CN111024178B - 一种浮式海洋平台压载监测系统的舱中液体体积计算方法 - Google Patents

Abstract

一种浮式海洋平台压载监测系统及舱中液体体积计算方法，属于浮式海洋平台压载水装载与排载液位监测、平台吃水监测技术领域。这种浮式海洋平台的监测系统包括液舱液位监测、四角吃水监测、液管流量监测、平台倾角监测四部分。由于浮式海洋平台的液舱呈方形，平台发生倾斜时，通过舱底四角的压力传感器、平台整体的横倾角和纵倾角值，计算液舱内液体体积。通过超声波液位仪计算平台吃水。通过安装于液管的超声波流量仪、双轴倾角传感器及上述传感器之间的配合，对平台整体倾角、吃水、液舱液体体积的冗余监测，实现各监测数据间的相互检查、校正，并能及时发现传感器的故障。从而保障在部分传感器发生故障的情况下仍能实现对压载量的完整监测。

Description

一种浮式海洋平台压载监测系统的舱中液体体积计算方法

技术领域

本发明涉及一种浮式海洋平台压载监测系统及舱中液体体积计算方法，属于浮式海洋平台压载水装载与排载液位监测、平台吃水监测技术领域。

背景技术

压载系统具有调节船舶和海洋平台吃水、倾角、稳性的作用。该系统通过调节压载水改变浮体的漂浮状态，以满足不同工况需求(如拖航工况、装卸货物、钻井工况、修井工况等)。与船舶相比，浮式平台的长宽值较大且长宽比接近于1，在调载不当或不及时的情况下更容易发生失稳，甚至会导致平台的倾覆。因此，为了保障平台的正常工作，确保平台安全调载，对压载系统进行现场监测，并实时提供平台的压载和浮态信息是十分必要的。

对压载系统监测需要在液舱、压载舱、平台浮筒、液管布置合适的传感器，如液位计、流速计等。但是要合理的运用、安装这些传感器、并确保传感器之间的相互配合，精准监测各工况下的压载和浮态信息是一件非常困难的事情。

传统的压载监测系统存在如下不足：1、监测精度较差，不具备准确监测平台处于倾斜状态下的液舱液体体积及舱内液量较少情况下的液体体积；2、不具备持续精准的监测吃水信息；3、不具备各压载传感器之间的相互校验及冗余监测。这些导致平台测得的压载数值存有误差，当部分传感器发生故障后无法监测相关的压载信息，从而影响平台调节压载的精准度。本专利提出的压载监测系统较好的改善了传统压载监测系统的不足。各传感器相互配合，实现监测数据间相互检查、校正，并能及时发现传感器的故障。保障在部分传感器发生故障的情况下仍能实现压载量的完整监测。

发明内容

针对上述问题，本发明专利的目的是提供一种浮式海洋平台压载监测系统及舱中液体体积计算方法，该系统安装简便，监测频率高，监测数据精准，提高了平台处于倾斜状态及液量较少情况下的液舱液位监测精准度。各传感器之间能相互校核，及时发现故障传感器，从而保障压载系统的稳定性和长期可靠性,在部分传感器发生故障的情况下仍能保障压载信息的完整监测。

本发明采取的技术方案：一种浮式海洋平台的压载监测系统，压载监测系统设有监测液舱液位、四角吃水、液管流量和平台倾角的仪表器件；所述仪表器件包括液舱排水管口处的液体密度计、液舱顶端四个角的液体感应器、液舱底部四个角的压力传感器、平台靠中心室内的双轴倾角传感器、进水管超声波流量仪、排水管超声波流量仪、甲板下浮筒内侧的超声波液位仪、液舱液体体积、进水管超声波流量仪与排水管超声波流量仪的差值和浮式平台的吃水；所述液舱液位监测采用压力传感器、液体密度计及液体感应器，四角吃水监测采用超声波液位仪，液管流量监测采用超声波流量仪，平台倾角采用双轴倾角传感器进行监测；根据液体密度计、液体感应器、压力传感器、双轴倾角传感器的配合，得到倾斜状态下的液体体积，通过超声波液位仪提高吃水的测量频率与准确率。

通过液体密度计、液体感应器、压力传感器，通过进水管超声波流量仪与排水管超声波流量仪的差值得到液舱内的体积；通过超声波液位仪与双轴倾角传感器所测值得到平台的横倾值和纵倾值；通过液舱内的压力传感器测得平台横倾值和纵倾值；通过各液舱内液体体积的变化量得到吃水变化值；各传感器之间的配合实现对压载信息的冗余监测，保障在部分传感器发生故障的情况下仍能实现压载量的完整监测。

