CN108225785B - 具有传感器布置的装置模块 - Google Patents

Abstract

装置模块具有基板和/或呈梁格架形式的框架。多个设备，包括机器尤其是涡轮机，安装到所述基板和/或所述框架。多个传感器以机械方式连接到所述基板和/或所述框架，并且电连接到数据处理单元，用于接收由所述传感器所检测到的数据并且对其进行处理。所述传感器可以是振动传感器，以及/或者距离或位移传感器，以及/或者是倾斜或旋转传感器。数据处理单元搜集的数据适于提供与人员或设施在装置模块处长期操作与关的信息。

Description

具有传感器布置的装置模块

技术领域

本发明涉及一种装置模块。

背景技术

在“石油和天然气”领域中，几年前，一些机器制造商开始销售和交付预组装装置模块，其通常包括多个机器和设备。机器(包括涡轮机)可以是涡轮机、压缩机、泵、燃烧器、发动机；其它设备，例如所谓的“辅助设备”，可以是冷却器、过滤器、桥式起重机、烟囱及工作舱经常包括在装置模块中。

通常，所述模块的结构包括可以被称为“基础甲板(base deck)”的金属基板和金属框架。基板和框架呈由金属梁构成的格架(lattice)形式，即由交叉结构的钢构件形成的框架。

这些模块上常设置有供值班人员操作的工作舱。

通过所述模块结构(尤其是梁格架)，由机器操作模块产生的振动将传递到模块中的其他设备，包括模块的其它机器。

通过所述模块结构(尤其是梁格架)，由于在模块出运行的机器和/或外部因素可能引起的变形将影响模块中的一个或多个设备，包括模块中的机器。

检测单一设备的振动是众所周知的，例如在专利文件EP2743500A1和CN103758705B中公开的方案就是这种情况。

检测单一设备的变形是众所周知的，例如在专利文件EP2743500A1和US2005060120A1中公开的方案就是这种情况。

需要以系统有序的方式并通过简单的架构收集关于整个装置模块的振动和/或变形数据。

这对于在刚组装完模块后(早在整个模块的操作前)就立即进行例如准确合格性测试会有用。

这对于在刚安装完模块后(临近整个模块的操作前)就立即进行例如准确合格性测试会有用。

这在整个模块运行期间可能是有用的，可用于保证“装置模块”的长期运行，即避免早期或后期会危及任何设备(包括其机器)和在“装置模块”处工作的人员(最高可以保证健康状况)的状况发生。

发明内容

本说明书中所公开主题的实施例涉及一种装置模块。

本发明一方面提供一种装置模块，所述装置模块具有基板和/或框架，基板和/或框架包括梁格架，装置模块包括安装到所述基板和/或所述框架的多个机器以及多个传感器，所述多个传感器以机械方式连接到所述基板和/或所述框架，并电连接到数据处理单元，用于接收由所述传感器检测到的数据并对它们进行处理；其中：所述传感器中的至少一个传感器是振动传感器，用于检测所述基板和/或所述框架的某个点或区域处的振动，并且/或者所述传感器中的至少一个传感器是距离或位移传感器，用于检测所述基板和/或所述框架的某个点或区域处的距离或位移，并且/或者所述传感器中的至少一个传感器是倾斜或旋转传感器，用于检测所述基板和/或所述框架的某个点或区域处的倾斜或旋转。

附图说明

附图包括在本说明书内并构成本说明书的一部分，其图示了本发明的示例性实施例，并且与具体实施方式部分一起解释这些实施例。在附图中：

图1示出了装置模块的一个实施例的示意性侧视图；

图2示出了图1所示装置模块的检测和通信系统的简化电路图。

具体实施方式

下文将参考附图对示例性实施例进行说明。

以下说明并非限制本发明。相反，本发明的范围由所附权利要求书限定。

整个说明书中提及“一个实施例”或“实施例”的地方表示结合该实施例所描述的特定特征、结构或者特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书全文中不同地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”并不一定是指相同的实施例。另外，特定特征、结构或者特性能以任何合适方式组合在一个或多个实施例中。

在图1中，装置模块1与远程电子单元11一起示出，所述远程电子单元可接近(例如0.1或1.0公里)或远离(例如0.1或1.0公里)或非常远离(例如100或1000公里)模块1。

图1所示模块1包括例如：金属基板2、具有(例如四个)垂直杆3和(例如三个)水平杆4的金属框架(形成梁格架)、烟囱5以及一些机器(如涡轮机、压缩机、泵、燃烧器、发动机)和其它设备(如所谓的“辅助设备”，如冷却器、过滤器、桥式起重机、烟囱及工作舱)(机器和其它设备图中未示出，以使其更简单明了)。例如，垂直杆3固定在基板2上，水平杆4固定在垂直杆3上，机器尤其是至少一个涡轮机和其它设备安装在基板2和/或框架3和4上；模块1上的值班人员工作舱14固定在框架3和4上。

