CN102806981A - 一种节能型浮式海洋平台运动控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种节能型浮式海洋平台运动控制装置，包括自供能磁流变控制器，支架，连接立柱，刚性固定端。蓄电池供能磁流变控制器包括缸体、压紧端盖、磁流变液、活塞、线圈、阻尼通道、线圈引线、自供能装置、浮动活塞和端盖。通过在自供能装置蓄电池中预先设定电流强度，使运动控制装置输出不同大小的控制力，减少浮式海洋平台的运动幅度，改善作业条件，提高作业效率。

Description

一种节能型浮式海洋平台运动控制装置

技术领域

本发明涉及一种适用于浮式海洋平台的节能型运动控制装置，属于海洋平台运动控制领域。

背景技术

随着人类对油气资源的需求日益扩大以及陆上油气资源的逐步枯竭，海上油气资源的开发正越来越受到各国的重视。作为海洋油气资源开发的基础性设施，海洋平台的数量正在急剧增加。目前，国内外在用的海洋平台有8000余座，其中固定式平台7000余座，浮式平台接近1000座。这些海洋平台体积庞大、结构复杂、造价昂贵，特别是与陆地结构相比，它们所处的海洋环境十分复杂恶劣，风、海浪、海流、海冰、潮汐和地震等灾害时时威胁着平台结构的安全。尤其在极端海况中，波浪载荷作用下的海洋平台结构的大幅振动和冲击载荷作用下的结构动力放大效应更为剧烈，结构疲劳强度和极限强度受到严重影响。在国内外海洋油气资源开发过程中，曾出现过多次严重的海洋平台事故，造成了重大的生命和财产损失。由此可见，研究更加安全、经济、可靠、节能的技术来提高平台的安全性、结构可靠性、延长使用年限、改善平台作业者舒适感等问题已成当务之急。海洋平台的振动/运动控制技术可以完善地解决这一问题。但当前关于海洋平台振动/运动控制装置的研究十分有限，现有的装置和技术均是针对固定式海洋平台的过度振动而进行研制和开发的。对于浮式海洋平台，其存在六个自由度的运动，现有的针对固定式海洋平台的振动控制技术无法对这种运动进行有效控制。此外，目前可以应用于浮式海洋平台运动控制的动力定位技术极为复杂和耗能，成本也极高。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术所存在的问题和不足，本发明的目的是提出一种不需要大量的数据采集和繁琐的信号处理且不需要外界供能源的适用于浮式海洋平台节能型运动控制装置。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明提供一种节能型浮式海洋平台运动控制装置，包括系泊缆索、位于所述系泊缆索末端的吸力锚和连接在所述系泊缆索上端的运动控制装置，所述运动控制装置的末端与海洋平台固定连接；所述运动控制装置由两个磁流变控制器、支架和连接立柱组成，两个所述磁流变控制器的末端呈锐角连接，两个所述磁流变控制器的末端连线垂直于所述系泊缆索，所述支架与两个所述磁流变控制器的首端连接，并通过所述连接立柱在所述支架与海洋平台之间固定连接。

本发明进一步限定的技术方案是：前述的节能型浮式海洋平台运动控制装置，两个所述磁流变控制器的末端连接夹角呈75°。

前述的节能型浮式海洋平台运动控制装置，所述磁流变控制器包括缸体、末端连接件和首端连接件，所述首端连接件通过密封体固定连接在所述缸体的一端，所述末端连接件插入至所述缸体内，并由压紧端盖密封；在缸体内部的末端连接件上安装磁流变控制器活塞、线圈、线圈引线、自供能蓄电池装置、浮动活塞，在所述浮动活塞与压紧端盖之间的腔体内充满磁流变液；所述线圈与缸体之间的间隙构成阻尼通道。

前述的节能型浮式海洋平台运动控制装置，其特征在于：所述自供能蓄电池装置通过螺栓固定在磁流变控制器活塞上，在浮动活塞的活塞杆内部设置线圈引线，一端与双级线圈相连，一端与自供能装置连接。

