CN211927232U - 一种浮式平台中试试验运动模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种浮式平台中试试验运动模拟装置,包括试验平台、测试体、施力组件、配重组件和电控柜，试验平台上设有内部中空且顶部为开口结构的试验槽，试验槽上设有多个用于力方向转换的传动件，施力组件和配重组件分设在试验槽的两侧；测试体通过柔性连接件浮设于试验槽内，柔性连接件的一端与配重组件连接，柔性连接件的另一端与施力组件连接；电控柜与施力组件电性连接，以控制施力组件的运动。本实用新型的中试试验运动模拟装置结构简单、操作方便，能准确等效模拟实际海况下浮式海洋平台的单自由度摇荡运动，也可以模拟平台多自由度在平台固有运动频率下的耦合运动。
Description
技术领域
本实用新型涉及浮式海洋平台技术领域，具体而言，特别涉及一种浮式平台中试试验运动模拟装置。
背景技术
近年来，随着国家走向深海，浮式海洋平台的大量涌现，已成为当今海洋工程高新技术装备的一个重要门类，国内海洋平台的供应需求激增，海洋油气资源的开发技术与需求的不断发展，浮式海洋平台的研究与应用均得到了广泛而前所未有的重视。随着我国在南海油气资源开发领域的进一步发展，对浮式海洋平台的需求日益迫切。
浮式海洋平台在真实海况中随着波浪、海流情况的不同会有不同幅度、频率的摇荡作用，这对浮式海洋平台上的生产作业安全性以及平台液舱内贮存液体的晃荡、油水掺混比例等参数都有所影响。当受到实际海况中较大的风浪影响时，浮式海洋平台产生的大幅度摇荡运动响应会导致剧烈的液舱晃荡现象，可能会对浮式海洋平台的稳性有所削弱，以及油水界面位置不清晰，油水两相掺混严重，以至于不符合标准，干预正常生产作业。浮式海洋平台的摇荡运动已成为平台设计中必须要考虑的关键部分。
随着浮式海洋平台设计研究的不断完善，浮式海洋平台的工艺研发流程也得到了进一步的细化。其中采用大尺度模型的中试试验就是从实验室级别的小型模型研究成果向实际尺度的海上试验甚至工业化实践进发过程中尤为重要的一环，中试的结果可以为平台的各部分材料与参数的选择提供参考，是可供判断浮式海洋平台工艺是否成熟可靠并进一步投入工业生产实践的重要判据，也是可供判断浮式海洋平台工艺是否成熟可靠并进一步投入工业生产实践的重要判据。
浮式海洋平台中试试验与传统的水池实验室试验本质的差别，目前浮式平台试验绝大多数采用小尺度非钢质材料模型在室内进行，因此有许多局限； 中试通常采用大尺度钢质材料模型在室外环境中进行系统配置齐全具有更高仿真度的试验， 由于其设计更加契合具体某个浮式海洋平台试验的需求，其所需的运动模拟装置和控制方法从设计与成本的角度均不适合仿照实验室水池运动模拟装置。因此在中试环境下，结构原理简明、稳定可靠的浮式平台运动模拟装置及对应的控制方法面临着迫切的需求。
实用新型内容
本实用新型旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。有鉴于此，本实用新型需要提供一种结构简单、操作方便，能够准确等效模拟实际海况下浮式海洋平台的单自由度摇荡运动，也可以模拟平台多自由度在平台固有运动频率下的耦合运动的浮式平台中试试验运动模拟装置及控制方法。
本实用新型提供一种浮式平台中试试验运动模拟装置，包括：试验平台、测试体、以及设在所述试验平台上的施力组件、配重组件和电控柜，所述试验平台上设有内部中空且顶部为开口结构的试验槽，所述试验槽上设有多个用于力方向转换的传动件，所述施力组件和所述配重组件分设在所述试验槽的两侧；所述测试体通过柔性连接件浮设于所述试验槽内，所述柔性连接件的一端绕过一所述传动件后与所述配重组件连接，所述柔性连接件的另一端绕过多个所述传动件后与所述施力组件连接；所述电控柜与所述施力组件电性连接，以控制所述施力组件的运动。
根据本实用新型的一个实施例，所述施力组件包括电动缸、驱动电机以及用于固定所述电动缸的固定座，所述电动缸的活塞杆与所述柔性连接件连接，所述驱动电机与所述电动缸连接以带动所述活塞杆运动。
根据本实用新型的一个实施例，所述配重组件包括配重支架、设在所述配重支架上的转动吊环以及与所述柔性连接件连接的配重件。
根据本实用新型的一个实施例，所述传动件为定滑轮。
根据本实用新型的一个实施例，所述柔性连接件为钢丝绳。
根据本实用新型的一个实施例，所述驱动电机为伺服电机。
根据本实用新型的一个实施例，所述试验槽顶部开口相对的两侧边设有45度倒角面，每个所述倒角面上均安装一所述定滑轮，所述试验槽朝向所述施力组件一侧的底部安装一所述定滑轮。
根据本实用新型的一个实施例，所述配重件为圆柱形结构的配重块。
根据本实用新型的一个实施例，所述配重件包括配重架和配重块，所述配重架设在所述试验平台上，所述配重架上设有两个相对设置的导向杆，多个所述配重块穿设于两个所述导向杆上并自下而上依次叠放设置。
本实用新型还提供一种浮式平台中试试验运动模拟装置的控制方法，包括以下步骤：
S1、将钢丝绳穿设于测试体上，并通过两个定滑轮将所述测试体浮设于试验平台试验槽的水中，在所述测试体静置情况下，使所述测试体两侧的所述钢丝绳处于同一水平高度，其中所述钢丝绳的一端与配重块连接，另一端与电动缸的活塞杆连接；
