動態(tài)恒張力液壓調(diào)速裝置制造方法
【專利摘要】一種動態(tài)恒張力液壓調(diào)速裝置，包括：主驅(qū)動液壓部分、機械傳動部分、控制部分，其中，主驅(qū)動液壓部分中的液壓源比例溢流閥與控制部分的模擬量輸出模塊相連；主驅(qū)動液壓部分中的泵壓力控制比例溢流閥與控制部分模擬量輸出模塊相連；并且，主驅(qū)動液壓部分中的馬達(dá)通過機械傳動部分中的換向器、扭矩-轉(zhuǎn)速傳感器、減速機、定軸輪系與滾筒連接；通過控制部分來最終實現(xiàn)控制馬達(dá)的正反向旋轉(zhuǎn)，并控制泵是否接通供油管路；同時，控制部分還可通過對力矩的閉環(huán)控制來實現(xiàn)在鋪設(shè)過程中管道的恒張力狀態(tài)。本實用新型在管道鋪設(shè)過程中，能夠限制管道張力及鋪設(shè)速度的波動，降低海洋環(huán)境對管道甚至鋪管船帶來的安全隱患，提高鋪管作業(yè)效率、降低作業(yè)成本。
【專利說明】動態(tài)恒張力液壓調(diào)速裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實用新型涉及調(diào)速裝置，尤其涉及一種動態(tài)恒張力液壓調(diào)速裝置。屬于海洋石油工程領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]海底管道是海洋石油和天然氣資源的重要輸送方式。管道輸送具有安全性好、輸量大和效率高等特點。由于與其他運輸方式在空間上不發(fā)生沖突，運輸過程的能量損失較少。因此，海底管道在石油和天然氣運輸過程中，已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。
[0003]柔性管驅(qū)動裝置是應(yīng)用于柔性海底管道鋪設(shè)的大型作業(yè)裝備，其主要功能是驅(qū)動纏繞有柔性管道的滾筒旋轉(zhuǎn)，以進行高效快速地鋪設(shè)和回收，并能保證相對穩(wěn)定的鋪設(shè)張力和鋪設(shè)速度。
[0004]在管道在鋪設(shè)的過程中，因為風(fēng)浪或者船體運動等外部因素，容易引起管道張力及鋪設(shè)速度波動，甚至導(dǎo)致管道的破壞；因此，如何控制鋪設(shè)過程中管道的張力和鋪設(shè)速度，則成為柔性驅(qū)動裝置的關(guān)鍵技術(shù)問題。
[0005]由于現(xiàn)有的的柔性管驅(qū)動裝置無檢測及調(diào)整功能，僅依靠操作者的操作經(jīng)驗來控制作業(yè)。當(dāng)進行實際鋪設(shè)作業(yè)時，若負(fù)載變動較大，采取操作者手動控制無法快速響應(yīng)，容易給管道甚至鋪管船帶來嚴(yán)重的安全隱患。因此，需要一種能對外負(fù)載和工況進行實時監(jiān)測，并通過自動控制系統(tǒng)來對整個作業(yè)裝置的工作狀況進行動態(tài)調(diào)整，使管道張力及鋪設(shè)速度處于安全范圍之內(nèi)。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺點，而提供一種動態(tài)恒張力液壓調(diào)速裝置，其在管道鋪設(shè)過程中，能夠限制管道張力及鋪設(shè)速度的波動，降低海洋環(huán)境對管道甚至鋪管船帶來的安全隱患，提高鋪管作業(yè)效率、降低作業(yè)成本。同時，通過PLC可編程序控制器實現(xiàn)對張力的閉環(huán)控制，使管道在鋪設(shè)過程中始終保持恒張力狀態(tài)。
[0007]本實用新型的目的是由以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0008]一種動態(tài)恒張力液壓調(diào)速裝置，其特征在于:包括:主驅(qū)動液壓部分、機械傳動部分、控制部分，其中，主驅(qū)動液壓部分包括:定量泵1001，定量泵1001分別與液壓源比例溢流閥1009和電磁換向閥1002的進油口連接；該液壓源比例溢流閥1009與控制部分的模擬量輸出模塊相連；該電磁換向閥1002的出油口與馬達(dá)1003連接；其中，電磁換向閥1002還與換向閥1005連接；換向閥1005與比例變量泵1006連接，并將控制泵1006接入回路；同時，控制泵1006還與泵壓力控制比例溢流閥1008連接，該泵壓力控制比例溢流閥1008與控制部分模擬量輸出模塊3004相連；用以控制泵1006的壓力和排量；
