CN104865044A - 一种Truss Spar平台运动测量试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种Truss Spar平台运动测量试验装置，包括平台硬舱(11)，平台硬舱(11)包括水密圆筒及固定在其内并构成月池的矩形方筒(6)，在月池底部布置有可拆卸式挡板(8)，每次试验可以选用不同开孔率的可拆卸式挡板(8)或者选用全封板；矩形方筒(6)的下方连接有可拆卸式的开放式桁架(12)；在底部可拆卸式挡板(8)处固定有压力传感器(10)；从月池上部插入一根浪高仪(13)测量杆；在月池的侧壁安装有水压力测量仪(7)。本发明可以用来研究不同底部挡板开孔率下平台的运动响应，同时探究造成影响的原因和月池内部流体的运动变化。

Description

一种Truss Spar平台运动测量试验装置

所属技术领域

本发明属于深海平台性能研究技术领域，是一种研究深海平台水动力性能的试验装置。

背景技术

随着时代的发展，人类对于石油能源的需求不断增大。而随着陆上石油资源的不断开采，我国陆上石油资源呈现逐渐匮乏的趋势，但是海洋石油勘探开发技术也取得了长足的进步。然海洋石油储量巨大，但是海上石油开采却面临着众多问题。传统式的浮式海洋平台随着工作水深的不断增其定位和运动性能很难满足作业要求，各类固定式平台又大多受限于工程造价和自重等因素。顺应式海洋平台经过不断的研究和探索得到了广泛的应用和发展。Spar平台作为一种顺应式海洋平台凭借其优良的运动性能和结构特点在海洋资源开发中得到了广泛的应用。其中部分Spar平台存在自下而上贯穿整个主体的中央井，称为Spar平台的月池。根据实际的生产要求将立管和钻井设备等布制在月池内部，从而将月池底部挡板设计为半开口形式。底部挡板半开口的形式使得月池内部流体与外部相连通，而月池内部海水质量与平台主体质量量级相当，使得月池流体和平台主体的耦合运动成为了一个重要的研究课题。经过研究发现，月池底部的挡板的开孔情况对于Truss Spar平台的运动产生较大的影响。

目前针对Spar平台月池的研究，大多将月池内部的流体简化为弹簧—质量模型和单摆模型进行研究，很少进行全动态的耦合运动研究，无法考虑各因素偶和作用下的整体性能。而且进行的试验中也只研究了月池对平台运动的影响，很少针对月池内部流体的运动进行细致的研究，这主要是由于结构的复杂性导致内部流体运动的复杂性所引起的。

发明内容

本发明的目的在于设计一种可以探讨月池结构底部挡板对平台运动影响的试验装置。该装置可以研究不同底部挡板开孔率下平台的运动响应，同时探究造成影响的原因和月池内部流体的运动变化。本发明的技术方案如下：

一种Truss Spar平台运动测量试验装置，包括平台硬舱(11)，平台硬舱(11)包括水密圆筒及固定在其内并构成月池的矩形方筒(6)，两者之间中空，矩形方筒(6)的下方连接有可拆卸式的开放式桁架(12)，开放式桁架(12)包括悬挂在矩形方筒(6)的下部的四根铝管，在四根铝管上连接有多个垂荡板(9)，其中，

在月池底部布置有可拆卸式挡板(8)，根据试验要求选定不同开孔率的可拆卸式挡板(8)，并根据试验要求调节多个垂荡板(9)之间的相对位置；

矩形方筒(6)的下方连接有可拆卸式的开放式桁架(12)，开放式桁架(12)包括悬挂在矩形方筒(6)的下部的四根杆和多个相对位置可调的可拆卸式垂荡板(9)；

在底部可拆卸式挡板(8)处固定有压力传感器(10)，其采集的压力数据通过通道数据采集仪被传送至计算机；

从月池上部插入一根浪高仪(13)测量杆，浪高仪(13)用于测量月池内部液面变化，其采集的液面变化数据通过通道数据采集仪被传送至计算机；

在月池的侧壁开孔，安装防水圈并水密固定，在开孔处安装有水压力测量仪(7)，所述的水压力测量仪(7)包括固定在开孔处附近并贴合在月池侧壁上的靶面(16)、与靶面相连的传递杆(19)，与传递杆(19)通过接触点(18)相连的悬臂梁(17)，在悬臂梁(17)上固定有应变式压力传感器(15)，应变式压力传感器(15)感应的月池内部水压信号通过通道数据采集仪被传送至计算机，接触点处的截面面积及长度远小于传递杆(19)和悬臂梁(17)的截面面积和长度；