进一步的，前述的节能型浮式海洋平台运动控制装置，所述支架与海洋平台之间通过螺栓固定连接。

在海洋环境荷载作用下，浮式海洋平台产生六个自由度的运动，系泊系统也会产生连带的耦合运动。此时由于本发明一端与浮式海洋平台连接会产生相应的运动及相对运动速度，而另一端与系泊缆绳连接也会产生运动及相对运动速度，由于浮式平台为刚体的运动，而系泊系统为柔性体运动，二者的运动幅度及运动速度均不相同，因此，在与本发明装置的两个连接端点自然会产生一个运动速度差，该运动速度差通过连接端传递到磁流变控制器，磁流变控制器内部通过蓄电池自供能装置预先设定的输入电流，通过缠绕线圈产生磁场，产生的磁场使弥散在磁流变液中固体颗粒磁化，由随机状态转变为互相靠拢成有序排列，有序的排列连成长链，长链吸收短链，使链变粗，进而磁流变控制器产生轴向的控制力，控制力作用于系泊系统，从而减小平台的运动幅度。由于蓄电池自供能装置可以提供可靠且稳定的控制电流，因此可以实现对浮式海洋平台的连续有效控制。

本发明与现有技术相比具有以下优势：1、有效降低浮式海洋平台的六个自由度运动，特别是对垂荡与水平方向的位移能够有效控制，改善平台作业环境，延长平台使用寿命；2、有效降低系泊系统运动幅度和动张力峰值，降低缆索破断风险，延长缆索使用寿命；3、磁流变控制器设有蓄电池自供能装置，因此在工作过程中不需要外界能源，且能提供可靠的稳定电源，并且所耗能量极少，是一种节能型运动控制装置；4、蓄电池自供能装置预先设定输入额定输出电流，省去控制系统的设计和安装，更为方便、实用。

附图说明

图1是本发明的节能型浮式海洋平台运动控制装置的结构示意图。

图2为图1的A点局部放大示意图。

图3是本发明的磁流变控制器的结构图。

图4为图3的B点局部放大示意图。

图5是本发明的额定电流控制模块示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐述本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

本实施例提供一种节能型浮式海洋平台运动控制装置，结构如图1至图4所示，包括系泊缆索1、位于所述系泊缆索1末端的吸力锚19和连接在系泊缆索1上端的运动控制装置，运动控制装置的末端与海洋平台6固定连接；运动控制装置由两个磁流变控制器2、支架4和连接立柱3组成，两个磁流变控制器2的末端呈75°夹角连接，两个磁流变控制器2的末端连线垂直于系泊缆索1，支架4与两个磁流变控制器2的首端连接，并通过连接立柱3在支架4与海洋平台6之间固定连接，支架4与海洋平台6之间由螺栓5固定连接。

本实施例的运动控制装置能够根据平台的运动情况输出连续控制力，主要由磁流变控制器内设的蓄电池装置15提供能源；磁流变控制器2包括缸体8、末端连接件7和首端连接件18，首端连接件18通过密封体17固定连接在缸体8的一端，末端连接件7插入至缸体8内，并由压紧端盖9密封；在缸体8内部的末端连接件7上安装磁流变控制器活塞11、线圈12、线圈引线14、自供能蓄电池装置15、浮动活塞16，在浮动活塞16与压紧端盖9之间的腔体内充满磁流变液10；线圈12与缸体8之间的间隙构成阻尼通道13；自供能蓄电池装置15通过螺栓5’固定在磁流变控制器活塞11上，在浮动活塞16的活塞杆内部设置线圈引线14，一端与双级线圈相连，一端与自供能装置15-1连接。通过在自供能装置蓄电池中预先设定电流强度，使运动控制装置输出不同大小的控制力，减少浮式海洋平台的运动幅值。

本实施例的节能型浮式海洋平台运动控制装置的使用按照以下步骤进行：

1.确定最优节能稳定控制电流:

如图5所示，节能型浮式海洋平台运动控制装置，通过海洋平台响应19和海洋平台参数20，根据主动控制算法确定最优控制力21，其中海洋平台的响应为实测数据和数值仿真数据，再结合磁流变控制器的参数22，确定最优控制电压幅值23，由蓄电池自供能装置15按计算出的最优电压幅值提供稳定直流的最优控制电压。

2. 确定抛锚点位置并打桩:

抛锚点的位置取决于海洋平台的工作水深以及张紧式系泊缆索与海平面之间的夹角。一般地，本发明适用于工作水深d不超过1500m的深海浮式海洋平台，张紧式系泊缆索与海平面之间的夹角通常取30°～45°，确定抛锚点位置后，在该点处打桩，安装吸力锚基础。

3.安装节能型浮式海洋平台运动控制装置:

运动控制装置安装过程如图1，在海洋平台上，安装运动控制装置，且立柱3的布置方向与张紧式系泊缆索1的布置方向一致，立柱3的长度为张紧式系泊缆索的长度的百分之一，立柱通过螺栓5固定在海洋平台5上。在立柱的下端，通过铰接的形式，连接固定磁流变控制器的支架4，支架4的布置方向与立柱3相互垂直，与张紧式系泊缆索1的方向也相互垂直。

4.布置磁流变控制器并与系泊连接:

磁流变控制器2一端连接件10通过刚性固定在支架4上，并且两个磁流变控制器之间互成75°，磁流变控制器2的轴向力方向与张紧式系泊缆索1轴线方向一致，磁流变控制器的连接件9通过螺栓固定在系泊卸扣上，系泊缆通过卸扣固定，卸扣可用于系泊缆索的末端配件，只起连接磁流变阻尼器和系泊缆索的作用。由于磁流变阻尼器的阻尼合力方向与张紧式系泊缆索方向一致，总阻尼力可以有效缓解系泊缆索轴向和横向的振动，进而更好的控制浮式海洋平台的不利运动。

Claims (5)

1. 一种节能型浮式海洋平台运动控制装置，包括系泊缆索（1）、位于所述系泊缆索（1）末端的吸力锚（19）和连接在所述系泊缆索（1）上端的运动控制装置，所述运动控制装置的末端与海洋平台（6）固定连接；其特征在于：所述运动控制装置由两个磁流变控制器（2）、支架（4）和连接立柱（3）组成，两个所述磁流变控制器（2）的末端呈锐角连接，两个所述磁流变控制器（2）的末端连线垂直于所述系泊缆索（1），所述支架（4）与两个所述磁流变控制器（2）的首端连接，并通过所述连接立柱（3）在所述支架（4）与海洋平台（6）之间固定连接。

2. 根据权利要求1所述的节能型浮式海洋平台运动控制装置，其特征在于：两个所述磁流变控制器（2）的末端连接夹角呈75°。

3. 根据权利要求1或2所述的节能型浮式海洋平台运动控制装置，其特征在于：所述磁流变控制器（2）包括缸体（8）、末端连接件（7）和首端连接件（18），所述首端连接件（18）通过密封体（17）固定连接在所述缸体（8）的一端，所述末端连接件（7）插入至所述缸体（8）内，并由压紧端盖（9）密封；在缸体（8）内部的末端连接件（7）上安装磁流变控制器活塞（11）、线圈（12）、线圈引线（14）、自供能蓄电池装置（15）、浮动活塞（16），在所述浮动活塞（16）与压紧端盖（9）之间的腔体内充满磁流变液（10）；所述线圈（12）与缸体（8）之间的间隙构成阻尼通道（13）。

4. 根据权利要求3所述的节能型浮式海洋平台运动控制装置，其特征在于：所述自供能蓄电池装置（15）通过螺栓（5’）固定在磁流变控制器活塞（11）上，在浮动活塞（16）的活塞杆内部设置线圈引线（14），一端与双级线圈相连，一端与自供能装置（15-1）连接。

5. 根据权利要求3所述的节能型浮式海洋平台运动控制装置，其特征在于：所述支架（4）与海洋平台（6）之间通过螺栓（5）固定连接。

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