CN107860662B - 一种大型深水主被动联合波浪补偿装置陆上试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大型深水主被动联合波浪补偿装置全系统陆上试验方法，具体包括以下步骤：1)进行被动补偿油缸静压试验；2)进行主动补偿油缸静压试验；3)进行深水主被动联合波浪补偿装置动态性能试验，第一动态加载油缸(3)、第二动态加载油缸(4)充气压后作为负载提供单方向推力，与被动补偿油缸(5)的被动补偿力形成力平衡关系，通过比较模拟天车本体(11)运动速度波形与动态位移传感器运动速度波形，得到用于深水主被动联合波浪补偿装置性能指标评估的补偿精度。本发明的试验方法可以通过陆上静载试验，验证额定载荷要求，通过陆上动载试验，验证动态特性要求。

Description

一种大型深水主被动联合波浪补偿装置陆上试验方法
技术领域
本发明属于海洋工程装备陆上试验技术领域，特别涉及一种大型深水主被动联合波浪补偿装置全系统陆上试验方法。
背景技术
随着我国各种海上作业的发展，都需要波浪补偿装置特别是大型深水主被动联合波浪补偿装置以满足深海领域油气开采、海底采矿、水下机器人吊放、海底工作站安装等作业的平稳工作需求。大型深水主被动联合波浪补偿装置一般采用两种补偿形式进行补偿，即被动补偿和主动补偿，被动补偿是利用空气与液压系统作为被动缓冲介质，通过大容积的补偿介质，使得补偿力保持相对恒定，完成补偿功能，补偿精度较低。主动补偿是通过获得平台或船体的运动信号，通过上位机解算，主动通过动力单位驱动补偿执行机构进行补偿运动，完成补偿功能，补偿精度较高。
大型深水主被动联合波浪补偿装置负载大，动态性能要求高，应用在深海平台上，无法在应用现场进行全面的功能试验，如不进行试验在使用中具有一定的风险。因此，在陆上进行全系统功能试验，全面验证装置的静态、动态特性，验证在平台摇摆工况的性能特性，以降低装船实际应用的风险，提高装置的可靠性，是十分必要的。
目前，国际上尚无大型深水主被动联合波浪补偿装置全系统陆上试验的先例。通过检索国外船检标准，包括DNV和ABS，均无专门针对大型深水主被动联合波浪补偿装置验收的标准，无陆上试验要求的相关标准。通过与ABS船级社的交流，ABS在国外同类产品船检时，在陆上只是进行静态试验。总之，目前国内外同类产品试验内容总体情况为：1)根据标准要求进行分系统的出厂试验；2)不在陆地上进行系统联调试验。国内大型深水主被动联合波浪补偿装置该类产品尚属空白，无试验条件及经验。国外厂家AKER、NOV、力士乐公司等在同类产品陆上试验时，只完成大型油缸系统的静态密性试验，不进行大负载高速动态试验。
发明内容
本发明的发明目的是提出了一种大型深水主被动联合补偿装置的陆上系统试验方法，利用大动态负载模拟装置、平台运动模拟装置和天车模拟装置，完成深水主被动联合补偿装置的全系统加载状态下的静态、动态试验，提供了全面的试验监测与检测条件。可以根据相关标准进行分系统试验、进行陆上系统功能试验，可以模拟海况完成动态试验。目前可以通过陆上静载试验，验证额定载荷要求，通过陆上动载试验，验证动态特性要求。从而为深水主被动联合补偿装置实际平台应用提供陆上验证条件。
本发明的具体技术方案是一种深水主被动联合波浪补偿装置全系统陆上试验方法，其特征在于，被测试的深水主被动联合波浪补偿装置包括被动补偿油缸和主动补偿油缸，用于试验的设备包括模拟天车组件、安装在水平地面基础上的二根平行的导轨、第一动态加载油缸、第二动态加载油缸、船舶模拟运动台架、液压系统和上位机，
