CN110160683B - 一种可无损安装的系泊锚链张力传感测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可无损安装的系泊锚链张力传感测量装置，可实现非钻孔安装，实现系泊锚链张力高精度实时测量。该监测装置主要由传感元件、信号采集通信电路板、双层承压外壳和紧固卡扣组成，水密承压外壳通过双道O型密封圈与H型卸扣耦合连接，使用紧固卡扣固定。该锚链张力监测装置无损安装，对被测对象不产生结构附加应力，测量精度高，安装便捷，双层保护结构，能长久工作。

Description

一种可无损安装的系泊锚链张力传感测量装置

技术领域

本发明涉及测量装置技术领域，尤其是一种可无损安装的系泊锚链张力传感测量装置。

背景技术

海洋浮式平台或船舶等海洋结构物通过系泊系统固定在一定海域，从而避免海洋结构物随海浪漂移，保证平台正常开展作业。

系泊系统通常由多根锚链组成，每根锚链一般又由抓力锚、锚端钢索、海底链环、链间钢索、连接卸扣和平台链环等组成。系泊系统的主要作用是通过锚链自身刚度(或质量)，控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。系泊系统的锚链在设计时，根据浮式平台的作业海域、作业性质和服役年限等，并通过对浮式平台系泊系统计算分析，选择既满足刚度要求又满足强度要求的锚链。由于系泊锚链长期工作在大张力海洋环境下，其腐蚀和断裂现象时有发生，为避免锚链发生断裂，对其内部张力进行实时监测和预警是十分必要。

通过对锚链内部张力大小进行实时监测，一方面可以了解锚链张力变化历程，对锚链剩余寿命评估具有重要作用；另一方面在锚链张力出现异常的情况下可以及时采取措施避免危险事件的发生。

现有技术中，仅有少数几个能够提供系泊系统张力实时监测装置，但这些装置在安装过程中，需要对设备进行打孔安装，均存在有损安装、实施工艺复杂、成本高和通用性差等缺点，其使用可靠性差。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种可无损安装的系泊锚链张力传感测量装置，其可以方便的实现无损安装、测量精度高和水密性好，适用于不同吨位系泊系统。

本发明所采用的技术方案如下：

一种可无损安装的系泊锚链张力传感测量装置，包括双层水密承压外壳，所述双层水密承压外壳的顶部和底部分别设置有上部法兰盘和下部法兰盘，所述上部法兰盘通过密封装置和紧固件安装密封盖，所述下部法兰盘通过密封装置与卸扣连接；所述双层水密承压外壳为圆柱体结构，其外圆周面向外延伸有矩形板，所述矩形板的上表面配合安装有腔体锁紧条状卡扣，卸扣的下部配合安装有卸扣锁紧条状卡扣，所述条状卡扣预紧螺栓依次穿过腔体锁紧条状卡扣、矩形板和卸扣锁紧条状卡扣将双层水密承压外壳与卸扣锁紧；所述双层水密承压外壳的内部设置有隔离层，所述隔离层将双层水密承压外壳的内腔分为上下两层结构，在隔离层的上方支撑安装有信号采集通信电路板，所述隔离层下方安装有单向全桥应变传感器，所述单向全桥应变传感器的一端通过应变传感器信号线与水密连接器连接，所述水密连接器安装在隔离层上，所述水密连接器同时还通过水密信号线与信号采集通信电路板连接，所述双层水密承压外壳的一处外圆周面加工为平面，在此平面中心位置安装腔外水密连接器，所述腔外水密连接器将外部的水密电缆与信号采集通信电路板接通。

其进一步技术方案在于：

所述双层水密承压外壳与卸扣的中心线重合。

所述单向全桥应变传感器安装于双层水密承压外壳内部的下层结构中。

所述卸扣的截面形状为“H”型或“D”型。

所述双层水密承压外壳的结构为：包括薄壁圆柱体结构的外壳，其内部安装有隔离层，所述隔离层成“Z”字型结构，在隔离层一端开有连接器安装孔，另一端上表面间隔设置有支撑架，所述支撑架中开有内孔，用于支撑安装信号采集通信电路板；薄壁圆柱体结构的外壳外部向外延伸矩形板，矩形板的上表面开有间隔的限位沟槽，下表面为平面，薄壁圆柱体结构的外壳一侧壁开有水密连接器安装孔，薄壁圆柱体结构的外壳的顶部和底部分别延伸有上部法兰盘和下部法兰盘，上部法兰盘上开有多个螺栓孔和上部密封圈凹槽，下部法兰盘的下表面开有下部密封圈凹槽，所述上部密封圈凹槽和下部密封圈凹槽，所述上部密封圈凹槽和下部密封圈凹槽中均安装O型密封圈。

