CN104773259A - 一种水池模型实验的多艘船舶旁靠定位系统的模拟装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水池模型实验的多艘船舶旁靠定位系统的模拟装置，其包括防碰垫模型和连接缆绳模型。防碰垫模型通过法兰盘固定安装在船体舷侧水线以下的舷侧槽孔处，辅助块固定连接在法兰盘上，传力板嵌于辅助块凹槽中，辅助块与碰撞板间连有绳子，长、短导向杆的一端固定连接在碰撞板上，第二长导向杆和短导向杆的另一端分别固定连接长、短弹簧，可将受力通过传力板传递到安装在法兰盘中的压力传感器上。连接缆绳模型包括导缆孔和缆绳，在船体指定坐标位置处设置导缆孔，并系上缆绳以连接旁靠船舶，从而构成连接缆系。本发明广泛应用于船舶与海洋工程技术领域中在水池模型实验过程中实时测量近靠物体相对运动过程中的碰撞力。

Description

一种水池模型实验的多艘船舶旁靠定位系统的模拟装置
技术领域
本发明涉及一种多艘船舶旁靠定位系统的模拟装置，特别是关于一种水池模型实验的多艘船舶旁靠定位系统的模拟装置。
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。海洋石油的大规模开发，加速了大量海洋结构物的设计与建造。在海洋工程界经常出现两个浮体或多个浮体近靠的现象，近靠物体在波浪力的作用下由于相互之间的相对运动从而导致物体出现碰撞的可能。为了防止发生碰撞，通常在两物体之间安装防碰垫。同时，为了保证两个浮体或多个浮体近靠可以正常作业，需要使用连接缆系将浮体进行固定，达到定位作用。
海洋工程中的大型设备在建造及下水之前往往要进行水池模型实验。通过模型实验，可以获得较为可靠的船体运动数据及结构受力情况实验结果。实验结果可用来校验理论和数值模型的计算精度，为海洋结构物的设计提供可靠的依据。然而，在开展多艘船舶旁靠水池模型实验过程中，如果不能较为准确地实现旁靠系统的定位，不能较为准确模拟碰垫的弹性属性并实现对其受力情况的测量，则会造成水池模型实验价值的降低，我们也难以较为准确获得防碰垫在海洋环境条件中的受力情况。
目前，在多艘船舶旁靠水池模型实验中，并没有提出明确的旁靠定位系统。在专利名称为水池模型实验防碰垫模拟装置中，虽然可以较好地解决近靠物体水池模型实验中防碰垫上受力的测量，但是此碰垫的安装通过支架安装，并不能安装于侧壁上，不能更为真实地模拟实际旁靠接触位置情况。多艘船舶旁靠定位系统的水池模型实验中，尚未有提供既能准确地测量实际防碰垫上受力的情况，又能有序在船体指定位置设置导缆孔，使用连接缆系进行旁靠定位实施方案。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种既能准确测量实际防碰垫上的受力情况、又提出了明确的旁靠定位实施方案的水池模型实验的多艘船舶旁靠定位系统的模拟装置。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种水池模型实验的多艘船舶旁靠定位系统的模拟装置，其特征在于：它包括防碰垫模型和连接缆绳模型；所述防碰垫模型安装在船体舷侧水线以下的舷侧槽孔处，其包括一法兰盘、一传力板、一辅助块、一碰撞板、四个第一长导向杆、两个第二长导向杆、两个长弹簧、一短导向杆、一短弹簧和一压力传感器；所述碰撞板上沿周向均匀开有八个第一螺纹孔，四个所述第一长导向杆、两个所述第二长导向杆和所述短导向杆的一端螺纹连接在所述碰撞板上，且相邻两个所述第一长导向杆之间间