[0009]機械傳動部分包括:扭矩-轉(zhuǎn)速傳感器2001、離合器2002、制動器2003、定軸輪系
2004、換向器2005、滾筒2006、減速機2007，其中，離合器2002、換向器2005、扭矩-轉(zhuǎn)速傳感器2001、減速機2007、定軸輪系2004與比例變量泵1006依次連接后，再與滾筒2006連接；同樣，馬達(dá)1003也通過換向器2005、扭矩-轉(zhuǎn)速傳感器2001、減速機2007、定軸輪系2004與滾筒2006連接；
[0010]控制部分包括:上位機3001、PLC可編程序控制器3002、模擬量輸入模塊3003、模擬量輸出模塊3004、數(shù)字量輸出模塊3005，其中，上位機3001與PLC可編程序控制器3002連接；PLC可編程序控制器3002分別與模擬量輸入模塊3003、模擬量輸出模塊3004、數(shù)字量輸出模塊3005連接；而模擬量輸入模塊3003與扭矩-轉(zhuǎn)速傳感器2001連接；模擬量輸出模塊3004分別與主驅(qū)動液壓部分中的泵壓力控制比例溢流閥1008、液壓源比例溢流閥1009、比例變量馬達(dá)控制裝置1004、比例變量泵控制裝置1007連接；數(shù)字量輸出模塊3005分別與主驅(qū)動液壓部分中的電磁換向閥1002、換向閥1005連接，通過PLC可編程序控制器3002來最終實現(xiàn)控制馬達(dá)1003的正反向旋轉(zhuǎn)，并控制泵1006是否接通供油管路；同時，PLC可編程序控制器3002還可通過對力矩的閉環(huán)控制來實現(xiàn)在鋪設(shè)過程中管道的恒張力狀態(tài)。
[0011]所述電磁換向閥1002為三位四通電磁換向閥；馬達(dá)1003為比例變量馬達(dá)；馬達(dá)控制裝置1004為比例變量馬達(dá)排量的控制裝置；換向閥1005為兩位四通閥換向閥；控制泵1006為比例變量泵；泵排量控制裝置1007為比例變量泵排量控制裝置。
[0012]所述滾筒2006是通過定軸輪系2004、減速機2007、扭矩-轉(zhuǎn)速傳感器2001、換向器2005、制動器2003與馬達(dá)1003依次連接，并構(gòu)成對滾筒2006的驅(qū)動。
[0013]所述液壓源比例溢流閥1009、泵壓力控制比例溢流閥1008是通過電纜、比例放大器、AD板卡與控制部分的模擬量輸出模塊3004相連。
[0014]所述上位機3001是通過網(wǎng)線與PLC可編程序控制器3002進行通訊連接；PLC可編程序控制器3002是通過數(shù)據(jù)總線分別與模擬量輸入模塊3003、模擬量輸出模塊3004、數(shù)字量輸出模塊3005進行通訊連接，而模擬量輸入模塊3003是通過屏蔽電線及模擬量采集卡與扭矩-轉(zhuǎn)速傳感器2001進行連接；模擬量輸出模塊3004是通過電線分別與主驅(qū)動液壓部分中的泵壓力控制比例溢流閥1008、液壓源比例溢流閥1009比例變量馬達(dá)控制裝置1004、比例變量泵控制裝置1007進行連接；數(shù)字量輸出模塊3005是通過電線分別與主驅(qū)動液壓部分中的電磁換向閥1002、換向閥1005連接，PLC可編程序控制器3002是通過數(shù)字量輸出模塊3005、D0板卡、繼電器控制馬達(dá)1003正反向旋轉(zhuǎn)，并控制泵1006是否接通供油管路；同時，PLC可編程序控制器3002中的PID控制算法通過對力矩的閉環(huán)控制來實現(xiàn)在鋪設(shè)過程中管道的恒張力狀態(tài)。
[0015]所述馬達(dá)1003帶有馬達(dá)排量控制裝置1004 ;控制泵1006帶有泵排量控制裝置1007。
[0016]本實用新型的有益效果是:
[0017]⑴實現(xiàn)了管道鋪設(shè)作業(yè)中對柔性管滾筒的雙向驅(qū)動，即:回收和鋪設(shè)；
[0018]⑵消除了管道鋪設(shè)過程中外負(fù)載的影響；
[0019]⑶保持了柔性管的鋪設(shè)和回收速度的穩(wěn)定；
