专利名称：铺管绞车钢丝绳测量方法及测量装置的制作方法
技术领域：
本发明属于海洋石油工程设备制造技术领域，涉及一种铺管绞车钢丝绳的测量方
法，本发明还涉及该方法所使用的测量装置。
背景技术：
目前，随着海洋石油勘探开发不断向更深的水域发展，海底管道工程在海洋油气 开发当中的地位更加突出，海洋石油天然气输送管道大多采用铺管船铺设，铺管绞车是铺 管船的重要设备之一，一般布置在铺管作业线的最后端，铺管绞车引导牵引管道的钢丝绳 沿着设定的方向和目标延伸到海底，并且铺管绞车上的测量装置将测量的数据传送给铺管 绞车的控制系统，其作业环境对铺管船及铺管设备提出了愈来愈高的要求， 一是要求铺管 船作业专用设备自动化水平愈来愈高，二是要求铺管船作业线上的设备安全系数越来越 高，三是要求甲板设备布局更加紧凑合理。 现有的铺管绞车在钢丝绳下放或回收管道时一般为恒张力或恒速运行，以保证水 下管道的安全，铺管绞车根据自身参数对钢丝绳进行监控，但是现有测量装置设置在绞车 盘上，数据采集经过多个环节后，其精度明显下降，绞车响应时间长，不能保证绞车在可控 的安全范围内运行。另外现有的铺管绞车与铺管船作业线布局不合理，占用了甲板的大量 空间，影响了其他设备的安装使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种铺管绞车钢丝绳测量方法，解决了现有技术中钢丝绳参 数测量精度低、绞车响应时间长；设备布局不合理的问题。 本发明的另一 目的是提供一种上述铺管绞车钢丝绳测量方法所用的测量装置。
本发明所采用的技术方案是，一种铺管绞车钢丝绳测量方法，该方法使用一种测 量装置，测量装置的结构是， 包括在壳体的内部空腔中固定安装有心轴，壳体的内部侧壁固定安装有长度传感 器和测速传感器，心轴上套装有滑轮，滑轮的一侧端面设置有齿圈和轮辐，轮辐与长度传感 器对应安装，齿圈与测速传感器上的测速齿轮啮合，心轴的轴心孔中设置有拉力传感器，长 度传感器、测速传感器和拉力传感器均与铺管绞车控制装置连接，铺管绞车控制装置为双 冗余系统， 该方法按照以下步骤实施 钢丝绳由铺管绞车排出或收回，将钢丝绳通过滑轮的安装槽进行转向，钢丝绳的 走动使滑轮转动，测速传感器通过对齿圈的感知，得到测速传感器的输出信号；长度传感器 通过对轮辐的感知，使长度传感器产生周期性脉冲信号；心轴受到滑轮上钢丝绳的变向压 力产生变形，通过拉力传感器得到拉力输出信号，最后通过铺管绞车控制装置，计算得到钢 丝绳实际的排出或收回速度、长度及拉力值，实时控制铺管绞车及时修正钢丝绳的排出或 收回。
本发明所采用的另一技术方案是，一种铺管绞车钢丝绳测量装置，包括在壳体的 内部空腔中固定安装有心轴、长度传感器和测速传感器，心轴上通过轴承套装有滑轮，滑轮 的侧面设置有齿圈和轮辐，长度传感器与轮辐对应安装，用于采集轮辐的运动信号，测速传 感器上的测速齿轮与齿圈啮合，用于采集齿圈的运动信号，心轴的轴心孔中设置有拉力传 感器，长度传感器、测速传感器和拉力传感器均与铺管绞车控制装置连接，铺管绞车控制装 置为双冗余系统。
本发明的测量装置，其特征还在于 所述的长度传感器选用电感式接近传感器、光电式传感器、霍尔传感器或超声波 传感器。
所述的测速传感器选用电磁式转速传感器。
所述的拉力传感器选用应变式传感器。 所述的轴承选用两个圆锥滚子轴承或是一个双列圆锥滚子轴承。 本发明的测量方法及装置采用机械与电子组合的结构形式，S卩"滑轮+传感器"形
式，将铺管绞车排出的钢丝绳按照设定的方向导向，有效解决铺管绞车拉力、钢丝绳长度及
速度参数的测量精度与响应时间，并且使绞车控制系统获得的数据更加直接、精度更高，提
高了绞车运行的准确性、安全性。绞车位置不在铺管作业线中心线上，各种设备更易于布
置，有效利用空间。
图1是本发明的铺管绞车钢丝绳测量装置的侧视结构示意图； 图2是本发明的铺管绞车钢丝绳测量装置的俯视结构示意图 图3是现有测量方法的铺管作业线与铺管绞车的平面布局示意图； 图4是本发明测量方法及装置位置及铺管作业线与铺管绞车的平面布局示意图。 图中，l.滑轮，2.心轴，3.轴承，4.齿圈，5.壳体，6.联接座，7.长度传感器，8.测
