CN109056686B - 一种升降系统的保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种升降系统的保护方法，属于海洋平台升降系统技术领域。升降系统包括设置在同一桩腿上的多个升降单元，每个升降单元均包括变频电机，该保护方法包括：在升降系统工作前，设置每个变频电机的最高转速值和最低转矩值，以避免在采用主机速度控制、从机跟随主机转矩的控制方法控制多个变频电机时，出现主机的转矩过小造成变频电机的输出转矩不够支撑桩腿或平台重量的问题；在升降系统工作后，检测每个变频电机的实时转速值；根据每个变频电机的实时转速值，确定多个变频电机之间的最大转速差；当多个变频电机之间的最大转速差超过设定值时，则说明有升降单元存在故障，此时控制升降系统停止工作，实现了对升降系统及海洋平台的保护。

Description

一种升降系统的保护方法

技术领域

本发明涉及海洋平台升降系统技术领域，特别涉及一种升降系统的保护方法。

背景技术

变频驱动齿轮齿条升降系统是自升式海洋平台中的关键部分，该系统通常包括多个升降单元，每个升降单元包括变频电机、齿轮箱和爬升小齿轮，由变频电机经齿轮箱带动爬升小齿轮转动，爬升小齿轮与桩腿上的齿条啮合，带动升降单元升降，由升降单元带动整个海洋平台升降。变频驱动齿轮齿条升降系统的性能直接影响海洋平台工作效率，因此对于该装置的优化设计极为重要。

由于升降系统工作时，需要对各升降单元之间进行负载平衡和速度同步控制，避免升降单元之间的负载差异过大，导致负载不平衡，损坏齿轮箱，升降单元之间的速度差异过大，导致爬升小齿轮发生损坏。因此，目前在变频驱动齿轮齿条升降系统上广泛采用主机速度控制、从机跟随主机转矩的控制方法，对各升降单元之间进行负载平衡和速度同步控制。即选取多个升降单元中的一个升降单元的变频电机为主机，其它升降单元的变频电机为从机，主机为速度控制模式，从机为转矩控制模式并跟随主机的转矩，控制系统控制主机的转速，主机的实际转矩作为从机的输入即可控制各个从机的转矩。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

采用上述控制方法时，若主机的转矩过小，则各个从机的转矩也过小，会导致变频电机的输出转矩(负载转矩)过小，使得升降系统的实际输出力矩不足以支撑海洋平台或桩腿的重量，带来安全隐患。同时，当个别升降单元的齿轮箱故障导致爬升小齿轮无法转动时，会被其它升降单元强行拖动，导致齿轮箱损坏。

发明内容

本发明实施例提供了一种升降系统的保护方法，可以避免主机的转矩过小造成变频电机的输出转矩不够支撑桩腿或海洋平台重量的问题，同时可检测出现故障的升降单元，实现了对升降系统及海洋平台的保护。所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种升降系统的保护方法，所述升降系统包括多个升降单元，所述多个升降单元设置在同一桩腿上，每个所述升降单元均包括变频电机，所述保护方法包括：

在所述升降系统工作前，设置每个变频电机的最高转速值和最低转矩值；

在所述升降系统工作后，检测每个变频电机的实时转速值；

根据每个变频电机的实时转速值，确定所述多个变频电机之间的最大转速差；

当所述多个变频电机之间的最大转速差超过设定值时，控制所述升降系统停止工作。

进一步地，所述设置每个变频电机的最高转速值，包括：

根据以下公式计算每个变频电机的最高转速值：

其中，

表示所述变频电机的最高转速值，V表示所述变频电机对应的桩腿的预设升降速度，f表示所述变频电机对应的齿轮箱的传动比，π表示常数，D表示所述变频电机对应的爬升小齿轮的分度圆直径。

进一步地，每个变频电机对应的齿轮箱的传动比均相同。

进一步地，每个变频电机对应的爬升小齿轮的分度圆直径均相同。

进一步地，所述设置每个变频电机的最低转矩值，包括：

根据以下公式计算每个变频电机的最低转矩值：

J_min＝J_N*F；

其中，J_min表示所述变频电机的最低转矩值，J_N表示所述变频电机的额定转矩，F表示常数，在桩腿升降模式下，0.2≤F≤0.4，在平台升降模式下，0.6≤F≤0.8。

