輸油軟管的補償與共振

該在行進中開展輸油作業，輸油軟管由于自身承重，會在兩船之間產生   的下垂高度H。由于兩船間距的不斷變化以及風浪等因素的影響，可能導致以下情況：

1）下垂高度過大，張力太小軟管落入水中；

2）下垂高度過小，軟管所承受的張力太大。

這兩種情況都會影響輸油裝置的使用   。如果   依靠人工操作來保持適當的下垂高度會產生以下問題：

1）行進中輸油作業一般持續時間較長，僅憑人工控制下垂高度，操作人員體力上很難勝任；

2）人工操作只能憑感官判斷，控制精度不高；

3）反應不夠及時。

針對上述問題，該輸油裝置在設計中采用基于PLC、扭矩傳感器、液壓伺服器件的自動補償控制系統，控制軟管絞車自動調節輸油軟管的下垂高度，使其在輸油作業中始終處于正常工作范圍內。由于軟管下垂高度H與其所承受的張力N之間呈近似的線性關系，可以用軟管張力補償來實現下垂高度的自動補償。

一、自動補償原理

該輸油裝置主要包括軟管絞車、液壓驅動單元、軟管組件、控制系統四部分。輸油軟管張力自動補償工作原理是：用扭矩傳感器檢測出軟管絞車驅動軸承受的扭矩，間接計算出軟管承受的張力；用光電開關組測出軟管絞車轉動的方向和圈數，間接計算出絞車收放軟管的長度。PLC根據預設的數據表判斷當軟管長度為L時，承受的張力是否超過上下限值，張力過小時，控制絞車自動放出軟管，張力過大時控制絞車自動收管，使軟管始終保持合適的下垂高度。

二、共振產生原因及解決方案

共振產生原因分析

該輸油裝置張力補償試驗中發現，軟管產生共振是一個需要解決的主要問題：軟管本身具有   的彈性，其自身承受了張力，加上補償動作、慣性、海風、船身起伏的影響，在輸油作業中將不可避免的始終處于上下振蕩狀態中，當振蕩幅度增大到   程度時，將嚴重影響輸油作業。導致軟管產生振蕩的原因主要分為以下三類：

1）共振問題：自動補償收管和放管動作產生的振蕩會相互干擾，可能發生共振問題，導致振幅越來越大，這是對自動補償影響   大的問題；

2）慣性影響：絞車開始轉動和停止轉動瞬間，絞車驅動軸上的扭矩出現階躍跳變；收放管動作停止時，軟管由于慣性繼續向上／下運動帶來振蕩。兩種情況會導致收放高度與實際需要的補償量之間出現偏差；

3）海況影響：船身上下起伏、左右擺動、兩船間距變化、海風海浪對軟管的作用都會造成軟管的振蕩。

補償系統振蕩分析

穩定是控制系統能夠運行的   要條件，解決軟管振蕩對補償的影響問題，實質是自動控制系統在輸入信號和擾動作用下的穩態誤差。分析軟管產生振蕩的三類原因可知，自動補償控制面對的   主要，也是對補償性能影響   大的擾動信號屬于瞬時變化的階躍函數，補償系統輸入信號為斜坡函數。