CN110775221B - 采矿船船模整体联动水池试验连接装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采矿船船模整体联动水池试验连接装置及试验方法，包括采矿船的船模，船模上安装有月池，在月池外部的船模上固定安装有支撑杆，四根支撑杆分布在月池池壁的外部，四根支撑杆的顶面同时安装有一块平板，平板中部挖有方形孔，平板的上表面分布有十字对称布置四组滑轮，还包括连接盘，连接盘为圆形结构，连接盘的上表面分布有十字对称的吊环，每个吊环通过拉线与其对应的滑轮连接，并在拉线的头部连接托盘，每个托盘上放置砝码；连接盘的下表面中间位置固定有相同的吊环，此吊环处通过短钢丝绳连接弹簧，弹簧的底部通过长钢丝绳安装采矿模拟系统，长钢丝绳上套至有硅胶管。试验方便可靠。

Description

采矿船船模整体联动水池试验连接装置及试验方法

技术领域

本发明涉及船舶水动力学模型试验技术领域，尤其是一种采矿船船模整体联动水池试验连接装置及试验方法。

背景技术

海洋蕴藏着丰富的生物、矿产和动力能源，是巨大的聚宝盆，有着全人类取之不尽用之不竭的巨大财富。海底多金属硫化物中富含铜、锌、铅、金、银等金属元素。

深海采矿船是具有一定动力和矿产资源储存能力，并携带采矿机、集矿机和提升系统(矿物输送系统)及其释放装置的工作母船。考虑深海采矿对水面母船(平台)的稳性的要求，以及深海条件下复杂的海洋风、浪、流等环境载荷，需要分析水面母船在特殊海域海洋环境中的运动响应，以及母船运动特别是水面母船的升沉运动对矿物输送系统中的扬矿管的运动响应及应力的影响。此外，需要对深海采矿系统的升沉运动以及月池、立管、软管等结构的升沉补偿装置的特性进行分析。

在海浪的影响下，采矿船将产生六个自由度的运动：三个转动(纵摇、横摇、艏摇)，三个平动(纵荡、横荡、垂荡)。船体在洋面上不可避免的要产生升沉和纵摇、横摇运动。

当采矿船受海浪的影响而在重力方向上产生显著的升沉运动时，如果扬矿管和采矿船之间是刚性连接，那么采矿船的升沉运动必然会牵引扬矿管随船身一起升沉。随着船体的升沉，扬矿管将会产生巨大的拉伸应力，会造扬矿导管破损；加之船体在波浪中是周期性升沉运动，如果扬矿系统和采矿船刚性连接一起运动，也会加速扬矿系统的疲劳破坏。其次，扬矿管的升沉，易诱发扬矿管的纵向振动。为了保证深海采矿作业的正常进行，有必要采用措施来减小甚至消除扬矿管的运动，尤其是要防止共振的出现。

由于深海采矿系统以及海洋环境载荷的复杂性，在波浪水池中开展深海采矿船整体联动及采矿船运动响应模型试验是验证数值计算方法和评估采矿系统整体稳定性的一种可靠方法。

在连接装置的作用下，采矿模拟系统基本上不受采矿船船模的升沉运动的影响，即在垂向运动方向不受采矿船运动影响，就消除了采矿系统立管纵向振动的主要激励源，从而达到减小甚至消除采矿系统立管的纵向振动、尽可能减小采矿系统立管的轴向应力和轴向变形。

目前，深海采矿船整体联动运动响应船模试验中还未有整体联动试验模拟连接装置，在波浪水池整体联动试验中实现采矿船船模与采矿系统模拟装置的连接，以实现整体联动模拟船模试验。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种采矿船船模整体联动水池试验连接装置及试验方法，从而可实现采矿立管系统垂向运动不受采矿船船模运动影响的连接装置，安装在船模月池位置，保障了采矿模拟系统及采矿船船模的真实整体联动特性，以实现在波浪水池中开展深海采矿船整体联动船模型试验。

本发明所采用的技术方案如下：

一种采矿船船模整体联动水池试验连接装置，包括采矿船的船模，所述船模上安装有月池，在月池外部的船模上固定安装有支撑杆，四根支撑杆分布在月池池壁的外部，四根支撑杆的顶面同时安装有一块平板，所述平板同时位于月池池壁的顶面，所述平板成薄型长方体结构，并在其中部挖有方形孔，所述平板的上表面分布有十字对称布置四组滑轮，还包括连接盘，所述连接盘为圆形结构，所述连接盘的上表面分布有十字对称的吊环，每个吊环通过拉线与其对应的滑轮连接，并在拉线的头部连接托盘，每个托盘上放置砝码；所述连接盘的下表面中间位置固定有相同的吊环，此吊环处通过短钢丝绳连接弹簧，所述弹簧的底部通过长钢丝绳安装采矿模拟系统，所述长钢丝绳上套至有硅胶管。

