CN112606960B - 一种适用于海上油田单点滑环的柔性驱动臂 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于海上油田单点滑环的柔性驱动臂，包括单点滑环、风向标运动体生根框架、驱动臂、刚性限位块、弹性缓冲块和压力传感器，单点滑环设置在风向标运动体生根框架内，刚性限位块共有两个，均位于风向标运动体生根框架上，弹性缓冲块共有两个，均紧贴相应的刚性限位块内侧设置，单点滑环包括单点滑环转子、单点滑环外输系统和单点滑环外壳，单点滑环转子贯穿单点滑环外壳，且单点滑环转子与单点滑环外壳之间设置有轴承，单点滑环外输系统设置在单点滑环外壳上，驱动臂的前端套设在单点滑环外壳上，并与单点滑环外壳刚性连接，末端位于两个刚性限位块之间，压力传感器埋设在刚性限位块与弹性缓冲块之间。

Description

一种适用于海上油田单点滑环的柔性驱动臂

技术领域

本发明涉及船舶与海洋工程技术领域，更具体地，涉及一种适用于海上油田单点滑环的柔性驱动臂。

背景技术

浮式生产储油设施(FPSO)是海洋油气开发的一种主要装备，集生产、储存、卸油功能于一体。浮式生产储油设施自身不带动力，随海上风浪变化产生风向标运动。单点滑环通常位于FPSO转塔上，分内壳外壳组成中空腔体，腔体可以在保持密封的情况下相对转动，实现了腔体内部液体“旋转输送”的功能。由于滑环的外壳通常有管线连接，因此需要限制外壳的转动以免管线打扭，普遍采用的是刚性连接臂方式。

但FPSO处于海洋环境当中，风浪流联合作用有很强的随机性，普遍采用的刚性连接臂，在固定滑环外壳、限制扭动、保护管线的同时，也将海洋环境力、设备激振力等有害力以并传递给单点滑环，由于单点滑环自身特点，需要在保证内外壳同心圆同轴转动时，才能长时间的稳定工作，侧向力、不平衡的扭矩、振动等都会使单点滑环内外壳不同心，轻则导致密封失效，引起石油泄漏，长期以往，将加速磨损并大大降低滑环正常的使用寿命。

因此，现有技术中亟需在保护外壳正常连接管线，保证单点滑环正常功能的同时，过滤有害外力和振动，并进行有效监控，预防出现类似危险状况的技术方案。

发明内容

针对上述问题，本发明在柔性太阳能电池和光电催化材料的基础上提供了一种适用于海上油田单点滑环的柔性驱动臂。

为实现上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：

一种适用于海上油田单点滑环的柔性驱动臂，包括单点滑环、风向标运动体生根框架、驱动臂、刚性限位块、弹性缓冲块和压力传感器，所述单点滑环设置在所述风向标运动体生根框架内，所述刚性限位块共有两个，均位于所述风向标运动体生根框架上，所述弹性缓冲块共有两个，均紧贴相应的刚性限位块内侧设置，所述单点滑环包括单点滑环转子、单点滑环外输系统和单点滑环外壳，所述单点滑环转子贯穿所述单点滑环外壳，且所述单点滑环转子与所述单点滑环外壳之间设置有轴承，所述单点滑环外输系统设置在所述单点滑环外壳上，所述驱动臂的前端套设在所述单点滑环外壳上，并与所述单点滑环外壳刚性连接，末端位于两个刚性限位块之间，压力传感器埋设在刚性限位块与弹性缓冲块之间。

所述单点滑环外输系统包括多个纵向排列的井液接头。

所述刚性限位块焊接在所述风向标运动体生根框架上，所述弹性缓冲块通过螺栓与所述刚性限位块固定连接。

所述压力传感器与上位机有线或无线连接。

所述弹性缓冲块采用木块、橡胶块或复合材料制成。

本发明相比现有技术的有益效果是：

1.整体限位装置为驱动臂提供了一个柔性的空间，上下为悬空设计，左右为开口空间，允许驱动臂在空间范围内自由摆动，当摆动角度过大时，才会与柔性空间触碰，且先与弹性缓冲块8接触，降低了冲击力。

2.在实际使用时，外围环境干扰如海洋环境力、周边其他设备振动等，都会延生根框架结构传递到刚性限位块，而弹性缓冲块和驱动臂是物理隔离的，只有在彼此接触时才会传递有害扰动力，而由于海洋环境的随机性，使得驱动臂转动，接触分离，因此实际接触时间很短，同时，接触面采用了弹性缓冲块设计，及时在接触时，也可以起到缓冲和滤振的效果。

3.在弹性缓冲块和刚性限位块之间加入压力传感器，可以实时监控接触力，通过对接触力、接触时间和触碰次数的记录，可以绘制出驱动臂工作状态曲线，方便后期对单点滑环使用寿命的分析，特别有利于未来对轴承摩擦损伤进行评估。

