CN102114898A - 一种浮筒模型质量分布调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种浮筒模型质量分布调节装置，它包括一支撑架和一摇摆框架，摇摆框架包括一模型支撑平台和一能调节重量的重物；支撑架顶部两侧分别设置有一钢制支撑刀口，摇摆框架通过两钢制支撑刀口与支撑架活动连接。本发明采用由支撑架和摇摆框架组成的负重结构，为了测量不规则形状的被测浮筒模型，摇摆框架上被测浮筒模型的安装模式摒弃了平板式的方式，而是根据浮筒基本为原型的特点，在摇摆框架的模型支撑平台的对称位置上设置了四个锥形支撑架，只要在被测浮筒模型上寻找到四个稳定的支撑点即可，而不是像船模一样必须寻找一个较大的平面，因此，在使用最小的接触面积在保证了模型稳固的同时，还具有最大的外形适应性。本发明可以广泛应用于船舶与海洋工程领域中。

Description

一种浮筒模型质量分布调节装置

技术领域

本发明涉及一种质量分布调节装置，特别是关于一种在海洋工程模型试验水池中对深水浮筒式系泊系统的浮筒模型质量分布调节装置。

背景技术

随着世界能源消耗的不断增长，以及陆上石油天然气开发的逐渐饱和，人们将油气开发的领域拓展到海洋。虽然科技的发展和海洋工程的进步使得人类在深海海洋工程的开发中不断取得进步，但如何将各种各样的浮式结构物，如浮式生产储油卸载系统(FPSO，Floating Production Storage and Offloading)等海洋油气生产装备安全系泊在生产油田位置，是解决生产和保障安全的重要问题。目前，采用浮筒式系泊是一种在海洋油田上系泊船舶和平台的有效方式，得到了广泛利用。而海洋油气生产中的浮筒与常规的系泊水鼓不同，其体积较大，质量和浮力均较大，大型的浮筒质量已达到数百吨，体积达到数十米的尺度，在所受的外载荷的作用下所产生的运动和导致的载荷均较为复杂，因而为了准确地得到在复杂海洋环境和被系泊平台的共同作用下的准确的性能，在模型试验中已不能作为一个简单的质点和浮力作用点来处理，其模型必须模拟准确的质量和质量分布情况。对于物体而言，质量分布调节包括重心的位置和质量的分布(惯量)等。

在浮筒模型的模拟中，由于海洋工程的常规模型缩尺比为50～100，因此，即使是数百吨的大型浮筒，其模型的总重亦不过1～2千克左右，用常规的海洋工程模型试验中所采用的惯量调节架亦很难调节。针对上海交通大学海洋工程国家重点实验室所拥有的惯量调节架(其发明专利号为：02137056.7)而言，该调节架是实验室自行研制的船舶和海洋平台的模型惯量调节系统，其对于重约数百千克的船舶和海洋平台模型可以达到非常准确的结果，并已在大批海洋工程模型试验中得到成功的应用。但将其应用至海洋系泊浮筒的惯量调节上则是“大材小用”。同时，由于浮筒模型质量较轻，重心高度和水平偏离位置较小，而惯量调节架本身的质量就达到数百千克，二者不在同一个量级上，如果用该惯量调节架来调节，则会造成调节的误差达到无法接受的程度。即使对该调节架进行小型化，也难以适应浮筒的调整，因为该调节架适宜调节底部较为平整的模型，对于形状较为复杂，有时甚至是非常规形状的浮筒，如底部有凸起，凹坑等的浮筒就必须设置大量的支撑附件，调整较为困难且会造成较大的误差。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能适应各种不同形状大小被测浮筒模型调节，结构简单，能解决小型海洋系泊浮筒的惯量调节难题的浮筒模型质量分布调节装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种浮筒模型质量分布调节装置，其特征在于：它包括一支撑架和一摇摆框架，所述摇摆框架包括一模型支撑平台和一能调节重量的重物；所述支撑架顶部两侧分别设置有一钢制支撑刀口，所述摇摆框架通过两所述钢制支撑刀口与所述支撑架活动连接。

所述摇摆框架包括所述模型支撑平台，所述模型支撑平台的四个顶点处分别设置一个锥形支撑架，两个所述锥形支撑架分别与两所述钢制支撑刀口呈对应设置；所述模型支撑平台的下部，与另外两个所述锥形支撑架对应设置有两个铝制的悬挂臂，所述两个悬挂臂的端部均连接至所述重物，形成三角形的负重结构；所述模型支撑平台与四个所述锥形支撑架之间分别设置有一导轨；所述模型支撑平台的下方，与四个所述导轨相对应处分别设置有一个用于在测量中悬挂砝码的挂钩。

