一种双船吊装拆除海上平台用光学定位机构制造技术

本发明专利技术涉及一种双船吊装拆除海上平台用光学定位机构，所述的船体支撑柱下表面开设椎体凹槽，所述的平台支撑柱上表面为一与椎体凹槽形状配合的凸锥体，该定位机构包括安装在凸锥体内上的激光发射器和光敏传感器以及设置在椎体凹槽底面的反光镜；在进行对准操作时，当船支撑柱与平台支撑柱未对准时，激光发射器向上发出的垂直光线作用在导管架支撑柱底部材料上，反射较弱，此时船体支撑柱未移动到对准位置，当船支撑柱与平台支撑柱对准时，激光发射器向上发出的垂直光线作用在反光镜上，形成反射光，通过光敏传感器接收产生阶跃信号，此时船体支撑柱移动到对准位置。与现有技术相比，本发明专利技术具有提高对接精度和可靠性等优点。

An optical positioning mechanism for dismantling offshore platforms by hoisting two ships

The invention relates to an optical positioning mechanism for dismantling offshore platforms by hoisting two ships. The lower surface of the hull support column is provided with a vertebral groove. The upper surface of the platform support column is a convex cone matched with the shape of the vertebral groove. The positioning mechanism comprises a laser emitter and a photosensitive sensor mounted on the convex cone body and a reflecting mirror mounted on the bottom surface of the vertebral groove. In alignment operation, when the ship support pillar is not aligned with the platform support pillar, the vertical light emitted by the laser emitter upward acts on the bottom material of the jacket support pillar, and the reflection is weak. At this time, the hull support pillar does not move to the alignment position. When the ship support pillar is aligned with the platform support pillar, the vertical light emitted by the laser emitter upward acts on the reflector to form the reflected light. The step signal is generated by the over-photosensitive sensor, and the hull support column moves to the alignment position. Compared with the prior art, the invention has the advantages of improving the docking accuracy and reliability.

