CN109455273B - 一种配置吃水调节及智能化减振装置的超大型浮体 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种配置吃水调节及智能化减振装置的超大型浮体，包括浮式平台，还包括数据采集器、调谐液体阻尼器和信号处理控制模块；调谐液体阻尼器包括储液舱和水箱，储液舱固定在浮式平台底部，水箱固定在储液舱底部，储液舱和水箱通过第二水泵连接。本发明通过调谐液体阻尼器中水的晃荡来抵消浮式平台所受的波浪力，有效地减小浮式平台的摆动；同时通过多个波高仪和位移传感器对周边波浪信号和浮式平台的运行信号进行采集，从而使调谐液体阻尼器在不同海况下都能起到最佳的减振效果；储液舱使浮式平台在调谐液体阻尼器的优化过程中保持吃水深度不变，也可方便地根据浮式平台的使用需求和环境限制调节吃水深度。

Description

一种配置吃水调节及智能化减振装置的超大型浮体
技术领域
本发明涉及海洋工程技术领域，具体涉及一种配置吃水调节及智能化减振装置的超大型浮体。
背景技术
随着经济的发展和技术的进步，陆地上的资源和空间已经无法满足我国日益增长的需求，面积超过全球三分之二的海洋中的资源开发逐渐受到重视，建立海洋平台对我国海洋资源的开发，海上空间的利用有着重要的战略意义。
超大型海上浮式平台是国际工程界早在80年代后期就提出的一种新型海上结构物，其水平方向上尺度较大，而其厚度远小于水平长度，具有成本低，对海洋生态环境影响小，建造容易，工期短等优点。但超大型海上浮式平台在海洋中运行也存在着问题：在波浪冲击下平台容易发生运动响应，尤其是海况比较恶劣的情况下，轻则影响到平台上人员的舒适性，重则会导致安全问题。而超大型海上浮式平台在大多数应用中的舒适性和安全性都是重中之重的，比如海上机场，海上城市，科研基地等等。因此减小超大型浮体在不同海况下的运行响应是目前亟待解决的问题。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种配置吃水调节及智能化减振装置的超大型浮体，通过调谐液体阻尼器内水的晃荡抵消两侧的波浪力以达到减小浮式平台位移，而信号处理控制模块可根据外界海况调节调谐液体阻尼器中水高度从而达到最佳的减振效果，中部储液舱的设置使浮式平台在调谐液体阻尼器的优化过程中保持吃水深度不变，解决了在波浪冲击下浮式平台容易发生剧烈运动的问题。
技术方案：本发明一种配置吃水调节及智能化减振装置的超大型浮体，包括浮式平台，还包括数据采集器、调谐液体阻尼器和信号处理控制模块；所述调谐液体阻尼器包括储液舱和水箱，所述储液舱固定在浮式平台底部，所述水箱固定在储液舱底部，储液舱和水箱通过第二水泵连接；所述数据采集器包括位移传感器和第一波高仪，所述第一波高仪通过延伸架与浮式平台侧面连接，所述位移传感器固定安装在浮式平台上表面四周及中心处；所述信号处理控制模块包括滤波模块、超限分析模块、海浪信号分析模块、阻尼器优化模块和信号输出模块，所述滤波模块分别与位移传感器、第一波高仪和超限分析模块电连接，所述超限分析模块依次与海浪信号分析模块、阻尼器优化模块和信号输出模块电连接。
进一步的，所述储液舱内每隔一段距离设有垂直于储液舱底部的挡板，每个所述挡板均由三块隔板组成，所述隔板的高度为储液舱高度的六分之一，相邻隔板之间的距离为储液舱高度的十二分之一，其目的是在各种水深下都能耗散其波面处的能量，有效减弱储液舱内水的晃荡，储液舱长度非常大，因此晃荡的周期也会非常大，再经过挡板减晃后几乎不对浮式平台造成影响。
进一步的，所述挡板之间设有第三波高仪，所述第三波高仪垂直于储液舱底部设置且第三波高仪与滤波模块电连接，其目的是在调节水量时控制系统能识别到储液舱内的水深。
进一步的，所述水箱内每隔一段距离设有升降分隔板，所述升降分隔板与信号输出模块电连接；所述升降分隔板之间设有第二波高仪且第二波高仪的数量为五个，所述第二波高仪垂直于水箱底部设置且第二波高仪与滤波模块电连接，其目的是在调节水量时控制系统能识别到水箱内的水深。
进一步的，所述储液舱的底部两侧设有入水口和第一水泵，所述入水口和第一水泵与信号输出模块电连接，其目的是调节储液舱内的水量，从而方便地调整结构的吃水深度。
进一步的，所述延伸架平行于水平面且延伸架长度为18～22m。
