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输油软管的补偿与共振

捷宇石油管道 发布时间:2017-12-28

该在行进中开展输油作业,输油软管由于自身承重,会在两船之间产生   的下垂高度H。由于两船间距的不断变化以及风浪等因素的影响,可能导致以下情况:

1)下垂高度过大,张力太小软管落入水中;

2)下垂高度过小,软管所承受的张力太大。

这两种情况都会影响输油装置的使用   。如果   依靠人工操作来保持适当的下垂高度会产生以下问题:

1)行进中输油作业一般持续时间较长,仅凭人工控制下垂高度,操作人员体力上很难胜任;

2)人工操作只能凭感官判断,控制精度不高;

3)反应不够及时。

针对上述问题,该输油装置在设计中采用基于PLC、扭矩传感器、液压伺服器件的自动补偿控制系统,控制软管绞车自动调节输油软管的下垂高度,使其在输油作业中始终处于正常工作范围内。由于软管下垂高度H与其所承受的张力N之间呈近似的线性关系,可以用软管张力补偿来实现下垂高度的自动补偿。

一、自动补偿原理

该输油装置主要包括软管绞车、液压驱动单元、软管组件、控制系统四部分。输油软管张力自动补偿工作原理是:用扭矩传感器检测出软管绞车驱动轴承受的扭矩,间接计算出软管承受的张力;用光电开关组测出软管绞车转动的方向和圈数,间接计算出绞车收放软管的长度。PLC根据预设的数据表判断当软管长度为L时,承受的张力是否超过上下限值,张力过小时,控制绞车自动放出软管,张力过大时控制绞车自动收管,使软管始终保持合适的下垂高度。

二、共振产生原因及解决方案

共振产生原因分析

该输油装置张力补偿试验中发现,软管产生共振是一个需要解决的主要问题:软管本身具有   的弹性,其自身承受了张力,加上补偿动作、惯性、海风、船身起伏的影响,在输油作业中将不可避免的始终处于上下振荡状态中,当振荡幅度增大到   程度时,将严重影响输油作业。导致软管产生振荡的原因主要分为以下三类:

1)共振问题:自动补偿收管和放管动作产生的振荡会相互干扰,可能发生共振问题,导致振幅越来越大,这是对自动补偿影响   大的问题;

2)惯性影响:绞车开始转动和停止转动瞬间,绞车驱动轴上的扭矩出现阶跃跳变;收放管动作停止时,软管由于惯性继续向上/下运动带来振荡。两种情况会导致收放高度与实际需要的补偿量之间出现偏差;

3)海况影响:船身上下起伏、左右摆动、两船间距变化、海风海浪对软管的作用都会造成软管的振荡。

补偿系统振荡分析

稳定是控制系统能够运行的   要条件,解决软管振荡对补偿的影响问题,实质是自动控制系统在输入信号和扰动作用下的稳态误差。分析软管产生振荡的三类原因可知,自动补偿控制面对的   主要,也是对补偿性能影响   大的扰动信号属于瞬时变化的阶跃函数,补偿系统输入信号为斜坡函数。

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