用于大型LNG低温储罐气升顶的罐顶重心调整装置及方法与流程

本发明涉及大型lng低温储罐气升顶，特别涉及一种用于大型lng低温储罐气升顶的罐顶重心调整装置及方法。

背景技术：

1、近几年，由于天然气在能源领域需求，大型lng低温储罐建造需求增加。在大型lng低温储罐建造中，罐顶的升顶是技术难度高和风险要求低的建造工序。罐顶能否成功升顶对lng储罐建造工程起决定作用。在大型lng低温储罐建造中，罐顶的顶升普遍采用气升顶的方法。在lng罐顶气升顶过程中，罐顶配重的平衡是气升顶中的一个重要环节，在预升顶时会平衡配重，在顶升过程中发生倾斜时也会调节配重。配重的调节是为了使罐顶受力平衡，均衡拉绳装置中的拉绳负载，防止负载集中到某条拉绳中，导致拉绳断裂，发生意外事故。

2、目前大多数大型lng低温储罐气升顶采用的方法是：在罐顶中心周围等圆周安置钢筋套笼，然后根据观察和经验，往钢筋套笼中放入钢筋。又或者是直接按照要求，在罐顶上堆放沙袋。升顶成功之前这些配重无法收回，这些现有方法只能不断在不同位置增加重量，对于每次增加的重量受经验影响较大。若增加的配重过大，反而产生新平衡需求，且无论是顶升过程中的各种因数还是增加配重产生的失衡，只能通过重新增加配重去调节，该过程是不可逆的。现有方法也不能实现上位机数字化控制。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，克服现有大型lng低温储罐气升顶配重调节方法依靠经验性、不可逆和无法上位机数字化控制调节的缺点，从而提供一种用于大型lng低温储罐气升顶的罐顶重心调整装置及方法。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案所提供的用于大型lng低温储罐气升顶的罐顶重心调整装置，包括：n个滑块导轨机构5、通信模块、平衡监测机构和控制模块；

3、每个所述滑块导轨机构5包括：安装至罐顶4的导轨11、设置至导轨11的配重滑块12以及带动配重滑块12在导轨11上移动的运动组件；其中，n个滑块导轨机构5的n个导轨11沿罐顶4半径轴向等圆周角度安装至灌顶4的顶部，呈雨伞骨架状；

4、所述平衡监测机构，用于采集罐顶4的运动参数，经通信模块上传至控制模块；

5、所述通信模块，用于将罐顶4的运动参数发送至控制模块，还用于将控制模块发出的运动控制信息发送至滑块导轨机构5；

6、所述控制模块，用于基于运动参数判断罐顶4是否失衡，判断为是，控制模块基于运动参数分别计算n个配重滑块12的运动距离和运动方向，输出运动控制信息经通信模块发送至每个所述滑块导轨机构5，分别控制运动组件带动配重滑块12在滑轨11上移动，以改变配重滑块12的重力在空间的力矩矢量，从而使罐顶4恢复平衡。

7、作为上述装置的一种改进，所述运动组件包括：链条13和电机14；

8、所述控制模块驱动电机14通过链条13带动配重滑块12在导轨11上移动。

9、作为上述装置的一种改进，所述平衡监测机构包括：n个拉绳19、四个拉力计21和四个t型架18；所述n个拉绳19和n个滑块导轨机构5一一对应；四个拉力计21和四个t型架18一一对应；其中，所述n个拉绳19分别与罐顶4、罐壁3和牵引机构连接，用于拉动罐顶4上升；其中，四个t型架18分别固定至与x轴和y轴相交的罐顶4的顶部；导轨11与x轴和y轴位置重叠的四个滑块导轨机构5对应的四个拉绳19上分别设置拉力计21；其中，四个拉绳19的一端分别与牵引机构连接，另一端与罐顶4连接后经过t型架18与罐壁3的顶部固定连接；四个拉绳19在t型架18与罐壁3之间的延伸段分别安装有拉力计21，用于分别获取对应拉绳19所受拉力；所述通信模块，用于将拉力数据作为罐顶4的运动参数发送至控制模块；当控制模块接收到的任一拉力数据大于第一阈值时，则判断罐顶4失衡。