[0020]⑷對鋪設(shè)速度在額定范圍內(nèi)可以進行無級調(diào)節(jié)；
[0021](5)實現(xiàn)了柔性管鋪設(shè)和回收過程中，對管道張力的自動調(diào)整，使其始終保持在穩(wěn)定范圍內(nèi)?！緦＠綀D】

【附圖說明】:
[0022]圖1為本實用新型主液壓驅(qū)動部分原理圖。
[0023]圖2為本實用新型機械傳動部分原理圖。
[0024]圖3為本實用新型控制部分原理框圖。
[0025]圖中主要標(biāo)號說明:
[0026]1001.定量泵、1002.電磁換向閥、1003.馬達(dá)、1004.馬達(dá)排量控制裝置、1005.換向閥、1006.控制泵、1007.泵排量控制裝置、1008.泵壓力控制比例溢流閥、1009.液壓源比例溢流閥、2001.扭矩-轉(zhuǎn)速傳感器、2002.離合器、2003.制動器、2004.定軸輪系、2005.換向器、2006.滾筒、2007.減速機、3001.上位機、3002.PLC可編程序控制器、3003.模擬量輸入模塊、3004.模擬量輸出模塊、3005.數(shù)字量輸出模塊。
【具體實施方式】
[0027]如圖1一圖3所示，本實用新型包括:主驅(qū)動液壓部分、機械傳動部分、控制部分，其中，主驅(qū)動液壓部分設(shè)有:用于提供充足液壓油的定量泵1001，定量泵1001的出油口分別與液壓源比例溢流閥1009和電磁換向閥1002的進油口連接；液壓源比例溢流閥1009通過電纜、比例放大器、AD板卡與控制部分的模擬量輸出模塊3004相連并受其控制，根據(jù)控制信號對主驅(qū)動液壓部分的壓力進行調(diào)節(jié)；電磁換向閥1002的出油口、回油口分別與馬達(dá)1003的進油口、出油口連接，用以控制其進行正反向旋轉(zhuǎn)；馬達(dá)1003與馬達(dá)控制裝置1004相連，用以控制馬達(dá)1003的排量，以實現(xiàn)在收管、放管過程中的驅(qū)動力矩控制；電磁換向閥1002通過油路還與換向閥1005連接；換向閥1005通過油路與變量泵1006連接，用于將控制泵1006接入回路；變量泵1006與泵排量控制裝置1007相連，用以控制泵1006的排量。同時，控制泵1006與泵壓力控制比例溢流閥1008連接，該泵壓力控制比例溢流閥1008，同樣通過電纜、比例放大器、AD板卡與控制部分模擬量輸出模塊3004相連并受其控制，根據(jù)控制信號對泵壓力進行調(diào)節(jié)。通過對控制泵1006的壓力和排量進行控制，即可控制控制泵1006所輸出的阻尼力矩,并與馬達(dá)1003輸出的驅(qū)動力矩一起實現(xiàn)對管道張力和鋪設(shè)速度的控制調(diào)節(jié)(如圖1所示)。
[0028]上述各部件之間是通過液壓管路連接；其中，電磁換向閥1002為三位四通電磁換向閥；馬達(dá)1003為比例變量馬達(dá)；馬達(dá)控制裝置1004為比例變量馬達(dá)排量的控制裝置；換向閥1005為兩位四通閥換向閥；控制泵1006為比例變量泵；泵排量控制裝置1007為比例
變量泵排量控制裝置。
[0029]如圖2所示，機械傳動部分包括:扭矩-轉(zhuǎn)速傳感器2001、離合器2002、制動器2003、定軸輪系2004、換向器2005、滾筒2006、減速機2007，其中，離合器2002、換向器
2005、扭矩-轉(zhuǎn)速傳感器2001、減速機2007、定軸輪系2004與比例變量泵1006依次連接后，并最終連接至纏繞管道的滾筒2006，形成對滾筒2006的阻尼制動。而滾筒2006又通過定軸輪系2004、減速機2007、扭矩-轉(zhuǎn)速傳感器2001、換向器2005、制動器2003與主驅(qū)動液壓部分中的馬達(dá)1003依次連接，并構(gòu)成對滾筒2006的驅(qū)動。
[0030]上述主驅(qū)動液壓部分的動力來自比例變量泵1006和馬達(dá)1003，通過機械傳動部分傳遞到滾筒2006上，輸出力矩的大小受泵壓力控制比例溢流閥1008、液壓源比例溢流閥1009及控制泵1006和馬達(dá)排量控制裝置1004、泵排量控制裝置1007的控制；扭矩-轉(zhuǎn)速傳感器2001用于檢測主驅(qū)動液壓部分輸出的轉(zhuǎn)速和扭矩；制動器2003用于緊急或需要停止對滾筒2006進行制動；離合器2002用于控制控制泵1006是否參與作業(yè)，因控制泵1006不能反轉(zhuǎn)，故需在收管工況下將其脫開。
