本发明涉及一种钻井平台升沉补偿装置监测装置及其方案
背景技术：
升沉补偿装置是海洋钻井平台钻井系统的重要组成，通过对浮动天车的升沉运动补偿，保持钻杆的升沉运动在一定范围内波动，稳定井底钻压，确保钻井作业正常进行。以天车升沉补偿装置为例，升沉补偿装置工作时，游车携带大钩频繁地上下移动，移动过程中相关地连杆、轴承、滑轮也会相应地移动。长期频繁地运动难免会使机械结构产生疲劳、过度屈曲甚至损坏，极大地影响了平台作业的安全性。同时，为了便于相关系统的改进与升级，有必要对升沉补偿系统的运动状态进行观察。因此需要一种监测系统来完成对升沉补偿装置的力学、运动学、动力学、结构等的监测。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种天车升沉补偿装置监测系统及其方法，通过对升沉补偿系统中相关部件的监测，结合相关数据，进行分析，得到整个系统的受力和应变情况，从而对系统的安全性做出评估，保障平台作业的安全。
本发明通过以下方案来实现：一种天车升沉补偿装置监测系统，其特征在于:1位置传感器单元：下支撑杆、安装于下支撑杆上侧的激光距离传感器、上支撑架、安装于上支撑架下侧的激光距离传感器反射装置；2压力-转速传感器单元：转盘、连杆摇柄、与转盘相连的轴、置于轴中间的轴心压力传感器、磁敏电阻转速传感器、磁敏电阻转速传感器配合部件；3连杆应力应变测量单元：连杆、光纤光栅传感器、热缩管、包裹于光纤光栅传感器上的填充树脂；4数据处理存储单元；
所述的下支撑架固定于天车和井架上；上支撑架与升沉补偿液压缸相连，与游车、大钩一起上下移动。
所述的激光距离传感器安装于下支撑杆上侧,激光距离传感器反射装置安装于上支撑架下侧，两个装置相对应安装。
所述的轴心压力传感器内部的四个矩形空腔呈四方向阵列分布，压力传感器分四个方向安装于四个矩形空腔中，利用楔子固定。
所述的磁敏电阻转速传感器安装于与转盘相连的轴的外侧，磁敏电阻转速传感器配合部件安装于连杆摇柄与轴相配合的内侧，两个装置之间的相互移动测得轮盘的转速。
所述的光纤光栅传感器均匀分布于连杆的四个方向，利用树脂包裹避免受到污染或损坏，再利用热缩管将整个连杆包裹起来，进一步加固。
所述的一种天车升沉补偿装置监测系统的方法，它包括以下步骤：
1位置传感器单元包括以下步骤：
S1、将激光距离传感器安装于下支撑杆不影响补偿系统的合适位置；
S2、将激光距离传感器反射装置安装于上支撑架上与激光距离传感器对应的位置；
S3、将传感器连接至数据处理存储单元，通过测量与模拟对传感器进行归零处理。
2压力-转速传感器单元包括以下步骤：
S1、将压力传感器安装于轴心的四个空腔中，并用楔子固定，四个传感器分别测量四个方向的压力，构成轴心压力传感器，并将其安装到轴中间；
S2、将相关连杆摇柄、轴、轴心压力传感器安装到系统的相关位置；
S3、在轴的外侧粘贴上磁敏电阻转速传感器，并在连杆摇柄内圈粘贴上磁敏电阻转速传感器配合部件，进而测量出轮盘转速；
S4、将传感器连接至数据处理存储单元，通过测量与模拟对轴心压力传感器、磁敏电阻转速传感器做归零处理。
3连杆应力应变测量单元包括以下步骤：
S1、将光纤光栅传感器粘贴于连杆的四个方向上，沿连杆粘贴，长度与连杆长度相当；
S2、用填充树脂包裹光纤光栅传感器，并用热缩管包裹整个连杆，固定光纤光栅传感器；
S3、将光纤光栅传感器引出端连接至解调器，将信号传输至数据处理存储单元，通过测量与模拟，对传感器做归零处理。
4数据处理存储单元包括以下步骤：
S1、根据激光距离传感器的信息计算上支撑架、下支撑杆的距离，通过对升沉补偿系统刚性结构的分析得到系统的即时形态；
S2、根据轴心压力传感器测得的数据，通过计算得出相关结构的力学性质；
S3、根据磁敏电阻转速传感器的测量信息结合S1中系统的即时形态，计算出每个转盘的转速；S4、根据每组光纤光栅传感器的信息，通过模态分析，进行数据处理，计算得出每根连杆的应变情况，并计算出连杆的应力情况；