进一步地，每个变频电机的额定转矩均相等。

进一步地，所述根据每个变频电机的实时转速值，确定所述多个变频电机之间的最大转速差，包括：

根据以下公式计算所述多个变频电机之间的最大转速差：

其中，

表示所述多个变频电机之间的最大转速差，n表示所述多个变频电机的个数，i为大于0的正整数，i≤n，

表示第i个变频电机的实时转速值，

表示n个变频电机的实时转速值之和。

进一步地，

的设定值为0.1～0.3。

进一步地，所述控制所述升降系统停止工作，包括：

向所述多个变频电机发送停机信号，所述停机信号用于指示所述变频电机停止工作。

进一步地，所述保护方法还包括：

当所述多个变频电机之间的最大转速差超过设定值时，报警。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过在升降系统工作前，先提前设置好每个变频电机的最高转速值和最低转矩值，可以避免在采用主机速度控制、从机跟随主机转矩的控制方法控制多个变频电机时，出现主机的转矩过小造成变频器输出转矩不够支撑桩腿或海洋平台重量的问题。同时在升降系统工作后，若个别升降单元的齿轮箱故障导致爬升小齿轮无法转动时，可以检测到该升降单元的变频电机的实时转速值较低，则该变频电机与其它正常工作的变频电机之间的最大转速差会超过设定值，此时控制升降系统停止工作，以保护升降系统。该保护方法用简单的结构和装置，实现了对升降系统及海洋平台的保护，方法简单、结果可靠、具有较高的经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种升降系统的保护方法的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

为了更好的理解本发明，以下简单说明升降系统的具体结构：

升降系统包括多个升降单元，多个升降单元设置在同一桩腿上，每个升降单元均包括变频电机、齿轮箱和爬升小齿轮，由变频电机经齿轮箱带动爬升小齿轮转动，爬升小齿轮与桩腿上的齿条啮合，带动升降单元升降，由升降单元带动整个海洋平台升降。

在本实施例中，采用主机速度控制、从机跟随主机转矩的控制方法控制升降系统。具体地，选取多个变频电机中的任意一个变频电机为主机，其它变频电机为从机，升降系统还包括控制装置，由控制装置可以控制主机的转速，同时从机跟随主机的转矩输出，多个变频电机同步工作。

本发明实施例提供了一种升降系统的保护方法，图1是本发明实施例提供的一种升降系统的保护方法的方法流程图，如图1所示，该保护方法包括：

步骤101、在升降系统工作前，设置每个变频电机的最高转速值和最低转矩值。

具体地，步骤101包括：

根据以下公式计算每个变频电机的最高转速值：

其中，

表示变频电机的最高转速值，V表示变频电机对应的桩腿的预设升降速度，f表示变频电机对应的齿轮箱的传动比，π表示常数，D表示变频电机对应的爬升小齿轮的分度圆直径。

在本实施例中，变频电机对应的桩腿的预设升降速度可以根据实际需要进行设置。每个变频电机对应的齿轮箱的传动比均相同，每个变频电机对应的爬升小齿轮的分度圆直径均相同。即每个变频电机设置的最高转速值均相同，以保证多个变频电机同步工作。

在具体实现时，分别对所有变频电机的最高转速值及最低转矩值进行设置。

进一步地，根据以下公式计算每个变频电机的最低转矩值：

J_min＝J_N*F；

其中，J_min表示变频电机的最低转矩值，J_N表示变频电机的额定转矩，F表示常数，在桩腿升降模式下，0.2≤F≤0.4，在平台升降模式下，0.6≤F≤0.8。

具体地，当海洋平台漂浮在海面上时，升降系统工作，驱动桩腿升降，此时处于桩腿升降模式。当桩腿与海底接触后，无法继续下降，升降系统继续工作，会使得海洋平台升降，此时处于平台升降模式。其中，F的具体取值可以根据不同工况下各变频电机的实际转矩与额定转矩的比值确定。

在本实施例中，每个变频电机的额定转矩均相等。即每个变频电机的最低转矩值相等，保证了每个变频电机的输出转矩不会过小。

在具体实现时，可以只设置主机的最低转矩值，由于从机跟随主机转矩，因此设置了主机的最低转矩值之后，从机的转矩值也不会低于设置的最低转矩值。

步骤102、在升降系统工作后，检测每个变频电机的实时转速值。

具体地，每个变频电机由一台对应的逆变器驱动，逆变器在驱动变频电机的过程中，可以根据变频电机的实时电压、实时电流以及此前进行变频电机辨识时建立的电机物理模型，计算出变频电机的实时转速值。