[0031]如圖3所示，控制部分包括:上位機3001、PLC可編程序控制器3002、模擬量輸入模塊3003、模擬量輸出模塊3004、數(shù)字量輸出模塊3005，其中，上位機3001通過網(wǎng)線與PLC可編程序控制器3002進行通訊連接；PLC可編程序控制器3002通過數(shù)據(jù)總線分別與模擬量輸入模塊3003、模擬量輸出模塊3004、數(shù)字量輸出模塊3005進行通訊連接，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入和輸出；而模擬量輸入模塊3003通過屏蔽電線及模擬量采集卡與扭矩-轉(zhuǎn)速傳感器2001進行連接，以采集扭矩、轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)；模擬量輸出模塊3004通過電線分別與主驅(qū)動液壓部分中的泵壓力控制比例溢流閥1008、液壓源比例溢流閥1009比例變量馬達(dá)控制裝置1004、比例變量泵控制裝置1007進行連接；數(shù)字量輸出模塊3005通過電線分別與主驅(qū)動液壓部分中的電磁換向閥1002、換向閥1005連接，PLC可編程序控制器3002通過數(shù)字量輸出模塊3005、DO板卡、繼電器控制馬達(dá)1003正反向旋轉(zhuǎn)，并控制泵1006是否接通供油管路；同時，PLC可編程序控制器3002中的PID控制算法通過對力矩的閉環(huán)控制來實現(xiàn)在鋪設(shè)過程中管道的恒張力狀態(tài)。
[0032]上述定量泵、電磁換向閥、馬達(dá)、換向閥、控制泵、泵壓力控制比例溢流閥、液壓源比例溢流閥、扭矩-轉(zhuǎn)速傳感器、離合器、制動器、定軸輪系、換向器、滾筒、減速機、上位機、PLC可編程序控制器、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、數(shù)字量輸出模塊、馬達(dá)控制裝置、泵排量控制裝置為現(xiàn)有技術(shù)，未作說明的技術(shù)為現(xiàn)有技術(shù)。
[0033]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種動態(tài)恒張力液壓調(diào)速裝置，其特征在于:包括:主驅(qū)動液壓部分、機械傳動部分、控制部分，其中，主驅(qū)動液壓部分包括:定量泵(1001)，定量泵(1001)分別與液壓源比例溢流閥(1009)和電磁換向閥(1002)的進油口連接；該液壓源比例溢流閥(1009)與控制部分的模擬量輸出模塊相連；該電磁換向閥(1002)的出油口與馬達(dá)(1003)連接；其中，電磁換向閥(1002)還與換向閥(1005)連接；換向閥(1005)與比例變量泵(1006)連接，并將控制泵(1006)接入回路；同時，控制泵(1006)還與泵壓力控制比例溢流閥(1008)連接，該泵壓力控制比例溢流閥(1008)與控制部分模擬量輸出模塊(3004)相連；用以控制泵(1006)的壓力和排量； 機械傳動部分包括:扭矩-轉(zhuǎn)速傳感器(2001 )、離合器(2002 )、制動器(2003 )、定軸輪系(2004)、換向器(2005)、滾筒(2006)、減速機(2007)，其中，離合器(2002)、換向器(2005 )、扭矩-轉(zhuǎn)速傳感器(2001)、減速機(2007 )、定軸輪系(2004 )與比例變量泵(1006 )依次連接后，再與滾筒(2006)連接；同樣，馬達(dá)(1003)也通過換向器(2005)、扭矩-轉(zhuǎn)速傳感器(2001)、減速機(2007 )、定軸輪系(2004 )與滾筒(2006 )連接； 