CN102735420B - 浮筒模型首摇惯量校核装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种浮筒模型首摇惯量校核装置。它包括一支撑架和一旋转摇摆框架；所述旋转摇摆框架的两侧分别设有一钢制摇摆刀口，所述旋转摇摆框架通过该两钢制摇摆刀口与所述支撑架活动链接；所述旋转摇摆框架包括模型摇摆平台和模型旋转安装平台，所述模型摇摆平台为中空环形结构，所述模型旋转安装平台设置在所述模型摇摆平台的环腔内；所述模型摇摆平台与所述模型旋转安装平台之间设有90度旋转机构；所述模型旋转安装平台由圆环体和支撑平台组成；所述圆环体与所述支撑平台的连接件上设有抓紧装置。本发明通过测量旋转摇摆框架在重力作用下的摆动幅度和周期，可以确定被测模型首摇惯量情况，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首摇惯量。
Description
技术领域
本发明涉及一种浮筒模型首摇惯量校核装置，特别是涉及一种在海洋工程模型试验水池中对浮筒模型首摇惯量校核装置。
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，如大型油轮、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。由于油轮等船舶和海洋工程结构物通过系缆和锚链等方式系泊在浮筒的系缆点上，同时系缆点并不位于浮筒的中心，而是位于可以绕浮筒垂直轴一定范围内旋转的系泊盘上，因此浮筒的六自由度运动均会对系缆点的位置和系缆力产生较大的影响。因而这类的浮筒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。浮筒受到系泊力和本身所受的风、浪、流等外载荷的影响，会在一定的角度范围内产生旋转运动，其首摇的运动作为控制系缆点位置的重要运动之一，受到模型首摇惯量的直接影响，因此需要对其垂直轴上的首摇惯量进行模拟和校核。
在浮筒模型的模拟中，其模型的总重一般在1～5千克以内，而常规的船模惯量调节架适用于重约数百千克的船舶和海洋平台模型，只能调整纵摇和横摇，难以调整模型的首摇惯量。如上海交通大学海洋工程国家重点实验室目前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，其对于大型平台和船舶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。但用来调整数公斤的浮筒的首摇惯量，首先其不具备调整和校核浮体的首摇惯量的能力，其次即使采用变通的方法来调整，其功能定位与数千克的浮筒之间巨大的差异会导致误差达到无法接受的程度。
发明内容
本发明的目的是提供一种浮筒模型首摇惯量校核装置，其结构简单，能解决小型海洋系泊浮筒的惯量调节难题。
本发明所提供的一种浮筒模型首摇惯量校核装置，包括一支撑架和一旋转摇摆框架；所述旋转摇摆框架的两侧分别设有一钢制摇摆刀口，所述旋转摇摆框架通过该两钢制摇摆刀口与所述支撑架活动链接；
所述旋转摇摆框架包括模型摇摆平台和模型旋转安装平台，所述模型摇摆平台为中空环形结构，所述模型旋转安装平台设置在所述模型摇摆平台的环腔内；所述模型摇摆平台与所述模型旋转安装平台之间设有90度旋转机构；
所述模型旋转安装平台由圆环体和支撑平台组成；所述圆环体与所述支撑平台相连接且设有间距，所述圆环体设于所述支撑平台的上部；所述圆环体与所述支撑平台的连接件上设有抓紧装置。
上述的浮筒模型首摇惯量校核装置中设置了90度旋转机构，在测量模型的首摇时可将所述模型旋转安装平台旋转90度，将首摇惯量的旋转方向由水平面内绕垂向轴的旋转转变成为垂直面内的绕水平轴旋转，从而使首摇惯量的回复力由模型旋转安装平台和模型本身的重力提供，从而为首摇惯量的测量提供了一个不受被测物体运动而改变的、大小恒定的外界回复力，避免了其他方式提供的回复力受到模型运动的影响所导致的测量误差或错误。
上述的浮筒模型首摇惯量校核装置，所述圆环体与所述支撑平台通过连接杆相连接。
上述的浮筒模型首摇惯量校核装置，所述连接杆可为4个，该4个连接杆沿所述圆环体的周向均匀布置。
