海洋深水浮式平臺(tái)渦激運(yùn)動(dòng)模型實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于海洋工程技術(shù)領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)裝置，具體涉及一種適用于半潛式平臺(tái)、張力腿平臺(tái)等海洋深水浮式平臺(tái)的渦激運(yùn)動(dòng)模型實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]海洋深水浮式平臺(tái)，包括半潛式平臺(tái)，張力腿平臺(tái)等，由于抵抗風(fēng)浪能力強(qiáng)、適應(yīng)水深范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，已成為重要的海洋油氣資源勘探和開發(fā)裝備之一。然而，半潛式平臺(tái)和張力腿平臺(tái)均為典型的多立柱浮體，在深海海流作用下，其立柱后方會(huì)發(fā)生周期性漩渦脫落，導(dǎo)致脈動(dòng)壓力產(chǎn)生，進(jìn)而引發(fā)平臺(tái)在水平面內(nèi)產(chǎn)生長(zhǎng)周期、大振幅的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。這種大范圍的渦激運(yùn)動(dòng)會(huì)影響平臺(tái)錨鏈、立管和張力腿等構(gòu)件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和疲勞壽命，影響正常的海上作業(yè)。因此，海洋深水浮式平臺(tái)的渦激運(yùn)動(dòng)已成為海洋工程領(lǐng)域的研宄熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一。由于復(fù)雜的平臺(tái)外形和外部影響因素，模型實(shí)驗(yàn)是深水浮式平臺(tái)渦激運(yùn)動(dòng)的主要研宄手段。
[0003]為保持均勻、穩(wěn)定的流場(chǎng)，渦激運(yùn)動(dòng)模型實(shí)驗(yàn)通常在船舶拖曳水池中開展，并采用等效的水平系泊系統(tǒng)將平臺(tái)模型系泊于水池拖車之下，跟隨拖車做勻速前進(jìn)。由于實(shí)驗(yàn)中忽略了原有系泊系統(tǒng)的垂向載荷，傳統(tǒng)的做法是在模擬平臺(tái)自身質(zhì)量的基礎(chǔ)上，增加額外的壓載質(zhì)量，將平臺(tái)的縮尺比模型壓載至設(shè)計(jì)水線，以補(bǔ)償系泊系統(tǒng)對(duì)平臺(tái)的垂向載荷。這種的做法實(shí)際上改變了平臺(tái)模型的質(zhì)量和排水量之比，影響其渦激運(yùn)動(dòng)特性，并影響最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。因此，在渦激運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)保證相同的質(zhì)量和排水量之比，并且不能限制平臺(tái)在水平方向上的運(yùn)動(dòng)。因此，必須設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)裝置，以準(zhǔn)確模擬平臺(tái)渦激運(yùn)動(dòng)的各項(xiàng)特性。
[0004]經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利文獻(xiàn)號(hào)CN200620047162，公開日2007年10月17日，公開了一種用于單柱式海洋平臺(tái)渦激運(yùn)動(dòng)模型試驗(yàn)裝置，包括系泊環(huán)、系泊孔、翼形掛柱、小肘板、橫板、模型錨泊線分段、浮筒、重塊、等效立管系統(tǒng)、單柱式海洋平臺(tái)模型、拖車、非接觸式光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)、拉力傳感器、應(yīng)變放大器、接線裝置、數(shù)據(jù)自動(dòng)采集卡及計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)。用等效系泊系統(tǒng)來(lái)等效實(shí)際系泊系統(tǒng)的靜力特性，用等效立管系統(tǒng)來(lái)等效實(shí)際立管系統(tǒng)的靜力特性。模型系泊架由翼形掛柱、系泊環(huán)、系泊孔、小肘板和橫板組成，翼形掛柱的截面形狀為機(jī)翼形，系泊孔繞系泊環(huán)一周均勻分布。但由于深水浮式平臺(tái)所處的海域水深極深，且每個(gè)平臺(tái)的水深差異較大，而船舶拖曳水池的水深普遍較小，因此該裝置難以模擬深水海洋環(huán)境，且結(jié)構(gòu)較為笨重，難以根據(jù)實(shí)際水深條件調(diào)節(jié)相應(yīng)深度，難以得到有效實(shí)施。并且，裝置的翼型掛柱在渦激運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的拖曳過(guò)程中會(huì)在水中產(chǎn)生渦激振動(dòng)，影響測(cè)試流場(chǎng)，并引起平臺(tái)模型自身產(chǎn)生振動(dòng)，影響實(shí)驗(yàn)測(cè)試精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種在船舶拖曳水池中，用于海洋深水浮式平臺(tái)渦激運(yùn)動(dòng)的模型實(shí)驗(yàn)裝置，解決無(wú)法開展精細(xì)平臺(tái)渦激運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)的技術(shù)難點(diǎn)。該裝置滿足為深水浮式平臺(tái)提供垂向系泊載荷的同時(shí)，保持其水平面自由運(yùn)動(dòng)的技術(shù)要求，并具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作便捷、工作穩(wěn)定等特點(diǎn)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案:
