CN113532270B - 一种fpso火炬塔安装过程的姿态检测方法 - Google Patents

一种fpso火炬塔安装过程的姿态检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种FPSO火炬塔安装过程的姿态检测方法，包括步骤：在火炬塔基座顶面平面建立基座三维坐标系，塔体的顶面分别固定有四个悬臂，四个悬臂下分别通过钢丝固定有一个激光传感器，可测得塔体顶面到火炬塔基座顶面的距离；通过四个激光传感器的读数可确定其在基座三维坐标系内的坐标；根据得到的四个坐标，通过最小二乘法拟合出一个平面；计算拟合出的平面相对于火炬塔基座顶面平面的倾斜角度以及倾斜的方向，即为塔体的倾斜角度以及倾斜的方向；步骤五、如果倾斜角为零，则固定火炬塔，结束姿态检测。采用本方法提高了火炬塔吊装作业效率。

Description

一种FPSO火炬塔安装过程的姿态检测方法
技术领域
本发明涉及姿态检测方法，尤其涉及一种FPSO火炬塔安装过程的姿态检测方法。
背景技术
FPSO火炬塔是FPSO上一种较为特殊的结构，它一端固定于FPSO甲板结构上，另一端悬伸至天空。它主要用于燃烧石油开采过程中产生的可燃气体，防止可燃气体大量聚集***产生的工程事故。目前火炬塔的安装通常采用吊装的方式进行安装。整个过程通过现场测量人员与吊车操作员的互相配合完成。测量人员现场测量火炬塔效率低下，且无法连续实时的检测火炬塔的姿态信息。测量效率低下，直接减缓安装速度，延长了吊装时间，增加了安装成本的同时，给吊装作业增加了风险。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种FPSO火炬塔安装过程的姿态检测方法, 通过该方法可实时计算出FPSO火炬塔安装过程中的姿态，可大大减少现场测量工人的工作量，提高火炬塔吊装作业效率。
本发明的一种FPSO火炬塔安装过程的姿态检测方法，包括以下步骤：
步骤一、在FPSO甲板面上安装火炬塔基座并制备火炬塔，然后在基座上以火炬塔基座顶面平面的中心点为原点O建立基座三维坐标系O-XYZ，XOY平面与甲板面平行，Z轴垂直于甲板面竖直向上；
所述的火炬塔包括塔体，在所述的塔体的顶面上以塔体的顶面的中心点为原点O1建立火炬塔三维坐标系O1-X1Y1Z1，所述的火炬塔三维坐标系的X1轴、Y1轴、Z1轴分别与X轴、Y轴、Z轴平行，在所述的塔体的顶面的四角处沿水平方向分别固定有第一悬臂、第二悬臂、第三悬臂和第四悬臂，四个悬臂向外伸展，并关于X1轴和Y1轴对称分布，在第一悬臂、第二悬臂、第三悬臂和第四悬臂的末端分别通过第一钢丝、第二钢丝、第三钢丝、第四钢丝连接有第一激光传感器、第二激光传感器、第三激光传感器、第四激光传感器，记第一悬臂与第一钢丝的固定点、第二悬臂与第二钢丝的固定点、第三悬臂与第三钢丝的固定点、第四悬臂与第四钢丝的固定点分别为A、B、C、D，A、B、C、D关于X1轴和Y1轴对称分布且A、 B、C、D沿顺时间或者逆时间依次设置，四台激光传感器在自身重力的作用下始终保持竖直向下，且在所述的火炬塔直立时，四台激光传感器的激光发射点都位于火炬塔顶面水平面上；
步骤二、将火炬塔吊装到甲板的基座上并对火炬塔的位置进行调整，然后打开四台激光传感器，记第一激光传感器、第二激光传感器、第三激光传感器、第四激光传感器的读数分别为h1、h2、h3、h4，所述的h1、h2、h3、h4分别为从每一台激光传感器的发射点到基座平面的距离，记A点与D点之间的距离为L1，A点与B点之间的距离为L2；
则，四台激光传感器的发射点在基座三维坐标系下的坐标分别为
Figure RE-GDA0003221328450000021
步骤三、通过四台激光传感器在基座三维坐标系下的坐标，运用最小二乘法，拟合出距离四个坐标点平均距离最近的平面Π1，记为：ax+by+cz＝d；火炬塔基座顶面平面，即OXY 平面的平面方程为z＝0；
步骤四、计算火炬塔相对于火炬塔基座顶面平面的倾斜角度α以及倾斜的方向
Figure RE-GDA0003221328450000022
所述的平面П1与火炬塔基座顶面平面的夹角即为火炬塔的倾斜角度α；平面Π1与火炬塔基座顶面平面的交线为l:ax+by＝d，与直线l垂直的向量
Figure RE-GDA0003221328450000023
即为火炬塔倾斜方向；
步骤五、如果α＝0则火炬塔处于正确的安装位置，然后将火炬塔与火炬塔基座固定，结束姿态检测过程；否则转到步骤六；
