CN108791709B - 用于水下系泊设备的集成式监测链环 - Google Patents

用于水下系泊设备的集成式监测链环 Download PDF

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Abstract

用于水下系泊设备的集成式监测链环，包括包括环和跨设并固接在环横向上的安装罩；安装罩包括壳体段，壳体段的两端外壁分别固接在环横向两端的内周壁上；安装罩内部安装有两个应变传感模块、两个数据采集模块和一个无线信号传输模块，其中，两个应变传感模块分别设在与环内周壁固接的壳体段两端的内壁上；应变传感模块与数据采集模块之间设有信号传输线缆，两个数据采集模块分别接收两个应变传感模块输出的应变信号，两个数据采集模块与无线信号传输模块之间均设有通信线缆；安装罩上设有水密的无线信号发射孔。本发明具备带有横档的锚链连接件的外形，在实现应力实时监测的同时，解决了现有同类装置结构分散和装配复杂的问题。

Description

用于水下系泊设备的集成式监测链环
技术领域
本发明涉及船舶与海洋工程测试技术领域，具体涉及用于水下系泊设备的集成式监测链环。
背景技术
系泊定位是船舶与海洋工程领域最常用的海上定位方式，广泛应用于浮式平台、海上机场、浮式生产系统以及海洋工程船舶等海洋工程装备中。系泊设备包括锚链、系泊缆索、卸扣等，系泊设备一方面降低浮式平台在垂直面的运动(如横摇、纵摇、垂荡)，另一方面限制浮式平台在环境载荷作用下的水平运动，保证浮式平台的正常作业和生存。然而，浮体在海上长期受风、浪、流等交变载荷作用，使得系泊设备不断承受随机动态疲劳载荷，加上海水腐蚀、结构老化，长期以往可能导致锚链、缆索疲劳断裂，从而影响浮体正常作业，甚至威胁浮体安全。随着海工装备不断向大型化、大深度方向发展，系泊设备的结构安全问题得到广泛的关注。现有的锚链结构安全监测方法是在系泊设备连接端加装应力传感装置，设计传感装置专用夹具，模拟锚链间的应力传递关系。这种监测结构的缺陷在于：(1)应力传感装置外形与锚链相差较大，不能很好地融入系泊设备，收放时需要进行安装、调试、保护、拆卸等一系列的繁琐工作；(2)系泊缆在水下呈“悬链线”形式，锚链链环之间存在作用角，而布置在端部的应力传感装置不能很好地反映整个系泊链的受力情况。上述缺陷使得这种使用携带传感装置的夹具安装在锚链上的监测装置大大降低了设备的可用性，也导致其无法在民用领域广泛普及。
发明内容
本申请人针对现有技术中的上述缺点进行改进，提供一种用于水下系泊设备的集成式监测链环，其将应变传感、数据采集、无线信号传输集成至锚链链环主体的横向上，集成后的监测链环具有带有横档的锚链连接件的基本外形，能够布置在系泊链的任意位置，无需进行额外的保护工作，在确保监测性能的同时，具备更高的实用性和适用性。
本发明的技术方案如下：
用于水下系泊设备的集成式监测链环，包括环和跨设并固接在环横向上的安装罩；安装罩包括壳体段，壳体段的两端外壁分别固接在环横向两端的内周壁上；安装罩内部安装有两个应变传感模块、两个数据采集模块和一个无线信号传输模块，其中，两个应变传感模块分别设在与环内周壁固接的壳体段两端的内壁上；应变传感模块与数据采集模块之间设有信号传输线缆，两个数据采集模块分别接收两个应变传感模块输出的应变信号，两个数据采集模块与无线信号传输模块之间均设有通信线缆；安装罩上设有水密的无线信号发射孔。
其进一步技术方案为：
所述无线信号传输模块设在安装罩的中部位置，无线信号传输模块的两侧均布置有应变传感模块和数据采集模块，且数据采集模块位于无线信号传输模块与相配设的应变传感模块之间。
所述安装罩包括一个上部开口的盒体和用来盖合所述上部开口的盖子，两个应变传感模块、两个数据采集模块和一个无线信号传输模块均安装在盒体内，壳体段设在盒体上，盖子与盒体密封且固定连接。