所述的第一动态加载油缸和第二动态加载油缸的有杆腔分别与液压系统连通，其无杆腔分别充有缓冲气体，
所述的模拟天车组件包括模拟天车本体、第一动态加载油缸连接件、第二动态加载油缸连接件、被动补偿油缸连接件和主动补偿油缸连接件和二台运动小车，所述的模拟天车本体下表面对称地固定安装二台运动小车，二台运动小车分别与二根平行的导轨配合，能够在导轨上滑动，所述的主动补偿油缸连接件固定安装在模拟天车本体的前端并位于模拟天车本体的对称中心面上，所述的被动补偿油缸连接件、第一动态加载油缸连接件和第二动态加载油缸连接件分别固定安装在模拟天车本体的后端，被动补偿油缸连接件位于模拟天车本体的对称中心面上，第一动态加载油缸连接件和第二动态加载油缸连接件分别位于被动补偿油缸连接件的两侧并对称，所述的第一动态加载油缸、第二动态加载油缸、被动补偿油缸和主动补偿油缸的活塞杆的自由端分别铰接在第一动态加载油缸连接件、第二动态加载油缸连接件、被动补偿油缸连接件和主动补偿油缸连接件上，第一动态加载油缸、第二动态加载油缸、被动补偿油缸和主动补偿油缸活塞的中心线与导轨平行，
所述的船舶模拟运动台架包括桁架塔、惯性块组件和动态位移传感器组件，所述的桁架塔固定在主动补偿油缸的缸体底部外侧的地面基础上，所述的惯性块组件包括钢丝绳、定滑轮和惯性块，所述的定滑轮固定在桁架塔的顶端，所述的钢丝绳架在定滑轮的轮槽中，钢丝绳的一端连接在模拟天车本体上，钢丝绳的另一端连接在惯性块上，惯性块悬吊在钢丝绳上能够在桁架塔内部的空间中上下运动，钢丝绳位于通过主动补偿油缸中心线并与水平面垂直的平面内，所述的动态位移传感器组件包括动态位移传感器、动态位移传感器安装座、轨道和直线作动器，所述的轨道固定安装在桁架塔上并与水平面垂直，所述的动态位移传感器通过动态位移传感器安装座安装在轨道上，所述的直线作动器能够推动动态位移传感器安装座带动动态位移传感器沿轨道上下移动，
所述的液压系统在上位机的控制下能够驱动第一动态加载油缸、第二动态加载油缸、被动补偿油缸和主动补偿油缸运动，
试验方法具体包括以下步骤：
1)进行被动补偿油缸静压试验，验证全额额定载荷，设定被动补偿油缸试验压力，被动油缸活塞杆位于上极限位置，保压，测试变形，测试油缸强度，测试泄漏；
2)进行主动补偿油缸静压试验，验证全额额定载荷，设定油缸系统试验压力，活塞杆分别位于上下极限位置，保压，测试变形，测试油缸强度，测试泄漏；
3)进行深水主被动联合波浪补偿装置动态性能试验，将主动补偿油缸、被动补偿油缸、第一动态加载油缸、第二动态加载油缸的活塞杆对顶安装在模拟天车组件上，主动补偿油缸、被动补偿油缸、第一动态加载油缸、第二动态加载油缸的缸体水平安装在场地上，第一动态加载油缸、第二动态加载油缸充气压后作为负载提供单方向推力，与被动补偿油缸的被动补偿力形成力平衡关系，直线作动器按模拟海洋平台运动的波形驱动动态位移传感器垂向运动，动态位移传感器生成的运动信号传输给上位机，上位机读取运动信号作为输入参数，经过解算后通过液压系统驱动主动补偿油缸进行补偿运动，带动模拟天车本体、被动补偿油缸、第一动态加载油缸、第二动态加载油缸共同进行补偿运动，模拟天车本体通过钢丝绳拉动惯性块上下运动，如与对动态位移传感器运动方向相反，说明正在进行补偿运动，通过比较模拟天车本体运动速度波形与动态位移传感器运动速度波形，得到用于深水主被动联合波浪补偿装置性能指标评估的补偿精度。
更进一步地，所述的直线作动器为液压、电动或气动作动器。
