一种可自发电的环抱式海洋立管振动监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种可自发电的环抱式海洋立管振动监测系统，包括立管、壳体，其中壳体包括至少2个以环抱方式固定于立管上的水密空腔壳体组件。在每个此组件内，分别设置有至少2层隔板，每层隔板上重量平衡地设置有发电装置、整流器、蓄电池组、升压变压器和传感器；立管振动时带动发电装置振动发电产生交流电经电缆传输到整流器并转变为直流电，储存于蓄电池；该电流经过升压变压器供给传感器；传感器监测立管运动状态；水声换能器置于壳体顶部，将传感器所监测的电信号转为声信号，水介质将声信号传递到水上接收换能器并转换为电信号。本发明专利技术可在各方来流下使立管涡激振动发电同时将电力提供给监测器，并将监测数据自动发回平台或基地。

A self generating surround type marine riser vibration monitoring system

The invention discloses a self generating surround type marine riser vibration monitoring system, which comprises a riser and a casing, wherein, the shell comprises at least 2 watertight cavity shell assemblies fixed on the riser in a surround way. In each of the component, are respectively provided with at least 2 layer partitions, each partition is arranged on the weight balance power generator, rectifier, battery, transformer and sensor; riser vibration driven generator vibration generation produces alternating current through the cable to the rectifier and changed into DC, which is stored in the storage battery; the current through the transformer supply sensor; sensor to monitor the riser motion state; acoustic transducer placed on the top of the shell, the electrical signal monitoring sensor to acoustic signal, the acoustic signal transmission medium water is converted to electrical signals to the receiving transducer and water. The invention can generate the vortex excited vibration of the standpipe under the flow of the parties, and the power is supplied to the monitor, and the monitoring data is automatically sent back to the platform or the base.

【技术实现步骤摘要】
一种可自发电的环抱式海洋立管振动监测系统
本专利技术属于海洋工程装备
，涉及海洋立管振动监测系统，尤其是一种可自发电的环抱式海洋立管振动监测系统。
技术介绍
随着海洋石油开采逐步向深水推进,以立管为代表的海洋结构物的涡激振动问题日益备受重视。立管是海洋平台和海底井口之间的主要构件,同时也是比较容易损坏的构件。当一定速度的海流和波浪流经立管时,会在其周侧形成交替脱落的旋涡,旋涡的脱落会对立管产生一个周期性的交变力,使得其管道产生涡激振动,管道的振动反过来又对流场产生影响,使得旋涡增强。当旋涡脱落频率和立管自振频率接近时,旋涡的泄放将被结构的振动所控制,发生“锁频”现象,从而导致立管振动加剧,造成疲劳破坏。目前对于立管运动特性的监测方法是在立管上安装监测仪器，通过电缆为仪器提供电力，同时将监测数据进行输出。该方法虽然可以有效地监测立管振动，但未能有效节省能源，同时在线路损坏时会导致监测失败。上述立管在涡激状态下产生的振动，对立管结构可能造成破坏，但同时也是一种能源。