上述的浮筒模型首摇惯量校核装置，所述抓紧装置可为顶紧器；所述圆环体与所述支撑平台的连接件上可设有1个所述顶紧器。
上述的浮筒模型首摇惯量校核装置，所述顶紧器包括螺纹杆体、与该螺纹杆体相配合的顶紧旋钮和设置在该螺纹杆体一端部的顶紧片，该顶紧片的面可为摩擦力较大的防滑材料；所述顶紧旋钮于所述螺纹杆上的位置可进行前后调整，在安装模型时，可以前后调整所述顶紧旋钮以顶紧该模型，防止模型松脱和滑落。
上述的浮筒模型首摇惯量校核装置，所述旋转摇摆平台与所述圆环体相连接。
上述的浮筒模型首摇惯量校核装置，所述支撑平台上设有至少1个灵敏度调节螺母，如2个，通过调节所述灵敏度调节螺母的重量和位置可以改变所述支撑平台的重心位置，从而调整该校核装置的灵敏度。
上述的浮筒模型首摇惯量校核装置，所述钢制摇摆刀口的侧面设有刀口锁紧装置，可将所述旋转摇摆框架锁紧在水平位置。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、本发明由于采用旋转摇摆框架，该旋转摇摆框架包括一模型摇摆平台、模型旋转安装平台和90度旋转机构，从而将首摇惯量的旋转方向由水平面内绕垂向轴的旋转转变成为垂直面内的绕水平轴旋转，从而使首摇惯量的回复力由模型旋转安装平台和模型本身的重力提供，从而为首摇惯量的测量提供了一个不受被测物体运动而改变的、大小恒定的外界回复力，避免了其他方式提供的回复力受到模型运动的影响所导致的测量误差或错误。
2、通过测量旋转摇摆框架在重力作用下的摆动幅度和周期，可以确定被测模型首摇惯量情况，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首摇惯量。
3、本发明由于采用在模型旋转安装平台的四个顶点处分别设置一个可调整前后位置的顶紧器，并采用了摩擦力较大的防滑材料，使得可适应被测各种形状浮筒模型模型的外形需要，夹紧模型，并可防止模型滑落。
4、本发明由于在模型旋转安装平台的一侧安装有调节灵敏度的摇摆架灵敏度调节螺母，通过调节螺母的重量和位置可以改变平台的重心位置，从而调整整个系统的灵敏度，为测量不同质量、重心分布的模型的首摇惯量提供了方便。本发明满足了海洋工程模型试验的要求，可以广泛应用于船舶与海洋工程领域中。
附图说明
图1是本发明提供的校核装置的俯视图；
图2是本发明提供的校核装置的侧视图；
图3是本发明提供的校核装置安装被测浮筒模型时的俯视图；
图4是本发明提供的校核装置安装被测浮筒模型时的侧视图；
图5是本发明提供的校核装置中旋转摇摆框架侧向旋转90度后的被测浮筒模型的侧视图；
图中各标记如下：1支撑架、2模型摇摆平台、390度旋转机构、4圆环体、5支撑平台、6连接杆、7螺纹杆体、8顶紧旋钮、9顶紧片、10灵敏度调节螺母、11钢制摇摆刀口、12刀口锁紧装置、13浮体模型。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
如图1和图2所示，本发明提供的浮筒模型首摇惯量校核装置包括一钢制支撑架1和一旋转摇摆框架；该一旋转摇摆框架包括一模型摇摆平台2和模型旋转安装平台，其中，模型摇摆平台2为中空环形结构，模型旋转安装平台设置在该模型摇摆平台2的环腔内，且两者通过90度旋转机构3相连接，在测量模型的首摇时可将模型旋转安装平台旋转90度，将首摇惯量的旋转方向由水平面内绕垂向轴的旋转转变成为垂直面内的绕水平轴旋转，从而使首摇惯量的回复力由模型旋转安装平台和模型本身的重力提供，从而为首摇惯量的测量提供了一个不受被测物体运动而改变的、大小恒定的外界回复力，避免了其他方式提供的回复力受到模型运动的影响所导致的测量误差或错误；该模型旋转安装平台由圆环体4和支撑平台5组成，且圆环体4与支撑平台5通过4个连接杆6相连接，4个连接杆6沿圆环体4的周向方向均匀布置，且圆环体4与支撑平台5之间设有间距，圆环体4设于支撑平台5的上部；每个连接杆6上设有1个顶紧器，每个顶紧器包括螺纹杆体7、与该螺纹杆体7相配合的顶紧旋钮8和设置在该螺纹杆体7一端部的顶紧片9，其中顶紧片9的面为摩擦力较大的防滑材料，设置的顶紧器通过顶紧旋钮8可以前后调整，在安装模型时可以前后调整以顶紧模型，防止模型松脱和滑落；旋转摇摆平台2与圆环体4通过90度旋转机构3相连接；支撑平台5上还设有2个灵敏度调节螺母10，通过调节灵敏度调节螺母10的重量和位置可以改变支撑平台5的重心位置，从而调整整个校核装置的灵敏度；旋转摇摆框架的两侧分别设有一钢制摇摆刀口11，该旋转摇摆框架通过该两钢制摇摆刀口11与支撑架1活动链接；且钢制摇摆刀口11的侧面设有刀口锁紧装置12，可将旋转摇摆框架锁紧在水平位置。