本发明的有益效果是：1)本发明的方法利用陆上模拟试验装置，将垂向的大型深水主被动联合波浪补偿装置转化为水平方向的模拟工况试验，可以模拟400t负载的海上工况试验，全面测试大型深水主被动联合波浪补偿装置的补偿速度、补偿力、补偿精度等主要动态特性；2)可以动态模拟 5级海况下的多作业工况，全面验证大型深水主被动联合波浪补偿装置的在多作业工况的性能，为现场调试设备、优化装置各项性能提供支持。
附图说明
图1为本发明的大型深水主被动联合波浪补偿装置全系统陆上试验方法的试验设备布置立体示意图；
图2为本发明的大型深水主被动联合波浪补偿装置全系统陆上试验方法的试验设备布置俯视示意图；
图3为本发明的大型深水主被动联合波浪补偿装置全系统陆上试验方法的试验设备布置侧视示意图；
图4为本发明的大型深水主被动联合波浪补偿装置全系统陆上试验方法的试验设备中的模拟天车组件示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体技术方案作进一步地描述。
如附图1-4所示，本发明的试验方法中被测试的大型深水主被动联合波浪补偿装置包括被动补偿油缸5和主动补偿油缸6，用于试验的设备包括模拟天车组件1、安装在水平地面基础上的二根平行的导轨2、第一动态加载油缸3、第二动态加载油缸4、船舶模拟运动台架7、液压系统和上位机。
所述的第一动态加载油缸3和第二动态加载油缸4的有杆腔分别与液压系统连通，液压系统压力输入时产生压力，使得活塞杆有向缸底运动的趋势；其无杆腔分别充有缓冲气体，对补偿运动进行缓冲。
所述的模拟天车组件1包括模拟天车本体11、第一动态加载油缸连接件12、第二动态加载油缸连接件13、被动补偿油缸连接件14和主动补偿油缸连接件15和二台运动小车，所述的模拟天车本体11下表面对称地固定安装二台运动小车，二台运动小车分别与二根平行的导轨2配合，能够在导轨2上滑动，所述的主动补偿油缸连接件15固定安装在模拟天车本体 11的前端并位于模拟天车本体11的对称中心面上，所述的被动补偿油缸连接件14、第一动态加载油缸连接件12和第二动态加载油缸连接件13分别固定安装在模拟天车本体11的后端，被动补偿油缸连接件14位于模拟天车本体11的对称中心面上，第一动态加载油缸连接件12和第二动态加载油缸连接件13分别位于被动补偿油缸连接件14的两侧并对称，所述的第一动态加载油缸3、第二动态加载油缸4、被动补偿油缸5和主动补偿油缸 6的活塞杆的自由端分别铰接在第一动态加载油缸连接件12、第二动态加载油缸连接件13、被动补偿油缸连接件14和主动补偿油缸连接件15上，第一动态加载油缸3、第二动态加载油缸4、被动补偿油缸5和主动补偿油缸6活塞的中心线与导轨2平行。
所述的船舶模拟运动台架7包括桁架塔、惯性块组件和动态位移传感器组件，动态位移传感器可以为通用的船用动态位移传感器。所述的桁架塔固定在主动补偿油缸6的缸体底部外侧的地面基础上，所述的惯性块组件包括钢丝绳、定滑轮和惯性块，所述的定滑轮固定在桁架塔的顶端，所述的钢丝绳架在定滑轮的轮槽中，钢丝绳的一端连接在模拟天车本体11上，钢丝绳的另一端连接在惯性块上，惯性块悬吊在钢丝绳上能够在桁架塔内部的空间中上下运动，钢丝绳位于通过主动补偿油缸6中心线并与水平面垂直的平面内，所述的动态位移传感器组件包括动态位移传感器、动态位移传感器安装座、轨道和直线作动器，可以为液压、电动或气动作动器，所述的轨道固定安装在桁架塔上并与水平面垂直，所述的动态位移传感器通过动态位移传感器安装座安装在轨道上，所述的直线作动器能够推动动态位移传感器安装座带动动态位移传感器沿轨道上下移动。
