CN104764585B - 一种大型液化石油天然气船水池试验侧推功能模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大型液化石油天然气船水池试验侧推功能模拟装置，包括四垂向支撑、两导向杆、两微型滚珠导向用衬套、滚珠、两定滑轮、两绳子、若干不同质量的砝码、两拉力传感器、一计算机和一量角器；每两垂向支撑为一组，两组垂向支撑分别对称固定设置在FLNG模型两侧的岸上；每一导向杆分别固定安装在岸边一侧的两垂向支撑顶部，每一导向杆上分别套有一微型滚珠导向用衬套，每一导向杆和每一微型滚珠导向用衬套之间设置有滚珠；每一微型滚珠导向用衬套上固定连接一定滑轮，每一定滑轮上均缠设有一绳子，每一绳子的一端连接砝码，每一绳子的另一端通过一拉力传感器连接船底侧推作用点。

Description

一种大型液化石油天然气船水池试验侧推功能模拟装置

技术领域

本发明涉及一种模型试验侧推功能模拟装置，特别是关于一种大型液化石油天然气船水池试验侧推功能模拟装置。

背景技术

众所周知，石油资源的短缺以及对能源需求的不断增长，导致海上油气田的大规模开发。为了经济有效地开发海洋边际油气田，国际上提出了FLNG(大型液化石油天然气船)的概念。拥有庞大体积的FLNG长期系泊于作业海域，将经历复杂的海洋环境条件，并且经常需要LNGC(液化石油天然气运输船)旁靠进行卸载作业。恶劣的海洋环境条件将引起FLNG的剧烈运动，尤其在LNGC旁靠FLNG进行卸载作业的时候，过大的运动可能导致两船的碰撞。为了防止碰撞，通常在FLNG上安装侧推装置。侧推装置能减少FLNG的低频运动，极大地改善FLNG的运动状态。

目前，模型试验是研究FLNG旁靠卸载作业最可靠和最主要的研究手段之一。通过模型试验，可以获得较为可靠的船体运动数据和系泊系统及旁靠系统受力情况试验结果。试验结果可以用来校验理论和数值模型的计算精度，为FLNG的设计及旁靠卸载作业提供可靠的依据。现有模型试验中侧推装置的模拟存在很多的问题，主要表现在：1、侧推装置较为复杂，主要由传感器、控制器和执行装置组成。侧推器是侧推装置的执行装置，通常为螺旋桨，螺旋桨的制作比较复杂，并且需要在船上加装马达来进行推进，装置繁多。2、该装置比较容易测量侧推器的转速，却难以直接测量推力，会增加试验误差。3、该装置造价昂贵，其成本较高。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种便捷、精确、成本低的大型液化石油天然气船水池试验侧推功能模拟装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种大型液化石油天然气船水池试验侧推功能模拟装置，其特征在于：它包括四垂向支撑、两导向杆、两微型滚珠导向用衬套、滚珠、两定滑轮、两绳子、若干不同质量的砝码、两拉力传感器、一计算机和一量角器；每两所述垂向支撑为一组，两组所述垂向支撑分别对称固定设置在FLNG模型两侧的岸上；每一所述导向杆分别固定安装在岸边一侧的两所述垂向支撑顶部，每一所述导向杆上分别套有一所述微型滚珠导向用衬套，每一所述导向杆和每一所述微型滚珠导向用衬套之间设置有所述滚珠，所述微型滚珠导向用衬套通过所述滚珠改变其在所述导向杆上的位置；每一所述微型滚珠导向用衬套上固定连接一所述定滑轮，每一所述定滑轮上均缠设有一所述绳子，每一所述绳子的一端连接所述砝码，每一所述绳子的另一端通过一所述拉力传感器连接船底侧推作用点；每一所述拉力传感器将采集的所述船底侧推作用点所受所述绳子的拉力发送给所述计算机，其中，所述量角器用于测量靠近FLNG模型两侧的所述绳子分别与相应所述导向杆之间的角度，并将其输入到所述计算机。

它还包括一运动采集系统和一力采集系统，所述计算机内设置一数据存储分析单元，所述运动采集系统采集FLNG模型当前运动幅度，并将采集到的FLNG模型当前运动幅度发送到所述数据存储分析单元，所述力采集系统采集系泊系统当前的受力大小和方向，并将采集到的受力信息发送到所述数据存储分析单元；所述数据存储分析单元根据所述运动采集系统和所述力采集系统采集的数据实时计算使FLNG模型的运动幅度不超出设定范围两所述绳子所需施力的大小和方向，试验人员根据计算结果对两所述绳子施力的大小和方向进行调节，在调节过程中，所述数据存储分析单元实时将接收到的两所述绳子的拉力和角度与计算得到的两所述绳子所需施力的大小和方向进行比较，判断是否相等，如果相等，则证明对FLNG模型所施加的力的大小和方向符合所需施力的大小和方向；如果不相等，继续调节，直到两所述绳子施力的大小和方向与计算得到的两所述绳子所需施力的大小和方向相等。

