CN102288541B - 缆索水阻尼测试系统夹持装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种缆索水阻尼测试系统夹持装置，包括承载车，承载车主体呈“H”型框架，该“H”形框架的四个端部设有车轮，“H”型框架的中间横梁上固定有一圆形分度盘部件，在中间横梁的两侧且与中间横梁平行的设有两固定杆；圆形分度盘部件由分度盘和支撑梁构成，分度盘的上均布一圈圆孔，支撑梁的两端为悬臂；“H”型框架的中间横梁上设有两个与分度盘上圆孔位置适配的定位孔；支撑梁的悬臂端均分别固定有一夹持悬臂，每个夹持悬臂的底端设有夹头。本发明夹持装置可解决不同直径的柔性且轴向受力变形大的系缆的固定问题，并且可解决与来流方向一致的作用力和垂直于来流方向的作用力对缆索的不同影响的问题。

Description

缆索水阻尼测试系统夹持装置

技术领域

本发明涉及一种海洋工程结构，尤其涉及一种大型海洋工程结构物缆索力学性能研究系统。

背景技术

随着能源产业的发展，石油、天然气的开采逐步向深水海域挺进，开采平台的系泊结构的设计成为日益严峻的挑战。传统的以钢丝绳或钢环为基础的刚悬链式系泊结构，仅适用于水深在几百米以内的浅水区域。由于其存在价格昂贵，附加质量大，回复刚度低、水平偏移量大等问题，对于深水区域的应用存在诸多的弊端。因此一种以合成纤维为基础的新型系泊结构，以其质量轻、价格低廉、覆盖域小等优越特性，在深水系泊的应用中越来越受到人们的重视。近几年来许多国家和地区已经把重点放在合成纤维系泊系统的研究中，并且已初见成效。

在深海(300米以上的水深)开发能源，涉及到开采、储存、运输、护卫等诸多环节，深海开采的结构物通常是超大型的，如目前的FPSO(浮式生产储油卸油船)和SPAR(单立柱平台)等，如何让如此庞大的结构物在海上定位并能够正常工作，其系缆和系泊系统就成为关键问题。目前有多种用于浮体结构定位的系泊系统，如悬链线系泊、悬链线锚腿系泊、单锚腿系泊、张力腿系泊、系缆桩缓冲稀薄等。一般来说，系泊方式是根据系泊力的大小、水深、系索长度、是否配置中间浮体或沉箱、地形和海床条件来确定。对不同的超大型结构物，其用途不同，因而系泊方式也不同。通常，在收集超大型结构物的设置海域气象海象等环境数据后，对各种系泊方式进行模型试验和数值模拟，最后确定一种合适的系泊方式。

传统的刚悬链式系泊结构(CMS)被用于海洋船舶，平台等系泊结构中已经有相当长的历史，关于该结构现已经存在标准，涉及到设计，结构，测试，生产，运输，监测等等方面。传统的刚悬链式系泊结构使用钢缆或者钢环为载体，系统主要依靠自身的重量和几何结构来提供回复力，控制平台位置。然而，在水中的钢绳的重力必须通过平台的浮力承担，从而给平台增加了很大负荷，相应减少了平台的实际使用吨位。随着水深的增加，系缆的重量成为一个越来越严重的问题。此外其广阔的覆盖区域对于油气开采和存储的密集型作业造成很大不便，使经济效益降低。传统的刚悬链式系泊系统均有钢结构构成造价昂贵，并且在恶劣的天气条件下会产生很大的水平偏移量，不利于定点系泊位置的控制。产生较大偏移量后的回拽会存在诸多不便及经济损失。由于质量大，安装和运输过程很不方便，同时在安装或服役期间一旦脱落或者断裂，其巨大的重量对于海底的工程建筑结构会造成很大的威胁。因此寻求一种回复刚度大，质量轻，价格低廉的新型系泊结构成为人们日益关注的焦点。

新型的系泊结构是一种使用纤维缆作为载体的紧腿系泊结构(TMS)。使用人工合成纤维作为系泊材料的系统研究开始于上世纪七、八十年代。如今纤维缆紧腿系泊系统已经在墨西哥海湾等海域得到成功的应用。纤维缆在生产系泊系统中的应用带来了巨大的潜在的经济效益。

首先，与钢缆相比其较轻的质量显著的降低了依靠自身浮力来支撑系泊结构的平台的负荷，使得货物的承载能力增加。

其次，具有更高的刚度，使得水平偏移量较小，通常仅为传统的刚悬链式系泊系统的1/4。这一点对于悬索的设计具有重要意义。

再次，紧腿式系泊结构的覆盖域步长要比传统的刚悬链式系泊结构小得多。较小的覆盖域是FPSO等大型漂浮结构的密集排布成为可能，从而获得经济效益。同时由于质量较轻，在安装或服役过程中断裂或摔落海底对海底设备并不会造成潜在威胁。