所述的液压系统在上位机的控制下能够驱动第一动态加载油缸3、第二动态加载油缸4、被动补偿油缸5和主动补偿油缸6运动，
本发明的深水主被动联合波浪补偿装置全系统陆上试验方法具体包括以下步骤：
1)进行被动补偿油缸静压试验，验证全额额定载荷，被动补偿油缸静压的全额额定载荷由补偿装置应用于深海工作系统，而所支持负载确定的。设定被动补偿油缸试验压力，被动油缸活塞杆位于上极限位置，保压，测试变形，测试油缸强度，测试泄漏；试验目的为验证静态受力条件下验证被动油缸最大补偿力。
2)进行主动补偿油缸静压试验，验证全额额定载荷，主动补偿油缸静压的全额额定载荷由补偿装置应用于深海工作系统，而所支持负载确定的。设定油缸系统试验压力，活塞杆分别位于上下极限位置，保压，测试变形，测试油缸强度，测试泄漏；试验目的为静态受力条件下验证主动油缸最大补偿力；
3)进行深水主被动联合波浪补偿装置动态性能试验，将主动补偿油缸 6、被动补偿油缸5、第一动态加载油缸3、第二动态加载油缸4的活塞杆对顶安装在模拟天车组件1上，主动补偿油缸6、被动补偿油缸5、第一动态加载油缸3、第二动态加载油缸4的缸体水平安装在场地上，第一动态加载油缸3、第二动态加载油缸4充气压后作为负载提供单方向推力，与被动补偿油缸5的被动补偿力形成力平衡关系，直线作动器按模拟海洋平台运动的波形驱动动态位移传感器垂向运动，动态位移传感器生成的运动信号传输给上位机，上位机读取运动信号作为输入参数，经过解算后通过液压系统驱动主动补偿油缸6进行补偿运动，即通过被试装置的主动补偿油缸6 的驱动系统带有的补偿算法进行解算。带动模拟天车本体11、被动补偿油缸5、第一动态加载油缸3、第二动态加载油缸4共同进行补偿运动。模拟天车本体11通过钢丝绳拉动惯性块上下运动，如与对动态位移传感器运动方向相反，说明正在进行补偿运动，通过比较模拟天车本体11运动速度波形与动态位移传感器运动速度波形，得到用于深水主被动联合波浪补偿装置性能指标评估的补偿精度。
本发明的陆上试验方法中，采用第一动态加载油缸3和第二动态加载油缸4提供负载，相当于模拟被动补偿的重力。所用的试验设备、被试装置存在摩擦力，相当于模拟摩擦力部分。第一动态加载油缸3和第二动态加载油缸4与被动补偿油缸5对顶，可以模拟深水天车用于转井平台时的井底地表支撑力和重力的合力作用。采用在船舶模拟运动台架7上挂惯性块这样的重物的方式来模拟实际工况中垂直使用的设备的垂向运动状态因此，试验方法可以对实际工况受力要求进行了全面的模拟。

Claims (2)

1.一种大型深水主被动联合波浪补偿装置全系统陆上试验方法，其特征在于，被测试的深水主被动联合波浪补偿装置包括被动补偿油缸(5)和主动补偿油缸(6)，用于试验的设备包括模拟天车组件(1)、安装在水平地面基础上的二根平行的导轨(2)、第一动态加载油缸(3)、第二动态加载油缸(4)、船舶模拟运动台架(7)、液压系统和上位机，
所述的第一动态加载油缸(3)和第二动态加载油缸(4)的有杆腔分别与液压系统连通，其无杆腔分别充有缓冲气体，