在平台硬舱(11)的顶端固定有LED灯板(4)，在LED灯板(4)附近固定有摄像头(5)，摄像头(5)通过图像采集卡与计算机相连，通过捕捉LED灯板上至少三个发光点的运动情况，获得Truss Spar平台运动状态。

采用本发明提供的试验装置，可以研究不同月池底部挡板开孔面积对平台运动和月池内部流体运动的影响，得到多种测量结果，包括：

1、可拆卸式的底部挡板可以研究底部挡板开孔率的影响，换板方便快捷，可以高效的利用spar平台的主体结构；

2、利用摄像头采集用LED灯板上的3个红外线光源的图像，图像被传送到计算机，通过计算机可以精确测量平台的运动状态，将运动测量仪的摄像头与光源平齐可以保证在大幅运动和摇摆的情况下光源不偏出摄像头的采集范围；

3、月池侧壁采用的月池内水压力测量仪，采用了改进设计，利用应变片精确测量月池内部流体的水压，可以与浪高仪的结果相互验证，提高实验结果的准确性；

5、在底部挡板处安装压力传感器，可以通过压力测量获得月池内部流体进出月池结构的速度，集合平台主体时域运动可以获取内部流体的垂荡运动；

6、可拆卸式的开放式桁架结构，可以随意变换垂荡板的布置方式，减小尺度效应对于月池内部流体流动的影响，提高试验的准确性。同时，还可以测量不同垂荡板的组合形式对平台运动的影响，实现模型的高效利用。

附图说明

图1为本发明的Spar平台运动测量试验装置正视图；

图2为本发明的Spar平台运动测量试验装置俯视图；

图3为本发明Spar平台主体示意图；

图4为本发明不同开孔率的可拆卸式底部挡板示意图，a为10％开孔率、b为70％开孔率、c为全封板；

图5为本发明可拆卸开放式桁架结构示意图；

图6为本发明侧壁——月池内水压力测量仪示意图；

图中：1、平台模型；2、十字系泊系统；3、拖车；4、LED发光板；5、摄像头；6、平台月池；7、侧壁——月池内水压力测量仪；8、月池底部十字挡板；9、可拆卸式垂荡板；10、月池底部挡板压力传感器；11、平台主体硬舱；12、开放式桁架结构；13、月池内浪高仪；14、全封板水密墙；15、应变式压力传感器；16、靶形面；17、悬臂梁；18、接触点；19、传递杆

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进行详细描述。

参见图1-3本发明装置由完全可拆卸式的平台硬舱11、开放式桁架结构12、月池底部十字挡板8、月池内水压力测量仪7、底部挡板压力传感器组成10，加上合理的布置浪高仪13，可以实现关于平台主体和月池内部流体运动的多项研究测量。

平台主体硬舱结构11由水密圆筒和构成月池结构的矩形方筒6焊接而成，两者内部中空，用于布线和设置压载。在内部月池侧壁合适位置开圆孔并安装全弹性防水套圈，与侧壁内壁面平行处安装水压力测量仪7。如图4所示，选择合适开孔率10％、70％以及全封板的底部挡板进行安装特别注意全封板状态下的水密工作，在底部十字开孔处设置底部挡板压力传感器10。平台主体的开放式桁架结构12四根铝管和三副“三段”式垂荡板9组成，如图5所示。

