CN107269760A - 水上平台自调位阻尼索减振装置 - Google Patents

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禹见达
杨善斌
谢仕求
王文利
王刚
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    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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Abstract

本发明公开了一种水上平台自调位阻尼索减振装置。它包括阻尼索和自调位装置；所述阻尼索包括静止放置于水底的质量块，质量块通过吊索连接有悬空的下横梁，下横梁通过并列安装的阻尼器和复位弹簧连接上横梁；所述自调位装置包括与上横梁连接的钢丝绳，钢丝绳上端绕于绞盘上，绞盘的左端通过轴承安装于水上平台上，且左端的绞盘轴上安装有回转弹簧，绞盘的右端通过连接器与齿轮泵的主动齿轮轴连接，绞盘轴在回转弹簧作用下张紧钢丝绳，主动齿轮轴上的主动齿轮与从动齿轮啮合，齿轮泵、主动齿轮和从动齿轮固结于水上平台上。本发明实现了在潮水涨落时阻尼索长度的自动调整和水上平台振动时的减振耗能。

Description

水上平台自调位阻尼索减振装置
技术领域
本发明属于水上减振技术领域，具体涉及一种水上平台自调位阻尼索减振装置。
背景技术
海上风力发电、石油钻井及其它海上作业需要大型水上平台，大江大湖的架桥施工同样需要大型的水上平台。水上平台漂浮在水面，在风、浪及平台上施工设备的作用下，可能发生大幅振动，给施工人员的生命安全和身体健康带来影响，同时影响设备的安全运营或导致设备的损坏。现有水上平台的减振主要为阻尼板减振和调频质量阻尼器(Tunemass damper，简称TMD)减振，如图1所示。
阻尼板通过吊索(或吊杆)与水上平台连接，当水上平台振动时，通过吊索带动阻尼板运动，阻尼板搅动深水处的静止水，静止水提供的反作用力抑制水上平台的振动。当水下深处的水处于流动状态时，阻尼板就失去了对水上平台的减振作用，而海水洋流是一种普遍现象。
调频质量阻尼器由质量块(质量m)、阻尼器、弹簧(刚度k)组成，当其固有频率与水上平台的振动频率一致时，调频质量阻尼器对水上平台具有好的减振效果，但水上平台振动频率发生轻微的变化时，其减振效果基本消失。由于风速、风向的变化往往导致水上平台振动频率的变化，因此，调频质量阻尼器很少应用于水上平台的减振。
阻尼索的长度可调节量小，目前只能用于陆上结构减振。水上平台经常遇到潮水的涨落、河流或湖泊水位的改变，其改变量远大于阻尼器的可调节行程，增大阻尼器的可调行程，代价高昂，基本不可能满足水上平台的减振要求。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种水上平台自调位阻尼索减振装置。
本发明的目的是通过如下的技术方案来实现的：该水上平台自调位阻尼索减振装置，它包括阻尼索和自调位装置；所述阻尼索包括静止放置于水底的质量块，质量块通过吊索连接有悬空的下横梁，下横梁通过并列安装的阻尼器和复位弹簧连接上横梁；所述自调位装置包括与上横梁连接的钢丝绳，钢丝绳上端绕于绞盘上，绞盘的左端通过轴承安装于水上平台上，且左端的绞盘轴上安装有回转弹簧，绞盘的右端通过连接器与齿轮泵的主动齿轮轴连接，绞盘轴在回转弹簧作用下张紧钢丝绳，主动齿轮轴上的主动齿轮与从动齿轮啮合，齿轮泵、主动齿轮和从动齿轮固结于水上平台上。
具体的，所述齿轮泵的出油口和进油口通过油管连接，在油管上安装有油压调节阀。
本发明的工作原理如下：
一般情况下，质量块在水底(海底)保持不动，回转弹簧给绞盘施加扭转力矩，张紧绕于绞盘上的钢丝绳，钢丝绳、吊索和复位弹簧处于拉伸状态。
当海水涨潮时，水位缓慢上升带动水上平台上升，由于质量块在海底保持不动，吊索本身刚度大，其长度基本不变，复位弹簧刚度较大，略有伸长。回转弹簧刚度较小，在增大的拉力作用下，回转弹簧带动绞盘发生转动，钢丝绳伸长。此时，由于绞盘转动速度小，绞盘带动齿轮泵齿轮的转动速度小，液压油在齿轮带动下从左侧向右侧流动，右侧液压油压强增大，通过油管和油压调节阀返回左侧，由于速度小，液压油可以顺利流过油压调节阀，齿轮泵两侧压强差很小，主动齿轮轴对绞盘施加的力矩小。
当海水落潮时，与上述原理类似，钢丝绳缩短。
以上过程实现了阻尼索的自调位功能。
在风、浪或其它激励作用下，水上平台发生振动。当水上平台向上快速移动时，质量块在海底保持不动。回转弹簧刚度较小，在增大的拉力作用下，回转弹簧带动绞盘发生转动，钢丝绳伸长。此时，由于绞盘转动速度增大，绞盘带动齿轮泵齿轮的转动速度增大，液压油在齿轮带动下从左侧向右侧流速增大，右侧液压油压强迅速增大，通过油管和油压调节阀返回左侧，由于流量较大，油压调节阀的阻碍作用，使得齿轮泵两侧压强差很大，主动齿轮轴对绞盘施加的力矩大，阻止绞盘转轴转动速度的增大。钢丝绳、吊索的拉力迅速增大，而钢丝绳、吊索本身刚度大，变形小，导致复位弹簧和阻尼器被迅速拉伸，阻尼器耗散能量。