所述模型支撑平台采用轻型铝质的中空环形结构。

所述模型支撑平台上，与两所述钢制支撑刀口对应位置处分别开设有一用于保证所述摇摆框架自由摆动的浅槽。

所述支撑架采用钢制的方形结构，所述摇摆框架采用三角形结构。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于采用由支撑架和摇摆框架组成的负重结构，支撑架顶部两侧分别设置有钢制支撑刀口，摇摆框架通过两钢制支撑刀口与支撑架活动连接。为了测量不规则形状的被测浮筒模型，摇摆框架上被测浮筒模型的安装模式摒弃了平板式的方式，而是根据浮筒基本为原型的特点，在摇摆框架的模型支撑平台的对称位置上设置了四个锥形支撑架，只要在被测浮筒模型上寻找到四个稳定的支撑点即可，而不是像船模一样必须寻找一个较大的平面，因此，在使用最小的接触面积在保证了模型稳固的同时，还具有最大的外形适应性。2、本发明由于采用在在模型支撑平台的四个顶点处分别设置一个锥形支撑架，因此，通过调整各锥形支撑架的高度，即可适应被测各种形状浮筒模型的外形需要。3、本发明由于模型支撑平台采用中空环形结构，使得模型支撑平台的中间中空位置处可以容纳被测浮筒模型的突出结构，从而在保证精度的同时，大大简化了被测浮筒模型调整的安装工作。4、本发明由于采用在模型支撑平台与四个锥形支撑架之间分别设置有导轨，各锥形支撑架可以沿着导轨作适当的移动，从而为被测浮筒模型的安装提供了更大的便利。5、本发明由于测量的被测浮筒模型较轻，各锥形支撑架并不会破坏被测浮筒模型的结构。而在摇摆框架底端设置的重物的重量也可以调节，在保证安装被测浮筒模型后的摇摆框架仍可以在两钢制支撑刀口实现稳定平衡外，还可以通过调节重物的重量适应不同质量的被测浮筒模型调整的要求，对于较轻的被测浮筒模型可以适当减低重物的重量以提高测试精度，满足了海洋工程模型试验的要求。本发明可以广泛应用于船舶与海洋工程领域中。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是本发明测量被测浮筒模型重心的水平位置示意图；

图4是本发明测量被测浮筒模型重心的高度位置示意图；

图5是本发明测量被测浮筒模型的惯量示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的进行详细的描述。

如图1、图2所示，本发明包括一钢制方形的支撑架1和一三角形的摇摆框架2，支撑架1顶部两侧分别设置有一钢制支撑刀口3，摇摆框架2通过两钢制支撑刀口3与支撑架1活动连接，进而实现摇摆框架2可以绕两钢制支撑刀口3自由摆动。通过测量摇摆框架2的摆动幅度和周期，可以确定被测模型的质量分布情况，根据被测结果进行调整和反复修正，就可以精确模拟浮筒模型的质量分布情况。

摇摆框架2包括一模型支撑平台4和一重量可调节的重物5，在模型支撑平台4的四个顶点处分别设置一锥形支撑架6，用于支撑形状不规则的被测浮筒模型7，其中，两个锥形支撑架6分别与两钢制支撑刀口3呈对应设置；模型支撑平台4的下部，与另外两个锥形支撑架6对应设置有两铝制的悬挂臂8，两个悬挂臂8的端部均连接重物5，形成三角形的负重结构，进而保持了摇摆框架2的重心位于两钢制支撑刀口3以下位置，保持摇摆框架2稳定平衡。为适应不同尺度的模型，在模型支撑平台4与四个锥形支撑架6之间分别设置有一导轨9，每个锥形支撑架6可以沿各导轨9在一定范围内调整位置，因此，可以适应不同尺度的被测浮筒模型7。在模型支撑平台4的下方，与四个导轨9相对应处还分别设置有一个挂钩10，用于在测量中悬挂砝码。

上述实施例中，模型支撑平台4采用轻型铝质的中空环形结构，中间可以容纳被测浮筒模型7的突出结构。

上述各实施例中，在模型支撑平台4上，与两钢制支撑刀口3对应位置处分别开设有一浅槽，以保证摇摆框架2的自由摆动。

综上所述，本发明在使用时，如图3所示，首先调整被测浮筒模型7重心的水平位置：将被测浮筒模型7调整至一个方向，例如先调整x方向，把被测浮筒模型7安置在摇摆框架2上，将被测浮筒模型7的目标重心位置(即g点)置于两个钢制支撑刀口3的正中心位置，通过调整被测浮筒模型7内压重的位置将摇摆框架2调成水平，此时实际重心位置就位于两个钢制支撑刀口3之间。然后，再将被测浮筒模型7调整至另一个方向(即y方向)，将被测浮筒模型7水平旋转90度后重新安装在摇摆框架2上，重复以上步骤，就可以将被测浮筒模型7的实际重心调整到与目标重心位置处相重合。

