導管架平臺杆件應力測量的傳感器系統及方法

2023-04-26 22:47:16 3

導管架平臺杆件應力測量的傳感器系統及方法
【專利摘要】本發明提供了一種導管架平臺杆件應力測量的傳感器系統，包括：位於同一圓周上且間隔設置的多個應變傳感器、傳感器連接基座。本發明還提供了相應的測量方法，通過傳感器組合使用，將測得的杆件表面的應力值推算為杆件實際所承受的平均應力、應變。本發明能夠較準確的獲得杆件整體應力、應變的平均值，且操作簡單，適應複雜的工作條件，適合長時間在複雜海況的水下作業，方便傳感器定位、安裝的基座上，可以對傳感器本身進行保護，使之適應於長時間的海面下工作，傳感器採用高精度的光纖傳感器，信號便於採集和處理。
【專利說明】導管架平臺杆件應力測量的傳感器系統及方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及海洋工程【技術領域】的裝置，具體地涉及一種布設在導管架平臺水下杆 件上的應變、應力測量的方法與相應的安裝裝置，能更加準確的監測杆件的應力情況。

【背景技術】
[0002] 中海油渤海BZ25-1WHPB平臺水下巡檢時發現-18m處杆件焊縫出現裂口，從檢測 報告上看，目前共有6處泥面處水平撐與導管腿存在裂口或者已經脫落。
[0003] 因此，對導管架平臺健康狀況進行實時在線準確的評估，對結構的安全性、完整性 進行實時的監測，從而對受損杆件及早進行定位和修復，可以降低海上油氣事故的發生率， 減小經濟損失。然而，依靠人工檢測或者ROV檢測、超聲波法、放射法檢測，只能是"事後"監 測，不能在惡劣海況下實現結構完整性和安全性的在線實時監測。與此相比，採用結構的振 動響應數據，包括結構固有頻率、固有陣型、模態應變能等，來識別和診斷結構的損傷，是一 種研究較多而且成本低的無損檢測方法。但是這種方法有一定的局限性，不規則波浪的有 色噪聲和測試噪聲對模態識別存在幹擾，對診斷結果影響很大。
[0004] 另一方面，對於平臺杆件應力的準確監測一直以來都是工程上的難題，現在的應 變傳感器往往只能監測到杆件某一側的表面應變，不能準確反應整個杆件的工作狀況。與 此同時，如果利用現有的傳感器方法得到的平臺應變會與真實值產生相對較大的誤差。對 於杆件的安全評估工作更重要的是關心杆件內部的最大變形與應力，因此傳統的傳感器布 置與測量得到的數據對於開發平臺的健康監管系統是很不利的。


【發明內容】

[0005] 對於現有技術中的缺陷，本發明的目的是針對導管架水下測量的特點，提供一種 應力、應變測量方案，能夠方便的安裝在平臺導管杆件上，並方便在水下進行安裝、測量作 業。實時監測杆件的工作狀態，反應出杆件的最大應力、應變情況。本發明旨在解決現有的 應力、應變測量儀器只能測得杆件表面的應力，難以真實準確的獲得整體杆件的受力、變形 狀況的問題，希望通過合理的設計做到方便、有效的在水下安裝、作業；準確、及時獲得監測 點的應力、應變值，並與安全軟體結合連續時時監測平臺的安全狀況。
[0006] 根據本發明提供的一種導管架平臺杆件應力測量的傳感器系統，包括：位於同一 圓周上且間隔設置的多個應變傳感器、傳感器連接基座；
[0007] 應變傳感器安裝在傳感器連接基座上，用於安裝在杆件上。
[0008] 優選地，所述多個應變傳感器之間以等角度間隔分布，傳感器連接基座呈半圓弧 形。
[0009] 優選地，還包括槽型保護外殼，槽型保護外殼安裝於傳感器連接基座，且槽口朝向 傳感器連接基座，應變傳感器位於槽型保護外殼的槽道內，槽型保護外殼上設置有與基座 形式相配的滑動槽口，使得槽型保護外殼能夠通過滑動槽口在傳感器連接基座上滑動，並 通過定位螺栓進行角度定位。
[0010] 根據本發明提供的一種導管架平臺杆件應力測量的測量方法，包括如下步驟：
[0011] 步驟1:根據杆件的直徑，將鋼板彎製成半圓弧形狀，得到傳感器連接基座；
[0012] 步驟2 :在傳感器連接基座上標定用於安裝應變傳感器的定位點；
[0013] 步驟3 :將應變傳感器安裝於定位點，從而得到導管架平臺杆件應力測量的傳感 器系統，其中，應變傳感器的中心線落在定位點上；
[0014] 步驟4:將導管架平臺杆件應力測量的傳感器系統，安裝到杆件上，其中，應變傳 感器與杆件平行安裝；
[0015] 步驟5 :根據如下公式計算得到杆件的軸向應變的最大值，並將杆件的軸向應變 的最大值作為杆件主應變值。
[0016] 優選地，應變傳感器的數量為3個；
[0017] 所述步驟5通過如下公式計算得到杆件的軸向應變的最大值，並將杆件的軸向應 變的最大值作為杆件主應變值：
[0018]