综上所述，本发明在使用时，如图3和图4所示，首先将旋转摇摆框架调整为水平状态，以确保旋转摇摆框架的重心位于钢制摇摆刀口11上；然后将90度旋转机构3和刀口锁紧装置12锁紧保证在浮体模型安装时的稳定性；将被测浮体模型13水平放置在模型旋转安装平台上，并调整被测浮体模型13与模型旋转安装平台的中心对齐；旋转顶紧器的顶紧旋钮8将顶紧片9顶在浮筒模型13上将其顶紧固定住；将刀口锁紧装置12松开，检查整个旋转摇摆框架（包括被测浮体模型）是否重心落在钢制摇摆刀口11上；如果不是则调整模型的位置以保证重心位置的准确性。
如图5所示，在旋转摇摆框架置于水平安装位置安装完被测浮筒模型13后，将90度旋转机构3松开并将旋转摇摆框架旋转90度后再次锁紧，这样就将被测浮体模型13沿着水平轴旋转了90度，从而将首摇的摇摆改成了纵摇的摇摆；然后通过人为方式给予旋转摇摆框架一个小的初始角度，通过测量旋转摇摆框架的摇摆周期就可以计算得到被测浮体模型13的首摇惯量参数，通过调整被测浮体模型13的压重位置就可以对首摇惯量进行调整，直至达到目标值；通过以上步骤的调整就可以使得被测浮体模型13的首摇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。通过调整灵敏度调节螺母10的重量和位置可以改变系统的重心位置，从而改变设备的灵敏度，适应不同的模型。
综上所述，旋转摇摆框架是本发明最主要的部件，在模型摇摆平台2和模型旋转安装平台之间安装有90度旋转机构3，在测量模型的首摇时可将模型旋转安装平台旋转90度，将首摇惯量的旋转方向由水平面内绕垂向轴的旋转转变成为垂直面内的绕水平轴旋转，从而使首摇惯量的回复力由模型旋转安装平台和模型本身的重力提供，避免了其他方式所导致的测量误差或错误。模型旋转安装平台由顶部的圆环体4、底部的支撑平台5、连接杆6和顶紧器组成，顶紧器用于在安装模型时前后调整以顶紧模型，防止模型松脱和滑落；通过模型旋转安装平台上摇摆架灵敏度调节螺母10的重量和位置可以改变平台的重心位置，从而调整整个系统的灵敏度；在钢制摇摆刀口11侧面安装有刀口锁紧装置12，可将旋转摇摆框架锁紧在水平位置。
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 (8)
1.一种浮筒模型首摇惯量校核装置，它包括一支撑架和一旋转摇摆框架；其特征在于：所述旋转摇摆框架的两侧分别设有一钢制摇摆刀口，所述旋转摇摆框架通过该两钢制摇摆刀口与所述支撑架活动链接；
所述旋转摇摆框架包括模型摇摆平台和模型旋转安装平台，所述模型摇摆平台为中空环形结构，所述模型旋转安装平台设置在所述模型摇摆平台的环腔内；所述模型摇摆平台与所述模型旋转安装平台之间设有90度旋转机构；
所述模型旋转安装平台由圆环体和支撑平台组成；所述圆环体与所述支撑平台相连接且设有间距，所述圆环体设于所述支撑平台的上部；所述圆环体与所述支撑平台的连接件上设有抓紧装置。
2.根据权利要求1所述的校核装置，其特征在于：所述圆环体与所述支撑平台通过连接杆相连接。
3.根据权利要求2所述的校核装置，其特征在于：所述连接杆为4个，该4个连接杆沿所述圆环体的周向均匀布置。
4.根据权利要求2或3所述的校核装置，其特征在于：所述抓紧装置为顶紧器；所述圆环体与所述支撑平台的连接件上设有1个所述顶紧器。
5.根据权利要求4所述的校核装置，其特征在于：所述顶紧器包括螺纹杆体、与该螺纹杆体相配合的顶紧旋钮和设置在该螺纹杆体一端部的顶紧片。
6.根据权利要求1或2或3所述的校核装置，其特征在于：所述旋转摇摆平台与所述圆环体相连接。
7.根据权利要求1或2或3所述的校核装置，其特征在于：所述支撑平台上设有至少1个灵敏度调节螺母。
8.根据权利要求1或2或3所述的校核装置，其特征在于：所述钢制摇摆刀口的侧面设有刀口锁紧装置。
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