隔一所述第一螺纹孔，两个所述第二长导向杆关于所述碰撞板的中心对称设置；两个所述第二长导向杆的另一端外侧分别固定一所述长弹簧，所述短导向杆的另一端外侧固定一所述短弹簧；所述法兰盘为台阶结构，其下层台阶的四角分别开设有一第二螺纹孔，通过所述第二螺纹孔用螺栓将所述法兰盘固定连接于船体舷侧水线以下的所述舷侧槽孔处；在所述法兰盘的上层台阶上两两对称地分别开设有四个第三螺纹孔和四个第一通孔，且所述第一通孔位于所述第三螺纹孔的内侧，四个所述第一通孔分别为四个所述第一长导向杆提供滑道；在所述法兰盘的中部开有一用来安置所述压力传感器的槽孔；在所述法兰盘的槽孔上下两侧分别开有一第二通孔，且四个所述第一通孔和两个所述第二通孔的中心均位于同一圆周上；所述辅助块中部开有一凹槽，所述凹槽形成所述传力板的嵌入空间，所述传力板安装在所述凹槽内；所述凹槽底面的四角分别开有一第二滑道孔，其中的三个所述第二滑道孔分别为两个所述第二长导向杆和所述短导向杆提供滑道；所述凹槽两侧的所述辅助块上开有四个所述第一滑道孔，分别为四个所述第一长导向杆提供滑道，且四个所述第二滑道孔和四个所述第一滑道孔的中心均位于同一圆周上；所述辅助块的边缘四角上分别开有一第四螺纹孔，用螺栓通过所述第三螺纹孔和所述第四螺纹孔将所述辅助块固定在所述法兰盘上；所述传力板靠近所述辅助块一侧的两个对角上分别开设有一盲孔，其中一个所述盲孔处在所述短弹簧的滑道上；所述传力板上靠近所述辅助块一侧的另外两个对角上分别开设有一阶梯通孔，两所述阶梯通孔分别处在两个所述长弹簧的滑道上；所述连接缆绳模型包括导缆孔和缆绳，在船体指定坐标位置处设置所述导缆孔，并系上所述缆绳以连接旁靠船舶，从而构成连接缆系。
所述长弹簧和所述短弹簧的长度和弹性属性各不相同。
所述辅助块的第一滑道孔中设有导套。
所述辅助块的其中一个螺栓上系上一根绳，绳的另一端系在所述碰撞板的第八个第一螺纹孔上。
所述传力板靠近所述法兰盘一侧的中部沿横向开有一第一导线槽，同时，在与所述第一导线槽位置相对应的所述辅助块上沿横向开有一第二导线槽。
所述连接缆绳模型中，指定坐标位置根据海洋工程水动力学分析结果，由船体设计单位设计而定。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于在船体舷侧设置了螺栓孔，与防碰垫装置中的法兰盘部分进行连接固定，比较真实地模拟了实际的旁靠系统，而且防碰垫装置中内嵌压力传感器，因而能够准确地对防碰垫进行定位、测量实际防碰垫上受力的情况。2、本发明由于在船体指定位置处设置导缆孔，因而能够采取使用连接缆系有序对船体进行旁靠定位的实施方案，从而使得水池模型实验的开展更为顺利。3、本发明由于在船体舷侧开设槽孔以及槽孔周围设置连接螺栓孔，以安装防碰垫，因而克服了现有技术不能在舷侧水线以下安装防碰垫的弊端。4、本发明操作简单，较为轻便，而且造价较低，利于推广使用。本发明广泛应用于船舶与海洋工程技术领域中在水池模型实验过程中实时测量近靠物体相对运动过程中的碰撞力。
附图说明
图1是本发明防碰垫模型的结构示意图
图2(a)是本发明连接法兰盘的结构示意图
图2(b)是图2(a)的侧视图
图3(a)是本发明辅助块的结构示意图
图3(b)是图3(a)的侧视图
图3(c)是图3(a)的另一侧视图
图4(a)是本发明碰撞板的结构示意图
图4(b)是图4(a)的侧视图
图5(a)是本发明传力板的结构示意图
图5(b)是图5(a)的侧视图
图5(c)是图5(a)反面的结构示意图
图6(a)是本发明舷侧开孔示意图