最后，紧腿系泊系统较之传统的系泊系统造价低，且由于质量轻还具有易于运输和安装的优点。

黏性流体绕物体流动时，物体一定受到流体的压强和切向应力的作用，这些力的合力一般可分解为与来流方向一致的作用力和垂直于来流方向的作用力。这两个力对缆索的作用，对研究缆索受力具有重大意义。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种缆索水阻尼测试系统夹持装置。本发明夹持装置可解决不同直径的柔性且轴向受力变形大的系缆的固定问题，并且可解决与来流方向一致的作用力和垂直于来流方向的作用力对缆索的不同影响的问题，为深海系缆的进一步研究提供了基础。

为了解决上述技术问题，本发明缆索水阻尼测试系统夹持装置予以实现的技术方案是：该夹持装置包括承载车，所述承载车由主体、固定结构和车轮构成，所述主体呈“H”型框架，所述车轮设置在该“H”形框架的四个端部，所述“H”型框架的中间横梁的中间位置上固定有一圆形分度盘部件，所述固定结构是两个设置在所述中间横梁两侧、且与所述中间横梁平行、并固定在所述“H”型框架上的固定杆；所述圆形分度盘部件由分度盘和与所述分度盘中心固定的支撑梁构成，所述分度盘的上表面按照分度中心角为30°的均布一圈圆孔，所述支撑梁的两端为悬臂；所述“H”型框架的中间横梁上设有两个定位孔，所述两个定位孔的中心距与所述分度盘上圆孔的分度圆直径相等；所述支撑梁的悬臂端均分别固定有一夹持悬臂，每个夹持悬臂的底端设有夹头，所述夹头由两个相对的、且内口呈弧形的夹片构成。

本发明缆索水阻尼测试系统夹持装置，其中，所述夹头的两个夹片之间由四个螺栓连接，两个夹片之间的距离通过螺栓调节。所述圆形分度盘部件中的支撑梁与所述“H”型框架的中间横梁之间的夹角是可调的，可实现按照30°的倍数调整。所述承载车采用铝材制造，其中的“H”型框架为可拆卸结构，固定在所述“H”型框架上的固定杆为可拆卸结构。所述车轮的轮轴处设有轴承。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)由于本发明中的夹头内口呈弧形夹片设计，实现了对柔性系缆的夹持，综合考虑了系缆的轴向受力，且实现了对不同直径的系缆的夹持，其可夹持直径为10-35mm的系缆，且固定可靠。

(2)本发明中的圆形分度盘部件实现了缆索在深海中受到来流的多角度的冲击模拟，采用该分度盘使得系缆的冲击角度可为0-90°，并按照30°的调整单位。

(3)承载车采用铝材料且设计成可拆卸架式结构，既满足了强度要求，又能使其质量轻，利于实验测量，减小误差；承载车的四个车轮中装入轴承，减小了承载车在水阻尼测试系统的轨道运行中的阻力。

附图说明

图1是本发明缆索水阻尼测试系统夹持装置的结构示意简图；

图2是图1中所示承载车的结构示意简图；

图3是图1中所示圆形分度盘部件的结构示意简图；

图4是图1中所示夹持悬臂的结构示意简图。

图中：

10——承载车    20——圆形分度盘部件   30——夹持悬臂

11——主体      12——固定杆           13——车轮

14——中间横梁  21——分度盘           22——支撑梁

31——夹头      32——螺栓

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

如图1所示，本发明缆索水阻尼测试系统夹持装置，包括承载车10、圆形分度盘部件20和夹持悬臂30。

如图2所示，所述承载车10由主体11、固定结构和车轮13构成，所述主体11呈“H”型框架，所述车轮13设置在该“H”形框架的四个端部，所述“H”型框架的中间横梁14的中间位置上固定有一圆形分度盘部件20，所述固定结构是两个设置在所述中间横梁14两侧、且与所述中间横梁14平行、并固定在所述“H”型框架上的固定杆12；所述承载车10采用铝材制造，其中的“H”型框架为可拆卸结构，固定在所述“H”型框架上的固定杆为可拆卸结构，利于安装试件，承载车10采用铝材料且设计成可拆卸架式结构，既可以满足强度要求，又能使其质量轻，利于实验测量，减小测试误差。

如图3所示，所述圆形分度盘部件20由分度盘21和与所述分度盘中心固定的支撑梁22构成，所述分度盘21的上表面按照分度中心角为30°的均布一圈圆孔，所述支撑梁22的两端为悬臂；

