一种原油转驳船系泊绞车的重载运动补偿系统

技术领域

本发明涉及原油转驳船领域，尤其涉及一种原油转驳船系泊绞车的重载运动补偿系统。

背景技术

传统的原油转运通常采用“FPSO(浮式生产储油船)+穿梭油轮”的组合方式，考虑到FPSO作业海域附近风浪流联合作用下的复杂海况，具备良好动力定位性能的穿梭油轮能够比较好地接近FPSO，完成原油的转驳工作。但是目前国际油价持续在地位运行，“FPSO+穿梭油轮”的转运模式单次运输的原油量偏小，运输成本偏高，特别是对于长距离运输的情形，这种缺陷显得尤为显著，大大压缩了原油开采公司的利润空间。

相比穿梭油船，VLCC(超大型油船)单次的运输量更大，可以大大降低海上原油的转运成本。但是传统的VLCC船型动力定位能力差，如果靠近FPSO进行原油转运，则需要借助复杂的多点系泊及辅助船舶的帮助达到相对稳态，且对作业海域的海床条件有比较高的要求。所以，为了迎合上述市场需求，搭建VLCC和FPSO之间的转运桥梁，CTV（原油转驳船）应运而生。

为避免安全事故的发生和降低作业成本，需要对原油转驳船的系泊绞车的升沉运动采取适当的运动补偿措施。而气液运动补偿器是目前海洋浮船和半潜式平台广泛采用的升沉补偿系统。

目前广泛应用在深海作业升沉补偿的气液补偿器主要有两种，分别为被动补偿式和半主动补偿式。

其中，被动式升降补偿器存在以下问题：

(1) 当承载很大而要求控制的载荷波动波动范围又很小时，往往需要较大的气瓶容积，增加成本，其钻压波动范围通常可以控制在±3%-±5%之内。当空气瓶容积超过5.6m³后，通过增加容积来达到减小载荷波动范围的效果迅速降低。因此被动式升沉补偿器只在负荷变化不允许超过悬重的±5%时推荐使用；

(2) 被动型升沉补偿系统只相当于一个液压缓冲器。尽管可以减小动态轴向应力，但是也有可能会出现这样的两种情况：一是当采矿船非常缓慢或者是匀速地上升或下沉时，补偿系统可能不会动作，因此其可靠性低；另一种情况就是系泊绞车可能在平衡位置附近共振，故其稳定性差；

（3)系统体积较大，蓄能器占用空间较多，相应较慢，补偿效果较差，当补偿达到一定程度后，很难通过增加气瓶容积来提高补偿效果，很难抑制超低频、宽带随机振动对钻柱的影响，补偿精度不高，补偿缸的密封摩擦力的影响无法消除。

而被动式半主动补偿式补偿器则存在以下问题：

（1）系统结构复杂，对驱动液压缸要求较高

（2）随着钻柱质量的不断增大仍然会消耗较多能量

（3）开环控制方式决定了该型升沉补偿系统无法消除补偿缸的密封摩擦力对系泊绞车升沉位移的影响。

发明内容

针对以上现有技术的缺陷，本发明提出了一种重载节能半主动型升沉补偿系统，应用复合液压缸、蓄能器能量回收、电液比例数字控制等技术。具有力、速度、位移或复合补偿多种模式。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种原油转驳船系泊绞车的重载运动补偿系统，包括复合液压缸、主控制器、检测装置以及液压油供应装置；

复合液压缸的固定端设在原油转驳船的系泊绞车上，所述复合液压缸的活动端设在原油转驳船的甲板上；

所述检测装置用于检测原油转驳船的运动状态，所述检测装置与所述主控制器的输入端连接，所述主控制器的输出端与所述液压油供应装置的控制端连接，所述液压油供应装置具有两个供油端，所述液压油供应装置的两个供油端分别与所述复合液压缸的有杆腔及无杆腔连通；

当检测装置检测到原油转驳船上升时，主控制器使液压油供应装置增大对复合液压缸的有杆腔的供油，使得复合液压缸的有杆腔的体积增大；

当检测装置检测到原油转驳船下沉时，主控制器使液压油供应装置增大对复合液压缸的无杆腔的供油，使得复合液压缸的无杆腔的体积增大；

当检测装置检测到原油转驳船保持平稳时，主控制器使液压油供应装置对复合液压缸的无杆腔及有杆腔的供油保持平衡。

优选的，所述复合液压缸包括主动缸和被动缸，所述主动缸设在所述被动缸内。

优选的，所述液压油供应装置包括油箱、定量泵、电磁比例换向阀和液压锁机构，

所述油箱与所述定量泵的进油口连通，所述定量泵的出油口分别与电磁比例换向阀的P口以及电磁比例溢流阀的进油口连通，所述电磁比例换向阀的T口与所述油箱连通，所述电磁比例换向阀的A口和B口分别与所述液压锁机构的第一进油口和第二进油口一一连通；