模块1设有检测和通信系统(参见图2)，所述检测和通信系统包括例如多个传感器6和7以及8和9、一组数据采集板13、数据处理单元10和多个GPS接收器12。

传感器6、7、8、9以机械方式连接到基板2和/或框架3和4并且电连接到数据处理单元10，使得单元10可以接收由传感器检测到的数据并对其进行处理。

传感器6是振动传感器，用于检测框架3和4的某个点或区域处的振动；类似的传感器可以检测例如基板2的其他点或区域处的振动。这些传感器可以包括例如加速度计或速度计，或者由所述加速度计或速度计组成。

传感器7是倾斜或旋转传感器，用于检测框架3和4的特定点或区域处的倾斜或旋转；类似传感器可以检测例如基板2的其他点或区域处的倾斜或旋转；传感器8检测烟囱5尖端处的倾斜或旋转。这些传感器可以是加速度计和/或陀螺仪，并且对检测到的数据进行适当处理以提供倾斜或旋转数据。

传感器9是距离或位移传感器，用于检测基板2的特定点或区域处的距离或位移；类似传感器可以检测例如框架3和4的其他点或区域处的距离或位移。这些传感器可以包括例如测距仪或速度计或者加速度计，或者由所述测距仪或速度计或者加速度计组成。

应该注意，装置模块的基板和/或框架通常与基础相关联；可以设置距离或位移传感器(类似于传感器9)，用于检测基础的特定点或区域处的距离或位移。在此情况下，例如，所述传感器可以以机械方式连接到所述基础并电连接到数据处理单元。

传感器6、7、8、9中的一者或多者与数据处理单元10之间的通信可以全部或部分通过有线连接来实现。

传感器6、7、8、9中的一者或多者与数据处理单元10之间的通信可以全部或部分通过无线连接来实现。

所述连接的一个示例如图2中所示。

根据此示例，设有多个采集板13；每个采集板接收来自一个或多个传感器的数据并将其转发到单元10；因此，它们可视作“数据集中器”。

传感器6、7、8、9中的一者或多者可以接收来自数据处理单元10或者数据采集板13的电力。

传感器6、7、8、9中的一者或多者可以接收来自本地能量收集电源的电力。

根据有利的实施例，传感器可以通过磁铁以机械方式连接到基板和/或框架。

根据有利的实施例，所述装置模块可以具有传感器组件，所述传感器组件包括主体(例如金属主体)，所述主体具有磁铁，以用于机械连接到基板和/或框架；传感器组件可以进一步包括例如三个加速度计，用于分别检测沿三个X、Y、Z轴的加速度。

在图1所示的实施例中，所述数据处理单元10布置成将与传感器6、7、8、9检测到的数据相关的数据或信息传输到远程电子单元11。所述传输可以通过加密链路进行。单元11可以是例如所谓的“云服务器”。

数据处理单元10与远程电子单元11之间的通信可以全部或部分通过有线连接来实现。

数据处理单元10与远程电子单元11之间的通信可以全部或部分通过无线连接例如基于Wi-Fi的技术来实现。

数据处理单元10和/或远程电子单元(11)布置成处理检测到的数据。它们可以布置成提供有关人工在装置模块处长期操作的可能性，例如在模块处值班的人员的健康是否能够得到保障。它们可以布置成提供与设施长期操作的可能性相关的信息，特别地，长期操作涉及到整个装置模块和/或装置模块中的任何其它设备，包括其机器。

收集和处理由传感器检测到的数据对以下会有用：

A)在刚组装完模块后就立即(早在操作之前)进行例如准确合格性测试；

B)在刚安装完模块后就立即(临近操作之前)进行例如准确合格性测试；

C)在涡轮机操作期间用于保证人员和/或设施在模块处长期操作的可能性。

在情况A和B中，处理非常准确，但是速度可以非常慢。

在情况C中，处理可以不太准确，但速度应该非常快。

特别是在情况A和B中，数据处理单元10或远程电子单元11可以布置成通过装置模块的计算机模型来处理检测到的数据。

特别是在情况A和B中，有利的是至少一些传感器在相互之间同步地检测数据。为此，一个非常有效的方法是，至少有一些传感器使用来自GPS接收器的同步信号(图中标号12)；实际上，GPS信号包括非常精确的时间、时间间隔和频率信息。一个GPS接收器可以与位于附近例如彼此靠近的一个传感器(参见图2左侧)或一组传感器(参见图2右侧)关联。

传感器的检测频率可以是从每秒1次检测到每秒100,000次检测。

应注意，当在装置模块正常操作之前使用检测来进行精确的合格性测试时，检测频率优选为每秒1,000次检测到每秒100,000次检测，更优选地为每秒20,000次到每秒50,000次。

应注意，当在装置模块正常操作之间使用检测时，检测频率优选为每秒1次检测到每秒100次检测，更优选地为每秒20次到每秒50次。

应注意，情况A和B下优选采用较高频率，而情况C中优选采用较低频率。

例如，考虑到上述检测频率范围，它们相差两个或三个数量级。

还需注意，最合适的频率可能取决于传感器的种类。

在本发明之前，“石油和天然气”装置的机器中有时会执行振动和/或距离和/或位移和/或倾斜和/或旋转检测。

无论如何，本说明书中公开主题的实施例提供“装置模块”基板和/或框架的一个或多个区域的振动和/或距离和/或位移和/或倾斜和/或旋转检测。这并不排除在“装置模块”的一个或多个机器中会发生振动和/或距离和/或位移和/或倾斜和/或旋转的检测。