进一步的，所述第一波高仪垂直于水平面设置。
进一步的，所述第一波高仪和延伸架均设有十个且分布在浮式平台四周。
有益效果：本发明通过调谐液体阻尼器中水的晃荡来抵消浮式平台所受的波浪力，有效地减小超大型浮式平台的摆动，减小其运动响应。同时，通过多个波高仪和位移传感器对周边波浪信号和浮式平台的运行信号进行采集，信号处理控制模块会根据不同的环境和调节对调谐液体阻尼器内水高度进行优化调节，从而使调谐液体阻尼器在不同海况下都能起到最佳的减振效果；中部储液舱的设置使浮式平台在调谐液体阻尼器的优化过程中保持吃水深度不变，也可方便地根据浮式平台的使用需求和环境限制调节吃水深度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的俯视图；
图3为信号处理控制模块的结构示意图。
具体实施例
下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述：
如图1至图3所示，本发明一种配置吃水调节及智能化减振装置的超大型浮体，包括浮式平台14，还包括数据采集器、调谐液体阻尼器和信号处理控制模块；调谐液体阻尼器包括储液舱18和水箱8，储液舱18固定在浮式平台14底部，储液舱18内每隔一段距离设有垂直于储液舱18底部的挡板17，每个挡板17均由三块隔板组成，隔板的高度为储液舱18高度的六分之一，相邻隔板之间的距离为储液舱18高度的十二分之一，其目的是在各种水深下都能耗散其波面处的能量，有效减弱储液舱18内水的晃荡，储液舱18长度非常大，因此晃荡的周期也会非常大，再经过挡板17减晃后几乎不对浮式平台14造成影响；而且挡板17之间设有第三波高仪16，第三波高仪16垂直于储液舱18底部设置，其目的是在调节水量时能时时识别到储液舱18内的水深。储液舱18的底部两侧设有入水口7和第一水泵6，入水口7和第一水泵6也是通过电机控制入水口7的开启关闭和第一水泵6是否打开，其目的是调节储液舱18内的水量，从而可以方便地调整结构的吃水深度。
水箱8固定在储液舱18底部，水箱8内每隔一段距离设有升降分隔板5，其目的是将水箱8分隔为若干个小水箱，因为水箱8长度过长会导致其内水晃荡频率很小，可调节的频率范围也会较小从而无法达到较好的减振效果。升降分隔板5底下设有阀门，通过电机控制阀门的开启或关闭，其目的是在调节水箱8内水量时，连通各小水箱，使它们内部的水深保持一致；升降分隔板5之间设有第二波高仪4且第二波高仪4的数量为五个，第二波高仪4垂直于水箱8底部设置，其目的是在调节水量时能时时识别到水箱8内的水深。储液舱18和水箱8通过第二水泵15连接，电机可控制第二水泵15从水箱8向上抽水或储液舱18向下放水，这样通过储液舱18内的水来优化调谐液体阻尼器时就不会对整体质量有所改变，即不会影响结构吃水深度。
数据采集器包括位移传感器1和第一波高仪2，第一波高仪2垂直于水平面设置且第一波高仪2通过延伸架3与浮式平台14侧面连接，即浮式平台14侧面固定安装延伸架3，延伸架3末端安装固定第一波高仪2，其目的是获取浮式平台14周围的信号；延伸架3平行于水平面且延伸架3长度为18～22m之间，不宜过长。第一波高仪2和延伸架3均设有十个且分布在浮式平台14四周，全面收集浮式平台14周边的海浪信号。位移传感器1固定安装在浮式平台14上，其目的是实时收集浮式平台14运行信号以便及时对调谐液体阻尼器进行调节，为了更好的实时收集浮式平台14运行信号，位移传感器1分别安装在浮式平台14上表面四周及中心处。
信号处理控制模块包括滤波模块9、超限分析模块10、海浪信号分析模块11、阻尼器优化模块12和信号输出模块13，滤波模块9分别与位移传感器1、第一波高仪2和超限分析模块10电连接，同时第二波高仪4和第三波高仪16与滤波模块9电连接，位移传感器1、第一波高仪2、第二波高仪4和第三波高仪16收集到的位移及波高信号中存在着大量的噪音信号或高频环境信号，需要滤波模块9进行处理以防止其对后续处理造成影响，而滤波模块9与超限分析模块10电连接，其目的是分析浮式平台14的振动是否超过安全舒适标准，从而决定是否启动后续模块进行调节；超限分析模块10依次与海浪信号分析模块11、阻尼器优化模块12和信号输出模块13电连接，其中超限分析模块10与海浪信号分析模块11电连接，若位移信号已超过标准，海浪信号分析模块11将会对周边海浪的浪信号进行综合分析，分析海浪的频率范围及冲击程度；海浪信号分析模块11与阻尼器优化模块12电连接，阻尼器优化模块12会调用数据库里的工况，匹配当前海况最佳的阻尼器水深；阻尼器优化模块12与信号输出模块13电连接，信号输出模块13与升降分隔板5、入水口7、第一水泵6和第二水泵15电连接，通过信号输出模块13自动化调节水箱8内部水深。