所述电磁比例换向阀的控制端与主控制器连接。

优选的，还包括蓄能器组，所述蓄能器组与所述被动缸的有杆腔连通。

优选的，所述检测装置包括第一加速度传感器和第二加速度传感器；所述第一加速度传感器设在复合液压缸的固定端，所述第二加速度传感器设在所述复合液压缸的活动端。

优选的，所述检测装置还包括第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器；所述第一压力传感器和所述第二压力传感器分别设在所述主动缸的有杆腔和无杆腔处；所述第三压力传感器设在蓄能器与所述被动缸的有杆腔之间。

优选的，所述液压油供应装置还包括电磁比例溢流阀，所述电磁比例溢流阀的进油口与定量泵的出油口连通，所述电磁比例溢流阀的出油口与所述油相连通，所述电磁比例溢流阀的控制端与所述主控制器连接。

优选的，所述液压油供应装置还包括过滤器、第一液压表和第二液压表，所述过滤器设在所述油箱与所述定量泵之间，所述第一液压表设在蓄能器与所述被动缸的有杆腔之间，所述第二液压表设在所述主动缸的有杆腔处。

本发明的有益效果为：本发明通过设置检测装置对原油转驳船运动状态的检测，从而调节液压供应装置对复合液压缸的供油状态，补偿精度高，使得原油转驳船在风浪的影响下作升沉运动时，系泊绞车仍能保持相对静止的状态，保证了原油转驳船的原油中转工作的安全；而本发明采用复合式液压缸有效减少了所需液压缸的数量，从而节约了占用的空间，降低了安装的要求，保证了能够安装在整体空间狭小的原油转驳船上，易于实现闭环控制，稳定性高。

附图说明

附图对本发明做进一步说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。

图1是本发明其中一个实施例的整体结构示意图；

图2是本发明其中一个实施例的检测装置的结构示意图。

其中：油箱1、过滤器2、伺服电机3、定量泵4、电磁比例换向阀6、液压锁机构7、蓄能器组9、第一压力表11、第二压力表14、系泊绞车11、第一加速度传感器12、第二加速度传感器16、主控制器13、第一压力传感器15、第二压力传感器18、第三压力传感器24、被动缸17、电磁比例溢流阀19、主动缸25、复合液压缸26。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本实施例的一种原油转驳船系泊绞车的重载运动补偿系统，参考附图1，包括复合液压缸、主控制器13、检测装置以及液压油供应装置；

复合液压缸的固定端设在原油转驳船的系泊绞车11上，复合液压缸的活动端设在原油转驳船的甲板上；

检测装置用于检测原油转驳船的运动状态，检测装置与主控制器13的输入端连接，主控制器13的输出端与液压油供应装置的控制端连接，液压油供应装置具有两个供油端，液压油供应装置的两个供油端分别与复合液压缸的有杆腔及无杆腔连通；

当检测装置检测到原油转驳船上升时，主控制器13使液压油供应装置增大对复合液压缸的有杆腔的供油；

当检测装置检测到原油转驳船下沉时，主控制器13使液压油供应装置增大对复合液压缸的无杆腔的供油；

当检测装置检测到原油转驳船保持平稳时，主控制器13使液压油供应装置对复合液压缸的无杆腔及有杆腔的供油保持平衡。

本发明通过设置检测装置对原油转驳船运动状态的检测，从而调节液压供应装置对复合液压缸的供油状态，补偿精度高，使得原油转驳船在风浪的影响下作升沉运动时，系泊绞车仍能保持相对静止的状态，保证了原油转驳船的原油中转工作的安全；而本发明采用复合式液压缸有效减少了所需液压缸的数量，从而节约了占用的空间，降低了安装的要求，保证了能够安装在整体空间狭小的原油转驳船上，易于实现闭环控制，稳定性高。

优选的，复合液压缸包括主动缸25和被动缸17，主动缸25设在被动缸17内。

优选的，液压油供应装置包括油箱1、定量泵4、电磁比例换向阀6和液压锁机构7，

油箱1与定量泵4的进油口连通，定量泵4的出油口分别与电磁比例换向阀6的P口以及电磁比例溢流阀19的进油口连通，电磁比例换向阀6的T口与油箱1连通，电磁比例换向阀6的A口和B口分别与液压锁机构7的第一进油口和第二进油口一一连通；

