6接入信号处理器4中，信号模拟系统1的加速度信号接入升沉补偿系统2中；升沉补偿系统2的控制信号5接入信号处理器4中，同时，升沉补偿系统2的控制信号接入执行机构3中；执行机构3的动作信号7接入信号处理器4中；信号处理器4通过逻辑判断与升沉补偿系统2和执行机构3控制连接。
参照图2，信号模拟系统1的结构是，包括固定的底板11和上下移动的顶板14，底板11和顶板14之间串装有多个导向柱8，使得顶板14能够沿导向柱8上下移动；底板11上的主连接座与控制油缸9的缸体底座铰接，控制油缸9的活塞杆端头13与顶板14滑动接触，通过活塞杆端头13伸缩与顶板14之间做相对滑动的运动，带动顶板14做升沉运动，来模拟升沉信号，控制油缸9的活塞杆端头13处安装有加速度传感器10(MRU)；底板11上的两个辅助连接座分别与一个辅助油缸12的缸体底座铰接，两个辅助油缸12的活塞杆接耳均与控制油缸9缸体中部的双耳座铰接，共同实现控制油缸9缸体的倾斜控制；在顶板14的一角外沿安装有位移传感器A15；控制油缸9、两个辅助油缸12与底板11、顶板14之间均通过球铰连接，以实现控制油缸9的多自由度运动，顶板14沿导向柱8上下移动，尽可能的模拟船体运动；
所述的2个辅助油缸12与控制油缸9缸体之间的连接角度约为90度，以确保2个辅助油缸12与控制油缸9在初始位置时相互之间受力均匀。
信号模拟系统1中的加速度传感器10用于实现加速度信号到速度信号、位移信号的转换，位移传感器A15用于检测信号模拟系统1中的顶板14的升沉信号，即模拟信号6。
参照图3，执行机构3的结构是，包括变频电机20，变频电机20的输入端接受控制信号，变频电机20输出轴与绞车16同轴传动连接，从绞车16引出的钢索接入游吊系统19中，游吊系统19向下吊挂有钩载18，钩载18上设置有位移传感器B17。
参照图1，本发明升沉补偿绞车的试验方法，依赖于上述的实验装置，按照以下步骤实施：
步骤1、启动信号模拟系统1，给出一个输入的虚拟升沉信号，驱动控制油缸9的活塞杆实时跟随虚拟升沉信号运动；控制油缸9的活塞杆端头13与顶板14之间做相对滑动，带动顶板14做升沉运动，来模拟升沉信号；
两个辅助油缸12在跟随控制油缸9动作的同时，起到限制控制油缸9动作范围的作用，以免控制油缸9的活塞杆端头13脱离与顶板14的接触；
信号模拟系统1将加速度传感器10获得的加速度信号传给升沉补偿系统2，并且信号模拟系统1将位移传感器A15获得的模拟信号6传给信号处理器4；
步骤2、升沉补偿系统2的输入端接收到由信号模拟系统1发出的加速度信号，经过自己的数据处理后，发出一个控制信号5传递给执行机构3和信号处理器4；
步骤3、执行机构3的输入端接收到由升沉补偿系统2发出的控制信号5，并根据该控制信号5对执行机构3的相关控制元件施加控制命令，变频电机20的输入端接受该控制信号5，带动绞车16实现上提及下放；执行机构3中设置的位移传感器B17，将钩载18位移信息的动作信号7及时传递给信号处理器4；
步骤4、信号处理器4对分别接收到的模拟信号6、控制信号5和动作信号7共三个信号进行比较分析，通过观察该三个信号之间的拟合度情况，判断升沉补偿绞车的补偿性能是否达到要求，如果没有达到要求则需要调试直至符合使用要求，分为以下几种情况：
4.1、如果模拟信号6与控制信号5的拟合度较高(信号曲线重合度高)，达到设定值，而模拟信号6与动作信号7拟合度较低，未达到设定值，则说明升沉补偿绞车的执行机构3精度不够，需要进一步调试(如何调试有行业规范在此不用详细描述)；
4.2、如果模拟信号6与动作信号7的拟合度较高(信号曲线重合度高)，达到设定值，而模拟信号6与控制信号5拟合度较低，未达到设定值，则说明升沉补偿绞车的升沉补偿系统2精度不够，需要进一步调试(如何调试有行业规范在此不用详细描述)；
4.3、如果控制信号5、模拟信号6、动作信号7三者拟合度均较好(信号曲线重合度均高)，均达到了设定值，则说明升沉补偿绞车的升沉补偿系统2、执行机构3精度足够，系统补偿性能良好，满足使用要求。
Claims (3)