本发明通过位移传感器1和第一波高仪2采集浮式平台14的运动数据及周边的海浪信号，在滤波模块9处理掉其中噪音信号或其他高频环境信号后，超限分析模块10将会分析浮式平台14的振动是否超过安全舒适标准，从而决定是否启动后续模块进行调节；若位移信号已超过标准，海浪信号分析模块11将会对周边海浪浪信号进行综合分析，分析海浪的频率范围及冲击程度，再由阻尼器优化模块12会调用数据库里的工况，匹配当前海况最佳的阻尼器水深后由信号输出模块13控制升降分隔板5升起，在水箱8底部连通后再根据第二波高仪4采集到的水箱8内部的水深和第三波高仪16采集到的储液舱18内部的水深选择通过第二水泵15从水箱8向上抽水或从储液舱16向下放水，完成水量的调节后由信号输出模块13控制升降分隔板5降下即可达到调谐液体阻尼器最佳的减振效果，并且不影响结构的吃水深度。在过程中也可通过选择打开入水口7或打开第一水泵6来调节整体结构的吃水深度。

Claims (8)

1.一种配置吃水调节及智能化减振装置的超大型浮体，包括浮式平台(14)，其特征在于：还包括数据采集器、调谐液体阻尼器和信号处理控制模块；所述调谐液体阻尼器包括储液舱(18)和水箱(8)，所述储液舱(18)固定在浮式平台(14)底部，所述水箱(8)固定在储液舱(18)底部，储液舱(18)和水箱(8)通过第二水泵(15)连接；所述数据采集器包括位移传感器(1)和第一波高仪(2)，所述第一波高仪(2)通过延伸架(3)与浮式平台(14)侧面连接，所述位移传感器(1)固定安装在浮式平台(14)上表面四周及中心处；所述信号处理控制模块包括滤波模块(9)、超限分析模块(10)、海浪信号分析模块(11)、阻尼器优化模块(12)和信号输出模块(13)，所述滤波模块(9)分别与位移传感器(1)、第一波高仪(2)和超限分析模块(10)电连接，所述超限分析模块(10)依次与海浪信号分析模块(11)、阻尼器优化模块(12)和信号输出模块(13)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种配置吃水调节及智能化减振装置的超大型浮体，其特征在于：所述储液舱(18)内每隔一段距离设有垂直于储液舱(18)底部的挡板(17)。
3.根据权利要求2所述的一种配置吃水调节及智能化减振装置的超大型浮体，其特征在于：所述挡板(17)之间设有第三波高仪(16)，所述第三波高仪(16)垂直于储液舱(18)底部设置且第三波高仪(16)与滤波模块(9)电连接。
4.根据权利要求1所述的一种配置吃水调节及智能化减振装置的超大型浮体，其特征在于：所述水箱(8)内每隔一段距离设有升降分隔板(5)，所述升降分隔板(5)与信号输出模块(13)电连接；所述升降分隔板(5)之间设有第二波高仪(4)且第二波高仪(4)的数量为五个，所述第二波高仪(4)垂直于水箱(8)底部设置且第二波高仪(4)与滤波模块(9)电连接。
5.根据权利要求1所述的一种配置吃水调节及智能化减振装置的超大型浮体，其特征在于：所述储液舱(18)的底部两侧设有入水口(7)和第一水泵(6)，所述入水口(7)和第一水泵(6)与信号输出模块(13)电连接。
6.根据权利要求1所述的一种配置吃水调节及智能化减振装置的超大型浮体，其特征在于：所述延伸架(3)平行于水平面且延伸架(3)长度为18～22m。
7.根据权利要求1所述的一种配置吃水调节及智能化减振装置的超大型浮体，其特征在于：所述第一波高仪(2)垂直于水平面设置。
8.根据权利要求1所述的一种配置吃水调节及智能化减振装置的超大型浮体，其特征在于：所述第一波高仪(2)和延伸架(3)均设有十个且分布在浮式平台(14)四周。
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