[0007]一種海洋深水浮式平臺(tái)渦激運(yùn)動(dòng)模型實(shí)驗(yàn)裝置，包括支撐框架、垂直連接機(jī)構(gòu)、和水平連接機(jī)構(gòu)三部分。垂直連接機(jī)構(gòu)的一端連接于支撐框架，另一端連接平臺(tái)模型。類似的，水平連接機(jī)構(gòu)的一端連接于支撐框架，另一端連接平臺(tái)模型。
[0008]支撐框架包括頂部平板、頂部固定裝置、水平固定裝置，頂部平板位于頂部固定裝置下方。頂部平板為安裝在頂部固定裝置和平臺(tái)模型之間的一個(gè)光滑、水平的金屬平板，頂部平板用于承載平臺(tái)模型垂向系泊載荷。頂部固定裝置的高度和水平度能夠調(diào)節(jié)，用于調(diào)節(jié)平臺(tái)模型吃水、垂向系泊載荷大小和頂部平板的水平度。頂部固定裝置與拖曳水池的拖車固定，隨拖車同步運(yùn)動(dòng)。水平固定裝置為一水平布置的桁架式圓環(huán)結(jié)構(gòu)，能在水平方向上自由、快速旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，以適應(yīng)在不同來(lái)流角度下進(jìn)行平臺(tái)渦激運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)。
[0009]垂直連接機(jī)構(gòu)包括氣浮平臺(tái)、壓簧、壓力傳感器，壓力傳感器位于氣浮平臺(tái)和壓簧之間。垂直連接機(jī)構(gòu)通過(guò)氣浮平臺(tái)與壓簧的結(jié)合，在保證垂向系泊載荷和系泊剛度的同時(shí)，保持氣浮平臺(tái)和頂部平板之間具有一定間隙，避免水平方向的摩擦力，從而避免影響平臺(tái)模型在水平方向上的運(yùn)動(dòng)特性。氣浮平臺(tái)由空氣壓縮機(jī)、壓縮空氣供氣管和空氣軸承組成，壓縮空氣通過(guò)空氣軸承提供平臺(tái)模型所需的垂向系泊載荷。壓簧用于模擬平臺(tái)系泊系統(tǒng)在垂直方向上的系泊剛度。壓力傳感器可以實(shí)時(shí)測(cè)量平臺(tái)垂向載荷的大小，以準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)平臺(tái)模型的受力狀態(tài)。
[0010]水平連接機(jī)構(gòu)包括系泊連接構(gòu)件、拉簧、拉力傳感器。水平連接機(jī)構(gòu)通過(guò)拉簧的水平、交叉布置方式，并配合恰當(dāng)直徑的系泊連接構(gòu)件，同時(shí)模擬平臺(tái)模型水平剛度和首搖剛度特性，提供相應(yīng)的回復(fù)力和力矩。系泊連接構(gòu)件為一恰當(dāng)直徑的圓形金屬結(jié)構(gòu)，水平安裝于平臺(tái)模型之上，用于連接平臺(tái)模型和水平系泊系統(tǒng)，其直徑應(yīng)根據(jù)平臺(tái)相應(yīng)的水平剛度和首搖剛度綜合確定。拉力傳感器用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)平臺(tái)模型所受水平載荷的大小。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:
[0012]本發(fā)明提供一種在船舶拖曳水池中，用于海洋深水浮式平臺(tái)渦激運(yùn)動(dòng)的模型實(shí)驗(yàn)裝置，解決了無(wú)法在拖曳水池中進(jìn)行精細(xì)渦激運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的技術(shù)難點(diǎn)。該裝置滿足為浮式平臺(tái)提供垂向系泊載荷，準(zhǔn)確模擬平臺(tái)質(zhì)量和排水量之比，并且不限制其水平方向運(yùn)動(dòng)的技術(shù)要求，并具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作便捷、工作穩(wěn)定等特點(diǎn)。
[0013]以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說(shuō)明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例的海洋深水浮式平臺(tái)渦激運(yùn)動(dòng)模型實(shí)驗(yàn)裝置的側(cè)視不意圖；
[0015]圖2為圖1所示的海洋深水浮式平臺(tái)渦激運(yùn)動(dòng)模型實(shí)驗(yàn)裝置的俯視示意圖；
[0016]圖3為圖1所示的海洋深水浮式平臺(tái)渦激運(yùn)動(dòng)模型實(shí)驗(yàn)裝置另一狀態(tài)的俯視示意圖；
[0017]圖4為本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例的海洋深水浮式平臺(tái)渦激運(yùn)動(dòng)模型實(shí)驗(yàn)裝置的垂直連接機(jī)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，實(shí)施例是在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述實(shí)施例。
[0019]圖1是海洋深水浮式平臺(tái)渦激運(yùn)動(dòng)模型實(shí)驗(yàn)裝置整體結(jié)構(gòu)的側(cè)視示意圖。實(shí)驗(yàn)裝置包括支撐框架2、用于連接平臺(tái)模型I的垂直連接機(jī)構(gòu)3、用于連接平臺(tái)模型I的水平連接機(jī)構(gòu)4三部分。支撐框架2包括頂部平板21、頂部固定裝置22、水平固定裝置23。頂部平板21為安裝在頂部固定裝置22和平臺(tái)