将所述拉力传感器与所述船底侧推作用点直接相连。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于用垂向支撑、导向杆、微型滚珠导向用衬套、滚珠、绳子、定滑轮、砝码和计算机来模拟侧推装置，通过控制砝码的数量调节对船底侧推作用点施力的大小，通过滚珠改变微型滚珠导向用衬套的位置改变施力的方向，从而达到侧推的功能，该装置结构简单，安装便捷，使用方便，且成本低廉。2、本发明包括拉力传感器和量角器，拉力传感器用于采集船底侧推作用点所受绳子的拉力，量角器用于测量靠近FLNG模型侧绳子与导向杆之间的角度，计算机根据拉力传感器和量角器所得拉力和角度，判断该模拟侧推装置所施力的大小和方向是否为所需施力的大小和方向，此外，拉力传感器与施力的绳子连接，可以直接、实时测量船底侧推作用点的所受拉力，量角器可以直接测量船底侧推作用点受力的方向，所得结果均是直接测量得到，不需要复杂的换算过程，因此更加准确。3、本发明由于将拉力传感器与船底侧推作用点直接相连，因此可以使拉力传感器采集的拉力更加准确。4、本发明的计算机和数据存储分析单元，可以对接收到的数据进行判断、统计分析、存储和显示，并可以将所得的试验数据形成图像进行显示，方便试验操作人员观察和分析。本发明可以广泛应用于船舶与海洋工程技术领域。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的侧视图；

图3是本发明微型滚珠导向用衬套的连接示意图；

图4是本发明微型滚珠导向用衬套位置调整示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1～图3所示，本发明的大型液化石油天然气船水池试验侧推功能模拟装置，包括四垂向支撑(图中未示出)、两导向杆1、两微型滚珠导向用衬套2、滚珠3、两定滑轮4、两绳子5、若干不同质量的砝码6、两拉力传感器7、一计算机8和一量角器；每两垂向支撑为一组，两组垂向支撑分别对称固定设置在FLNG模型两侧的岸上；每一导向杆1分别固定安装在岸边一侧的两垂向支撑顶部，每一导向杆1上分别套有一微型滚珠导向用衬套2，每一导向杆1和每一微型滚珠导向用衬套2之间设置有滚珠3，微型滚珠导向用衬套2通过滚珠3改变其在导向杆1上的位置；每一微型滚珠导向用衬套2上固定连接一定滑轮4，每一定滑轮4上均缠设有一绳子5，每一绳子5的一端连接砝码6，每一绳子5的另一端通过一拉力传感器7连接船底侧推作用点9；每一拉力传感器7将采集的船底侧推作用点9所受绳子5的拉力发送给计算机8，其中，量角器用于测量靠近FLNG模型两侧的绳子5分别与相应导向杆1之间的角度，并将测量的两个角度数据输入到计算机8。

在一个优选的实施例中，本发明还包括一运动采集系统和一力采集系统，计算机8内设置一数据存储分析单元，用于对试验数据进行判断和分析，得到FLNG模型所需侧推力的大小和方向；运动采集系统采集FLNG模型当前运动幅度，并将采集到的FLNG模型当前运动幅度发送到数据存储分析单元，力采集系统采集系泊系统当前的受力大小和方向，并将采集到的受力信息发送到数据存储分析单元；数据存储分析单元根据运动采集系统和力采集系统采集的数据实时计算使FLNG模型的运动幅度不超出设定范围两绳子5所需施力的大小和方向，试验人员根据计算结果对两绳子5施力的大小和方向进行调节，在调节过程中，数据存储分析单元实时将接收到的两绳子5的拉力和角度与计算得到的两绳子5所需施力的大小和方向进行比较，判断是否相等，如果相等，则证明对FLNG模型所施加的力的大小和方向符合所需施力的大小和方向；如果不相等，继续调节，直到两绳子5施力的大小和方向与计算得到的两绳子5所需施力的大小和方向相等。

在一个优选的实施例中，为使拉力传感器7采集的拉力更加准确，可以将拉力传感器7与船底侧推作用点9直接相连。

本发明的大型液化石油天然气船水池试验侧推功能模拟装置的具体使用过程包括以下步骤：

1)将FLNG模型放置于人工水池中，FLNG模型随波纹的起伏产生运动，试验人员根据实际需要设定FLNG模型的运动幅度范围，并将设定范围输入至计算机8；

2)通过运动采集系统采集FLNG模型当前运动幅度，并将采集到的FLNG模型当前运动幅度发送到计算机8，计算机8内的数据存储分析单元判断当前运动幅度是否超出设定的运动幅度范围，若是，则进入步骤3)；若不是，则重复该步骤；