所述的一种于浮式海洋平台的压载监测系统的舱中液体体积计算方法，根据双轴倾角传感器测得平台相应的横倾角θ_i纵倾角

根据压力传感器得到液舱舱底四个角至液面的高度，选取其中的最大值定为s_i；结合横倾角θ_i与纵倾角

液舱舱底至液面的高度s_i及舱室的宽a、长b、高c，使用计算公式得到对应的液体体积V_i，其中，液舱分类号i＝1，2，3，4，5，6，7；具体计算公式如下：

1.第一类液舱液体体积，i＝1：

2.第二类液舱液体体积，i＝2：

3.第三类液舱液体体积，i＝3：

4.第四类液舱液体体积，i＝4：

5.第五类液舱液体体积，i＝5：

6.第六类液舱液体体积，i＝6：

7.第七类液舱液体体积，i＝7：

其中

本发明的有益效果：这种浮式海洋平台的压载监测系统设有监测液舱液位、四角吃水、液管流量和平台倾角的仪表器件。由于浮式海洋平台的液舱呈方形，平台发生倾斜时，通过舱底四角的压力传感器、平台整体的横倾角和纵倾角值，计算液舱内液体体积。通过超声波液位仪计算平台吃水。通过安装于液管的超声波流量仪、双轴倾角传感器及上述传感器之间的配合，对平台整体倾角、吃水、液舱液体体积的冗余监测，实现各监测数据间的相互检查、校正，并能及时发现传感器的故障。从而保障在部分传感器发生故障的情况下仍能实现对压载量的完整监测。

附图说明

图1是超声波液位仪及双轴倾角传感器安装示意图。

图2是液舱液位监测传感器安装示意图。

图3是舱底浸没一个角，舱顶无浸没角的状态图。

图4是舱底浸没两个角，舱顶无浸没角的状态图。

图5是舱底浸没三个角，舱顶无浸没角的状态图。

图6是舱底浸没四个角，舱顶无浸没角的状态图。

图7是舱底浸没四个角，舱顶浸没一个角的状态图。

图8是舱底浸没四个角，舱顶浸没两个角的状态图。

图9是舱底浸没四个角，舱顶浸没三个角的状态图。

图10是进水管超声波流量仪安装示意图。

图11是压载系统作用原理图。

图中：1、液体密度计，2、液体感应器，3、压力传感器，4、双轴倾角传感器，5、进水管超声波流量仪，6、排水管超声波流量仪，7、超声波液位仪， 8、液舱，9、甲板下浮筒内侧，10、液舱液体体积，11、进水管与出水管处超声波流量仪器差值，12、浮式平台吃水，13、液舱排水管；a、液舱宽度，b、液舱长度，c、液舱高度。

具体实施方式

图1示出超声波液位仪及双轴倾角传感器安装示意图。图中超声波液位仪7 安装于甲板下浮筒内侧9，每个浮筒安装一个，共四个。超声波液位仪的测量方向与浮筒平行，用以实时测量浮筒内侧与水面的距离，再做换算得到平台吃水。其测量频率快，每秒可测4-5组数据。双轴倾角传感器4安装于靠近平台中心位置的室内，用以实时测量平台的整体横倾角度和纵倾角度。

图2示出液舱液位监测传感器安装示意图。图中液体密度计1安装于液舱排水管口13处，用以测量液舱内的液体密度。液体感应器2安装于液舱顶端四个角，用以判断液舱顶部的四个角是否被液体浸没。压力传感器3安装于液舱底部四个角，用以判断液舱底部的四个角是否被液体浸没，并测量传感器安装位置处的液压值。

结合液体密度计1所测数据可计算得到压力传感器3安装位置至液面的距离。结合液体感应器2与压力传感器3，根据舱顶角浸没数量和舱底浸没角数量，参考浮式平台真实的压载情况，可将液舱内的液体体积分为七类。

图3-9分别示出了1-7类液舱内液体的状态图。根据双轴倾角传感器测得平台相应的横倾角θ_i纵倾角

根据压力传感器得到液舱舱底四个角至液面的高度，选取其中的最大值定为s_i；结合横倾角θ_i与纵倾角

液舱舱底至液面的高度s_i及舱室的宽a、长b、高c，使用计算公式得到对应的液体体积V_i，其中，液舱分类号i＝1，2，3，4，5，6，7；具体计算公式如下：

1.第一类液舱液体体积(舱底浸没一个角，舱顶无浸没角)：

2.第二类液舱液体体积(舱底浸没两个角，舱顶无浸没角)：

3.第三类液舱液体体积(舱底浸没三个角，舱顶无浸没角)：

4.第四类液舱液体体积(舱底浸没四个角，舱顶无浸没角)：

5.第五类液舱液体体积(舱底浸没四个角，舱顶浸没一个角)：

6.第六类液舱液体体积(舱底浸没四个角，舱顶浸没两个角)：

7.第七类液舱液体体积(舱底浸没四个角，舱顶浸没三个角)：

其中

图10示出进水管超声波流量仪安装示意图。图中超声波流量仪5安装于进水管管壁，用以测量管内液体的流速。

图11示出了压载系统作用原理图。通过液体密度计1、液体感应器2、压力传感器3可得到液舱8内的液体体积10。通过进水管超声波流量仪5与排水管超声波流量仪6的差值可以得到液舱内的体积。对比两种方法，若两值在允许误差范围内，则认为传感器都正常运作，若两值长期内误差较大，则认为某一传感器发生故障，予以维修调整。

