CN106706267A - 一种实际海洋环境中海洋结构波流载荷实验测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实际海洋环境中海洋结构波流载荷实验测量装置，包括：花键轴(1)、花键套(2)、定位销(3)、步进电机(4)、三通连接杆(5)、六维力传感器(6)、驱动与通讯模块(7)、上位机控制系统(8)、支撑柱(9)。本发明通过采用计算机控制技术、信息采集技术、物模布局及传感器设置结构技术，实现了实际海洋环境中自升式海洋平台桩腿及其它海洋结构物实验模型在水中的漂(波)流载荷的测量，且能同时测量两根物模的波流力，解决了现有技术中测量精度不高、物模更换费时费力等问题，进一步提高了测量效率和测量准确度，为不同规格的自升式海洋平台的优化设计提供精准数据。
Description
技术领域
本发明属于海洋资源开发技术领域，特别涉及一种实际海洋环境中海洋结构波流载荷实验测量装置。
背景技术
目前，公知的自升式海洋结构波流载荷实验数据测量装置主要有两种，一种是使用三维力传感器测量，使用三维力传感器测量的装置，需要先将测力传感器固定在波流水槽底部，再将物模与传感器连接。另一种是使用测力杆测量，是将物理模型与测力杆进行刚性连接，再将应变片贴在测力杆固定距离的两点处，通过测量两点处的应变，计算出测力杆所受的弯矩，从而推导出物模的波流载荷。研究水动力系数的影响规律，为不同规格的自升式海洋平台的优化设计提供数据支撑，具有重要的理论意义和工程应用价值。上述测量装置中，将三维力传感器固定在底部，当更换物模时，首先需要放掉水槽内的水，然后再更换物模，存在费力费时的问题。使用测力杆，会因应变片的精度及粘贴方式而存在较大的误差。而且上述测量装置每次只能测量单根物模，无法保证物模受的波流载荷相位角相同。同时测量实验都是在实验室中进行的，并没有在实际的海洋环境下进行。
发明内容
本发明的目的是：提供一种海洋结构波流载荷实验测量装置，可以测量实际海洋环境中自升式海洋平台桩腿及其海洋结构物实验模型在水中的漂流载荷，并且实现能同时测量两根物模的波流力，解决现有技术中测量精度不高、物模更换费时费力等问题，进一步提高测量精度，为不同规格的自升式海洋平台的优化设计提供精准数据。
本发明的技术方案是：一种实际海洋环境中海洋结构波流载荷实验测量装置，包括：花键轴、花键套、定位销、步进电机、三通连接杆、六维力传感器、驱动与通讯模块、上位机控制系统、支撑柱；
所述花键轴用于连接物模和所述三通连接杆，所述花键轴连接物模端焊接有法兰盘，法兰盘上留有连接物模的螺纹孔，物模通过螺栓固接到法兰盘；
所述花键套用于实现所述花键轴与所述三通连接杆的连接，所述花键轴与所述花键套在轴向上通过两个所述定位销固定；
所述定位销用于实现所述花键轴与所述三通连接杆连接时的固定；
所述步进电机与所述花键套通过法兰盘由螺栓连接在所述三通连接杆上，带动物模步进转动，从而改变物模与入射波浪之间的角度；
所述三通连接杆用于连接所述支撑柱、所述花键轴、所述花键套、所述步进电机、所述驱动与通讯模块；所述三通连接杆与所述支撑柱垂直；两个所述步进电机安装在所述三通连接杆的两端，轴向与所述花键轴轴向相同且与所述三通连接杆垂直；
所述六维力传感器通过法兰盘和螺栓连接在所述支撑柱上；所述六维力传感器用于采集分别置于两个所述花键轴的两个物模受到波流载荷时Z方向的弯矩及水平作用力信号，并将探测到的信号传送给所述驱动与通讯模块；
所述驱动与通讯模块用于控制所述步进电机的启停与转动，从而改变两个物模与入射波浪之间的角度，并将所述六维力传感器采集的物模受到波流载荷时Z方向的弯矩及水平作用力信号放大后，实时传送给所述上位机控制系统；
所述上位机控制系统用于发送脉冲信号给所述驱动与通讯模块，控制所述步进电机实现物模角度的变换；所述上位机控制系统接收所述驱动与通讯模块传送的物模受到波流载荷时Z方向的弯矩及水平作用力信号，处理并分析数据特性，得到物模所承受的水平总力和扭矩差，最后通过界面直观显示；所述上位机控制系统可人工输入步进电机转动角度信息，实现物模角度变换的控制；
所述支撑柱用于支撑所述三通连接杆，将海洋结构波流载荷实验测量装置固定在海洋底部。
本发明通过采用计算机控制技术、信息采集技术、物模布局及传感器设置结构技术，实现了实际海洋环境中自升式海洋平台桩腿及其它海洋结构物实验模型在水中的漂(波)流载荷的测量，且能同时测量两根物模的波流力，解决了现有技术中测量精度不高、物模更换费时费力等问题，进一步提高了测量效率和测量准确度，为不同规格的自升式海洋平台的优化设计提供精准数据。
附图说明
图1为本发明结构组成示意图；
图2为本发明局部结构示意图；
图3为本发明力学示意图。