【技术实现步骤摘要】
一种双船吊装拆除海上平台用光学定位机构
本专利技术涉及海洋工程装备领域，尤其是涉及一种双船吊装拆除海上平台用光学定位机构。
技术介绍
海上平台是海洋资源开采的关键装备.目前世界上有近8000座海上平台。一般海上平台的设计寿命在20年左右。按照相关规定，若没有其他用途，作业寿命到期后必须进行废弃拆除。这对保障作业区域的海洋环境、通航和渔业生产等具有重要意义。与油田开发不同，平台弃置本身并不会给平台所有者带来直接效益，这就要求不断降低其支出成本。如何更加高效地进行平台弃置作业，是各海洋工程公司考虑的重点方向。各大石油公司采取最直接的方法就是对海上平台进行分解拆除，即通过浮吊摘除和拆分上部组块，将由此产生的金属碎片和组块卸载到一艘驳船上，再运送到岸上回收中心。这种方法作业时间长，可长达数十上百天，容易产生环境污染，费用较高。另外一种方法是整体拆除法。整体拆除是利用平台拆除船实现的。目前，瑞典船东Allseas拥有目前世界上最大的平台拆除船“PioneeringSpirit”号。该船采用双体船设计，船头呈U字形，可以各靠在钻井平台的一侧，船头装有多台杠杆式起重机，这些起重机通过单次作业，将整个重达数万吨的上部组块吊起并移除。这种方法作业时间短，两三天就能完成拆除任务，平台可再利用或者回收，但费用仍非常高。目前业界正在论证多种可能降低成本的方案。一种比较有优势的方案是利用两艘通用半潜式拖船代替整体拆除法用的单艘拆除船，利用水箱和支撑机构代替杠杆式起重机，如图1所示。这种方法被称为双船起重法，其工作过程是两艘同样的动力定位半潜式拖船从两侧靠近海上平台，将船体支撑柱与导管架(即支撑海上平台的钢架)支撑柱对准后，双船开始浮起，并通过压载水箱保持平衡，将平台上部组块提升，移至第三艘运载船上运走(如图2所示)。采用双船起重法的第一步是两艘具有动力定位能力的半潜式拖船从两侧靠近海上平台，将船体支撑柱与导管架(即支撑海上平台的钢架)支撑柱对准后，将上部组块提升。这是双船起重法面临的一个关键。目前业界采用的方法是靠近过程采用RTKGPS定位，接近导管架时辅以激光雷达等非接触光学定位方法。这样单侧至少要配备2部激光雷达才能进行精准定位，成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种双船吊装拆除海上平台用光学定位机构。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种双船吊装拆除海上平台用光学定位机构，用以在双船起重法中实现船支撑柱与平台支撑柱的精确对准，所述的船体支撑柱下表面开设椎体凹槽，所述的平台支撑柱上表面为一与椎体凹槽形状配合的凸锥体，该定位机构包括安装在凸锥体内上的激光发射器和光敏传感器以及设置在椎体凹槽底面的反光镜；在进行对准操作时，当船支撑柱与平台支撑柱未对准时，激光发射器向上发出的垂直光线作用在导管架支撑柱底部材料上，反射较弱，此时船体支撑柱未移动到对准位置，当船支撑柱与平台支撑柱对准时，激光发射器向上发出的垂直光线作用在反光镜上，形成反射光，通过光敏传感器接收产生阶跃信号，此时船体支撑柱移动到对准位置。所述的反光镜的半径等于设定的对准精度。所述的反光镜的反光系数高于导管架支撑柱底部的材料。所述的激光发射器采用激光二极管。所述的光敏传感器采用光敏电阻。本光学定位机构的工作流程包括以下步骤：1)两艘动力定位半潜式拖船依靠RTKGPS定位信息从两侧靠近海上平台0.5m范围内；2)接通船体支撑柱处的激光发射器并向上发射激光；3)控制单元在接收GPS信息的同时，开始接收光学传感器的信息；4)当光学传感器无阶跃信号输出时，表明船体支撑柱尚未移动到期望的位置，当光学传感器有阶跃信号输出时，表明船体支撑柱与导管架支撑柱的相对位置已经在期望的误差范围内；5)控制单元核对GPS信息，若GPS信息也表明船体支撑柱与导管架支撑柱的相对位置已经在期望的误差范围内，则开始提升海上平台。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术提出的双动力定位船吊装拆除海上平台用光学定位机构，在一侧支撑桩装有激光发射器和光敏传感器，另一侧的支撑桩装有反光镜，使反光镜的半径等于要求的对准精度，通过光敏器件是否接收到反射回的激光实现了对船体支撑桩是否移动到期望位置的判断，与GPS信息相融合，有效提高了对接的精度和可靠性。附图说明图1为双船起重法拆除海上平台结构示意图。图2为双船起重法双船工作过程示意图。图3为船体支撑桩与导管架支撑桩对接示意图，其中，图(3a)为完全对准时的结构示意图，图(3b)为在对准的极限情况下的结构示意图，图(3c)为可靠对准的精度要求示意图。图4为本专利技术在未对准时的结构状态图。图5为本专利技术在对准时的结构状态图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例如图3所示，船体支撑柱与导管架支撑柱对接采用锥形对接面，这种对接面的显著优点是降低了对对准精度的要求，理论上，只要椎尖落在支撑柱最大圆周内部，船体支撑柱与导管架支撑柱就能在压力作用下保证对准。而圆柱插孔对接面对精度的要求则高得多。在实际中，为了保证对接的可靠，对对准精度的要求要小于支撑柱最大圆周半径。在应用GPS时，流动站的位置不断变化，坐标解算是动态的，存在系统误差，降低了测量精度。大面积水面将对电磁波信号产生强反射作用，使得天线同时接收有直接从卫星发射的信号和从水面反射的电磁波信号，这两种信号叠加形成的观测量，将对定位结果产生多路径误差，严重时可引起GPS信号失锁。为了保证对接，一般希望有两种或以上的方式保证船体支撑柱与导管架支撑柱的对准精度。本专利技术提出的光学定位机构能够提供一种精度更高的手段，与GPS结合使用，提高对接的安全性。本专利技术提出的船体支撑柱与导管架支撑柱对接光学定位机构如图4和5所示，与原有的船体支撑柱与导管架支撑柱对接机构相比，本专利技术提出的光学定位机构包括两个部分，一部分是加装在船体支撑柱处的激光发射器和光敏传感器，一部分是加装在导管架支撑柱底部的反光镜。激光发射器可采用但不限于激光二极管，该器件在激光笔中有广泛的应用；光敏传感器但不限于光敏电阻，是一种被广泛使用的光敏器件；反光镜没有严格要求，只要反光系数明显高于导管架支撑柱底部的材料即可。反光镜的半径等于要求的对准精度。当未对准时，激光发射器发出的垂直光线作用在导管架支撑柱底部材料上，反射较弱，表明船体支撑柱尚未移动到期望的位置。当对准时，激光发射器发出的垂直光线作用在反光镜上，形成强度较大的反射，通过光敏器件接收产生阶跃信号，通知控制单元船体支撑柱已经移动到期望的位置。控制单元通过对GPS信息和光敏传感器信息的融合，提高了对接的精度和可靠性。双船起重法最终要将平台上部组块提升移至第三艘运载船上运走。本专利技术提出的对接光学定位机构同样可应用于平台上部组块在运载船上的固定，其具体实施步骤如下：1、两艘动力定位半潜式拖船依靠RTKGPS定位信息从两侧靠近海上平台0.5m范围内；2、船体支撑柱处的激光发射器接通，开始发射激光；3、控制单元在接收GPS信息的同时，开始接收光学传感器的信息；4、当光学传感器无阶跃信号输出时，表明船体支撑柱尚未移动到期望的位置；5、当光学传感器有阶跃信号输出时，表明船体支撑柱与导管架支撑柱的相对位置已经在期望的误差范围内；6、控制单元核对GPS本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双船吊装拆除海上平台用光学定位机构，用以在双船起重法中实现船支撑柱与平台支撑柱的精确对准，所述的船体支撑柱下表面开设椎体凹槽，所述的平台支撑柱上表面为一与椎体凹槽形状配合的凸锥体，其特征在于，该定位机构包括安装在凸锥体内上的激光发射器和光敏传感器以及设置在椎体凹槽底面的反光镜；在进行对准操作时，当船支撑柱与平台支撑柱未对准时，激光发射器向上发出的垂直光线作用在导管架支撑柱底部材料上，反射较弱，此时船体支撑柱未移动到对准位置，当船支撑柱与平台支撑柱对准时，激光发射器向上发出的垂直光线作用在反光镜上，形成反射光，通过光敏传感器接收产生阶跃信号，此时船体支撑柱移动到对准位置。

