[發(fā)明專利]用于深水吊裝作業(yè)過程中的主動升沉補償系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810811964.2
• 申請日: 2018-07-23
• 公開（公告）號: CN108821118B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙藤;趙珂;張世義;袁培銀;馬永亮;冀楠
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶交通大學(xué)
• 主分類號: B66C13/18
• 分類號: B66C13/18;B66C15/00;F15B1/02
• 代理公司: 重慶樂泰知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 50221
• 代理人: 劉佳

本發(fā)明公開一種用于深水吊裝作業(yè)過程中的主動升沉補償系統(tǒng)，包括：運動計算單元、控制單元、液壓驅(qū)動單元和機械執(zhí)行單元，所述運動計算單元用于檢測工作母船的升沉運動信號、吊載的實時速度信號以及吊纜的實時張力信號，并結(jié)合輸入的主控信號進行運算后輸出至控制單元，所述控制單元用于對其進行計算以得到輸出信號，以對所述液壓驅(qū)動單元進行控制，所述液壓驅(qū)動單元連接于控制單元與機械執(zhí)行單元之間，用于為機械執(zhí)行單元提供動力，所述機械執(zhí)行單元用于實現(xiàn)補償?shù)趵|的非線性升沉運動。上述主動升沉補償系統(tǒng)可有效控制吊載的垂向運動，最大程度地降低吊纜垂向運動對整個施工過程的影響，以提高水下施工尤其是深水作業(yè)的安全性、高效性和可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于一種用于海上安裝領(lǐng)域的補償系統(tǒng)，具體涉及一種用于深水吊裝作業(yè)過程中的主動升沉補償系統(tǒng)。

背景技術(shù)

深水吊裝作業(yè)過程中，由工作母船運動和波、流載荷引起的吊纜非線性運動，特別是吊載處的垂向位移是影響吊載吊放方案、水下安裝工藝及施工作業(yè)效率的關(guān)鍵因素。研究開發(fā)具有升沉補償功能的系統(tǒng)——主動升沉補償系統(tǒng)(Active Heave CompensationSystem)可有效控制吊載處的垂向運動，最大程度地降低吊纜垂向運動對整個施工過程的影響，以提高水下施工尤其是深水作業(yè)的安全性、高效性和可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種用于深水吊裝作業(yè)過程中的主動升沉補償系統(tǒng)，包括：運動計算單元、控制單元、液壓驅(qū)動單元和機械執(zhí)行單元，所述運動計算單元用于檢測工作母船的升沉運動信號、吊載的實時速度信號以及吊纜的實時張力信號，并結(jié)合輸入的主控信號進行運算后輸出至控制單元，所述控制單元用于對其進行計算以得到輸出信號，以對所述液壓驅(qū)動單元進行控制，所述液壓驅(qū)動單元連接于控制單元與機械執(zhí)行單元之間，用于為機械執(zhí)行單元提供動力，所述機械執(zhí)行單元用于實現(xiàn)補償?shù)趵|的非線性運動。

其中，所述液壓驅(qū)動單元包括恒壓變量泵、蓄能器、電液伺服閥、變量液壓缸及液壓馬達/泵，所述液壓馬達/泵與變量液壓缸及電液伺服閥均相連，所述液壓馬達/泵還與恒壓變量泵及蓄能器相連，所述電液伺服閥還與恒壓變量泵及蓄能器均相連；所述恒壓變量泵與蓄能器組成恒壓油源，所述電液伺服閥、變量液壓缸及液壓馬達/泵構(gòu)成二次元件，所述恒壓油源用于提供穩(wěn)定的恒壓，所述液壓馬達/泵工作于恒壓油源，其工作壓力恒定不變，可通過調(diào)節(jié)液壓馬達/泵的排量來適應(yīng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速的變化。

進一步的，所述液壓馬達/泵為軸向柱塞變量泵，通過調(diào)節(jié)其內(nèi)部的斜盤傾角大小來控制液壓馬達/泵的排量，所述液壓馬達/泵的內(nèi)置斜盤與變量液壓缸的液壓桿相連，所述變量液壓缸通過電液伺服閥控制，所述電液伺服閥的開口大小與方向由控制單元控制。

進一步的，所述電液伺服閥的傳遞函數(shù)用二階振蕩模型來表示：

其中：Q_v(s)表示電液伺服閥的輸出流量(m³/s)；I表示電液伺服閥的輸入電流(A)；K_v表示電液伺服閥的流量增益[m³/(s·A)]；ω_v表示電液伺服閥的固有頻率(rad/s)；ζ_v表示電液伺服閥的阻尼比，s表示傳遞系數(shù)。

進一步的，所述變量液壓缸的連續(xù)性方程如下所示：

其中，q_v表示變量液壓缸的流量(m³/s)；A表示變量液壓缸的有效作用面積(m²)；Y表示變量液壓缸的內(nèi)部活塞位移(m)；C_tc表示變量液壓缸的泄漏系數(shù)[(m·N)/s]；p_L表示變量液壓缸的兩腔壓力差(N/m²)；V_t表示變量液壓缸的兩腔總?cè)莘e(m³)；β_e表示液壓油體積彈性模量(N/m²)；