CN110082083A - 一种系泊线在水池模型试验中的断缆触发装置 - Google Patents

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Abstract

一种系泊线在水池模型试验中的断缆触发装置，属于海洋工程模型试验技术领域。本发明的结构为待破断系泊线模型与所述电磁阀相连，电磁阀固定安装在浮体模型上，待破断系泊线模型上安装所述张力传感器，浮体模型上安装所述位姿传感器和所述单片机，单片机分别与张力传感器、位姿传感器、电磁阀连接，单片机控制电磁阀的开闭。本发明装置的各个配件体积和质量都较小，安装方便，不影响试验参数；断缆的触发条件可以自定义特定的系泊张力、浮式结构的运动和固定的时刻，能够满足多方面的断缆研究；完成一次断缆试验后，可用张力传感器的信号传输线牵引打捞系泊；装置重新使用时，只需重新向储气缸中泵入气体即可，操作简单，成本较低。

Description

一种系泊线在水池模型试验中的断缆触发装置
技术领域
本发明属于海洋工程模型试验技术领域，具体涉及一种系泊线在水池模型试验中的断缆触发装置。
背景技术
海洋工程模型试验是海洋工程研究不可或缺的内容，海洋工程中的各种浮式结构，主要包括：FPSO、spar、半潜平台、TLP以及新近兴起的浮式风机，都要依靠系泊系统进行定位。考虑到工程作业中的突发事故和各种不确定因素，系泊系统的模型试验需要分别研究系泊系统在完整条件、损坏条件和瞬态破断条件下的系统响应。在目前的研究中，对于瞬态条件的分析主要停留在数值软件的模拟上，暂时还没有一种有效的方法在模型试验中模拟瞬态的系泊破断。掌握浮式结构的瞬态断缆响应对实际的工程作业有着重要的意义，特别是对于浮式风机中的伺服系统需要根据系泊系统的状态执行不同的控制策略从而使响应达到最优。为了更加全面的了解浮式结构及其系泊系统在发生瞬态断缆时的瞬态响应，本发明提出一套能够模拟瞬态断缆的试验装置。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种系泊线在水池模型试验中的断缆触发装置。
为实现上述目的，一种系泊线在水池模型试验中的断缆触发装置，其结构包括张力传感器、位姿传感器、电磁阀、单片机，待破断系泊线模型与所述电磁阀相连，电磁阀固定安装在浮体模型上，待破断系泊线模型上安装所述张力传感器，浮体模型上安装所述位姿传感器和所述单片机，单片机分别与张力传感器、位姿传感器、电磁阀连接，单片机控制电磁阀的开闭。
所述电磁阀的结构为，两位两通微型电磁阀7的一侧通过微型螺栓8连接低压缸4，低压缸4与带有环扣的活塞2相连，两位两通微型电磁阀7的另一侧通过微型螺栓8连接储气缸9，储气缸9的另一端连接止回阀11；所述待破断系泊线模型与所述电磁阀的活塞2相连，所述电磁阀通过固定装置10安装在所述浮体模型上。
所述两位两通微型电磁阀7关闭时，低压缸4填充有低压气体，通过止回阀11向储气缸9填充气体达到高压状态；所述两位两通微型电磁阀7打开时，低压缸4与储气缸9连通，并将活塞2推出低压缸4。
所述单片机通过所述张力传感器采集系泊线模型的张力数据，所述单片机通过所述位姿传感器采集浮体运动数据，所述单片机内置计时器。
所述位姿传感器由位移传感器和陀螺仪构成。
所述张力传感器和所述单片机的信号传输线采用冗余的长度设计。
本发明的有益效果在于：
本发明提供的一种系泊线在水池模型试验中的断缆触发装置，装置的各个配件体积和质量都较小，安装方便，不影响试验参数；断缆的触发条件可以自定义特定的系泊张力、浮式结构的运动和固定的时刻，能够满足多方面的断缆研究；完成一次断缆试验后，可用张力传感器的信号传输线牵引打捞系泊；装置重新使用时，只需重新向储气缸中泵入气体即可，操作简单，成本较低。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明装置在浮式风机模型中的连接图。
图3为本发明工作流程简图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步的描述：
实施例1
为了实现上述目的，本发明提供了一种能够根据设定的系泊线模型张力、浮式结构模型的运动以及在指定时刻触发断缆，从而达到瞬态断缆的模拟装置。