【技术特征摘要】
1.一种双船吊装拆除海上平台用光学定位机构，用以在双船起重法中实现船支撑柱与平台支撑柱的精确对准，所述的船体支撑柱下表面开设椎体凹槽，所述的平台支撑柱上表面为一与椎体凹槽形状配合的凸锥体，其特征在于，该定位机构包括安装在凸锥体内上的激光发射器和光敏传感器以及设置在椎体凹槽底面的反光镜；在进行对准操作时，当船支撑柱与平台支撑柱未对准时，激光发射器向上发出的垂直光线作用在导管架支撑柱底部材料上，反射较弱，此时船体支撑柱未移动到对准位置，当船支撑柱与平台支撑柱对准时，激光发射器向上发出的垂直光线作用在反光镜上，形成反射光，通过光敏传感器接收产生阶跃信号，此时船体支撑柱移动到对准位置。2.根据权利要求1所述的一种双船吊装拆除海上平台用光学定位机构，其特征在于，所述的反光镜的半径等于设定的对准精度。3.根据权利要求1所述的一种双船吊装拆除海上平台用光学定位机构，其特征在于，所述的反光镜的反光系数高于导管架支撑柱底部...

【专利技术属性】
技术研发人员：张卫东，刘笑成，李欣，胡智焕，孙浩，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31