通过超声波液位仪7可以得到平台四角吃水d₁,d₂,d₃,d₄。根据三个点确定一个面的原理，每选取三个吃水值即可计算得到一组横倾角度和纵倾角度。根据排列组合可得到d₁,d₂,d₃；d₁,d₂,d₄；d₁,d₃,d₄；d₂,d₃,d₄四种情况，因此可以得到四组横倾角度和纵倾角度。对这四组值取平均数，得到平台该次测量的横倾值和纵倾值，将这个值与双轴倾角传感器4所测得的横倾值θ和纵倾值

作对比，若两值在允许误差范围内，则认为传感器都正常运作，若两值长期内误差较大，则认为某一传感器发生故障，予以维修调整。

当液舱舱底有三个角及以上被浸没时，通过压力传感器3可得到舱底角至水面的距离s₁,s₂,s₃,s₄中的任意三个或四个。与上述方法类似，根据三个点确定一个面的原理，计算得到各液舱的横倾角与纵倾角值，将所有液舱的横倾角与纵倾角取平均值，可以得到平台的横倾和纵倾值。将此值与上述通过吃水方式计算所得的横倾值和纵倾值，及根据双轴倾角传感器4所测得的横倾值θ和纵倾值

作对比，若两值在允许误差范围内，则认为传感器都正常运作，若两值长期内误差较大，则认为某一传感器发生故障，予以维修调整。

传感器之间的配合实现对压载信息的冗余监测，保障在部分传感器发生故障的情况下仍能实现压载量的完整监测。

Claims (1)

1.一种浮式海洋平台的压载监测系统的舱中液体体积计算方法，压载监测系统设有监测液舱液位、四角吃水、液管流量和平台倾角的仪表器件；其特征在于：所述仪表器件包括液舱排水管口处的液体密度计（1）、液舱顶端四个角的液体感应器（2）、液舱底部四个角的压力传感器（3）、平台靠中心室内的双轴倾角传感器（4）、进水管超声波流量仪（5）、排水管超声波流量仪（6）、甲板下浮筒内侧（9）的超声波液位仪（7）；所述液舱液位监测采用压力传感器（3）、液体密度计（1）及液体感应器（2），四角吃水监测采用超声波液位仪（7），液管流量监测采用超声波流量仪，平台倾角采用双轴倾角传感器（4）进行监测；通过超声波液位仪（7）提高吃水的测量频率与准确率；

通过各液舱内液体体积的变化量得到吃水变化值；各传感器之间的配合实现对压载信息的冗余监测，保障在部分传感器发生故障的情况下仍能实现压载量的完整监测；得到液体体积的方法包括根据液体密度计 (1) 、液体感应器 (2) 、压力传感器 (3) 、双轴倾角传感器 (4) 的配合得到和通过进水管超声波流量仪 (5) 与排水管超声波流量仪 (6) 的差值得到两种方式；

根据双轴倾角传感器测得平台相应的横倾角θ _i 、纵倾角

_i ，根据压力传感器得到液舱舱底四个角至液面的高度，选取其中的最大值定为s _i ；结合横倾角

_i 与纵倾角

_i 、液舱舱底至液面的高度s _i 及舱室的宽

、长

、高

，使用计算公式得到对应的液体体积V _i ；

当液舱舱底有三个角及以上被浸没时，通过压力传感器（3）可得到舱底角至水面的距离 s1,s2,s3,s4 中的任意三个或四个；根据三个点确定一个面的原理，计算得到各液舱的横倾角与纵倾角值，将所有液舱的横倾角与纵倾角取平均值，可以得到平台的横倾和纵倾值；通过超声波液位仪（7）或双轴倾角传感器（4）所测值得到平台的横倾值和纵倾值；通过液舱内的压力传感器（3）测得平台横倾值和纵倾值；

所述舱中液体体积计算方法，根据双轴倾角传感器测得平台相应的横倾角θ _i 纵倾角

_i ，根据压力传感器得到液舱舱底四个角至液面的高度，选取其中的最大值定为s _i ；结合横倾角

_i 与纵倾角

_i 、液舱舱底至液面的高度s _i 及舱室的宽

、长

、高

，使用计算公式得到对应的液体体积V _i ，其中，液舱分类号i=1，2，3，4，5，6，7；具体计算公式如下：

（1）一类液舱液体体积，i=1：

；

（2）第二类液舱液体体积，i=2：

；

（3）第三类液舱液体体积，i=3：

；

（4）第四类液舱液体体积，i=4：

；

（5）第五类液舱液体体积，i=5：

；

（6）第六类液舱液体体积，i=6：

；

（7）第七类液舱液体体积，i=7：

；

其中

。

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