一种系泊线在水池模型试验中的断缆触发装置，包括一个位于系泊线模型上的张力传感器，监测系泊模型的张力状态，并将张力数据通过电路传输至单片机；一个位于浮式结构上的位姿传感器，监测浮式结构的运动状态，同样通过电路将运动数据传输至单片机；位于浮式结构上的单片机接收系泊线的张力数据和浮式结构的运动数据，以及单片机内置的计时器数据，根据试验前的设定的触发条件，控制两位两通电磁阀的开闭，从而控制断缆的发生。
所述触发条件包括设定的系泊模型的张力，设定的浮式结构运动，设定的固定时刻。各个设定值之间相互独立，采用或门电路连接。
所述试验用系泊断缆的触发装置在试验前需要进行如下准备工作，将活塞插入低压缸至缸低，关闭电磁阀使储气缸和低压缸不连通，通过止回阀用气泵向储气缸中注入气体，使储气缸中形成高压状态。
所述张力传感器连接在系泊模型上，在断缆触发后，系泊连接的活塞被高压气体弹出，而用于传输传感器信号的电路无法断开，故在所述装置中，连接张力传感器和单片机的信号传输线采用冗余的长度设计，保证在断缆发生后系泊线模型与浮式结构模型间的作用力可以忽略，同时这样的设计方便在试验完成后系泊线模型的打捞。
所述位姿传感器包括一个位移传感器和一个陀螺仪，可以监测浮式结构的六自由度运动。
下面结合本发明的附图说明和实例，对本发明进行进一步的说明。在此以浮式风机断缆试验为实例进行阐述。
如图1所示为本发明装置的结构简图，图示1为试验中的系泊线模型，其与活塞2相连接，活塞2可以在低压缸4中活动，6表示低压气体。图示状态中，低压缸4中保持着低压状态，活塞2受压强作用，无法脱离低压缸4。7为两位两通电磁阀的阀体，9为储气缸，内部储存高压气体5，高压气体通过止回阀11泵入。3为密封材料，使各个缸体内均保持足够好的气密性和水密性。10为将本断缆装置固定在浮体上的连接装置。8为将装置中的各个组件连接的微型螺栓。虚线框中部分为与浮式结构模型固定连接部分。
如图2所示，为本发明装置在浮式风机模型试验中的连接简图，12为浮式风机的整机模型，13为本发明装置，固定在浮式结构模型的导缆孔处。
结合图3所示的本发明装置的工作流程简图，以张力为例，当系泊线模型1的张力在t时刻达到设定值T，单片机接收到张力传感器信号，控制电磁阀7打开。储气缸9和低压缸4形成连通，高压气体5涌入低压缸4中，活塞2在高压气体的作用下滑出低压缸4，即系泊线模型与浮式平台模型失去连接，断缆触发成功。
实施例2
海洋工程的模型试验是研究海洋平台等浮式结构运动响应和系泊系统动力响应的重要方法。系泊系统作为浮式结构的定位系统，将浮式平台承受的波浪载荷和风载荷传递倒海底土体，在恶劣海况下存在着发生破断的风险。在系泊系统设计阶段就必须分别对完整条件、有损坏的条件和瞬态破断条件下的系泊系统进行分析。但是目前系泊系统模型试验大多对完整条件和有损坏条件下的系泊系统进行试验研究，对于瞬态条件，即有一根或多根系突然泊线破断的条件，暂时还没有一种可行的方法和装置进行试验模拟。系泊系统瞬态断缆的分析限制在数值软件中进行，并且无法用模型试验进行结果对比验证。为了能够在模型试验中实现系泊系统瞬态断缆的模拟，本发明提出一种系泊线在水池模型试验中的断缆触发装置，用于在水池模型试验条件下按照指定方式触发系泊线的破断。本发明具备多通道触发功能，即触发条件可以选取浮式平台位移、系泊线张力和自定义时间点，为系泊系统瞬态断缆的模拟提供技术保障。
一种系泊线在水池模型试验中的断缆触发装置，包括一个张力传感器，一个位姿传感器，一个两位两通微型电磁阀，一个微型止回阀，一个储气缸，一个低压缸，一个活塞和一个单片机。
张力传感器安置于待破断系泊线模型上，用于监测系泊线的张力，并将所监测得的张力数据传递给安置在平台上的单片机；位姿传感器安置于浮体模型上，用于监测浮体的运动，并将所监测得的运动数据传递给安置在平台上的单片机；单片机连接连个传感器和两位两通微型电磁阀，控制电磁阀的开闭。
止回阀、储气缸、电磁阀、低压缸、活塞依次连接，并在连接处填充密封材料。活塞一端在低压缸中运动，另一端连接系泊线模型。
关闭电磁阀，通过止回阀往储气缸充气，在储气缸中形成高压；单片机控制电磁阀打开，储气缸于低压缸连通，高压气体进入低压缸将活塞推出低压缸，使系泊线模型与浮体失去连接，从而实现瞬态断缆的模拟。
单片机可根据系泊线模型的张力数据、浮体运动数据以及单片机内置的计时器数据，用与门逻辑控制电磁阀的开闭，实现多通道断缆触发。