所述盖子与盒体之间设有水密盖板，水密盖板、盖子上均设有水密的无线信号发射孔，且水密盖板、盖子上无线信号发射孔同轴设置。
所述环为无档链环主体，环与安装罩固接后的整体外形为有档链环的外形。
所述环为由两只半环通过锁紧销固定连接形成的链环主体，环与安装罩固接后的整体外形为肯特卸扣的外形。
所述环为由两根棒材通过两根横销将两根棒材两端分别固定连接的链环主体，环与安装罩固接后的整体外形为连接卸扣的外形。
本发明的技术效果：
本发明的特点在于基于系泊设备的普通锚链连接件的链环主体，在其横向上固接内部装有各监测模块的安装罩，以形成本发明所述监测链环，使得本发明所述监测链环具备带有横档的普通锚链连接件的外形，因而本发明可与普通锚链连接件串联，成为系泊设备的一部分，能够布置在系泊链的任意位置，实现共同收放、缠绕，且在收放锚链时，无需拆卸本发明所述监测链环，也不需要专门的防护措施，因而具有可拆卸、可检修、可重复使用的优点，解决了现有同类装置结构分散和装配复杂的问题。
本发明进一步高度集成了应变传感模块、数据采集模块、无线信号传输模块，并通过将无线信号传输模块将应变信息传输至终端主机进行数据处理并转换成本发明所述检测链环所承受的拉力，从而实时感知系泊设备受载情况，同时本发明通过在安装罩与环固接的两端内壁均安装有应变传感模块，通过对比两个应变传感模块检测的应力，从两个应力传感模块检测的应力的差值，能够进一步换算出本发明所述检测链环与相邻锚链连接件的作用角，一方面，本发明能够从定量层面预防系泊设备结构失效事故发生，确保系泊设备结构安全；另一方面，提高了系泊设备结构安全评判的真实性和准确性，为系泊设备的维修等其他维护措施的适用时机和选择上，提供了科学的判断依据。
对于新系泊链可在出厂时就配置本发明所述监测链环，对于老系泊设备也可以后期加装本发明所述监测链环，以实现水下应力监测，实用性强。
附图说明
图1为本发明的俯视结构示意图，图中，本发明具备有档链环的外形。
图2为图1中所示本发明拆除盖子和水密盖板之后的俯视结构示意图。
图3为安装罩中盖子的俯视结构示意图。
图4为安装罩的侧视图，图中还示出了安装在安装罩内部的监测模块。
图5为图1中所示本发明与肯特卸扣装配的结构示意图。
图6为图1中所示本发明与无档链环装配的结构示意图。
图7为图1中所示本发明与肯特卸扣、连接卸扣装配的结构示意图。
图8为图1中所示本发明与有档链环装配的结构示意图。
图9为具有肯特卸扣外形的本发明的俯视结构示意图。
图10为具有连接卸扣外形的本发明的俯视结构示意图
其中：1、环；101、半环；102、锁紧销；103、棒材；104、横销；2、安装罩；201、壳体段；202、无线信号发射孔；203、盒体；204、盖子；205、底部支撑段；206、顶部连接段；3、应变传感模块；4、数据采集模块；5、无线信号传输模块；6、信号传输线缆；7、通信线缆；8、水密盖板；10、监测链环；20、肯特卸扣；30、无档链环；40、连接卸扣；50、有档链环。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
见图1、图2、图4，本发明包括环1和跨设并固接在环1横向上的安装罩2；安装罩2包括壳体段201，壳体段201的两端外壁分别固接在环1横向两端的内周壁上；安装罩2内部安装有两个应变传感模块3、两个数据采集模块4和一个无线信号传输模块5，其中，两个应变传感模块3分别设在与环1内周壁固接的壳体段201两端的内壁上；应变传感模块3与数据采集模块4之间设有信号传输线缆6，两个数据采集模块4分别接收两个应变传感模块3输出的应变信号，两个数据采集模块4与无线信号传输模块5之间均设有通信线缆7；安装罩2上设有水密的无线信号发射孔202。