1--花键轴、2--花键套、3--定位销、4--步进电机、5--三通连接杆、6--六维力传感器、7--驱动与通讯模块、8—上位机控制系统、9--支撑柱、10--物模、11—海洋水平面、12—海洋水底部
具体实施方式
实施例1：参见图1至图3，一种实际海洋环境中海洋结构波流载荷实验测量装置，包括：花键轴1、花键套2、定位销3、步进电机4、三通连接杆5、六维力传感器6、驱动与通讯模块7、上位机控制系统8、支撑柱9；
所述花键轴1用于连接物模和所述三通连接杆5，所述花键轴1连接物模端焊接有法兰盘，法兰盘上留有连接物模的螺纹孔，物模通过螺栓固接到法兰盘；
所述花键套2用于实现所述花键轴1与所述三通连接杆5的连接，所述花键轴1与所述花键套2在轴向上通过两个所述定位销3固定；
所述定位销3用于实现所述花键轴1与所述三通连接杆5连接时的固定；
所述步进电机4与所述花键套2通过法兰盘由螺栓连接在所述三通连接杆5上，带动物模步进转动，从而改变物模与入射波浪之间的角度；
所述三通连接杆5用于连接所述支撑柱9、所述花键轴1、所述花键套2、所述步进电机4、所述驱动与通讯模块7；所述三通连接杆5与所述支撑柱9垂直；两个所述步进电机4安装在所述三通连接杆5的两端，轴向与所述花键轴1轴向相同且与所述三通连接杆5垂直；
所述六维力传感器6通过法兰盘和螺栓连接在所述支撑柱9上；所述六维力传感器6用于采集分别置于两个所述花键轴1的两个物模受到波流载荷时Z方向的弯矩及水平作用力信号，并将探测到的信号传送给所述驱动与通讯模块7；
所述驱动与通讯模块7用于控制所述步进电机4的启停与转动，从而改变两个物模与入射波浪之间的角度，并将所述六维力传感器6采集的物模受到波流载荷时Z方向的弯矩及水平作用力信号放大后，实时传送给所述上位机控制系统8；
所述上位机控制系统8用于发送脉冲信号给所述驱动与通讯模块7，控制所述步进电机4实现物模角度的变换；所述上位机控制系统8接收所述驱动与通讯模块7传送的物模受到波流载荷时Z方向的弯矩及水平作用力信号，处理并分析数据特性，得到物模所承受的水平总力和扭矩差，最后通过界面直观显示；所述上位机控制系统8可人工输入步进电机转动角度信息，实现物模角度变换的控制；
所述支撑柱9用于支撑所述三通连接杆5，将海洋结构波流载荷实验测量装置固定在海洋底部。
Claims (1)
1.一种实际海洋中海洋结构波流载荷实验测量装置，其特征在于，包括：花键轴(1)、花键套(2)、定位销(3)、步进电机(4)、三通连接杆(5)、六维力传感器(6)、驱动与通讯模块(7)、上位机控制系统(8)、支撑柱(9)；
所述花键轴(1)用于连接物模和所述三通连接杆(5)，所述花键轴(1)连接物模端焊接有法兰盘，法兰盘上留有连接物模的螺纹孔，物模通过螺栓固接到法兰盘；
所述花键套(2)用于实现所述花键轴(1)与所述三通连接杆(5)的连接，所述花键轴(1)与所述花键套(2)在轴向上通过两个所述定位销(3)固定；
所述定位销(3)用于实现所述花键轴(1)与所述三通连接杆(5)连接时的固定；
所述步进电机(4)与所述花键套(2)通过法兰盘由螺栓连接在所述三通连接杆(5)上，带动物模步进转动，从而改变物模与入射波浪之间的角度；
所述三通连接杆(5)用于连接所述支撑柱(9)、所述花键轴(1)、所述花键套(2)、所述步进电机(4)、所述驱动与通讯模块(7)；所述三通连接杆(5)与所述支撑柱(9)垂直；两个所述步进电机(4)安装在所述三通连接杆(5)的两端，轴向与所述花键轴(1)轴向相同且与所述三通连接杆(5)垂直；
所述六维力传感器(6)通过法兰盘和螺栓连接在所述支撑柱(9)上；所述六维力传感器(6)用于采集分别置于两个所述花键轴(1)的两个物模受到波流载荷时Z方向的弯矩及水平作用力信号，并将探测到的信号传送给所述驱动与通讯模块(7)；
所述驱动与通讯模块(7)用于控制所述步进电机(4)的启停与转动，从而改变两个物模与入射波浪之间的角度，并将所述六维力传感器(6)采集的物模受到波流载荷时Z方向的弯矩及水平作用力信号放大后，实时传送给所述上位机控制系统(8)；
所述上位机控制系统(8)用于发送脉冲信号给所述驱动与通讯模块(7)，控制所述步进电机(4)实现物模角度的变换；所述上位机控制系统(8)接收所述驱动与通讯模块(7)传送的物模受到波流载荷时Z方向的弯矩及水平作用力信号，处理并分析数据特性，得到物模所承受的水平总力和扭矩差，最后通过界面直观显示；所述上位机控制系统(8)可人工输入步进电机转动角度信息，实现物模角度变换的控制；
所述支撑柱(9)用于支撑所述三通连接杆(5)，将海洋结构波流载荷实验测量装置固定在海洋底部。
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