步骤六、进行火炬塔姿态调整，在火炬塔基座上火炬塔倾斜的方向添加垫片，调整火炬塔的姿态，之后重复步骤一到步骤六直至火炬塔调整到正确的位置。
本发明的有益效果是：通过该方法可实时计算出FPSO火炬塔安装过程中的姿态，采用该计算方法可大大减少现场测量工人的工作量，提高火炬塔吊装作业效率。
附图说明
图1为FPSO火炬塔安装过程姿态检测示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
本发明的一种FPSO火炬塔安装过程的姿态检测方法，包括以下步骤：
步骤一、在FPSO甲板面上安装火炬塔基座并制备火炬塔2，然后在基座上以火炬塔基座顶面平面1的中心点为原点O建立基座三维坐标系O-XYZ，XOY平面与甲板面平行，Z轴垂直于甲板面竖直向上。
所述的火炬塔2包括塔体，在所述的塔体的顶面上以塔体的顶面的中心点为原点O1建立火炬塔三维坐标系O1-X1Y1Z1，所述的火炬塔三维坐标系的X1轴、Y1轴、Z1轴分别与X轴、Y轴、Z轴平行，在所述的塔体的顶面的四角处沿水平方向分别固定有第一悬臂3-1、第二悬臂3-2、第三悬臂3-3和第四悬臂3-4，四个悬臂向外伸展，并关于X1轴和Y1轴对称分布。在第一悬臂3-1、第二悬臂3-2、第三悬臂3-3和第四悬臂3-4的末端分别通过第一钢丝4-1、第二钢丝4-2、第三钢丝4-3、第四钢丝4-4连接有第一激光传感器5-1、第二激光传感器5-2、第三激光传感器5-3、第四激光传感器5-4。记第一悬臂3-1与第一钢丝4-1的固定点、第二悬臂3-2与第二钢丝4-2的固定点、第三悬臂3-3与第三钢丝4-3的固定点、第四悬臂3-4与第四钢丝4-4的固定点分别为A、B、C、D。A、B、C、D关于X1轴和Y1轴对称分布且A、 B、C、D沿顺时间或者逆时间依次设置。四台激光传感器在自身重力的作用下始终保持竖直向下。且在所述的火炬塔直立时，四台激光传感器的激光发射点都位于火炬塔顶面水平面上。
步骤二、将火炬塔吊装到甲板的基座上并对火炬塔的位置进行调整，然后打开四台激光传感器，记第一激光传感器5-1、第二激光传感器5-2、第三激光传感器5-3、第四激光传感器 5-4的读数分别为h1、h2、h3、h4，所述的h1、h2、h3、h4分别为从每一台激光传感器的发射点到基座平面的距离。
记A点与D点之间的距离为L1，A点与B点之间的距离为L2。
则，四台激光传感器的发射点在基座三维坐标系下的坐标分别为
Figure RE-GDA0003221328450000041
步骤三、通过四台激光传感器在基座三维坐标系下的坐标，运用最小二乘法，拟合出距离四个坐标点平均距离最近的平面Π1，记为：ax+by+cz＝d，a、b、c、d是最小二乘法拟合得出的已知量；火炬塔基座顶面平面，即OXY平面的平面方程为z＝0。
步骤四、计算火炬塔相对于火炬塔基座顶面平面的倾斜角度α以及倾斜的方向
Figure RE-GDA0003221328450000042
所述的火炬塔相对于火炬塔基座顶面平面的倾斜角度α的计算过程为：
计算平面Π1与火炬塔基座顶面平面的夹角即为火炬塔的倾斜角度α。平面Π1:ax+by+cz＝的法向量为
Figure RE-GDA0003221328450000043
火炬塔基座顶面平面的法向量
Figure RE-GDA0003221328450000044
火炬塔的倾斜角度
Figure RE-GDA0003221328450000045
式中，
Figure RE-GDA0003221328450000046
为平面Π1的法向量；
Figure RE-GDA0003221328450000047
为火炬塔基座顶面平面法向量。
计算火炬塔倾斜的方向，具体如下：
联立平面Π1与基座平面的平面方程：
Figure RE-GDA0003221328450000048
解得：平面Π1与火炬塔基座顶面平面的交线l:ax+by＝d。与直线l垂直的向量
Figure RE-GDA0003221328450000049
即为火炬塔倾斜方向。
步骤五、如果α＝0则火炬塔处于正确的安装位置，然后将火炬塔与火炬塔基座固定，结束姿态检测过程；否则转到步骤六。
步骤六、进行火炬塔姿态调整，在火炬塔基座上火炬塔倾斜的方向添加垫片，调整火炬塔的姿态。之后重复步骤一到步骤六直至火炬塔调整到正确的位置。
将上述步骤一至步骤四的倾斜角度α与火炬塔倾斜的方向
Figure RE-GDA0003221328450000051
计算过程，通过C、C++或者 Matlab等通用计算机编程进行编程，实现快速自动计算与显示。

