CN115615695A - 一种单点系泊系统主轴承磨损程度可视化展示方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种单点系泊系统主轴承磨损程度可视化展示方法，属于单点系泊系统技术领域，包括可视化展示系统，可视化展示系统包括主轴承，主轴承外圈放置信号发生器，在该主轴承内圈放置若干信号接收器，实现对主轴承沿船艏尾方向的主要受力位置进行记录。其中，信号发生器安装于船艏方向，信号接收器环形分布。通过记录主轴承内圈不同位置在船艏方向停留时间，结合海况即可得出主轴承内圈不同部位的磨损程度。本发明首次实现了单点系泊系统主轴承磨损程度可视化展示，能够为单点系泊系统预防性维护提供依据。
Description
技术领域
本发明属于单点系泊系统技术领域，尤其是涉及一种单点系泊系统主轴承磨损程度可视化展示方法。
背景技术
浮时生产储卸油装置（Floating Production Storage and Offloading Unit，FPSO）是一种用于海上石油和天然气开发与生产处理的大型浮时生产设施，其设计目的是接受FPSO或附近平台或水下油气生产系统的油气井口生产流体，对其进行处理，并在油舱中储存石油，将其卸载到穿梭油轮上，或者通过管道运输。
为了实现FPSO在海面上的相对固定，避免过量位移导致与FPSO连接的柔性立管发生破裂，通常使用系泊系统。其中单点系泊系统能够借助转塔中的轴承实现船体系泊的“风向标”效应，使船体在风浪流等环境载荷作用下，绕转塔进行360°旋转，处于受风浪冲击最小的方向。
转塔功能实现的核心部件就是主轴承，正是主轴承的存在使得FPSO能够在系泊系统限定的范围内以最小的阻力进行漂移和转动。
由于海洋环境恶劣，单点系泊系统主轴承常年承受冲击，在FPSO首摇的作用下发生偏转、漂移和转动，承受轴向载荷、径向载荷和倾覆力矩。长期的服役过程中主轴承可能发生静载和动载荷承载能力降低，滚道表面出现凹坑，或者滚柱表面发生疲劳剥落，运行中产生较大的噪声、振动等情况。
可见，由于单点系泊系统能够拉住FPSO船体，使其在风浪的作用下自动转到受力最小的方向（风向标效应）。使得单点系泊系统主轴承是整个系统中受力最大，最复杂的部件。
单点系泊系统主轴承主要受到垂向静力（系泊向下的拉力，以下简称轴向力），水平向静力（船体受到风力作用产生的水平向力，以下简称径向力），倾覆力矩（由于船体相对固定于一点，船体随波浪上下起伏不能保持水平，因此导致的弯矩）的影响。
对以上几种力进行分析可知，轴向力由于原油生产和外输，导致吃水发生变化，只在较小的范围内发生变动，且主轴承内圈不同位置受力基本相同。径向力主要是风力导致，但是FPSO迎风面较小，因此径向力对主轴承磨损造成的贡献值也较小。FPSO船长较长（通常在200-300米），船体不能保持水平导致在单点系泊主轴承处产生的倾覆力矩较大，是造成主轴承异常磨损的主要因素。
由于主轴承系统处于封闭状态，目前尚无方法对单点系泊系统主轴承磨损程度进行可视化展示，无法对单点系泊系统主轴承进行预防性保养，只有察觉到主轴承发生异响后才能判断主轴承异常磨损，但是为时已晚。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种单点系泊系统主轴承磨损程度可视化展示方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种单点系泊系统主轴承磨损程度可视化展示方法，包括可视化展示系统，所述可视化展示系统包括主轴承，所述主轴承外圈放置有信号发生器，在该主轴承内圈放置有若干信号接收器，实现对主轴承的受力位置进行记录；