附图说明

图1是单点滑环位置示意图。

图2是驱动臂结构示意图。

图3是驱动臂结构与上位机通讯的示意图。

具体实施方式

下面根据具体实施方式对本发明做进一步阐述。

如图1-3所示的适用于海上油田单点滑环的柔性驱动臂，包括单点滑环、风向标运动体生根框架3、驱动臂5、刚性限位块7、弹性缓冲块8和压力传感器，单点滑环通常设置在图1中的位置1，单点滑环设置在风向标运动体生根框架3内，刚性限位块7共有两个，均位于风向标运动体生根框架3上，弹性缓冲块8共有两个，均紧贴相应的刚性限位块7内侧设置，单点滑环包括单点滑环转子2、单点滑环外输系统6和单点滑环外壳9，单点滑环转子2贯穿单点滑环外壳9，且单点滑环转子2与单点滑环外壳9之间设置有轴承，单点滑环外输系统6设置在单点滑环外壳9上，单点滑环外输系统6包括多个纵向排列的井液接头。驱动臂5的一端套设在单点滑环外壳9上，并与单点滑环外壳9刚性连接，驱动臂5用螺栓固定在图2中的位置4。驱动臂5的另一端位于两个刚性限位块7之间，压力传感器埋设在刚性限位块7与弹性缓冲块8之间。压力传感器在保证测量量程大于接触力且有一定安全系数范围内，也可以将传感器与限位块一体化设计。

刚性限位块7焊接在风向标运动体生根框架3上，弹性缓冲块8通过螺栓与刚性限位块7固定连接，弹性缓冲块8为消耗品，采用螺栓连接可以方便定期更换弹性缓冲块8。压力传感器与上位机有线或无线连接，本实施例中采用有线连接。弹性缓冲块8采用木块、橡胶块或复合材料制成。

针对钢质管连接的单点滑环可以作为一种辅助限位保护装置，因为钢质管连接的单点滑环需要对滑环外壳进行绝对限位，不允许出现扭动，以免拉扯钢质管造成泄漏和破坏，也可以先对钢制管加装柔性管段，增加单点滑环外壳扭转的空间，再采用本发明进行驱动。

驱动臂5的有效力臂和接触力，应满足如下公式：

M<L×(F×a)；

其中，

M指单点滑环内外壳体的最大静摩擦扭矩；

L指驱动臂有效力臂；

F指刚性接触力；

a指因采用缓冲块而出现的缓冲系数0<a<1。

单点滑环在使用时，驱动臂5与单点滑环的外壳同步转动，驱动臂端部只能在两个刚性限位块7之间运动，当驱动臂5转动至末端与限位装置中的弹性缓冲块8接触时，驱动臂5停止随动，此时由于接触力的反作用，在驱动臂5的力臂作用下产生了扭矩，该扭矩与内外壳静摩擦力扭矩大小相等方向相反，相互抵消使单点外壳静止，弹性缓冲块8还能缓冲驱动臂5对刚性限位块7的冲击力；同时，压力传感器也得到了接触力、接触时间和触碰次数等数据；并将得到的数据传递给上位机记录下来，从而可以绘制出驱动臂5工作状态曲线，方便后期对单点滑环使用寿命，特别是对轴承摩擦损伤进行评估。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种适用于海上油田单点滑环的柔性驱动臂，其特征是，包括单点滑环、风向标运动体生根框架（3）、驱动臂（5）、刚性限位块（7）、弹性缓冲块（8）和压力传感器，所述单点滑环设置在所述风向标运动体生根框架（3）内，所述刚性限位块（7）共有两个，均位于所述风向标运动体生根框架（3）上，所述弹性缓冲块（8）共有两个，均紧贴相应的刚性限位块（7）内侧设置，所述单点滑环包括单点滑环转子（2）、单点滑环外输系统（6）和单点滑环外壳（9），所述单点滑环转子（2）贯穿所述单点滑环外壳（9），且所述单点滑环转子（2）与所述单点滑环外壳（9）之间设置有轴承，所述单点滑环外输系统（6）设置在所述单点滑环外壳（9）上，所述驱动臂（5）的前端套设在所述单点滑环外壳（9）上，并与所述单点滑环外壳（9）刚性连接，末端位于两个刚性限位块（7）之间，压力传感器埋设在刚性限位块（7）与弹性缓冲块（8）之间；

所述单点滑环外输系统（6）包括多个纵向排列的井液接头；

所述刚性限位块（7）焊接在所述风向标运动体生根框架（3）上，所述弹性缓冲块（8）通过螺栓与所述刚性限位块（7）固定连接；

所述弹性缓冲块（8）采用木块、橡胶块或复合材料制成。

2.根据权利要求1所述的适用于海上油田单点滑环的柔性驱动臂，其特征是，所述压力传感器与上位机有线或无线连接。

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