例如，如果模块中某个机器的一部分振动过多，则可以通过例如仅负责监控此机器的机器传感器来检测所述振动。所述振动首先传输到模块的结构(尤其是梁格架)，并且可以由例如模块传感器进行检测，然后传输到模块中的其他相邻机器；通过这种方式，可以保证更高的监控；实际上，所述模块传感器负责所述模块，并且至少部分并且间接地负责所述模块中的一组机器。

换言之，用于装置模块的传感器布置包括一个或多个模块传感器，并且还可以包括一个或多个机器传感器。

有利地，GPS接收器被用来产生如以上所说的传感器的同步信号，同时用于给传感器检测的数据打上时间戳。优选地，这些组数据组被组合在一起，每组数据都有时间戳。时间戳可以例如由采集板或者由装置模块的数据处理单元来执行。

Claims (15)

1.一种装置模块，包括：

基板和从所述基板延伸的框架，所述框架是梁格架结构，包括垂直构件和水平构件，所述基板和所述框架构造成支撑装到所述装置模块上的一个或多个机器；

用来监控所述装置模块的多个传感器，其中所述多个传感器的至少其中一个以机械方式连接到所述基板，并且所述多个传感器的至少其中一个以机械方式连接到所述框架，以及

数据处理单元，其配置成用于接收和处理由所述多个传感器检测到的数据；

多个数据采集板，每块板均与所述数据处理单元以及所述多个传感器的相关联的传感器组通信，并配置成从成组传感器的相关联的传感器组接收数据，且把接收到的数据转发给所述数据处理单元，

其中：所述多个传感器包括用于检测所述基板的某个点或区域处的振动的至少一个传感器，用于检测所述框架的某个点或区域处的振动的至少一个传感器，用于检测所述基板的某个点或区域处的位移的至少一个传感器，用于检测所述框架的某个点或区域处的位移的至少一个传感器，用于检测所述基板的某个点或区域处的倾斜或旋转的至少一个传感器，以及用于检测所述框架的某个点或区域处的倾斜或旋转的至少一个传感器；以及

至少一个机器传感器，其中所述至少一个机器传感器检测至少一个机器的振动，并且所述多个传感器的其中一个间接地检测所述至少一个机器的振动，使得所述至少一个机器传感器和所述多个传感器的其中一个组合提供用于所述至少一个机器的监控系统。

2.根据权利要求1所述的装置模块，其中所述数据处理单元布置成将与所述多个传感器检测到的数据相关的数据或信息传输到远程电子单元。

3.根据权利要求2所述的装置模块，其中所述数据处理单元或所述远程电子单元布置成处理检测到的数据并提供与装置安全有关的信息。

4.根据权利要求3所述的装置模块，其中所述数据处理单元或所述远程电子单元布置成处理检测到的数据并提供与装置模块或任何机器的安全有关的信息。

5.根据权利要求2所述的装置模块，其中所述数据处理单元或所述远程电子单元布置成通过所述装置模块的计算机模型处理检测到的数据。

6.根据权利要求1所述的装置模块，其中所述多个传感器接收来自本地能量收集电源的电力。

7.根据权利要求1所述的装置模块，其中所述多个传感器同步地检测数据。

8.根据权利要求7所述的装置模块，其中所述多个传感器的至少其中一些相对于彼此同步地检测数据。

9.根据权利要求1或2所述的装置模块，其中所述传感器的检测频率是从每秒1次检测到每秒100,000次检测。

10.根据权利要求1所述的装置模块，还包括安装到所述基板或者所述框架上的多个设备。

11.根据权利要求10所述的装置模块，其中所述数据处理单元配置成处理检测到的数据并提供与人员在装置模块处长期操作可能性有关的信息，或者配置成处理检测到的数据并提供与设施在模块处长期操作可能性有关的信息，其中长期操作涉及到整个装置模块和/或任何所述装置模块中的设备。

12.根据权利要求8所述的装置模块，还包括至少一个GPS接收器，其中所述装置模块布置成通过所述至少一个GPS接收器给所述多个传感器检测的数据打上时间戳。

13.根据权利要求12所述的装置模块，所述数据处理单元连接到所述至少一个GPS接收器并通过所述至少一个GPS接收器给所述多个传感器检测的数据打上时间戳。

14.根据权利要求1所述的装置模块，其中所述多个传感器的至少其中一个连接到所述框架的至少其中一个所述水平构件，并且所述多个传感器的至少其中一个连接到所述框架的至少其中一个所述垂直构件。

15.根据权利要求1所述的装置模块，还包括烟囱，其中所述多个传感器的至少其中一个是连接到所述烟囱的倾斜或旋转传感器，用于检测所述烟囱尖端处的倾斜或旋转。

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