如图1中，平台主体1在重心位置通过十字系泊2的方式固定到试验水池中央，系泊线采用钢丝绳—弹簧—钢丝绳的形式，在平台主体顶端安装LED灯板4，并水平安置摄像头5，摄像头5通过螺母固定在支架上，摄像头支架另一端用木楔固定在拖车轨道上。在试验过程中，摄像头通过图像采集卡与计算机相连接，通过捕捉LED灯板上三个红外线发光点的运动情况，得出平台六个自由度运动的情况。由LED灯板4、摄像头5和计算机共同构成非接触式运动测量仪，从月池上部插入一根浪高仪13测量杆，与通道数据采集仪相连接，用于测量月池内部液面变化，通道数据采集仪采集的数据也被送入计算机。由图2可明确平台主体的具体系泊方式以及波浪方向。

月池内水压力测量仪如图

本装置可完成多项试验。其中包括：月池底部挡板开口面积对平台运动的影响试验；平台自身模态耦合试验；月池底部挡板对月池内部流体运动的影响试验；开放式桁架垂荡板布置影响试验等。可以根据不同的试验要求和试验目的调整响应的模型结构。

在各个试验开始前，首先要对各个压力传感器和测量仪器分别单独进行进行力学和光学标定。试验开始前，需连接好波高仪13、月池内的水压力测量仪7、月池底部挡板压力传感器10，它们分别为波浪、平台运动以及力的观测系统。试验过程中，通过造波机制造规则波浪，通过平台外部波高仪采集波浪数据，通过月池内部波高仪13采集月池内部流体变化数据，通过各个压力传感器得到平台在波浪中的受力情况，并通过非接触式运动测量仪采集到平台在波浪中六个自由度的运动情况。采集到足够的数据后，分别停止造波与采集，通过改变波高、波长以改变试验的环境工况，通过更换月池底部十字挡板8进行月池底部开口面积对平台运动影响试验，通过改变垂荡板布置方式研究开放式桁架的垂荡板9对Spar平台在波浪中运动的影响试验。

Claims (1)

1.一种Truss Spar平台运动测量试验装置，包括平台硬舱(11)，平台硬舱(11)包括水密圆筒及固定在其内并构成月池的矩形方筒(6)，两者之间中空，矩形方筒(6)的下方连接有可拆卸式的开放式桁架(12)，开放式桁架(12)包括悬挂在矩形方筒(6)的下部的四根铝管，在四根铝管上连接有多个垂荡板(9)，其特征在于，

在月池底部布置有可拆卸式挡板(8)，根据试验要求选定不同开孔率的可拆卸式挡板(8)，并根据试验要求调节多个垂荡板(9)之间的相对位置；

矩形方筒(6)的下方连接有可拆卸式的开放式桁架(12)，开放式桁架(12)包括悬挂在矩形方筒(6)的下部的四根杆和多个相对位置可调的可拆卸式垂荡板(9)；

在底部可拆卸式挡板(8)处固定有压力传感器(10)，其采集的压力数据通过通道数据采集仪被传送至计算机；

从月池上部插入一根浪高仪(13)测量杆，浪高仪(13)用于测量月池内部液面变化，其采集的液面变化数据通过通道数据采集仪被传送至计算机；

在月池的侧壁开孔，安装防水圈并水密固定，在开孔处安装有水压力测量仪(7)，所述的水压力测量仪(7)包括固定在开孔处附近并贴合在月池侧壁上的靶面(16)、与靶面相连的传递杆(19)，与传递杆(19)通过接触点(18)相连的悬臂梁(17)，在悬臂梁(17)上固定有应变式压力传感器(15)，应变式压力传感器(15)感应的月池内部水压信号通过通道数据采集仪被传送至计算机，接触点处的截面面积及长度远小于传递杆(19)和悬臂梁(17)的截面面积和长度；

在平台硬舱(11)的顶端固定有LED灯板(4)，在LED灯板(4)附近固定有摄像头(5)，摄像头(5)通过图像采集卡与计算机相连，通过捕捉LED灯板上至少三个发光点的运动情况，获得Truss Spar平台运动状态。