1.一种升沉补偿绞车的试验方法，其特征在于，依赖于一种实验装置，该试验装置的结构是，包括信号模拟系统(1)和执行机构(3)，信号模拟系统(1)的模拟信号(6)接入信号处理器(4)中，信号模拟系统(1)的加速度信号接入升沉补偿系统(2)中；升沉补偿系统(2)的控制信号(5)接入信号处理器(4)中，同时，升沉补偿系统(2)的控制信号接入执行机构(3)中；执行机构(3)的动作信号(7)接入信号处理器(4)中；信号处理器(4)通过逻辑判断与升沉补偿系统(2)和执行机构(3)控制连接，
所述的信号模拟系统(1)的结构是，包括固定的底板(11)和上下移动的顶板(14)，底板(11)和顶板(14)之间串装有多个导向柱(8)，使得顶板(14)能够沿导向柱(8)上下移动；底板(11)上的主连接座与控制油缸(9)的缸体底座铰接，控制油缸(9)的活塞杆端头(13)与顶板(14)滑动接触，控制油缸(9)的活塞杆端头(13)处安装有加速度传感器(10)；底板(11)上的两个辅助连接座分别与一个辅助油缸(12)的缸体底座铰接，两个辅助油缸(12)的活塞杆接耳均与控制油缸(9)缸体中部的双耳座铰接；在顶板(14)的一角外沿安装有位移传感器A(15)，
所述的执行机构(3)的结构是，包括变频电机(20)，变频电机(20)的输入端接受控制信号，变频电机(20)输出轴与绞车(16)同轴传动连接，从绞车(16)引出的钢索接入游吊系统(19)中，游吊系统(19)向下吊挂有钩载(18)，钩载(18)上设置有位移传感器B(17)，
基于上述的试验装置，本方法按照以下步骤实施：
步骤1、启动信号模拟系统(1)，给出一个输入的虚拟升沉信号，驱动控制油缸(9)的活塞杆实时跟随虚拟升沉信号运动；控制油缸(9)的活塞杆端头(13)与顶板(14)之间做相对滑动，带动顶板(14)做升沉运动，来模拟升沉信号；
两个辅助油缸(12)在跟随控制油缸(9)动作的同时，限制控制油缸(9)动作范围，以免控制油缸(9)的活塞杆端头(13)脱离与顶板(14)的接触；
信号模拟系统(1)将加速度传感器(10)获得的加速度信号传给升沉补偿系统(2)，并且信号模拟系统(1)将位移传感器A(15)获得的模拟信号(6)传给信号处理器(4)；
步骤2、升沉补偿系统(2)的输入端接收到由信号模拟系统(1)发出的加速度信号，经过数据处理后，发出一个控制信号(5)传递给执行机构(3)和信号处理器(4)；
步骤3、执行机构(3)的输入端接收到由升沉补偿系统(2)发出的控制信号(5)，并根据该控制信号(5)对执行机构(3)施加控制命令，变频电机(20)的输入端接受该控制信号(5)，带动绞车(16)实现上提及下放；执行机构(3)中设置的位移传感器B(17)，将钩载(18)位移信息的动作信号(7)及时传递给信号处理器(4)；
步骤4、信号处理器(4)对分别接收到的模拟信号(6)、控制信号(5)和动作信号(7)共三个信号进行比较分析，通过观察该三个信号之间的拟合度情况，判断升沉补偿绞车的补偿性能是否达到要求，如果没有达到要求则需要调试直至符合使用要求。
2.根据权利要求1所述的升沉补偿绞车的试验方法，其特征在于：所述的步骤4中，判断升沉补偿绞车的补偿性能是否达到要求，分为以下几种情况：
4.1、如果模拟信号(6)与控制信号(5)的拟合度较高，达到设定值，而模拟信号(6)与动作信号(7)拟合度较低，未达到设定值，则说明升沉补偿绞车的执行机构(3)精度不够，需要进一步调试；
4.2、如果模拟信号(6)与动作信号(7)的拟合度较高，达到设定值，而模拟信号(6)与控制信号(5)拟合度较低，未达到设定值，则说明升沉补偿绞车的升沉补偿系统(2)精度不够，需要进一步调试；
4.3、如果控制信号(5)、模拟信号(6)、动作信号(7)三者拟合度均较好，均达到了设定值，则说明升沉补偿绞车的升沉补偿系统(2)、执行机构(3)精度足够，系统补偿性能良好，满足使用要求。
3.根据权利要求1所述的升沉补偿绞车的试验方法，其特征在于：所述的控制油缸(9)、两个辅助油缸(12)与底板(11)、顶板(14)之间均通过球铰连接。
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