10、作为上述装置的一种改进，所述滑块导轨机构5包括：x轴滑块导轨机构和y轴滑块导轨机构，所述控制模块利用拉力数据计算x轴滑块导轨机构和y轴滑块导轨机构的配重滑块12在滑轨11上的移动距离；其中，

11、计算第n个x轴滑块导轨机构的配重滑块12在滑轨11上的移动距离的过程包括：

12、计算第n个x轴滑块导轨机构的配重滑块12在x方向上的位移axn：

13、

14、其中，px为四个拉力数据中拉力数据最大的拉力计21所安装的拉绳19与罐顶4连接处的x轴坐标；f为拉力数据最大的拉力计21所安装的拉绳19上所需减少拉力的值；n为滑块导轨机构5的总数量；g为配重滑块12的重量；

15、计算第n个x轴滑块导轨机构的配重滑块12在y方向上的位移bxn：

16、

17、其中，为第n个x轴滑块导轨机构的导轨11与x轴正方向的夹角；

18、计算第n个x轴滑块导轨机构的配重滑块12在滑轨11上的移动距离lxn：

19、

20、其中，θ是导轨11与x-y平面的夹角；

21、计算第n个y轴滑块导轨机构的配重滑块12在滑轨11上的移动距离的过程包括：

22、计算第n个y轴滑块导轨机构的配重滑块12在y方向上的位移byn：

23、

24、其中，py四个拉力数据中拉力数据最大的拉力计21所安装的拉绳19与罐顶4连接处的y轴坐标；

25、计算第n个y轴滑块导轨机构的配重滑块12在x方向上的位移ayn：

26、

27、其中，为第n个y轴滑块导轨机构的导轨11与x轴正方向的夹角；

28、计算第n个y轴滑块导轨机构的配重滑块12在滑轨11上的移动距离lxn：

29、

30、作为上述装置的一种改进，所述控制模块包括：位于控制室的上位机1和位于罐顶4的下位机6；其中，所述上位机1用于用于接收罐顶4的运动参数，用于基于运动参数判断罐顶4是否失衡，判断为是，分别计算n个配重滑块12的运动距离和运动方向，并通过通信模块将n个配重滑块12的运动距离和运动方向信息发送至下位机6；所述下位机6，基于n个配重滑块12的运动距离和运动方向信息，分别控制运动组件带动配重滑块12在滑轨11上移动。

31、作为上述装置的一种改进，所述运动组件包括：链轮10，用于安装链条13，以使链条13的弧度与导轨11的行程弧度相同。

32、作为上述装置的一种改进，所述运动组件包括：蜗轮蜗杆减速器16，分别与控制模块和电机14连接，所述蜗轮蜗杆减速器16具有自锁功能，用于固定配重滑块12在导轨11上的位置。

33、作为上述装置的一种改进，所述滑块导轨机构5包括：水平台25，所述水平台25设置至罐顶4中心附近，用于安装蜗轮蜗杆减速器16和电机14。

34、作为上述装置的一种改进，所述通信模块采用zigbee无线通信技术。

35、为实现本发明的另一目的，本发明还提供一种用于大型lng低温储罐气升顶的罐顶重心调整方法，基于权利要求5-6之一所述的装置实现，包括：

36、步骤1：运动组件将所有配重滑块12移至导轨11的中心；

37、步骤2:平衡监测机构采集罐顶4的运动参数，经通信模块上传至上位机1；通过上位机1基于运动参数判断罐顶4是否失衡；若判断为失衡，执行步骤3，否则结束调整；

38、步骤3：上位机1基于运动参数分别计算n个配重滑块12的运动距离和运动方向，输出运动控制信息经通信模块传输至位于罐顶4的下位机6；

39、步骤4：下位机6依据运动控制信息控制运动组件带动配重滑块12在滑轨11上移动，并返回步骤2。

40、相较于现有技术，本发明的优点在于，本发明提供的一种用于大型lng低温储罐气升顶的罐顶重心调整装置及方法在调节罐顶4重心的过程中，不需要增加额外配重，不依靠操作人员的经验性，本发明可以自动监测罐顶4是否失去平衡，当罐顶4失去平衡后，可以自动利用配重滑块14调整罐顶4的重心，使其恢复平衡，不仅在罐顶4失去平衡时可以及时响应，还提高了罐顶4重心调整的精度。