图6(b)是图6(a)的侧视图
图6(c)是图6(a)的俯视图
图7(a)是本发明防碰垫模型安装后状态示意图
图7(b)是本发明防碰垫模型使用中受力状态示意图
图8是本发明旁靠定位示意图
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7(a)-(b)和图8所示，本发明包括防碰垫模型200和连接缆绳模型300。
如图1、图6(a)-(c)所示，防碰垫模型200安装在船体舷侧水线以下的舷侧槽孔12处，其包括一法兰盘10、一传力板20、一辅助块30、一碰撞板40、四个第一长导向杆50、两个第二长导向杆60、两个长弹簧70、一短导向杆80、一短弹簧90和一压力传感器100。
如图1、图4(a)-(b)所示，碰撞板40为一圆板，其上沿周向均匀开有八个螺纹孔41，四个第一长导向杆50、两个第二长导向杆60和短导向杆80的一端螺纹连接在碰撞板40上，且相邻两个第一长导向杆50之间间隔一螺纹孔41，两个第二长导向杆60关于碰撞板40的中心对称设置。两个第二长导向杆60的另一端外侧分别固定一长弹簧70，短导向杆80的另一端外侧固定一短弹簧90。
在上述实施例中，长弹簧70和短弹簧90的长度和弹性属性各不相同。其长度的不同，可实现两者不同时受力，加之其弹性属性不同，可实现对防碰垫非线性弹性属性的有效模拟。
如图1、图2(a)-(b)所示，法兰盘10为矩形台阶结构，其下层台阶的四角分别开设有一螺纹孔11，通过螺纹孔11可用螺栓将法兰盘10固定连接于船体舷侧水线以下的舷侧槽孔12处(如图6(a)-(b)所示)。在法兰盘10的上层台阶上两两对称地分别开设有四个螺纹孔13和四个通孔14，且通孔14位于螺纹孔13的内侧，四个通孔14分别为四个第一长导向杆50提供滑道。在法兰盘10的中部开有一用来安置压力传感器100的槽孔15。在法兰盘10的槽孔15上下两侧分别开有一通孔16，且四个通孔14和两个通孔16的中心均位于同一圆周上。
如图1、图3(a)-(c)所示，辅助块30为一矩形金属块，其中部开有一凹槽31，该凹槽31形成传力板20的嵌入空间，传力板20安装在凹槽31内。凹槽31底面的四角分别开有一第二滑道孔32，其中的三个第二滑道孔32分别为两个第二长导向杆60和短导向杆80提供滑道。凹槽31两侧的辅助块30上开有四个第一滑道孔33，分别为四个第一长导向杆50提供滑道，且四个第二滑道孔32和四个第一滑道孔33的中心均位于同一圆周上。辅助块30的边缘四角上分别开有一螺纹孔35，可用螺栓通过螺纹孔13和螺纹孔35将辅助块30固定在法兰盘10上。
在上述实施例中，在辅助块30的第一滑道孔33中设有导套(图中未示出)，以减少摩擦。
在上述实施例中，将辅助块30的其中一个螺栓上系上一根绳(图中未示出)，绳的另一端系在碰撞板40的第八个螺纹孔41上，从而将碰撞板40、辅助块30与法兰盘10连接为一体，且辅助块30对整个结构起到强度保证作用。
如图1、图5(a)-(c)所示，传力板20靠近辅助块30一侧的两个对角上分别开设有一盲孔21，其中一个盲孔21处在短弹簧90的滑道上，可将短弹簧90的受力传递到传力板20上，并进而传递到压力传感器100上，另一个盲孔21有助于传力板20重量对称，且起到美观作用。传力板20上靠近辅助块30一侧的另外两个对角上分别开设有一阶梯通孔22，两阶梯通孔22分别处在两个长弹簧70的滑道上，可将长弹簧70的受力传递到传力板20上，并进而传递到压力传感器100上。