速传感器，9.拉力传感器，IO.轮辐，ll.铺管绞车，12.钢丝绳，13.测量装置。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行详细说明。 如图1、图2，本发明的测量装置的结构是，包括在壳体5的内部空腔中固定安装有
心轴2、长度传感器7和测速传感器8，心轴2上通过轴承3套装有滑轮l，滑轮1的侧面设
置有齿圈4和轮辐IO，长度传感器7与轮辐10对应安装，用于采集轮辐10的运动信号，测
速传感器8上的测速齿轮与齿圈4啮合，用于采集齿圈4的运动信号，心轴2的轴心孔中设
置有拉力传感器9，壳体5与联接座6连接，长度传感器7、测速传感器8和拉力传感器9均
与铺管绞车控制装置连接，铺管绞车控制装置为双冗余系统。 轴承3可以选用两个圆锥滚子轴承或是一个双列圆锥滚子轴承。 滑轮1用来导向钢丝绳，钢丝绳的线性运动使滑轮1产生圆周周期性运动，二者为
线性关系，由长度传感器7接受线性运动信号并输出。 滑轮1通过心轴2支撑在壳体中，钢丝绳通过滑轮1的安装槽转向时在钢丝绳拉 力下使心轴2受到弯矩产生变形，设置于心轴内部的拉力传感器9即可检测心轴变形的大
4小并输出脉冲电流，通过控制系统计算得出钢丝绳的拉力，该拉力传感器9需要标定。
长度传感器7可采用光电式传感器、霍尔传感器或超声波传感器等形式采集数 据；测速传感器8不需要电源，利用永磁体自感应产生电压及脉冲电流；拉力传感器9则为 应变式传感器。 图3是现有测量方法的铺管作业线与铺管绞车的平面布局示意图。这种方法各种 设备占用的直线距离长，占用空间大，影响了其他设备的布局，不利于甲板上同时开展其他 作业。图4实施例给出的是测量装置的水平安装方式，根据铺管船作业线布置，测量装置也 可以是立式安装方式，即滑轮1垂直于甲板安装，占用空间更少，甲板上其他设备更易于布 置，能够有效利用空间。 参照图4，本发明的铺管绞车钢丝绳测量方法是，按照以下步骤实施
钢丝绳由绞车排出或收回，将钢丝绳通过滑轮1的安装槽进行转向，钢丝绳的走 动使滑轮1转动，测速传感器8通过对齿圈4的感知，得到测速传感器8的输出电压信号； 长度传感器7通过对轮辐10的感知，使长度传感器7产生周期性脉冲电流；心轴2受到滑 轮1上钢丝绳的变向压力产生变形，通过拉力传感器9得到拉力输出信号，最后通过铺管绞 车的控制装置，计算得到钢丝绳实际的排出或收回速度、长度及拉力值，控制铺管绞车及时 修正钢丝绳的排出或收回。预设绞车下放钢丝绳时速度为正，长度递增；反之绞车收回钢丝 绳时速度为负，长度递减。 本发明的测量装置采用机械与电子组合的结构形式，即"滑轮+传感器"形式，把 铺管绞车排出的钢丝绳按照设定的方向导向，有效解决铺管绞车拉力、钢丝绳长度及速度 参数的测量精度与响应时间，并且使绞车控制系统获得的数据更加直接、精度更高，提高了 绞车运行的准确性、安全性。同时将测量的数据传送给铺管绞车的控制系统，铺管绞车根据 收到的数据对绞车收放进行实时控制，并把这些数据转换为人机界面显示的数字信号。本 发明将铺管绞车控制装置升级为双冗余系统，使铺管绞车无论在任何工况下都能有两套运 行参数反馈，使铺管绞车的安全性大大提高；具有易于安装、维护简单、信号输出安全不受 干扰等特点。 本发明的方法，满足了大负荷钢丝绳导向的要求，而且能够给铺管绞车传送各种 实时数据，使绞车进行自动化控制及安全控制，同时把铺管绞车与测量装置分离，绞车位置 不在铺管作业线中心线上，甲板设备更易于布置，有效利用空间，能够适应各种单双滚筒铺 管绞车的铺管船铺管作业线使用要求，具有广泛的适应性。
权利要求