具体包括以下步骤：记录主轴承内圈不同位置在船艏方向停留时间，结合海况得出主轴承内圈不同部位的磨损程度；所述信号发生器每t秒钟发出信号，由信号接收器接收，并记录收到信号的位置，此处即为t秒钟内收到最大径向力及倾覆力矩的位置；
所述主轴承收到倾覆力矩的大小与船上波浪仪提供的浪高数据成正比，因此采用信号时长乘以浪高的方式来表示主轴承内圈不同位置相对磨损值的大小；
采用玫瑰图的形式展示主轴承内圈不同部位的磨损程度，具体为：设定主轴承的设计寿命为X年，设计转数极限为Y圈，则平均分配给主轴承每A°范围内的主要受力时间为X/(360Y/A)，单点系泊系统设计海况的浪高为Z，则玫瑰图的最大半径为XZ/(360Y/A)，将主轴承内圈每A°范围内能接收到船艏信号发生器的信号时长与浪高相乘，即可得到该位置的相对磨损值。
进一步地，所述信号发生器安装于船艏方向，数量为1个。
进一步地，所述信号接收器环形分布，数量为120个。
进一步地，在所述主轴承外圈沿平行于其轴线的方向放置信号发生器，在该主轴承内圈沿垂直于其轴线的方向放置信号接收器。这样可以在合适的位置选用数量较少的信号接收器，而不用在主轴承内圈上设置数量庞大的信号接收器。
进一步地，所述相对磨损值与最大半径的比值为主轴承内圈A°范围内位置的磨损比例。
通过记录主轴承内圈不同位置磨损情况，实现对主轴承的不同部位针对性的预防性维护。
本发明具体的效果如下：
单点系泊系统主轴承由于特殊的结构，只有少数几个润滑油加油口，其他部位是全包围不可见的，因此在以往的使用中依靠异响判断轴承辊子是否出现破损，维护被动。本发明首次实现了单点系泊系统主轴承磨损程度可视化展示，能够为单点系泊系统预防性维护提供依据。
附图说明
下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：
图1是本发明主轴承在单点系泊系统中的位置示意图；
图2是本发明主轴承的俯视图；
图3是本发明主轴承内圈磨损比例的玫瑰图。
图中：
1、主轴承；2、信号发生器；3、信号接收器；N、北；S、南；W、西；E：东。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明一种单点系泊系统主轴承磨损程度可视化展示方法，包括可视化展示系统，可视化展示系统包括主轴承1，在单点系泊系统的主轴承1外圈放置1个信号发生器2（如果多增加信号发生器可以进行交叉验证，但是单点系泊系统转动的速度比较慢，1个信号发生器如出现故障，其更换的速度够快足以满足需要，且降低了成本），信号发生器2安装于船艏方向，在主轴承1内圈放置120个信号接收器3，信号接收器3成环形分布，实现对单点系泊系统主轴承1沿船艏尾方向的主要受力位置进行记录。
进一步地，在主轴承1外圈（即与船体相对静止的部位）沿平行于其轴线的方向放置信号发生器2，在主轴承1内圈（即与系泊链相对静止的部位）沿垂直于其轴线的方向放置信号接收器3，这样可以在合适的位置选用数量较少的信号接收器3，而不用在主轴承1内圈上设置数量庞大的信号接收器（主轴承直径很大，约为13m）。
具体包括以下步骤：记录主轴承1内圈不同位置在船艏方向停留时间，结合海况即可得出主轴承内圈不同部位的磨损程度（相对磨损值）。
具体实现位置记录的方法：
在船艏方向的主轴承1外圈处设置一个信号发生器2，每5秒钟发出信号，由放置于主轴承1内圈的信号接收器3接收，并记录收到信号的位置。此处即为5秒钟内收到最大径向力及倾覆力矩的位置。
主轴承1受到倾覆力矩的大小与船上波浪仪提供的浪高数据成正比，因此采用信号时长乘以浪高的方式来表示主轴承1内圈不同位置磨损值的大小。