Claims (6)

1.一种系泊线在水池模型试验中的断缆触发装置，其结构包括张力传感器、位姿传感器、电磁阀、单片机，其特征在于：待破断系泊线模型与所述电磁阀相连，电磁阀固定安装在浮体模型上，待破断系泊线模型上安装所述张力传感器，浮体模型上安装所述位姿传感器和所述单片机，单片机分别与张力传感器、位姿传感器、电磁阀连接，单片机控制电磁阀的开闭。
2.根据权利要求1所述的一种系泊线在水池模型试验中的断缆触发装置，其特征在于：所述电磁阀的结构为，两位两通微型电磁阀(7)的一侧通过微型螺栓(8)连接低压缸(4)，低压缸(4)与带有环扣的活塞(2)相连，两位两通微型电磁阀(7)的另一侧通过微型螺栓(8)连接储气缸(9)，储气缸(9)的另一端连接止回阀(11)；所述待破断系泊线模型与所述电磁阀的活塞(2)相连，所述电磁阀通过固定装置(10)安装在所述浮体模型上。
3.根据权利要求1或2所述的一种系泊线在水池模型试验中的断缆触发装置，其特征在于：所述两位两通微型电磁阀(7)关闭时，低压缸(4)填充有低压气体，通过止回阀(11)向储气缸(9)填充气体达到高压状态；所述两位两通微型电磁阀(7)打开时，低压缸(4)与储气缸(9)连通，并将活塞(2)推出低压缸(4)。
4.根据权利要求1所述的一种系泊线在水池模型试验中的断缆触发装置，其特征在于：所述单片机通过所述张力传感器采集系泊线模型的张力数据，所述单片机通过所述位姿传感器采集浮体运动数据，所述单片机内置计时器。
5.根据权利要求1所述的一种系泊线在水池模型试验中的断缆触发装置，其特征在于：所述位姿传感器由位移传感器和陀螺仪构成。
6.根据权利要求1所述的一种系泊线在水池模型试验中的断缆触发装置，其特征在于：所述张力传感器和所述单片机的信号传输线采用冗余的长度设计。
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