一种铺管绞车钢丝绳测量方法，其特征在于该方法使用一种测量装置，测量装置的结构是，包括在壳体(5)的内部空腔中固定安装有心轴(2)，壳体(5)的内部侧壁安装有长度传感器(7)和测速传感器(8)，心轴(2)上套装有滑轮(1)，滑轮(1)的一侧端面设置有齿圈(4)和轮辐(10)，轮辐(10)与长度传感器(7)对应安装，齿圈(4)与测速传感器(8)上的测速齿轮啮合，心轴(2)的轴心孔中设置有拉力传感器(9)，长度传感器(7)、测速传感器(8)和拉力传感器(9)均与铺管绞车控制装置连接，铺管绞车控制装置为双冗余系统，该方法按照以下步骤实施钢丝绳由铺管绞车排出或收回，将钢丝绳通过滑轮(1)的安装槽进行转向，钢丝绳的走动使滑轮(1)转动，测速传感器(8)通过对齿圈(4)的感知，得到测速传感器(8)的输出信号；长度传感器(7)通过对轮辐(10)的感知，使长度传感器(7)产生周期性脉冲信号；心轴(2)受到滑轮(1)上钢丝绳的变向压力产生变形，通过拉力传感器(9)得到拉力输出信号，最后通过铺管绞车控制装置，计算得到钢丝绳实际的排出或收回速度、长度及拉力值，实时控制铺管绞车及时修正钢丝绳的排出或收回。
2. 根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于所述的滑轮(1)可以采用水平或立 式安装。
3. 根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于所述的长度传感器(7)选用电感式 接近传感器、光电式传感器、霍尔传感器或超声波传感器。
4. 根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于所述的测速传感器(8)选用电磁式 转速传感器。
5. 根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于所述的拉力传感器(9)选用应变式传感器。
6. —种铺管绞车钢丝绳测量装置，其特征在于包括在壳体(5)的内部空腔中固定安装有心轴(2)、长度传感器(7)和测速传感器(8)，心轴(2)上通过轴承(3)套装有滑轮(1)， 滑轮(1)的侧面设置有齿圈(4)和轮辐(IO)，长度传感器(7)与轮辐(10)对应安装，用于 采集轮辐(10)的运动信号，测速传感器(8)上的测速齿轮与齿圈(4)啮合，用于采集齿圈 (4)的运动信号，心轴(2)的轴心孔中设置有拉力传感器(9)，长度传感器(7)、测速传感器 (8)和拉力传感器(9)均与铺管绞车控制装置连接，铺管绞车控制装置为双冗余系统。
7. 根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于所述的长度传感器(7)选用电感式 接近传感器、光电式传感器、霍尔传感器或超声波传感器。
8. 根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于所述的测速传感器(8)选用电磁式 转速传感器。
9. 根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于所述的拉力传感器(9)选用应变式 传感器。
10. 根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于所述的轴承(3)选用两个圆锥滚子 轴承或是一个双列圆锥滚子轴承。
全文摘要
本发明公开了一种铺管绞车钢丝绳测量方法，其步骤是，钢丝绳由绞车排出或收回，将钢丝绳穿过测量装置的滑轮后转向，钢丝绳带动滑轮转动，通过齿圈与测速传感器的对应设置，得到测速传感器的输出电压信号；通过轮辐与长度传感器的对应设置，使长度传感器产生周期性脉冲电流；通过心轴上的拉力传感器得到拉力输出信号，最后通过铺管绞车控制装置，计算得到钢丝绳排出或收回的速度、长度及拉力值，实时控制铺管绞车及时修正钢丝绳的排出或收回。本发明还公开了上述方法所用的测量装置，将铺管绞车排出的钢丝绳按照设定的方向导向，提高铺管钢丝绳参数的测量精度与响应时间；绞车位置不在铺管作业线中心线上，有效利用空间。
文档编号G01P3/42GK101723273SQ20091021885
公开日2010年6月9日 申请日期2009年11月6日 优先权日2009年11月6日
发明者吴建民, 李鹏, 杨海刚, 王定亚, 蔡娟 申请人:宝鸡石油机械有限责任公司