Claims (1)

1.一种FPSO火炬塔安装过程的姿态检测方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、在FPSO甲板面上安装火炬塔基座并制备火炬塔，然后在基座上以火炬塔基座顶面平面的中心点为原点O建立基座三维坐标系O-XYZ，XOY平面与甲板面平行，Z轴垂直于甲板面竖直向上；
所述的火炬塔包括塔体，在所述的塔体的顶面上以塔体的顶面的中心点为原点O1建立火炬塔三维坐标系O1-X1Y1Z1，所述的火炬塔三维坐标系的X1轴、Y1轴、Z1轴分别与X轴、Y轴、Z轴平行，在所述的塔体的顶面的四角处沿水平方向分别固定有第一悬臂、第二悬臂、第三悬臂和第四悬臂，四个悬臂向外伸展，并关于X1轴和Y1轴对称分布，在第一悬臂、第二悬臂、第三悬臂和第四悬臂的末端分别通过第一钢丝、第二钢丝、第三钢丝、第四钢丝连接有第一激光传感器、第二激光传感器、第三激光传感器、第四激光传感器，记第一悬臂与第一钢丝的固定点、第二悬臂与第二钢丝的固定点、第三悬臂与第三钢丝的固定点、第四悬臂与第四钢丝的固定点分别为A、B、C、D，A、B、C、D关于X1轴和Y1轴对称分布且A、B、C、D沿顺时间或者逆时间依次设置，四台激光传感器在自身重力的作用下始终保持竖直向下，且在所述的火炬塔直立时，四台激光传感器的激光发射点都位于火炬塔顶面水平面上；
步骤二、将火炬塔吊装到甲板的基座上并对火炬塔的位置进行调整，然后打开四台激光传感器，记第一激光传感器、第二激光传感器、第三激光传感器、第四激光传感器的读数分别为h1、h2、h3、h4，所述的h1、h2、h3、h4分别为从每一台激光传感器的发射点到基座平面的距离，记A点与D点之间的距离为L1，A点与B点之间的距离为L2；
则，四台激光传感器的发射点在基座三维坐标系下的坐标分别为
Figure FDA0003091765820000011
步骤三、通过四台激光传感器在基座三维坐标系下的坐标，运用最小二乘法，拟合出距离四个坐标点平均距离最近的平面Π1，记为：ax+by+cz＝d；火炬塔基座顶面平面，即OXY平面的平面方程为z＝0；
步骤四、计算火炬塔相对于火炬塔基座顶面平面的倾斜角度α以及倾斜的方向
Figure FDA0003091765820000021
所述的平面Π1与火炬塔基座顶面平面的夹角即为火炬塔的倾斜角度α；平面Π1与火炬塔基座顶面平面的交线为l:ax+by＝d，与直线l垂直的向量
Figure FDA0003091765820000022
即为火炬塔倾斜方向；
步骤五、如果α＝0则火炬塔处于正确的安装位置，然后将火炬塔与火炬塔基座固定，结束姿态检测过程；否则转到步骤六；
步骤六、进行火炬塔姿态调整，在火炬塔基座上火炬塔倾斜的方向添加垫片，调整火炬塔的姿态，之后重复步骤一到步骤六直至火炬塔调整到正确的位置。
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