中国专利申请(申请号：201510381858.1)“一种摆锤式海洋立管涡激振动自发电监测装置”，公开了一种可自发电的立管监测装置，其是在立管周围的某一个位置安装自发电监测装置，随着立管发生往复振动使安装在立管上的装置也产生往复的相对运动，振动切割磁感线后产生电流用于立管监测装置。但该方案的发电效果会受到立管振动方向和来流方向的影响，发电效果有一定的局限性。中国专利申请(申请号：201510215304.4)“翼摆式海洋立管涡激振动自发电监测装置”，由于其将立管运动状态的监测信息仅储存于SD卡中，对立管运动情况的监测无法实现实时反馈。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种可自发电的环抱式海洋立管振动监测系统，无论来流方向如何，均可利用立管涡激振动所产生的能量发电，同时可将电力提供给监测传感器和水声换能器，并能将监测数据自动发回平台或基地。为了解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案。本专利技术的一种可自发电的环抱式海洋立管振动监测系统，包括立管、壳体、水声换能器、发电装置、整流器、蓄电池组、升压变压器和传感器；所述的壳体包括至少2个可拆分的水密空腔壳体组件，采用环抱方式固定于立管上；所述的每个可拆分的空腔壳体组件内，分别设置有至少2层隔板；在环绕于立管周边的所述每层隔板上重量平衡地设置有所述的发电装置、整流器、蓄电池组、升压变压器和传感器；所述的发电装置包括空心线圈；每个空心线圈内放置一个磁铁，其两端与一个弹簧端相连，弹簧的另一端固定在一个发电装置支撑架上；多个所述的发电装置均布于立管周边；所述的立管振动时带动发电装置振动发电，产生的交流电经电缆传输到整流器并转变为直流电，储存于蓄电池组；所述的蓄电池组内的电流经过所述的升压变压器后供给所述的传感器；传感器监测立管在深海中的运动状态；所述的水声换能器设置于壳体的顶部，将传感器监测到的电信号转化为声信号，水介质将声信号传递到水上接收换能器并转换为电信号，从而海洋工作平台的电接收机将电信号转换成所需要的声音、图片及文字监测信息。进一步的，所述的采用环抱方式固定于立管上的壳体，包括左、右两个半圆环状水密空腔壳体组件。而且，所述的右半圆环状水密空腔壳体组件内用隔板分成至少4层，每层放置至少3个发电装置，并分别用一个发电装置支撑架进行固定。其中，所述的左半圆环状水密空腔壳体组件内用隔板分成至少4层；第一层放置升压变压器，传感器，第二层放置整流器和蓄电池组；另两层放置发电装置。进一步的，所述的蓄电池组，包括多个锂电池用电池支架相互固定，连接片安装在每个锂电池的上方用于电路连接。进一步的，所述的发电装置的电路系统包括主电路和辅助电路；所述的主电路包括依次串联的发电装置、整流器、蓄电池组、升压变压器、传感器和水声换能器；所述的辅助电路分别与传感器、以及蓄电池组的输出端相连，用于控制主电路的通断和保护主电路的正常工作。与现有技术相比，本专利技术包括以下优点和有益效果：1.本专利技术的监测系统，可以利用立管涡激振动所产生的能量发电，同时可将电力提供给监测传感器和无线天线，并能将监测数据自动发回平台或基地。2.本专利技术通过立管涡激振动带动水密壳体振动，使壳体内的线圈与磁条产生相对运动即切割磁感线，从而在线圈内产生感应电流；通过对感应电流进行整流和变压，将电量全部储存于蓄电池中。利用立管涡激振动进行自发电，将电量供给传感器，用来监测立管振动过程中的加速度、位移、倾角等运动状态。3.本专利技术的自发电监测系统采用环抱的形式固定在立管的四周，绕立管一周都设有发电装置，无论立管在哪个方向发生位移，发电装置都可以随之振动，都会有电流产生。这种设计可以大大提高发电装置的发电效率，从而保证对传感器及水声换能器供给充足的电量。4、对于立管涡激振动的监测，本专利技术采用水声换能器将传感器监测到的电信号转化成声信号，信息传递到接收换能器又转换成电信号，解码器将数字信息破译后最终可以及时将监测结果传输到水上工作平台。可以将立管破坏的可能性以及事故发生的概率大大降低。附图说明图1是本专利技术可自发电的环抱式海洋立管振动监测系统的一种实施例的结构示意图。其中，为了更好地说明内部结构，图1中的水密空腔壳体组件处于拆分状态。图2是本专利技术的一种实施例的整体结构外部示意图。图3是本专利技术的一种实施例的右半边壳体内部结构示意图。图4是本专利技术的一种实施例的左半边壳体内部结构示意图。图5是本专利技术的一种实施例的发电装置内部结构示意图。图6是本专利技术的一种实施例的蓄电池组的示意图。图7是本专利技术的一种实施例的发电装置的电路系统的流程图。其中，10壳体，11水密空腔壳体组件，13密封盖，14螺钉，15垫圈；20电缆，21接头；30水声换能器；40发电装置，41线圈，42磁铁，43弹簧；50隔板，51圆孔；60发电装置支撑架；70整流器；80蓄电池组，81锂电池，82电池支架，83连接片；90升压变压器，100传感器；200立管。