步骤103、根据每个变频电机的实时转速值，确定多个变频电机之间的最大转速差。

具体地，步骤103包括：

根据以下公式计算多个变频电机之间的最大转速差：

其中，

表示多个变频电机之间的最大转速差，n表示多个变频电机的个数，i为大于0的正整数，i≤n，

表示第i个变频电机的实时转速值，

表示n个变频电机的实时转速值之和。

可选地，

的设定值为0.1～0.3。

步骤104、当多个变频电机之间的最大转速差超过设定值时，控制升降系统停止工作。

在本实施例中，

的设定值可以为0.2。若多个变频电机之间的最大转速差超过0.2，则说明多个变频电机中至少有一个变频电机发生故障，此时，控制升降系统停止工作可以由控制装置控制升降系统停止工作。

具体地，步骤104包括：

向多个变频电机发送停机信号，停机信号用于指示变频电机停止工作。

可选地，升降系统还包括报警装置，则步骤104还可以包括：

当多个变频电机之间的最大转速差超过设定值时，报警装置报警，以提醒控制人员控制升降系统停止工作。

在具体实现时，当报警装置报警后，可以由操作人员控制控制装置向多个变频电机发送停机信号。或者当控制装置检测到多个变频电机之间的最大转速差超过设定值时，由控制装置自动向多个变频电机发送停机信号。

本发明实施例通过在升降系统工作前，先提前设置好每个变频电机的最高转速值和最低转矩值，可以避免在采用主机速度控制、从机跟随主机转矩的控制方法控制多个变频电机时，出现主机的转矩过小造成变频器输出转矩不够支撑桩腿或海洋平台重量的问题。同时在升降系统工作后，若个别升降单元的齿轮箱故障导致爬升小齿轮无法转动时，可以检测到该升降单元的变频电机的实时转速值较低，则该变频电机与其它正常工作的变频电机之间的最大转速差会超过设定值，此时控制升降系统停止工作，以保护升降系统。该保护方法用简单的结构和装置，实现了对升降系统及海洋平台的保护，方法简单、结果可靠、具有较高的经济效益。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种升降系统的保护方法，所述升降系统包括多个升降单元，所述多个升降单元设置在同一桩腿上，每个所述升降单元均包括变频电机，其特征在于，所述保护方法包括：

在所述升降系统工作前，设置每个变频电机的最高转速值和最低转矩值，其中，所述每个变频电机的最高转速值均相等，所述每个变频电机的最低转矩值均相等；

在所述升降系统工作后，检测每个变频电机的实时转速值；

根据以下公式计算所述多个变频电机之间的最大转速差：

其中，

表示所述多个变频电机之间的最大转速差，n表示所述多个变频电机的个数，i为大于0的正整数，i≤n，

表示第i个变频电机的实时转速值，

表示n个变频电机的实时转速值之和；

当所述多个变频电机之间的最大转速差超过设定值时，控制所述升降系统停止工作，所述设定值为0.2。

2.根据权利要求1所述的保护方法，其特征在于，所述设置每个变频电机的最高转速值，包括：

根据以下公式计算每个变频电机的最高转速值：

其中，

表示所述变频电机的最高转速值，V表示所述变频电机对应的桩腿的预设升降速度，f表示所述变频电机对应的齿轮箱的传动比，π表示常数，D表示所述变频电机对应的爬升小齿轮的分度圆直径。

3.根据权利要求2所述的保护方法，其特征在于，每个变频电机对应的齿轮箱的传动比均相同。

4.根据权利要求2所述的保护方法，其特征在于，每个变频电机对应的爬升小齿轮的分度圆直径均相同。

5.根据权利要求1所述的保护方法，其特征在于，所述设置每个变频电机的最低转矩值，包括：

根据以下公式计算每个变频电机的最低转矩值：

J_min＝J_N*F；

其中，J_min表示所述变频电机的最低转矩值，J_N表示所述变频电机的额定转矩，F表示常数，在桩腿升降模式下，0.2≤F≤0.4，在平台升降模式下，0.6≤F≤0.8。

6.根据权利要求5所述的保护方法，其特征在于，每个变频电机的额定转矩均相等。

7.根据权利要求1所述的保护方法，其特征在于，所述控制所述升降系统停止工作，包括：

向所述多个变频电机发送停机信号，所述停机信号用于指示所述变频电机停止工作。

8.根据权利要求1～7任一项所述的保护方法，其特征在于，所述保护方法还包括：

当所述多个变频电机之间的最大转速差超过设定值时，报警。

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