进一步布置安装罩2内的各监测模块的安装位置以使结构更加合理紧凑，见图2、图4，所述无线信号传输模块5设在安装罩2长度尺度上的中部位置，无线信号传输模块5的两侧均布置有应变传感模块3和数据采集模块4，且数据采集模块4位于无线信号传输模块5与相配设的应变传感模块3之间。其中，安装罩2的长度尺度，指的是在环1的横向上安装罩2的长度尺度。如此，在安装罩2的长度方向上，5个监测模块依次布置，且优选地，两个应变传感模块3和两个数据采集模块4对称布置在无线信号传输模块5的两侧。
具体地，见图1、图2、图4，所述安装罩2包括一个上部开口的盒体203和用来盖合上部开口的盖子204，两个应变传感模块3、两个数据采集模块4和一个无线信号传输模块5均安装在盒体203内，壳体段201设在盒体203上，盖子204与盒体203密封且固定连接，如通过现有的橡胶密封圈和螺栓紧固组件进行密封紧固连接。
为进一步提高安装罩2的防水能力，所述盖子204与盒体203之间设有水密盖板8，水密盖板8、盖子204上均设有水密的无线信号发射孔202，且水密盖板8上的无线信号发射孔202与盖子204上的无线信号发射孔202同轴设置，优选地，将无线信号发射孔202设在针对无线信号传输模块5中的天线的正上方。盖子204的结构请见图3。
见图2、图4，环1的内周壁上与壳体段201固接的壁段为直壁段；在环1的厚度方向(也可以理解为本发明的高度方向)上，盒体203自下而上包括底部支撑段205、壳体段201、顶部连接段206，顶部连接段206、底部支撑段205分别与环1的所述直壁段上、下两端的弧形壁面固接。
安装罩2设在环1长度方向上的中部位置。安装罩2与环1为焊接连接。其中，环1的长度方向即指环1的纵向。
本发明各监测模块均为成熟的现有技术，其中，应变传感模块3可采用电阻式应变传感器、光纤光栅应变传感器等可用来测量应变的传感器，用来测量环1的两段所述直壁段的应变；数据采集模块4采用电阻应变信号采集调理器、光纤光栅应变信号采集调理器等可用来采集应变信号的信号采集调理器，用来将模拟信号转换为数据信号，实现数据的采集；无线信号传输模块5可采用水下无线通信发射器，用来将采集的应变信息以无线传输方式实时发送到主机，所述主机即数据接收和处理终端，由计算机和监测软件组成，主机可以是工业控制计算机，也可以是尺寸较小的一体机，监测软件将应变信息处理并换成成环1所测区域承受的拉力，并具备拉力实时显示、危险应力报警等功能。
本发明在环的横向上固接内部装有监测模块的安装罩，具备带有横档的锚链连接件的外形，因而能够布置在锚链的任意位置，并可与普通锚链连接件(如无档链环、肯特卸扣、有档链环、连接卸扣等)串联，共同收放和缠绕，且在收放锚链时，无需拆卸本发明所述监测链环，也不需要专门的防护措施，因而具有可拆卸、可检修、可重复使用的优点。图5、图6、图7、图8分别示出了具有有档链环外形的本发明所述监测链环10与锚链连连接件中肯特卸扣20、无档链环30、连接卸扣40、有档链环50的装配结构。
由于带有横档的锚链连接件包括有档链环、肯特卸扣、连接卸扣，因此，可将本发明的环1设置成无档链环主体、肯特卸扣的双半圆组成的链环主体、或者是连接卸扣的两根棒材两端通过横销连接的链环主体，具体说明如下。
见图1，环1为无档链环主体，环1与安装罩2固接后的整体外形为有档链环的外形，图1所示的本发明所述监测链环即具备有档链环的外形。
见图9，环1为由两只半环101通过锁紧销102固定连接形成的链环主体，环1与安装罩2固接后的整体外形为肯特卸扣的外形，图9所示的本发明所述监测链环即具有肯特卸扣的外形，其中，两只半环101通过锁紧销102连接的结构为现有技术，此时，需要在安装罩2上设置贯通的安装孔，用来使锁紧销102穿过安装罩2以实现锁紧销102的安装，同时通过对锁紧销102与安装罩2上安装孔的穿接处设置密封结构即可实现具有肯特卸扣外形的监测链环的设置。