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术做进一步详细说明。图1是本专利技术可自发电的环抱式海洋立管振动监测系统的一种实施例的具有局部剖面的结构示意图。为了更好地说明内部结构，图1中的水密空腔壳体组件处于拆分状态。如图1所示，本实施例包括：立管200、壳体10、水声换能器30、发电装置40、整流器70、蓄电池组80、升压变压器90和传感器100。所采用的水密壳体10包括至少2个可拆分的水密空腔壳体组件11，采用环抱方式固定于立管200上。所述的每个可拆分的空腔壳体组件11内，分别设置有至少2层隔板50；在环绕于立管200周边的所述的每层隔板50上重量平衡地设置有所述的发电装置40、整流器70、蓄电池组80、升压变压器90和传感器100。图2是本专利技术的一种实施例的整体结构外部示意图。从图2可看出，所述的采用环抱方式固定于立管200上的壳体10，包括左、右两个半圆环状水密空腔壳体组件11。由于海洋立管的长度过长，为了方便壳体10的安装和替换故将其设计成半圆环状，从而可以将监测装置安装在立管的任意位置。安装时，用螺钉14将左、右两个半圆环状水密空腔壳体组件11固定；当所有零部件安装于壳体10内后，需在左半圆环状水密空腔壳体组件11上方加一个密封盖13保本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可自发电的环抱式海洋立管振动监测系统，其特征在于，包括立管(200)、壳体(10)、水声换能器(30)、发电装置(40)、整流器(70)、蓄电池组(80)、升压变压器(90)和传感器(100)；所述的壳体(10)包括至少2个可拆分的水密空腔壳体组件(11)，采用环抱方式固定于立管(200)上；所述的每个可拆分的空腔壳体组件(11)内，分别设置有至少2层隔板(50)；在环绕于立管(200)周边的所述的每层隔板(50)上重量平衡地设置有所述的发电装置(40)、整流器(70)、蓄电池组(80)、升压变压器(90)和传感器(100)；所述的发电装置(40)包括空心线圈(41)；每个空心线圈(41)内放置一个磁铁(42)，其两端与一个弹簧(43)端相连，弹簧(43)的另一端固定在一个发电装置支撑架(60)上；多个所述的发电装置(40)均布于立管(200)周边；所述的立管(200)振动时带动发电装置(40)振动发电，产生的交流电经电缆(20)传输到整流器(70)并转变为直流电，储存于蓄电池组(80)；所述的蓄电池组(80)内的电流经过所述的升压变压器(90)后供给所述的传感器(100)；传感器(100)监测立管在深海中的运动状态；所述的水声换能器(30)设置于壳体(10)的顶部，将传感器(100)监测到的电信号转化为声信号，水介质将声信号传递到水上接收换能器并转换为电信号，从而海洋工作平台的电接收机将电信号转换成所需要的声音、图片及文字监测信息。...

【技术特征摘要】
1.一种可自发电的环抱式海洋立管振动监测系统，其特征在于，包括立管(200)、壳体(10)、水声换能器(30)、发电装置(40)、整流器(70)、蓄电池组(80)、升压变压器(90)和传感器(100)；所述的壳体(10)包括至少2个可拆分的水密空腔壳体组件(11)，采用环抱方式固定于立管(200)上；所述的每个可拆分的空腔壳体组件(11)内，分别设置有至少2层隔板(50)；在环绕于立管(200)周边的所述的每层隔板(50)上重量平衡地设置有所述的发电装置(40)、整流器(70)、蓄电池组(80)、升压变压器(90)和传感器(100)；所述的发电装置(40)包括空心线圈(41)；每个空心线圈(41)内放置一个磁铁(42)，其两端与一个弹簧(43)端相连，弹簧(43)的另一端固定在一个发电装置支撑架(60)上；多个所述的发电装置(40)均布于立管(200)周边；所述的立管(200)振动时带动发电装置(40)振动发电，产生的交流电经电缆(20)传输到整流器(70)并转变为直流电，储存于蓄电池组(80)；所述的蓄电池组(80)内的电流经过所述的升压变压器(90)后供给所述的传感器(100)；传感器(100)监测立管在深海中的运动状态；所述的水声换能器(30)设置于壳体(10)的顶部，将传感器(100)监测到的电信号转化为声信号，水介质将声信号传递到水上接收换能器并转换为电信号，从而海洋工作平台的电接收机将电信号转换成所需要的声音、图片及文字...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚震球，郭琦，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32