作为上述技术方案的进一步改进：

采用弹簧、短钢丝绳、长钢丝绳以及硅胶管组合模拟深海采矿船整体联动水池模型试验中的采矿立管系统，钢丝绳均匀配重后湿重220g/m，硅胶管直径20mm，模拟采矿船立管的直径；在顶端采用弹簧模拟采矿船立管的刚度。

一种采矿船船模整体联动水池试验连接装置的试验方法，

包括如下操作步骤：

第一步：制作采矿船的船模；

第二步：在船模内底部位置安装月池；

第三步：在月池外部的船模上固定支撑杆；

第四步：支撑杆的顶部安装钢制平板，用螺钉将平板与月池池壁的顶面连接；

第五步：平板上安装四组滑轮，并利用拉线安装托盘；

第六步：在船模内部布置砝码进行配重，在岸上调试船模的重心与惯量；

第七步：在波浪水池中按要求放置采矿模拟系统，采矿模拟系统的顶部安装长钢丝绳，长钢丝绳穿过硅胶管与弹簧连接，弹簧再通过短钢丝绳与连接盘固定，连接盘上表面与拉线连接；

第八步：波浪水池中的造波装置产生波浪，通过计算机采集船模运动响应数据，实施采矿船船模整体联动模型试验。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，操作方便，将连接装置安装在船模的月池部位，可实现采矿船船模与采矿模拟系统之间的整体联动，解决了采矿船联动模型试验中的释放垂向运动后的联动连接问题。

本发明操作方便，原理清晰，而且与船模之间满足紧凑装配要求。通过水池船模试验表明，该连接装置安装在深海采矿船整体联动船模试验模拟系统的船模中，实现了深海采矿系统模拟装置和采矿船船模的整体联动，能满足深海采矿船整体联动船模试验模拟的要求。

船模在整体联动试验过程中可以自由升沉：船模在升深方向上可以自由运动，设置有机械限位，升沉量程为±0.2m。

本发明配有升沉架平衡系统：配有升沉架平衡系统，通过滑轮及砝码可以平衡输送管道及采矿模拟系统装置的在水中的重量，通过滑轮平衡原理巧妙地解决了在波浪水池中开展深海采矿船整体联动船模试验时(垂向运动)，实现了船模-输送管-采矿模拟系统的整体联动。

该连接模拟装置的平板开有方形孔，穿过平板方形孔的钢丝绳拉线在船模月池内部的纵向和横向运动方向上均可以自由运动,从而实现输送管与采矿模拟系统的纵摇和横摇运动模拟。本连接装置的纵摇运动和横摇运动有机械限位，纵摇角最大10°，横摇角最大10°，既能满足采矿船整体联动船模试验模拟要求，又能保护船模试验时的安全性。

附图说明

图1为本发明的主视图。

图2为图1的俯视图。

其中：1、平板；2、支撑杆；3、连接盘；4、吊环；5、月池池壁；6、采矿模拟系统；7、托盘；8、砝码；9、滑轮；10、拉线；11、船模；12、弹簧；13、硅胶管；1401、短钢丝绳；1402、长钢丝绳。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1和图2所示，本实施例的采矿船船模整体联动水池试验连接装置，包括采矿船的船模11，船模11上安装有月池，在月池外部的船模11上固定安装有支撑杆2，四根支撑杆2分布在月池池壁5的外部，四根支撑杆2的顶面同时安装有一块平板1，平板1同时位于月池池壁5的顶面，平板1成薄型长方体结构，并在其中部挖有方形孔，平板1的上表面分布有十字对称布置四组滑轮9，还包括连接盘3，连接盘3为圆形结构，连接盘3的上表面分布有十字对称的吊环4，每个吊环4通过拉线10与其对应的滑轮9连接，并在拉线10的头部连接托盘7，每个托盘7上放置砝码8；连接盘3的下表面中间位置固定有相同的吊环4，此吊环4处通过短钢丝绳1401连接弹簧12，弹簧12的底部通过长钢丝绳1402安装采矿模拟系统6，长钢丝绳1402上套至有硅胶管13。

采用弹簧12、短钢丝绳1401、长钢丝绳1402以及硅胶管13组合模拟深海采矿船整体联动水池模型试验中的采矿立管系统，钢丝绳均匀配重后湿重220g/m，硅胶管13直径20mm，模拟采矿船立管的直径；在顶端采用弹簧12模拟采矿船立管的刚度。