在上述实施例中，传力板20靠近法兰盘10一侧的中部沿横向开有一第一导线槽23，同时，在与第一导线槽23位置相对应的辅助块30上沿横向开有一第二导线槽34，第一导线槽23和第二导线槽34用于引出压力传感器100的导线，通过导线可将压力传感器100的受力数据输入到数据采集系统。
如图8所示，本发明的连接缆绳模型300包括导缆孔301和缆绳302。在船体指定坐标位置处设置导缆孔301，并系上缆绳302以连接旁靠船舶，从而构成连接缆系。其中，指定坐标位置根据海洋工程水动力学分析结果，由船体设计单位设计而定，可直接使用设计值；坐标位置的指定，是采取使其受力均衡，连接效果最佳的方案，可根据实际情况设定。
下面通过一个实施例来具体说明本发明的工作原理。
如图8所示，本发明可用于浮式液化天然气装备(以下简称FLNG)与液化天然气运输船(以下简称LNG运输船)进行旁靠卸载液化天然气(LNG)时的水池模型实验。本实施例中共使用6个防碰垫模型200，6个防碰垫模型200通过螺丝钉安装于FLNG的舷侧水线以下的舷侧槽孔12处，然后将四个第一长导向杆50、两个第二长导向杆60和短导向杆80与碰撞板40进行固定连接，用绳子将整个结构连接为一个整体。两根长弹簧70分别套于两个第二长导向杆60上，一根短弹簧90放置于辅助块30的第二滑道孔32中，即短导向杆80所处的滑道中，长弹簧70和短弹簧90分别穿过辅助块30的第二滑道孔32。将传力板20嵌于辅助块30的凹槽31处，压力传感器100安装在法兰盘10的槽孔15处。当FLNG与LNG运输船进行近靠时，在波浪的作用下，FLNG与LNG运输船产生相互运动，LNG运输船舷侧与防碰垫模型200的碰撞板40发生碰撞。在碰撞板40受压时，第一长导向杆50通过通孔14深入到船体水线以下的舷侧槽孔12内。同时，碰撞板40可以有效的模拟船舶防碰垫的受力面积，并将其所受的力直接传递给与其顶抵接触的长弹簧70和短弹簧90上，长弹簧70和短弹簧90一方面产生伸缩以模拟防碰垫模型200的弹性属性，另一方面将传递碰撞板40上的受力于传力板20上，进而压迫压力传感器100，从而可以实现防碰垫受力情况的实时测量。
此外，在FLNG船体和LNG运输船船体指定坐标位置处设置导缆孔301，使用相应缆绳302进行连接，达到旁靠定位目的。本实施例中，该坐标位置处垂向坐标高于船体型深一部分，如0.5米；水平位置，船首部分设置5根缆绳，分别连接；船尾三根分别连接，小船船尾处垂向坐标低于其型深；中间部分，由小船的偏向首尾部分连接系在大船中部位置处，各有4根，对称分布。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和操作步骤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 (10)

1.一种水池模型实验的多艘船舶旁靠定位系统的模拟装置，其特征在于：它包括防碰垫模型和连接缆绳模型；
所述防碰垫模型安装在船体舷侧水线以下的舷侧槽孔处，其包括一法兰盘、一传力板、一辅助块、一碰撞板、四个第一长导向杆、两个第二长导向杆、两个长弹簧、一短导向杆、一短弹簧和一压力传感器；所述碰撞板上沿周向均匀开有八个第一螺纹孔，四个所述第一长导向杆、两个所述第二长导向杆和所述短导向杆的一端螺纹连接在所述碰撞板上，且相邻两个所述第一长导向杆之间间隔一所述第一螺纹孔，两个所述第二长导向杆关于所述碰撞板的中心对称设置；两个所述第二长导向杆的另一端外侧分别固定一所述长弹簧，所述短导向杆的另一端外侧固定一所述短