O型密封圈采用丁腈橡胶材质。

双层水密承压外壳采用316L不锈钢材质。

单向全桥应变传感器为一个可焊接式350欧姆应变计。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过独特的设计双层水密承压外壳的结构，通过一系列的卡扣和紧固件与卸扣之间的连接，以及双层水密承压外壳内部信号采集通信电路板和传感器的安装，方便的实现系泊系统张力实时监测，其整体安装方便，采用无损安装、实施工艺简单，成本低，大大提高了工作可靠性。

本发明无需在安装过程中进行打孔等工作，只需要卡扣和紧固件的连接，有效的避免了现有技术中有损安装的缺陷，保证设备的可靠性的同时，提高了安装效率。

本发明可实现非钻孔安装，实现系泊锚链张力高精度实时测量。该锚链张力监测装置无损安装，对被测对象不产生结构附加应力，测量精度高，安装便捷，双层保护结构，能长久工作。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明双层水密承压外壳的结构示意图(全剖视图)。

其中：1、密封盖；2、双层水密承压外壳；3、水密连接器；4、单向全桥应变传感器；5、应变传感器信号线；6、条状卡扣预紧螺栓；7、腔体锁紧条状卡扣；8、卸扣锁紧条状卡扣；9、卸扣；10、O型密封圈；11、水密电缆；12、腔外水密连接器；13、法兰盘预紧螺栓；14、信号采集通信电路板；15、水密信号线；

201、隔离层；202、矩形板；203、上部密封圈凹槽；204、连接器安装孔；205、支撑架；206、内孔；207、水密连接器安装孔；208、限位沟槽；209、下部法兰盘；210、下部密封圈凹槽；211、螺栓孔；212、上部法兰盘。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1和图2所示，本实施例的可无损安装的系泊锚链张力传感测量装置，包括双层水密承压外壳2，双层水密承压外壳2的顶部和底部分别设置有上部法兰盘212和下部法兰盘209，上部法兰盘212通过密封装置和紧固件安装密封盖1，下部法兰盘209通过密封装置与卸扣9连接；双层水密承压外壳2为圆柱体结构，其外圆周面向外延伸有矩形板202，矩形板202的上表面配合安装有腔体锁紧条状卡扣7，卸扣9的下部配合安装有卸扣锁紧条状卡扣8，条状卡扣预紧螺栓6依次穿过腔体锁紧条状卡扣7、矩形板202和卸扣锁紧条状卡扣8将双层水密承压外壳2与卸扣9锁紧；双层水密承压外壳2的内部设置有隔离层201，隔离层201将双层水密承压外壳2的内腔分为上下两层结构，在隔离层201的上方支撑安装有信号采集通信电路板14，隔离层201下方安装有单向全桥应变传感器4，单向全桥应变传感器4的一端通过应变传感器信号线5与水密连接器3连接，水密连接器3安装在隔离层201上，水密连接器3同时还通过水密信号线15与信号采集通信电路板14连接，双层水密承压外壳2的一处外圆周面加工为平面，在此平面中心位置安装腔外水密连接器12，腔外水密连接器12将外部的水密电缆11与信号采集通信电路板14接通。

双层水密承压外壳2与卸扣9的中心线重合。

单向全桥应变传感器4安装于双层水密承压外壳2内部的下层结构中。

卸扣9的截面形状为“H”型或“D”型。

双层水密承压外壳2的结构为：包括薄壁圆柱体结构的外壳，其内部安装有隔离层201，隔离层201成“Z”字型结构，在隔离层201一端开有连接器安装孔204，另一端上表面间隔设置有支撑架205，支撑架205中开有内孔206，用于支撑安装信号采集通信电路板14；薄壁圆柱体结构的外壳外部向外延伸矩形板202，矩形板202的上表面开有间隔的限位沟槽208，下表面为平面，薄壁圆柱体结构的外壳一侧壁开有水密连接器安装孔207，薄壁圆柱体结构的外壳的顶部和底部分别延伸有上部法兰盘212和下部法兰盘209，上部法兰盘212上开有多个螺栓孔211和上部密封圈凹槽203，下部法兰盘209的下表面开有下部密封圈凹槽210，上部密封圈凹槽203和下部密封圈凹槽210，上部密封圈凹槽203和下部密封圈凹槽210中均安装O型密封圈10。