本实施例的采矿船船模整体联动水池试验连接装置的试验方法，

包括如下操作步骤：

第一步：制作采矿船的船模11；

第二步：在船模11内底部位置安装月池；

第三步：在月池外部的船模11上固定支撑杆2；

第四步：支撑杆2的顶部安装钢制平板1，用螺钉将平板1与月池池壁5的顶面连接；

第五步：平板1上安装四组滑轮9，并利用拉线10安装托盘7；

第六步：在船模11内部布置砝码8进行配重，在岸上调试船模11的重心与惯量；

第七步：在波浪水池中按要求放置采矿模拟系统6，采矿模拟系统6的顶部安装长钢丝绳1402，长钢丝绳1402穿过硅胶管13与弹簧12连接，弹簧12再通过短钢丝绳1401与连接盘3固定，连接盘3上表面与拉线10连接；

第八步：波浪水池中的造波装置产生波浪，通过计算机采集船模运动响应数据，实施采矿船船模整体联动模型试验。

本发明利用力学平衡远离，托盘7上的砝码8平衡掉了采矿船采矿模拟系统6的湿重。模型试验时，托盘7上的砝码8的重量为采矿模拟系统6、连接盘3和所有钢丝绳、拉线10和滑轮9的重量之和。

本发明所述的连接装置的平板1沿船长方向布置于船模11的月池平台上方，平板1与支撑杆2刚性连接，支撑杆2通过螺钉与船模11固定；连接装置机构上端平板1十字对称布置四组滑轮9，平板1中央为方形开孔。

本发明利用钢丝绳连接采矿模拟系统6和采矿船船模11，采矿模拟系统6的重量通过滑轮9和砝码8采用力学平衡原理平衡掉。采矿模拟系统6在采矿船船模11的月池中可以自由升沉运动。采矿船船模11在波浪作用下的一般性周期性垂向运动不会传递到采矿模拟系统6，保障了采矿模拟系统6的作业安全。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (3)

1.一种采矿船船模整体联动水池试验连接装置，其特征在于：包括采矿船的船模(11)，所述船模(11)上安装有月池，在月池外部的船模(11)上固定安装有支撑杆(2)，四根支撑杆(2)分布在月池池壁(5)的外部，四根支撑杆(2)的顶面同时安装有一块平板(1)，所述平板(1)同时位于月池池壁(5)的顶面，所述平板(1)成薄型长方体结构，并在其中部挖有方形孔，所述平板(1)的上表面分布有十字对称布置四组滑轮(9)，还包括连接盘(3)，所述连接盘(3)为圆形结构，所述连接盘(3)的上表面分布有十字对称的吊环(4)，每个吊环(4)通过拉线(10)与其对应的滑轮(9)连接，并在拉线(10)的头部连接托盘(7)，每个托盘(7)上放置砝码(8)；所述连接盘(3)的下表面中间位置固定有相同的吊环(4)，此吊环(4)处通过短钢丝绳(1401)连接弹簧(12)，所述弹簧(12)的底部通过长钢丝绳(1402)安装采矿模拟系统(6)，所述长钢丝绳(1402)上套有硅胶管(13)。

2.如权利要求1所述的采矿船船模整体联动水池试验连接装置，其特征在于：采用弹簧(12)、短钢丝绳(1401)、长钢丝绳(1402)以及硅胶管(13)组合模拟深海采矿船整体联动水池模型试验中的采矿立管系统，钢丝绳均匀配重后湿重220g/m，硅胶管(13)直径20mm，模拟采矿船立管的直径；在顶端采用弹簧(12)模拟采矿船立管的刚度。

3.一种利用权利要求1所述的采矿船船模整体联动水池试验连接装置的试验方法，其特征在于：

包括如下操作步骤：

第一步：制作采矿船的船模(11)；

第二步：在船模(11)内底部位置安装月池；

第三步：在月池外部的船模(11)上固定支撑杆(2)；

第四步：支撑杆(2)的顶部安装钢制平板(1)，用螺钉将平板(1)与月池池壁(5)的顶面连接；

第五步：平板(1)上安装四组滑轮(9)，并利用拉线(10)安装托盘(7)；

第六步：在船模(11)内部布置砝码(8)进行配重，在岸上调试船模(11)的重心与惯量；

第七步：在波浪水池中按要求放置采矿模拟系统(6)，采矿模拟系统(6)的顶部安装长钢丝绳(1402)，长钢丝绳(1402)穿过硅胶管(13)与弹簧(12)连接，弹簧(12)再通过短钢丝绳(1401)与连接盘(3)固定，连接盘(3)上表面与拉线(10)连接；

第八步：波浪水池中的造波装置产生波浪，通过计算机采集船模运动响应数据，实施采矿船船模整体联动模型试验。

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