主要產(chǎn)品：復合軟管，輸油軟管，化工軟管，軟管，軟管，重油軟管，軟管，快裝輸油軟管，碼頭裝卸油軟管，船舶裝卸油軟管，輕型復合軟管，槽罐車裝卸復合軟管等。
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輸油軟管張力補償振蕩現(xiàn)象研究
捷宇石油管道 發(fā)布時間：2017-05-13
當前，行進中兩船之間輸油作業(yè)主要采用高架索法，通過跨索吊掛輸油管進行輸油作業(yè)。某新型輸油裝置的工作方式是在輸油船與受油船中間，通過一根自身承受張力的輸油軟管完成輸油作業(yè)。該在行進中開展輸油作業(yè)，輸油軟管由于自身承重，會在兩船之間產(chǎn)生 的下垂高度H。由于兩船間距的不斷變化以及風浪等因素的影響，可能導致以下情況：
1）下垂高度過大，張力太小軟管落入水中；
2）下垂高度過小，軟管所承受的張力太大。這兩種情況都會影響輸油裝置的使用 。
如果 依靠人工操作來保持適當?shù)南麓垢叨葧a(chǎn)生以下問題：
1）行進中輸油作業(yè)一般持續(xù)時間較長，僅憑人工控制下垂高度，操作人員體力上很難勝任；
2）人工操作只能憑感官判斷，控制精度不高；
3）反應不夠及時。
針對上述問題，該輸油裝置在設計中采用基于PLC、扭矩傳感器、液壓伺服器件的自動補償控制系統(tǒng)，控制軟管絞車自動調(diào)節(jié)輸油軟管的下垂高度，使其在輸油作業(yè)中始終處于正常工作范圍內(nèi)。由于軟管下垂高度H與其所承受的張力N之間呈近似的線性關系，可以用軟管張力補償來實現(xiàn)下垂高度的自動補償。
一、自動補償原理
該輸油裝置主要包括軟管絞車、液壓驅(qū)動單元、軟管組件、控制系統(tǒng)四部分。輸油軟管張力自動補償工作原理是：用扭矩傳感器檢測出軟管絞車驅(qū)動軸承受的扭矩，間接計算出軟管承受的張力；用光電開關組測出軟管絞車轉(zhuǎn)動的方向和圈數(shù)，間接計算出絞車收放軟管的長度。PLC根據(jù)預設的數(shù)據(jù)表判斷當軟管長度為L時，承受的張力是否超過上下限值，張力過小時，控制絞車自動放出軟管，張力過大時控制絞車自動收管，使軟管始終保持合適的下垂高度。
二、共振產(chǎn)生原因及解決方案
1.共振產(chǎn)生原因分析
該輸油裝置張力補償試驗中發(fā)現(xiàn)，軟管產(chǎn)生共振是一個需要解決的主要問題：軟管本身具有 的彈性，其自身承受了張力，加上補償動作、慣性、海風、船身起伏的影響，在輸油作業(yè)中將不可避免的始終處于上下振蕩狀態(tài)中，當振蕩幅度增大到 程度時，將嚴重影響輸油作業(yè)。導致軟管產(chǎn)生振蕩的原因主要分為以下三類：
1）共振問題：自動補償收管和放管動作產(chǎn)生的振蕩會相互干擾，可能發(fā)生共振問題，導致振幅越來越大，這是對自動補償影響 大的問題；
2）慣性影響：絞車開始轉(zhuǎn)動和停止轉(zhuǎn)動瞬間，絞車驅(qū)動軸上的扭矩出現(xiàn)階躍跳變；收放管動作停止時，軟管由于慣性繼續(xù)向上／下運動帶來振蕩。兩種情況會導致收放高度與實際需要的補償量之間出現(xiàn)偏差；
3）海況影響：船身上下起伏、左右擺動、兩船間距變化、海風海浪對軟管的作用都會造成軟管的振蕩。
2.補償系統(tǒng)振蕩分析
穩(wěn)定是控制系統(tǒng)能夠運行的 要條件，解決軟管振蕩對補償?shù)挠绊憜栴}，實質(zhì)是自動控制系統(tǒng)在輸入信號和擾動作用下的穩(wěn)態(tài)誤差。分析軟管產(chǎn)生振蕩的三類原因可知，自動補償控制面對的 主要，也是對補償性能影響 大的擾動信號屬于瞬時變化的階躍函數(shù)，補償系統(tǒng)輸入信號為斜坡函數(shù)。將自動補償控制系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)：R(s)為輸入信號，M(s)為比例放大器控制的輸出，N(s)為擾動信號，K1為前向通道增益。
3.振蕩解決途徑
振蕩是大多數(shù)自動補償系統(tǒng)固有的問題，振蕩并不是要使軟管 沒有振蕩，而是盡量減小振蕩的幅度，使振蕩處于自動補償工作可以接受的范圍內(nèi)，對補償和輸油作業(yè)不會產(chǎn)生大的影響。事實上該輸油裝置中軟管的振蕩是不可能 的。根據(jù)前述理論方法，采取擾動措施如下：
1）對扭矩傳感器檢測出的扭矩值進行積分處理后再作為控制系統(tǒng)輸入信號使用，其實質(zhì)是軟件濾波。
2）將補償中收管和放管動作由連續(xù)改為步進方式。設定絞車以恒定節(jié)奏收、放管，每個收、放管動作持續(xù)較短時間T，收放管長度為相同定值L；T結(jié)束時判斷軟管張力是否滿足要求，仍超過限定值則繼續(xù)收放管動作直到滿足張力要求，實質(zhì)也是加入積分環(huán)節(jié)進行濾波（用一階函數(shù)近似代替積分），避免軟管在張力上下限臨界點處發(fā)生振蕩。
3）實際使用中，要求收管速度相對較快（軟管下垂高度過大會落入水中），采取收管和放管動作不同速度（V1、V2），不同持續(xù)時間（T1、T2）的方法減小振蕩，根據(jù)實驗結(jié)果，V1：V2＝1．5：1，T1：T2＝1：1．5時具有較好的減振效果，實質(zhì)是利用收管放管動作的不同頻率來防止共振的發(fā)生。自動控制系統(tǒng)中加入積分環(huán)節(jié)在擾動作用影響的同時也會降低系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)定性。因此需要權(quán)衡考慮系統(tǒng)穩(wěn)定性、抗擾動誤差和動態(tài)性能之間的關系，在實際中，要通過大量實驗找到 佳的平衡點。
實踐結(jié)果表明，采用前述振蕩措施的控制系統(tǒng)能夠自動補償輸油軟管的下垂高度，具有較高的靈敏度和反應速度，較好的了各種擾動帶來的振蕩，提高了輸油裝置使用 性，其解決思路也為面對類似振蕩問題的自動控制系統(tǒng)提供了 的參考。