如图3所示，采用玫瑰图的形式，主轴承1内圈向海面投影，半径为信号时长乘以浪高，这样就得出可视化的单点系泊系统主轴承1内圈的磨损程度。
主轴承1内圈不同部位的磨损程度具体为：
假设单点系泊系统主轴承1的设计寿命为X年，设计转数极限为Y圈，那么平均分配给主轴承1每5°范围内的主要受力时间为X/72Y，单点系泊系统设计海况的浪高为Z，那么玫瑰图的最大半径为XZ/72Y；
将主轴承1内圈每5°范围内能接收到船艏信号发生器2的信号时长与浪高相乘，即可得到该位置的相对磨损值。
相对磨损值与最大半径的比值即为主轴承1内圈该位置的磨损比例。
通过记录主轴承1内圈不同位磨损情况，实现对主轴承1的不同部位针对性的预防性维护。
此外，主轴承1外圈沿船艏方向设置信号接收器3的部位受到最大的水平力以及倾覆力矩。主轴承1外圈具体的磨损情况为：FPSO在单点系泊系统的作用下绕主轴承1转动，风力作用下，FPSO会自动转到受风面积最小的方向即艏向受风。主轴承1的外圈是与FPSO船体是相对固定的，因此主轴承1外圈靠近船艏的方向与主轴承1内圈接触，受到弯矩影响时间最长，是磨损最严重的位置（用玫瑰图表示时，可以以船艏方向为正，船尾方向为负）。
本发明对FPSO船体单点轴承处的受力进行分析后发现，FPSO船体受到单点系泊系统锚链的作用，在大海中保持围绕一个点转动的状态，由于系泊点在船艏部，因此会产生较大的弯矩，随着船舶吃水的增加，这种情况越发严重，因此本发明将主轴承1处的弯矩考虑为导致主轴承1磨损的首要因素，将风力导致的径向力及吃水变化导致的轴向力列为次要因素，因此在本发明主轴承1磨损计算时进行了简化，并将次要因素予以忽略。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。
Claims (5)
1.一种单点系泊系统主轴承磨损程度可视化展示方法，其特征在于：包括可视化展示系统，所述可视化展示系统包括主轴承，所述主轴承外圈放置有信号发生器，在该主轴承内圈放置有若干信号接收器，实现对主轴承的受力位置进行记录，具体包括以下步骤：记录主轴承内圈不同位置在船艏方向停留时间，结合海况得出主轴承内圈不同部位的磨损程度；所述信号发生器每t秒钟发出信号，由信号接收器接收，并记录收到信号的位置，采用信号时长乘以浪高的方式来表示主轴承内圈不同位置相对磨损值的大小；采用玫瑰图的形式展示主轴承内圈不同部位的磨损程度，具体为：设定主轴承的设计寿命为X年，设计转数极限为Y圈，则平均分配给主轴承每A°范围内的受力时间为X/(360Y/A)，单点系泊系统设计海况的浪高为Z，则玫瑰图的最大半径为XZ/(360Y/A)，将主轴承内圈每A°范围内能接收到船艏信号发生器的信号时长与浪高相乘，得到相对磨损值。
2.根据权利要求1所述的单点系泊系统主轴承磨损程度可视化展示方法，其特征在于：所述信号发生器安装于船艏方向，数量为1个。
3.根据权利要求1所述的单点系泊系统主轴承磨损程度可视化展示方法，其特征在于：所述信号接收器环形分布，数量为120个。
4.根据权利要求1所述的单点系泊系统主轴承磨损程度可视化展示方法，其特征在于：在所述主轴承外圈沿平行于其轴线的方向放置信号发生器，在该主轴承内圈沿垂直于其轴线的方向放置信号接收器。
5.根据权利要求1所述的单点系泊系统主轴承磨损程度可视化展示方法，其特征在于：所述相对磨损值与最大半径的比值为主轴承内圈A°范围内位置的磨损比例。
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