见图10，环1为由两根棒材103通过两根横销104将两根棒材103两端分别固定连接的链环主体，环1与安装罩2固接后的整体外形为连接卸扣的外形，图10所示的本发明所述监测链环即具有连接卸扣的外形。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (10)

1.用于水下系泊设备的集成式监测链环，其特征在于：包括环(1)和跨设并固接在环(1)横向上的安装罩(2)；安装罩(2)包括壳体段(201)，壳体段(201)的两端外壁分别固接在环(1)横向两端的内周壁上；安装罩(2)内部安装有两个应变传感模块(3)、两个数据采集模块(4)和一个无线信号传输模块(5)，其中，两个应变传感模块(3)分别设在与环(1)内周壁固接的壳体段(201)两端的内壁上；应变传感模块(3)与数据采集模块(4)之间设有信号传输线缆(6)，两个数据采集模块(4)分别接收两个应变传感模块(3)输出的应变信号，两个数据采集模块(4)与无线信号传输模块(5)之间均设有通信线缆(7)；安装罩(2)上设有水密的无线信号发射孔(202)。
2.按权利要求1所述的用于水下系泊设备的集成式监测链环，其特征在于：所述无线信号传输模块(5)设在安装罩(2)的中部位置，无线信号传输模块(5)的两侧均布置有应变传感模块(3)和数据采集模块(4)，且数据采集模块(4)位于无线信号传输模块(5)与相配设的应变传感模块(3)之间。
3.按权利要求1所述的用于水下系泊设备的集成式监测链环，其特征在于：所述安装罩(2)包括一个上部开口的盒体(203)和用来盖合所述上部开口的盖子(204)，两个应变传感模块(3)、两个数据采集模块(4)和一个无线信号传输模块(5)均安装在盒体(203)内，壳体段(201)设在盒体(203)上，盖子(204)与盒体(203)密封且固定连接。
4.按权利要求3所述的用于水下系泊设备的集成式监测链环，其特征在于：所述盖子(204)与盒体(203)之间设有水密盖板(8)，水密盖板(8)、盖子(204)上均设有水密的无线信号发射孔(202)，且水密盖板(8)、盖子(204)上的无线信号发射孔(202)同轴设置。
5.按权利要求1所述的用于水下系泊设备的集成式监测链环，其特征在于：所述安装罩(2)设在环(1)长度方向上的中部位置。
6.按权利要求3所述的用于水下系泊设备的集成式监测链环，其特征在于：环(1)的内周壁上与壳体段(201)固接的壁段为直壁段；在环(1)的厚度方向上，所述盒体(203)自下而上包括底部支撑段(205)、壳体段(201)、顶部连接段(206)，顶部连接段(206)、底部支撑段(205)分别与所述直壁段上、下两端的弧形壁面固接。
7.按权利要求1所述的用于水下系泊设备的集成式监测链环，其特征在于：所述安装罩(2)与环(1)为焊接连接。
8.按权利要求1所述的用于水下系泊设备的集成式监测链环，其特征在于：所述环(1)为无档链环主体，环(1)与安装罩(2)固接后的整体外形为有档链环的外形。
9.按权利要求1所述的用于水下系泊设备的集成式监测链环，其特征在于：所述环(1)为由两只半环(101)通过锁紧销(102)固定连接形成的链环主体，环(1)与安装罩(2)固接后的整体外形为肯特卸扣的外形。
10.按权利要求1所述的用于水下系泊设备的集成式监测链环，其特征在于：所述环(1)为由两根棒材(103)通过两根横销(104)将两根棒材(103)两端分别固定连接的链环主体，环(1)与安装罩(2)固接后的整体外形为连接卸扣的外形。
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