【權利要求】
1. 一種導管架平臺杆件應力測量的傳感器系統，其特徵在於，包括：位於同一圓周上 且間隔設置的多個應變傳感器、傳感器連接基座； 應變傳感器安裝在傳感器連接基座上，用於安裝在杆件上。
2. 根據權利要求1所述的導管架平臺杆件應力測量的傳感器系統，其特徵在於，所述 多個應變傳感器之間以等角度間隔分布，傳感器連接基座呈半圓弧形。
3. 根據權利要求1所述的導管架平臺杆件應力測量的傳感器系統，其特徵在於，還包 括槽型保護外殼，槽型保護外殼安裝於傳感器連接基座，且槽口朝向傳感器連接基座，應變 傳感器位於槽型保護外殼的槽道內，槽型保護外殼上設置有與基座形式相配的滑動槽口， 使得槽型保護外殼能夠通過滑動槽口在傳感器連接基座上滑動，並通過定位螺栓進行角度 定位。
4. 一種導管架平臺杆件應力測量方法，其特徵在於，包括如下步驟： 步驟1 :根據杆件的直徑，將鋼板彎製成半圓弧形狀，得到傳感器連接基座； 步驟2 :在傳感器連接基座上標定用於安裝應變傳感器的定位點； 步驟3 :將應變傳感器安裝於定位點，從而得到導管架平臺杆件應力測量的傳感器系 統，其中，應變傳感器的中心線落在定位點上； 步驟4:將導管架平臺杆件應力測量的傳感器系統，安裝到杆件上，其中，應變傳感器 與杆件平行安裝； 步驟5 :計算得到杆件的軸向應變的最大值，並將杆件的軸向應變的最大值作為杆件 主應變值。
5. 根據權利要求4所述的導管架平臺杆件應力測量方法，其特徵在於， 應變傳感器的數量為3個； 所述步驟5通過如下公式計算得到杆件的軸向應變的最大值，並將杆件的軸向應變的 最大值作為杆件主應變值：
其中，εmax表示杆件的軸向應變的最大值，ε χ表示杆件主應變值，ε i為第i個應變傳 感器測得的軸向應變，i = 1，2或3，q為應變傳感器拉伸引起的軸向應變，ε w為應變傳 感器彎曲引起的軸向最大應變。
6. 根據權利要求4所述的導管架平臺杆件應力測量方法，其特徵在於， 應變傳感器的數量為4個； 布置4個應變傳感器，在杆件的同一圓周上每間隔90度設置一個應變傳感器，各應變 傳感器測得的軸向應變為ε2, ε3, ε4根據3個應變傳感器的計算方法，取每相鄰3個 應變傳感器的應力值計算，這樣會得出四組值，然後求這四組值的平均值即 可得出最大應力； 中，所沭3個應奪傳感黑的計笪方法，縣休為：
其中，εmax表示杆件的軸向應變的最大值，ε χ表示杆件主應變值，ε i為第i個應變傳 感器測得的軸向應變，i = 1，2或3，q為應變傳感器拉伸引起的軸向應變，ε w為應變傳 感器彎曲引起的軸向最大應變。
7.根據權利要求4所述的導管架平臺杆件應力測量的傳感器系統，其特徵在於，在步 驟3中，首先將應變傳感器安裝於槽型保護外殼，然後將應變傳感器和槽型保護外殼一併 安裝於傳感器連接基座，從而得到導管架平臺杆件應力測量的傳感器系統，其中，槽型保護 外殼的槽口朝向傳感器連接基座，應變傳感器位於槽型保護外殼的槽道內，槽型保護外殼 上設置有與基座形式相配的滑動槽口，使得槽型保護外殼能夠通過滑動槽口在傳感器連接 基座上滑動，並通過定位螺栓進行角度定位。
【文檔編號】G01L1/00GK104374496SQ201410625546
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月7日 優先權日:2014年11月7日
【發明者】朱一飛, 馬磊鑫, 付世曉, 李嘯雨, 吳劍橋, 林易, 曾亞東 申請人:上海交通大學