S5、结合所有的计算结果，对升沉补偿装置的安全性做出评估。
本发明具有以下优点：在不改变原有升沉补偿装置结构的基础上，采用粘贴式的安装方法安装传感器，不破坏原有结构性能，简单易操作，测量精度高，反馈即时，维护简单方便。
附图说明
图1为本发明的结构示意图，包括轮轴处的局部放大图和连杆的移出断面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明
如图1，一种天车升沉补偿装置监测系统，其特征在于:1位置传感器单元：下支撑杆(1)、安装于下支撑杆(1)上侧的激光距离传感器(2)、上支撑架(3)、安装于上支撑架(3)下侧的激光距离传感器反射装置(4)；2压力-转速传感器单元：转盘(5)、连杆摇柄(6)、与转盘(5)相连的轴(7)、置于轴(7)中间的轴心压力传感器(8)、磁敏电阻转速传感器(9)、磁敏电阻转速传感器配合部件(10)；3连杆应力应变测量单元：连杆(11)、光纤光栅传感器(12)、热缩管(13)、包裹于光纤光栅传感器(12)上的填充树脂(14)，树脂避免光纤光栅传感器被污染或损坏，热缩管进一步加固保护；4数据处理存储单元，数据处理单元接受来自各个传感器的信息，通过计算得出系统的相关参数，并对系统的安全性做出评估。
激光距离传感器(2)安装于下支撑杆(1)上侧,激光距离传感器反射装置(4)安装于上支撑架(3)下侧，下侧传感器固定不动避免线路损坏。
如图1中局部放大图所示：所述的轴心压力传感器(8)内部的四个矩形空腔呈四方向阵列分布，压力传感器分四个方向安装于四个矩形空腔中，利用楔子固定。
磁敏电阻转速传感器(9)安装于与转盘(5)相连的轴(7)外侧，磁敏电阻转速传感器配合部件(10)安装于连杆摇柄(6)与轴相配合的内侧，两装置安装位置相对应。
如图1中移出断面图所示：光纤光栅传感器(12)均匀分布于连杆(11)的四个方向，通过树脂填充、热缩管包裹的方式固定
所述的一种天车升沉补偿装置监测系统的方法，它包括以下步骤：
1位置传感器单元包括以下步骤：
S1、将激光距离传感器(2)安装于下支撑杆(1)不影响补偿系统的合适位置；
S2、将激光距离传感器反射装置(4)安装于上支撑架(3)上与激光距离传感器(2)对应的位置；
S3、将传感器连接至数据处理存储单元，通过测量与模拟对传感器进行归零处理。
2压力-转速传感器单元包括以下步骤：
S1、将压力传感器安装于轴心的四个空腔中，并用楔子固定，四个传感器分别测量四个方向的压力，构成轴心压力传感器(8)，并将其安装到轴(7)中间；
S2、将相关连杆摇柄(6)、轴(7)、轴心压力传感器(8)安装到系统的相关位置；
S3、在轴(7)的外侧粘贴上磁敏电阻转速传感器(9)，并在连杆摇柄(6)内圈粘贴上磁敏电阻转速传感器配合部件(10)；
S4、将传感器连接至数据处理存储单元，通过测量与模拟对轴心压力传感器(8)、磁敏电阻转速传感器(9)做归零处理。
3连杆应力应变测量单元包括以下步骤：
S1、将光纤光栅传感器(12)粘贴于连杆(11)的四个方向上，沿连杆粘贴，长度与连杆长度相当；
S2、用填充树脂(14)包裹光纤光栅传感器(12)，并用热缩管(13)包裹整个连杆(11)，固定光纤光栅传感器(12)；
S3、将光纤光栅传感器(12)引出端连接至解调器，将信号传输至数据处理存储单元，通过测量与模拟，对传感器做归零处理。
4数据处理存储单元包括以下步骤：
S1、根据激光距离传感器(2)的信息计算上支撑架(3)、下支撑杆(1)的距离，通过对升沉补偿系统刚性结构的分析得到系统的即时形态；
S2、根据轴心压力传感器(8)测得的数据，通过计算得出相关结构的力学性质；
S3、根据磁敏电阻转速传感器(9)的相关信息结合S1中系统的即时形态，计算出每个转盘(5)的转速；
S4、根据每组光纤光栅传感器(12)的信息，通过计算得出每根连杆的应变情况，并计算出连杆的应力情况；
S5、结合所有的计算结果，对升沉补偿装置的安全性做出评估。