O型密封圈10采用丁腈橡胶材质。

双层水密承压外壳2采用316L不锈钢材质。

单向全桥应变传感器4为一个可焊接式350欧姆应变计。

本发明的具体结构为：

如图1和图2所示，主要包括双层水密承压外壳2、圆盘状的密封盖1、焊接式的单向全桥应变传感器4、信号采集通信电路板14、腔内微型的水密连接器3、腔外水密连接器12、条状卡扣和O型密封圈10。

单向全桥应变传感器4布置于双层水密承压外壳2内部的下层，信号采集通信电路板14固定在双层水密承压外壳2内部的上层，单向全桥应变传感器4与信号采集通信电路板14之间通过贯穿隔离层201的腔内微型水密插座连接，腔外水密连接器12安装在双层水密承压外壳2的平面区域，信号采集通信电路板14与腔外水密连接器12连接。

双层水密承压外壳2是一个圆柱形上下层结构腔体，顶部、底部为法兰盘状，法兰盘上均开有两道密封沟槽，其中顶部布置八个均布螺栓孔211，腔体两侧靠近底部位置设置对称矩形板202，矩形板202上开两条限位沟槽208，双层圆柱腔体的一个弧面加工为平面，平面中心位置有一个水密连接器安装孔207，实现对张力监测装置内部电路板的保护，该双层水密承压外壳2采用316L不锈钢制造，耐海水腐蚀。

单向全桥应变传感器4为一个可焊接式350欧姆应变计，用于系泊锚链内部张力传感。

信号采集通信电路板14是一个功率为0.35瓦、体积60mm×35mm×35mm的电路模块，可实现高精度应变信号测量和数据的高可靠性远程传输。

腔内微型水密插座能够适用于全海深，用于传感器和信号采集通信电路板14的连接，腔外水密连接器12是一个小型全水深水密接插件，实现双层水密承压外壳2内部信号采集通信电路板14电信号的接收和发送，提供电信号传输渠道。

O型密封圈10为丁腈橡胶材质，实现双层水密承压外壳2与安装部位的机械耦合，确保结构的水密性能。

条状卡扣为矩型状，设置与矩形板202匹配的凸起，条状卡扣两侧开通孔，用于螺栓压紧，共需要上、下、左、右四个条状卡扣。

在系泊系统的“H”型或“D”型卸扣9上安装上述张力实时监测装置，通过水密通信电缆连接监测装置和计算机系统，系统上电后即可实现工作。在大风浪环境下浮动平台将随波浪起伏，固定浮动平台的系泊锚链内部将产生交变拉力，单向全桥应变传感器4将产生变化的电压信号，信号采集通信电路板14实时采集由张力变化引起的电压信号并转换成数字信号，数字信号通过CAN通信总线将信号传输至水面接收网，由计算机实时显示锚链张力变化，当张力超出设定的张力载荷时将产生预警，监测数据长期存储于数据库中。

实际使用过程中，通过如下步骤完成：

第一步：将单向全桥应变传感器4沿卸扣9长度方向以点焊方式焊接在监测对象平面的中心位置；

第二步：将信号采集通信电路板14通过螺栓固定在双层水密承压外壳2上层固定支座上；

第三步：在双层水密承压外壳2底部的下部密封圈凹槽210中放置两条O型密封圈10，并涂适当硅脂；

第四步：用腔内微型水密连接器3通过应变传感器信号线5将信号采集通信电路板14的信号接入端与单向全桥应变传感器4连接；信号采集通信电路板14的电源供电和通信端与腔外水密连接器12连接；

第五步：将密封盖1通过八颗法兰盘预紧螺栓13安装到双层水密承压外壳2顶部，并保证O型密封圈10产生适当压缩变形量；

第六步：将安装锚链张力监测模块后的卸扣9在拉力试验机上按照不同载荷等级进行拉伸，分别记录每档载荷张力测量装置输出的应变值和对应的拉力值，根据应变值与试验机拉力值计算张力监测模块的标定系数。