如图4所示，在调整完被测浮筒模型7重心的水平位置后，再调整被测浮筒模型7重心的高度位置。在摇摆框架2的挂钩10上放置砝码11，通过测量放置砝码11后的模型支撑平台4的倾斜状态，就可以得到被测浮筒模型7的实际重心高度，与目标值比较后对被测浮筒模型7内的压重进行调整，直至被测浮筒模型7的实际重心高度达到目标重心高度为止。

如图5所示，完成被测浮筒模型7重心的水平位置和高度调整后，调整被测浮筒模型7的惯量。取下摇摆框架2上的砝码11，通过测量被测浮筒模型7和摇摆框架2共同的摇摆周期就可以计算得到被测浮筒模型7的惯量参数，通过调整被测浮筒模型7的压重位置就可以对惯量进行调整，直至达到目标值；调整完一个方向后就可以将被测浮筒模型7水平旋转90度调整另一个方向；通过以上步骤的调整就可以使得被测浮筒模型7的质量分布达到设计要求，从而保证试验准确性，满足精度要求。

综上所述，摇摆框架2是本发明最主要的部件，为了测量不规则形状的被测浮筒模型7，特别是底部为锥形或球形的被测浮筒模型7，摇摆框架2上被测浮筒模型7的安装模式摒弃了平板式的方式，而是根据浮筒基本为原型的特点，在中空环形结构的模型支撑平台4的对称位置上设置了四个锥形支撑架6，只要在被测浮筒模型7上寻找到四个稳定的支撑点就可以了，而不是像船模一样必须寻找一个较大的平面，从而使用最小的接触面积在保证模型稳固的同时具有最大的外形适应性。即使是非常不规则的被测浮筒模型7，也可以通过调整各锥形支撑架6的高度来适应被测浮筒模型7的外形需要。而模型支撑平台4的环形结构使得其中间可以容纳被测浮筒模型7的突出结构，如立管端头、系链结构等附体，从而在保证精度的同时，大大简化了被测浮筒模型7调整的安装工作。而各锥形支撑架6还可以沿着导轨9作适当的移动，从而为被测浮筒模型7的安装提供了更大的便利。由于被测浮筒模型7较轻，各锥形支撑架6并不会破坏被测浮筒模型7的结构。而在摇摆框架2底端设置的重物5的重量也可以调节，在保证安装被测浮筒模型7后的摇摆框架2仍可以在两钢制支撑刀口3上实现稳定平衡外，还可以通过调节重物5的重量，以便适应不同质量的被测浮筒模型7调整的要求，对于较轻的被测浮筒模型7可以适当减低重物5的重量以提高测试精度。

上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (7)

1.一种浮筒模型质量分布调节装置，其特征在于：它包括一支撑架和一摇摆框架，所述摇摆框架包括一模型支撑平台和一能调节重量的重物；所述支撑架顶部两侧分别设置有一钢制支撑刀口，所述摇摆框架通过两所述钢制支撑刀口与所述支撑架活动连接。

2.如权利要求1所述的一种浮筒模型质量分布调节装置，其特征在于：所述摇摆框架包括所述模型支撑平台，所述模型支撑平台的四个顶点处分别设置一个锥形支撑架，两个所述锥形支撑架分别与两所述钢制支撑刀口呈对应设置；所述模型支撑平台的下部，与另外两个所述锥形支撑架对应设置有两个铝制的悬挂臂，所述两个悬挂臂的端部均连接至所述重物，形成三角形的负重结构；所述模型支撑平台与四个所述锥形支撑架之间分别设置有一导轨；所述模型支撑平台的下方，与四个所述导轨相对应处分别设置有一个用于在测量中悬挂砝码的挂钩。

3.如权利要求1所述的一种浮筒模型质量分布调节装置，其特征在于：所述模型支撑平台采用轻型铝质的中空环形结构。

4.如权利要求2所述的一种浮筒模型质量分布调节装置，其特征在于：所述模型支撑平台采用轻型铝质的中空环形结构。

5.如权利要求1或2或3或4所述的一种浮筒模型质量分布调节装置，其特征在于：所述模型支撑平台上，与两所述钢制支撑刀口对应位置处分别开设有一用于保证所述摇摆框架自由摆动的浅槽。

6.如权利要求1或2或3或4所述的一种浮筒模型质量分布调节装置，其特征在于：所述支撑架采用钢制的方形结构，所述摇摆框架采用三角形结构。

7.如权利要求5所述的一种浮筒模型质量分布调节装置，其特征在于：所述支撑架采用钢制的方形结构，所述摇摆框架采用三角形结构。

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