如图2所示，所述“H”型框架的中间横梁14上设有两个定位孔，所述两个定位孔的中心距与所述分度盘21上圆孔的分度圆直径相等；所述圆形分度盘部件20中的支撑梁22与所述“H”型框架的中间横梁14之间的夹角是可调的，本发明中的圆形分度盘部件实现了缆索在深海中受到来流的多角度的冲击模拟，采用该分度盘使得系缆的冲击角度可为0-90°，并按照30°的调整单位进行两者之间夹角的调整。

如图1所示，通过螺丝钉将圆形分度盘部件20固定在铝制的承载车10上，为承载车20与夹持悬臂30的连接装置，通过分度盘旋转不同角度，能实现缆索与运动方向夹角的变化。所述圆形分度盘部件20中的支撑梁22的悬臂端均分别通过螺纹连接固定有一夹持悬臂30，如图3所示，夹持悬臂采用根部矩形小截面，中部等强度截面设计。每个夹持悬臂30的底端设有夹头31，所述夹头31由两个相对的、且内口呈弧形的夹片构成，所述夹头31的两个夹片之间由四个螺栓32连接，两个夹片之间的距离通过螺栓32调节。所述夹头31的弧形夹片设计，实现了对柔性系缆的夹持，并综合考虑了系缆的轴向受力，从而可实现对不同直径的系缆的夹持，其可夹持直径为10-35mm的系缆，且固定可靠。

另外，本发明中所述车轮13的轮轴处设有轴承，可以减小承载车10在水阻尼测试系统的轨道运行中的阻力。

本发明夹持装置的安装过程是：

先将圆形分度盘部件中的支撑梁22与夹持悬臂30通过螺纹连接结构紧密地连接起来；因为，夹持悬臂30是作为悬臂梁来进行测试的，所以应与相当于固定端的支撑梁连接牢固。

将系缆卡在夹持悬臂30下端的夹头31的两夹片中，通过调整两夹片之间的四个螺栓将缆索固定住；将系缆安装在夹持悬臂30的下端时，应注意两夹持悬臂30同时紧固，保证两夹持悬臂30对系缆的夹持程度相同。

将连接在一起的圆形分度盘部件20、夹持悬臂30与系缆再与放置在水阻尼测试系统的轨道上的承载车10固连，即：按照测试中对缆索与运动方向夹角的要求，将承载车10的中间横梁14上的一对定位孔与所述圆形分度盘部件20中的分度盘21上的一对圆孔对正，用螺栓固定，再将分度盘21的中心孔与中间横梁14的中间孔对正，用螺栓固定。

尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种缆索水阻尼测试系统夹持装置，包括承载车（10），其特征在于：

所述承载车（10）由主体（11）、固定结构（12）和车轮（13）构成，所述主体（11）呈“H”型框架，所述车轮（13）设置在该“H”型框架的四个端部，所述“H”型框架的中间横梁（14）的中间位置上固定有一圆形分度盘部件（20），所述固定结构（15）是两个设置在所述中间横梁（14）两侧、且与所述中间横梁（14）平行、并固定在所述“H”型框架上的固定杆；

所述圆形分度盘部件（20）由分度盘（21）和与所述分度盘中心固定的支撑梁（22）构成，所述分度盘（21）的上表面按照分度中心角为30°的均布一圈圆孔，所述支撑梁（22）的两端为悬臂；

所述“H”型框架的中间横梁（14）上设有两个定位孔，所述两个定位孔的中心距与所述分度盘（21）上圆孔的分度圆直径相等；

所述支撑梁（22）的悬臂端均分别固定有一夹持悬臂（30），每个夹持悬臂（30）的底端设有夹头（31），所述夹头（31）由两个相对的、且内口呈弧形的夹片构成。

2.根据权利要求1所述的缆索水阻尼测试系统夹持装置，其特征在于：所述夹头（31）的两个夹片之间由四个螺栓连接，两个夹片之间的距离通过螺栓调节。

3.根据权利要求1所述的缆索水阻尼测试系统夹持装置，其特征在于：所述圆形分度盘部件（20）中的支撑梁（22）与所述“H”型框架的中间横梁（14）之间的夹角是可调的，可实现按照30°的倍数调整。

4.根据权利要求1所述的缆索水阻尼测试系统夹持装置，其特征在于：所述承载车（10）采用铝材制造，其中的“H”型框架为可拆卸结构，固定在所述“H”型框架上的固定杆为可拆卸结构。

5.根据权利要求1所述的缆索水阻尼测试系统夹持装置，其特征在于：所述车轮（13）的轮轴处设有轴承。

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