当水上平台向下快速移动时，由于质量块在海底保持不动。回转弹簧刚度较小，在增大的拉力作用下，回转弹簧带动绞盘发生转动，钢丝绳缩短。此时，由于绞盘转动速度增大，绞盘带动齿轮泵齿轮的转动速度增大，液压油在齿轮带动下从右侧向左侧流速增大，左侧液压油压强增大，通过油管和油压调节阀返回右侧，由于流量增大，油压调节阀的阻碍作用，使得齿轮泵两侧压强差很大，转动齿轮轴对绞盘施加的力矩大，阻止绞盘转轴转动速度的增大。钢丝绳、吊索的拉力减小，而钢丝绳、吊索本身刚度大，变形小，复位弹簧拉力减小而迅速收缩，压缩阻尼器耗散能量。
以上过程就实现了在潮水涨落时阻尼索长度的自动调整和水上平台振动时的减振耗能。
本发明具有如下的创新点及有益效果：
(1)利用齿轮泵的转动带动绞盘转动，绞盘上缠绕的钢丝绳将转动位移转换成直线位移。
(2)在齿轮泵的出油口和进油口间用油管直接相连，并在输油管上安装油压调节阀，当齿轮慢速转动时，齿轮泵左右两侧压强差很小，对齿轮轴作用的力矩小；当齿轮快速转动时，齿轮泵左右两侧压强差很大，对齿轮轴作用的力矩很大。
(3)利用回转弹簧对绞盘的预紧力矩平衡钢丝绳、复位弹簧、吊索的预紧力。
(4)采用海底设置质量块为阻尼索提供反作用力，为保持水上平台的静止提供支撑点。
(5)当水面上下慢速变动时，齿轮轴对绞盘作用的力矩小，刚度相对较小的回转弹簧保持对绞盘作用的力矩基本不变，钢丝绳总处于张紧状态，并且其拉力基本不变，通过钢丝绳从绞盘上放出的长度调整阻尼索总体的长度，保证阻尼索总处于工作状态。
(6)当水上平台发生振动时，齿轮轴对绞盘作用的力矩迅速增大，保证绞盘仅以很小的速度转动，阻尼索长度的变化主要发生在复位弹簧处，带动阻尼器进行耗能减振。
(7)采用阻尼器减振，可保证对水上平台的减振不受振动频率的影响。
(8)水下质量块静止不动，吊索横截面积小，并且一直处于较大内力的张紧状态，水流对减振的影响很小。
(9)在水上平台上安装3套以上的装置，并将吊绳斜向张拉，就可实现对水上平台六自由度的振动减振。
附图说明
图1是现有水上平台的阻尼板减振和调频质量阻尼器减振的原理示意图。
图2是本发明实施例的原理结构示意图。
图3是图2中的A-A剖视图。
图4是本发明有可能存在的其它变换形式的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
参见图2，本发明实施例的水上平台自调位阻尼索减振装置，包括阻尼索和自调位装置；阻尼索包括静止放置于水底的质量块1，质量块1通过吊索2连接有悬空的下横梁3，其中，吊索一般采用碳纤维、玻璃纤维或玄武岩纤维等高强、大弹性模量、抗海水腐蚀的材料制作而成，也可采用金属或其它非金属材料经过防腐处理制作而成；下横梁3通过并列安装的阻尼器4和复位弹簧5连接上横梁6。自调位装置包括与上横梁6连接的钢丝绳7，钢丝绳7上端绕于绞盘9上，绞盘9的左端通过轴承安装于水上平台19上，且左端的绞盘轴上安装有回转弹簧8，绞盘9的右端通过连接器10与齿轮泵11的主动齿轮轴13连接，其中，连接器可以采用法兰和螺栓、销或键等能够稳定传递扭转的连接形式；绞盘轴在回转弹簧8的作用下张紧钢丝绳，主动齿轮轴13上的主动齿轮12与从动齿轮14啮合，齿轮泵11、主动齿轮12和从动齿轮14固结于水上平台19上，图2中，15为从动齿轮轴。参见图3，齿轮泵11的出油口和进油口通过油管17连接，在油管17上安装有油压调节阀16，图3中，18为压力油。
对于上述实施例，本发明存在以下可能的修改或变换：
(1)将阻尼器4撤除，直接变为自变位斜向张拉抗风缆。
(2)阻尼器改用其它耗能装置，同样可现实结构减振耗能。
(3)质量块可以是多块或共用同一质量块，吊绳方向可以倾斜，质量块亦可采用水下锚杆结构代替。
(4)齿轮泵可以是其它形式的泵。
(5)钢丝绳可以是其它刚度较大的柔索替代。
(6)阻尼器、复位弹簧与钢丝绳不在同一直线上的其它安装方式，如图4所示。
(7)复位弹簧采用重物复位。
(8)质量块采用其它固定物。
因此，凡是不脱离本发明技术构思的等同技术特征的变换或置换，均应属于本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (2)

1.一种水上平台自调位阻尼索减振装置，其特征在于：它包括阻尼索和自调位装置；所述阻尼索包括静止放置于水底的质量块，质量块通过吊索连接有悬空的下横梁，下横梁通过并列安装的阻尼器和复位弹簧连接上横梁；所述自调位装置包括与上横梁连接的钢丝绳，钢丝绳上端绕于绞盘上，绞盘的左端通过轴承安装于水上平台上，且左端的绞盘轴上安装有回转弹簧，绞盘的右端通过连接器与齿轮泵的主动齿轮轴连接，绞盘轴在回转弹簧作用下张紧钢丝绳，主动齿轮轴上的主动齿轮与从动齿轮啮合，齿轮泵、主动齿轮和从动齿轮固结于水上平台上。
2.根据权利要求1所述的水上平台自调位阻尼索减振装置，其特征在于：所述齿轮泵的出油口和进油口通过油管连接，在油管上安装有油压调节阀。
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