电磁比例换向阀6的控制端与主控制器13连接。

油箱1用于供应液压油，定量泵4通过伺服电机3控制用于对液压油的输送提供动力；该电磁比例换向阀6为O型三位四通电磁换向阀，用于在主控制器13的控制下，实现A口与P口相通、B口与T口相通以及P口与B口相通及A口与T口相通的切换，从而实现了使定量泵4对主动缸25的无杆腔及有杆腔供油的切换。

优选的，还包括蓄能器组9，蓄能器组9与被动缸17的有杆腔连通。

设置蓄能器实现了被动的升沉补偿，当原油转驳船的升沉运动幅度较小时，蓄能器组9通过存储或释放能量，维持复合液压缸内压力的平衡，保证系泊绞车能够保持相对静止的状态。

采用蓄能器组9来储存原油转驳船由于海浪升举使复合液压缸中油液被压缩所产生的能量，能量的存储和释放，成本低，结构简单。

优选的，参考附图2，检测装置包括第一加速度传感器12和第二加速度传感器16；第一加速度传感器12设在复合液压缸的固定端，第二加速度传感器16设在复合液压缸的活动端。

第一加速度传感器12设在原油转驳船的系泊绞车上，用于测量系泊绞车升沉运动的加速度，第二加速度传感器16设在原油转驳船的甲板上，用于测量原油转驳船升沉运动的加速度。

进一步的，检测装置还包括第一压力传感器15、第二压力传感器18和第三压力传感器24；第一压力传感器15和第二压力传感器18分别设在主动缸25的有杆腔和无杆腔处；第三压力传感器24设在蓄能器与被动缸17的有杆腔之间。

第一压力传感器15和第二压力传感器18分别用于检测主动缸25的有杆腔和无杆腔处的油压，第三压力传感器24用于检测蓄能器与被动缸17之间的油压；当采用液压油供应装置调节复合液压缸的状态时，除了考虑系泊绞车与原油转驳船的运动状态，还考虑复合液压缸内液压的状况。

液压油供应装置还包括电磁比例溢流阀19，电磁比例溢流阀19的进油口与定量泵4的出油口连通，电磁比例溢流阀19的出油口与油相连通，电磁比例溢流阀19的控制端与主控制器13连接。由此，设置电磁比例溢流阀19，保证了液压油供应装置油路的安全，同时可确保定量泵4的输油效率。

液压油供应装置还包括过滤器2、第一压力表11和第二压力表14，过滤器2设在油箱1与定量泵4之间，第一压力表11设在蓄能器与被动缸17的有杆腔之间，第二压力表14设在主动缸25的有杆腔处。

过滤器2用于过滤液压油中的杂质，保证了油路的安全。

本实施例的工作原理为：由于在海浪的影响下，原油转驳船会产生升沉，本实施例是用于对升沉运动进行补偿，补偿的目的是让原油转驳船上的系泊绞车相对静止，保证原油转驳船输送原油过程中的安全，由此原油转驳船可视为做无规则的升沉运动，即整个补偿过程可分为三种情况：

当原油转驳船下沉时，带动复合液压缸的活动端向下活动，使得被动缸17中有杆腔内的液压油压缩，此时蓄能器组9储存该部分的能量；当蓄能器组9中气体、液体压力都越来越大时，主控制器13根据第一压力传感器15、第二压力传感器18和第三压力传感器24检测出的液体压力，第一加速度传感器12和第二加速度传感器16检测出的加速度，通过分析计算，调节电磁比例换向阀6的输入信号，使得电磁比例阀中线圈22YA动作，阀芯右移左位通，增大对主动缸25的无杆腔的供油，同时主控制器13跟据主动缸25和被动缸17压力变化调节电信号，控制电磁比例阀换向阀的出油口的开口大小，由此保证系泊绞车不下沉，保持平衡。

同理，当原油转驳船上升时，电磁比例阀线圈22YA动作，阀芯左移右位通，主控制器13通过测出的压力和加速度值来调节和控制比例阀的输入电信号，从而使得原油转驳船下沉过程中，系泊绞车不下沉，保持平衡。

当原油转驳船保持平稳时，主控制器13通过测出的压力值和加速度值来判断该系统的稳定，从而使电磁比例阀的阀芯保持中位，主动缸25中的液压油在液压锁的锁定下，保持平衡，因此整个系统保持稳定。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。