3)通过力采集系统采集系泊系统(即FLNG模型底部锚链)当前的受力大小和方向，并将采集到的受力信息发送到计算机8，计算机8内的数据存储分析单元根据接收到的系泊系统的受力信息计算为使FLNG模型的运动幅度不超出设定范围，绳子5所需施力的大小和方向；

4)手动调整砝码6的数量，控制绳子5施加计算所得所需施力的大小；手动调节微型滚珠导向用衬套2的位置，控制绳子5施加计算所得所需施力的方向；

如图4所示，手动调节微型滚珠导向用衬套2的位置，控制绳子5施加计算所得所需施力的方向的具体方法为：

通过运动采集系统得到FLNG模型各个时刻的位置，数据存储分析单元计算得到船底侧推作用点9到导向杆1的水平距离L1，并根据计算所得绳子5所需施力的方向计算靠近FLNG模型侧绳子5与导向杆1之间的角度；通过水平距离L1和FLNG模型侧绳子5与导向杆1之间的角度计算定滑轮4到船底侧推作用点9在导向杆1上投影点的距离L2，根据L2手动调节微型滚珠导向用衬套2移动位置，即可对船底侧推作用点9施加一定角度的力。

5)拉力传感器7采集船底侧推作用点9所受的拉力，并将采集的拉力发送到计算机8，数据存储分析单元将计算出的绳子5所需施力的大小与拉力传感器7采集的拉力大小进行比较，判断绳子5施加的力是否等于所需施力的大小；同时，试验人员使用量角器测量FLNG模型侧绳子5与导向杆1之间的角度，并将测量的角度输入计算机8，计算机8内的数据存储分析单元将计算的绳子5所需施力的方向与量角器测量的角度进行对比，判断绳子5施加的力是否等于所需角度；如果绳子5所施加的力的大小和方向均与计算得到的绳子5所需施加力的大小和方向相等，认为FLNG模型的侧推装置所施加的力的大小和方向符合所需施加力的大小和方向，进入步骤6)；若不相等，则回到步骤4)；

6)重复步骤2)～5)，得到多组试验数据，计算机8将接收到的拉力和角度时例数据转化成图像进行显示并进行统计分析，以便试验操作人员观察和分析，待试验操作人员确认试验数据正确无误后进行数据存储以供后续对FLNG旁靠卸载作业研究使用。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (3)

1.一种大型液化石油天然气船水池试验侧推功能模拟装置，其特征在于：它包括四垂向支撑、两导向杆、两微型滚珠导向用衬套、滚珠、两定滑轮、两绳子、若干不同质量的砝码、两拉力传感器、一计算机和一量角器；

每两所述垂向支撑为一组，两组所述垂向支撑分别对称固定设置在FLNG模型两侧的岸上；每一所述导向杆分别固定安装在岸边一侧的两所述垂向支撑顶部，每一所述导向杆上分别套有一所述微型滚珠导向用衬套，每一所述导向杆和每一所述微型滚珠导向用衬套之间设置有所述滚珠，所述微型滚珠导向用衬套通过所述滚珠改变其在所述导向杆上的位置；每一所述微型滚珠导向用衬套上固定连接一所述定滑轮，每一所述定滑轮上均缠设有一所述绳子，每一所述绳子的一端连接所述砝码，每一所述绳子的另一端通过一所述拉力传感器连接船底侧推作用点；每一所述拉力传感器将采集的所述船底侧推作用点所受所述绳子的拉力发送给所述计算机，其中，所述量角器用于测量靠近FLNG模型两侧的所述绳子分别与相应所述导向杆之间的角度，并将其输入到所述计算机。

2.如权利要求1所述的一种大型液化石油天然气船水池试验侧推功能模拟装置，其特征在于：它还包括一运动采集系统和一力采集系统，所述计算机内设置一数据存储分析单元，所述运动采集系统采集FLNG模型当前运动幅度，并将采集到的FLNG模型当前运动幅度发送到所述数据存储分析单元，所述力采集系统采集系泊系统当前的受力大小和方向，并将采集到的受力信息发送到所述数据存储分析单元；所述数据存储分析单元根据所述运动采集系统和所述力采集系统采集的数据实时计算使FLNG模型的运动幅度不超出设定范围两所述绳子所需施力的大小和方向，试验人员根据计算结果对两所述绳子施力的大小和方向进行调节，在调节过程中，所述数据存储分析单元实时将接收到的两所述绳子的拉力和角度与计算得到的两所述绳子所需施力的大小和方向进行比较，判断是否相等，如果相等，则证明对FLNG模型所施加的力的大小和方向符合所需施力的大小和方向；如果不相等，继续调节，直到两所述绳子施力的大小和方向与计算得到的两所述绳子所需施力的大小和方向相等。

3.如权利要求1或2所述的一种大型液化石油天然气船水池试验侧推功能模拟装置，其特征在于：将所述拉力传感器与所述船底侧推作用点直接相连。