弹簧；所述法兰盘为台阶结构，其下层台阶的四角分别开设有一第二螺纹孔，通过所述第二螺纹孔用螺栓将所述法兰盘固定连接于船体舷侧水线以下的所述舷侧槽孔处；在所述法兰盘的上层台阶上两两对称地分别开设有四个第三螺纹孔和四个第一通孔，且所述第一通孔位于所述第三螺纹孔的内侧，四个所述第一通孔分别为四个所述第一长导向杆提供滑道；在所述法兰盘的中部开有一用来安置所述压力传感器的槽孔；在所述法兰盘的槽孔上下两侧分别开有一第二通孔，且四个所述第一通孔和两个所述第二通孔的中心均位于同一圆周上；所述辅助块中部开有一凹槽，所述凹槽形成所述传力板的嵌入空间，所述传力板安装在所述凹槽内；所述凹槽底面的四角分别开有一第二滑道孔，其中的三个所述第二滑道孔分别为两个所述第二长导向杆和所述短导向杆提供滑道；所述凹槽两侧的所述辅助块上开有四个所述第一滑道孔，分别为四个所述第一长导向杆提供滑道，且四个所述第二滑道孔和四个所述第一滑道孔的中心均位于同一圆周上；所述辅助块的边缘四角上分别开有一第四螺纹孔，用螺栓通过所述第三螺纹孔和所述第四螺纹孔将所述辅助块固定在所述法兰盘上；所述传力板靠近所述辅助块一侧的两个对角上分别开设有一盲孔，其中一个所述盲孔处在所述短弹簧的滑道上；所述传力板上靠近所述辅助块一侧的另外两个对角上分别开设有一阶梯通孔，两所述阶梯通孔分别处在两个所述长弹簧的滑道上；
所述连接缆绳模型包括导缆孔和缆绳，在船体指定坐标位置处设置所述导缆孔，并系上所述缆绳以连接旁靠船舶，从而构成连接缆系。
2.如权利要求1所述的一种水池模型实验的多艘船舶旁靠定位系统的模拟装置，其特征在于：所述长弹簧和所述短弹簧的长度和弹性属性各不相同。
3.如权利要求1所述的一种水池模型实验的多艘船舶旁靠定位系统的模拟装置，其特征在于：所述辅助块的第一滑道孔中设有导套。
4.如权利要求2所述的一种水池模型实验的多艘船舶旁靠定位系统的模拟装置，其特征在于：所述辅助块的第一滑道孔中设有导套。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种水池模型实验的多艘船舶旁靠定位系统的模拟装置，其特征在于：所述辅助块的其中一个螺栓上系上一根绳，绳的另一端系在所述碰撞板的第八个第一螺纹孔上。
6.如权利要求1或2或3或4所述的一种水池模型实验的多艘船舶旁靠定位系统的模拟装置，其特征在于：所述传力板靠近所述法兰盘一侧的中部沿横向开有一第一导线槽，同时，在与所述第一导线槽位置相对应的所述辅助块上沿横向开有一第二导线槽。
7.如权利要求5所述的一种水池模型实验的多艘船舶旁靠定位系统的模拟装置，其特征在于：所述传力板靠近所述法兰盘一侧的中部沿横向开有一第一导线槽，同时，在与所述第一导线槽位置相对应的所述辅助块上沿横向开有一第二导线槽。
8.如权利要求1或2或3或4或7所述的一种水池模型实验的多艘船舶旁靠定位系统的模拟装置，其特征在于：所述连接缆绳模型中，指定坐标位置根据海洋工程水动力学分析结果，由船体设计单位设计而定。
9.如权利要求5所述的一种水池模型实验的多艘船舶旁靠定位系统的模拟装置，其特征在于：所述连接缆绳模型中，指定坐标位置根据海洋工程水动力学分析结果，由船体设计单位设计而定。
10.如权利要求6所述的一种水池模型实验的多艘船舶旁靠定位系统的模拟装置，其特征在于：所述连接缆绳模型中，指定坐标位置根据海洋工程水动力学分析结果，由船体设计单位设计而定。
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