控制部分包括:上位機(3001)、PLC可編程序控制器(3002)、模擬量輸入模塊(3003)、模擬量輸出模塊(3004)、數(shù)字量輸出模塊(3005)，其中，上位機(3001)與PLC可編程序控制器(3002)連接；PLC可編程序控制器(3002)分別與模擬量輸入模塊(3003)、模擬量輸出模塊(3004)、數(shù)字量輸出模塊(3005)連接；而模擬量輸入模塊(3003)與扭矩-轉(zhuǎn)速傳感器(2001)連接；模擬量輸出模塊(3004)分別與主驅(qū)動液壓部分中的泵壓力控制比例溢流閥(1008)、液壓源比例溢流閥(1009)、比例變量馬達(dá)控制裝置(1004)、比例變量泵控制裝置(1007)連接；數(shù)字量輸出模塊(3005)分別與主驅(qū)動液壓部分中的電磁換向閥(1002)、換向閥(1005)連接，通過PLC可編程序控制器(3002)來最終實現(xiàn)控制馬達(dá)(1003)的正反向旋轉(zhuǎn)，并控制泵(1006)是否接通供油管路；同時，PLC可編程序控制器(3002)還可通過對力矩的閉環(huán)控制來實現(xiàn)在鋪設(shè)過程中管道的恒張力狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)恒張力液壓調(diào)速裝置，其特征在于:所述電磁換向閥(1002)為三位四通電磁換向閥；馬達(dá)(1003)為比例變量馬達(dá)；馬達(dá)控制裝置(1004)為比例變量馬達(dá)排量的控制裝置；換向閥(1005)為兩位四通閥換向閥；控制泵(1006)為比例變量泵；泵排量控制裝置(1007)為比例變量泵排量控制裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)恒張力液壓調(diào)速裝置，其特征在于:所述滾筒(2006)是通過定軸輪系(2004)、減速機(2007)、扭矩-轉(zhuǎn)速傳感器(2001)、換向器(2005)、制動器(2003)與馬達(dá)(1003)依次連接，并構(gòu)成對滾筒(2006)的驅(qū)動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)恒張力液壓調(diào)速裝置，其特征在于:所述液壓源比例溢流閥(1009)、泵壓力控制比例溢流閥(1008)是通過電纜、比例放大器、AD板卡與控制部分的模擬量輸出模塊(3004)相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)恒張力液壓調(diào)速裝置，其特征在于:所述 上位機(3001)是通過網(wǎng)線與PLC可編程序控制器(3002)進行通訊連接；PLC可編程序控制器(3002)是通過數(shù)據(jù)總線分別與模擬量輸入模塊(3003)、模擬量輸出模塊(3004)、數(shù)字量輸出模塊(3005)進行通訊連接，而模擬量輸入模塊3003是通過屏蔽電線及模擬量采集卡與扭矩-轉(zhuǎn)速傳感器(2001)進行連接；模擬量輸出模塊(3004)是通過電線分別與主驅(qū)動液壓部分中的泵壓 力控制比例溢流閥(1008)、液壓源比例溢流閥(1009)比例變量馬達(dá)控制裝置(1004)、比例變量泵控制裝置(1007)進行連接；數(shù)字量輸出模塊(3005)是通過電線分別與主驅(qū)動液壓部分中的電磁換向閥(1002)、換向閥(1005)連接，PLC可編程序控制器(3002 )是通過數(shù)字量輸出模塊(3005 )、DO板卡、繼電器控制馬達(dá)(1003 )正反向旋轉(zhuǎn)，并控制泵(1006)是否接通供油管路；同時，PLC可編程序控制器(3002)中的PID控制算法通過對力矩的閉環(huán)控制來實現(xiàn)在 鋪設(shè)過程中管道的恒張力狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)恒張力液壓調(diào)速裝置，其特征在于:所述馬達(dá)(1003)帶有馬達(dá)排量控制裝置(1004);控制泵(1006)帶有泵排量控制裝置(1007)。
【文檔編號】F16L1/12GK203685730SQ201420008057
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年1月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月7日
【發(fā)明者】朱紹華, 王立權(quán), 邢厚寬, 畢國軍, 劉軍, 周軍, 李永利, 高嵩 申請人:中國海洋石油總公司, 海洋石油工程股份有限公司