第七步：将安装锚链张力监测装置的卸扣9连接在系泊锚链中即可使用。

通过上述步骤，即可方便的实现对锚链张力的长期连续测量，操作方便，无损安装、测量精度高和水密性好。

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 (8)

1.一种可无损安装的系泊锚链张力传感测量装置，其特征在于：包括双层水密承压外壳（2），所述双层水密承压外壳（2）的顶部和底部分别设置有上部法兰盘（212）和下部法兰盘（209），所述上部法兰盘（212）通过密封装置和紧固件安装密封盖（1），所述下部法兰盘（209）通过密封装置与卸扣（9）连接；所述双层水密承压外壳（2）为圆柱体结构，其外圆周面向外延伸有矩形板（202），所述矩形板（202）的上表面配合安装有腔体锁紧条状卡扣（7），卸扣（9）的下部配合安装有卸扣锁紧条状卡扣（8），所述条状卡扣预紧螺栓（6）依次穿过腔体锁紧条状卡扣（7）、矩形板（202）和卸扣锁紧条状卡扣（8）将双层水密承压外壳（2）与卸扣（9）锁紧，腔体锁紧条状卡扣（7）和卸扣锁紧条状卡扣（8）均为矩型状，设置与矩形板（202）匹配的凸起，腔体锁紧条状卡扣（7）和卸扣锁紧条状卡扣（8）的两侧均开通孔，用于压紧，共需要上、下、左、右四个条状卡扣；所述双层水密承压外壳（2）的内部设置有隔离层（201），所述隔离层（201）将双层水密承压外壳（2）的内腔分为上下两层结构，在隔离层（201）的上方支撑安装有信号采集通信电路板（14），所述隔离层（201）下方安装有单向全桥应变传感器（4），所述单向全桥应变传感器（4）的一端通过应变传感器信号线（5）与水密连接器（3）连接，所述水密连接器（3）安装在隔离层（201）上，所述水密连接器（3）同时还通过水密信号线（15）与信号采集通信电路板（14）连接，所述双层水密承压外壳（2）的一处外圆周面加工为平面，在此平面中心位置安装腔外水密连接器（12），所述腔外水密连接器（12）将外部的水密电缆（11）与信号采集通信电路板（14）接通。

2.如权利要求1所述的一种可无损安装的系泊锚链张力传感测量装置，其特征在于：所述双层水密承压外壳（2）与卸扣（9）的中心线重合。

3.如权利要求1所述的一种可无损安装的系泊锚链张力传感测量装置，其特征在于：所述单向全桥应变传感器（4）安装于双层水密承压外壳（2）内部的下层结构中。

4.如权利要求1所述的一种可无损安装的系泊锚链张力传感测量装置，其特征在于：所述卸扣（9）的截面形状为“H”型或“D”型。

5.如权利要求1所述的一种可无损安装的系泊锚链张力传感测量装置，其特征在于：所述双层水密承压外壳（2）的结构为：包括薄壁圆柱体结构的外壳，其内部安装有隔离层（201），所述隔离层（201）成“Z”字型结构，在隔离层（201）一端开有连接器安装孔（204），另一端上表面间隔设置有支撑架（205），所述支撑架（205）中开有内孔（206），用于支撑安装信号采集通信电路板（14）；薄壁圆柱体结构的外壳外部向外延伸矩形板（202），矩形板（202）的上表面开有间隔的限位沟槽（208），下表面为平面，薄壁圆柱体结构的外壳一侧壁开有水密连接器安装孔（207），薄壁圆柱体结构的外壳的顶部和底部分别延伸有上部法兰盘（212）和下部法兰盘（209），上部法兰盘（212）上开有多个螺栓孔（211）和上部密封圈凹槽（203），下部法兰盘（209）的下表面开有下部密封圈凹槽（210），所述上部密封圈凹槽（203）和下部密封圈凹槽（210），所述上部密封圈凹槽（203）和下部密封圈凹槽（210）中均安装O型密封圈（10）。

6.如权利要求5所述的一种可无损安装的系泊锚链张力传感测量装置，其特征在于：O型密封圈（10）采用丁腈橡胶材质。

7.如权利要求1所述的一种可无损安装的系泊锚链张力传感测量装置，其特征在于：双层水密承压外壳（2）采用316L不锈钢材质。

8.如权利要求1所述的一种可无损安装的系泊锚链张力传感测量装置，其特征在于：单向全桥应变传感器（4）为一个可焊接式350欧姆应变计。

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