所述的模拟天车组件(1)包括模拟天车本体(11)、第一动态加载油缸连接件(12)、第二动态加载油缸连接件(13)、被动补偿油缸连接件(14)和主动补偿油缸连接件(15)和二台运动小车，所述的模拟天车本体(11)下表面对称地固定安装二台运动小车，二台运动小车分别与二根平行的导轨(2)配合，能够在导轨(2)上滑动，所述的主动补偿油缸连接件(15)固定安装在模拟天车本体(11)的前端并位于模拟天车本体(11)的对称中心面上，所述的被动补偿油缸连接件(14)、第一动态加载油缸连接件(12)和第二动态加载油缸连接件(13)分别固定安装在模拟天车本体(11)的后端，被动补偿油缸连接件(14)位于模拟天车本体(11)的对称中心面上，第一动态加载油缸连接件(12)和第二动态加载油缸连接件(13)分别位于被动补偿油缸连接件(14)的两侧并对称，所述的第一动态加载油缸(3)、第二动态加载油缸(4)、被动补偿油缸(5)和主动补偿油缸(6)的活塞杆的自由端分别铰接在第一动态加载油缸连接件(12)、第二动态加载油缸连接件(13)、被动补偿油缸连接件(14)和主动补偿油缸连接件(15)上，第一动态加载油缸(3)、第二动态加载油缸(4)、被动补偿油缸(5)和主动补偿油缸(6)活塞的中心线与导轨(2)平行，
所述的船舶模拟运动台架(7)包括桁架塔、惯性块组件和动态位移传感器组件，所述的桁架塔固定在主动补偿油缸(6)的缸体底部外侧的地面基础上，所述的惯性块组件包括钢丝绳、定滑轮和惯性块，所述的定滑轮固定在桁架塔的顶端，所述的钢丝绳架在定滑轮的轮槽中，钢丝绳的一端连接在模拟天车本体(11)上，钢丝绳的另一端连接在惯性块上，惯性块悬吊在钢丝绳上能够在桁架塔内部的空间中上下运动，钢丝绳位于通过主动补偿油缸(6)中心线并与水平面垂直的平面内，所述的动态位移传感器组件包括动态位移传感器、动态位移传感器安装座、轨道和直线作动器，所述的轨道固定安装在桁架塔上并与水平面垂直，所述的动态位移传感器通过动态位移传感器安装座安装在轨道上，所述的直线作动器能够推动动态位移传感器安装座带动动态位移传感器沿轨道上下移动，
所述的液压系统在上位机的控制下能够驱动第一动态加载油缸(3)、第二动态加载油缸(4)、被动补偿油缸(5)和主动补偿油缸(6)运动，
试验方法具体包括以下步骤：
1)进行被动补偿油缸静压试验，验证全额额定载荷，设定被动补偿油缸试验压力，被动油缸活塞杆位于上极限位置，保压，测试变形，测试油缸强度，测试泄漏；
2)进行主动补偿油缸静压试验，验证全额额定载荷，设定油缸系统试验压力，活塞杆分别位于上下极限位置，保压，测试变形，测试油缸强度，测试泄漏；
3)进行深水主被动联合波浪补偿装置动态性能试验，将主动补偿油缸(6)、被动补偿油缸(5)、第一动态加载油缸(3)、第二动态加载油缸(4)的活塞杆对顶安装在模拟天车组件(1)上，主动补偿油缸(6)、被动补偿油缸(5)、第一动态加载油缸(3)、第二动态加载油缸(4)的缸体水平安装在场地上，第一动态加载油缸(3)、第二动态加载油缸(4)充气压后作为负载提供单方向推力，与被动补偿油缸(5)的被动补偿力形成力平衡关系，直线作动器按模拟海洋平台运动的波形驱动动态位移传感器垂向运动，动态位移传感器生成的运动信号传输给上位机，上位机读取运动信号作为输入参数，经过解算后通过液压系统驱动主动补偿油缸(6)进行补偿运动，带动模拟天车本体(11)、被动补偿油缸(5)、第一动态加载油缸(3)、第二动态加载油缸(4)共同进行补偿运动，模拟天车本体(11)通过钢丝绳拉动惯性块上下运动，如与动态位移传感器运动方向相反，说明正在进行补偿运动，通过比较模拟天车本体(11)运动速度波形与动态位移传感器运动速度波形，得到用于深水主被动联合波浪补偿装置性能指标评估的补偿精度。
2.根据权利要求1所述的一种大型深水主被动联合波浪补偿装置全系统陆上试验方法，其特征在于，所述的直线作动器为液压、电动或气动作动器。
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