S2、调节配重块的规格或个数，使之符合运动模拟工况要求；
S3、开始试验，操作电控柜，启动伺服电机带动所述活塞杆做直线往复运动，与所述配重块一同带动所述钢丝绳在定滑轮的约束下运动和传动驱动力，使所述测试体在所述试验槽的水中进行摇摆运动；
S4、采集试验数据，待所述电动缸稳定运动一段时间，当所述测试体摇荡运动时历曲线达到设计周期数或时长以后，停止采集数据，所述电动缸减缓运动，最终静止于初始位置，使所述测试体也稳定于初始状态；
S5、按照下一次试验设置重复步骤S2到S4，完成所有工况试验，以进一步分析采集试验数据的有效性，去除坏点，然后将记录得到的各物理量的历时曲线进行统计分析，得到不同工况下的摇摆运动响应，并绘制对应的幅值响应曲线。
本实用新型的浮式平台中试试验运动模拟装置，在试验平台即浮式平台中试的摇荡运动试验中，电控柜提供主动激励力之时程序列，直接通过操控电控柜调节伺服电机转动，与提供被动力的配重组件一同控制施加在活塞杆和钢丝绳上的力，使测试体进行往复运动，利用滑轮系统支撑、约束和稳定牵引钢丝绳的运动，使钢丝绳更加平稳、有效地传递力的作用，从而实现并保证了与钢丝绳直接相连的试验平台在一个钢丝绳所在的竖直平面内进行强迫摇摆运动，能够用于系统预报浮式平台的动态回复力、平台内部液舱晃荡运动响应等重要运动学、水动力学等响应性能，为研究浮式平台在外界载荷作用下的运动响应特性及各种复杂耦合运动模拟提供新了的试验手段，运动模拟装置结构简单、操作方便，能够准确等效模拟实际海况下浮式海洋平台的单自由度摇荡运动，也可以模拟平台多自由度在平台固有运动频率下的耦合运动。
附图说明
图1是根据本实用新型的一种浮式平台中试试验运动模拟装置的立体图。
图2是图1的主视图。
图3是根据本实用新型的一种浮式平台中试试验运动模拟装置的另一种使用状态的立体图。
图4是图3的左视图。
图5是根据本实用新型的一种浮式平台中试试验运动模拟装置控制方法的流程示意图。
附图标记：1-试验平台；2-测试体；3-施力组件；4-配重组件；5-电控柜；6-钢丝绳（柔性连接件）；11-试验槽；12-定滑轮（传动件）；31-电动缸；32-伺服电机（驱动电机）；33-固定座；41-配重支架；42-转动吊环；43-配重件；311-活塞杆；431-配重块；432-配重架；433-导向杆。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
如图1至图4所示，一种浮式平台中试试验运动模拟装置包括：试验平台1、测试体2、以及设在试验平台1上的施力组件3、配重组件4和电控柜5，试验平台1上设有内部中空且顶部为开口结构的试验槽11，试验槽11上设有多个用于力方向转换的传动件，施力组件3和配重组件4分设在试验槽11的两侧；测试体2通过柔性连接件浮设于试验槽11内，柔性连接件的一端绕过一传动件后与配重组件4连接，柔性连接件的另一端绕过多个传动件后与施力组件3连接；电控柜5与施力组件3电性连接，以控制施力组件3的运动，电控柜设5于中控室，内部容纳电器件，并提供操作界面，便于试验人员操作，中控室距离中试现场有一定距离，并与电动缸31通过电缆直接相连，以稳定的为施力组件3中的伺服电机提供控制信号。
本实用新型的浮式平台中试试验运动模拟装置，在试验平台1即浮式平台中试的摇荡运动试验中，电控柜5提供主动激励力之时程序列，直接通过操控电控柜5调节伺服电机32转动，与提供被动力的配重组件4一同控制施加在活塞杆311和钢丝绳6上的力，使测试体2进行往复运动，利用滑轮系统支撑、约束和稳定牵引钢丝绳6的运动，使钢丝绳6更加平稳、有效地传递力的作用，从而实现并保证了与钢丝绳6直接相连的试验平台1在一个钢丝绳6所在的竖直平面内进行强迫摇摆运动，能够用于系统预报浮式平台的动态回复力、平台内部液舱晃荡运动响应等重要运动学、水动力学等响应性能，为研究浮式平台在外界载荷作用下的运动响应特性及各种复杂耦合运动模拟提供新了的试验手段，运动模拟装置结构简单、操作方便，能够准确等效模拟实际海况下浮式海洋平台的单自由度摇荡运动，也可以模拟平台多自由度在平台固有运动频率下的耦合运动。
如图1至图3所示，施力组件3包括电动缸31、驱动电机以及用于固定电动缸31的固定座33，电动缸31的活塞杆311与柔性连接件连接，驱动电机与电动缸31连接以带动活塞杆311运动，整个电动缸31固定在试验平台1上，伺服电机32直接通过电缆受电控柜5控制，按照试验中的具体工况需求，伺服电机32的转动推动活塞杆311沿着其母线方向进行周期性或不规则的单自由度平移运动，活塞杆311的另一测连接钢丝绳6，钢丝绳6与活塞杆311可同一竖直平面内进行运动和传递力的作用。
如图1至图4所示，配重组件4包括配重支架41、设在配重支架41上的转动吊环42以及与柔性连接件连接的配重件43，配重组件4中的配重件43通过重力作用被动控制钢丝绳6与活塞杆311上张力的大小，配重件43的重量设置应满足一下条件：测试体2顶部加速度朝向配重组件一侧情况下，配重件43所受重力稍大于能够提供测试体3摇摆运动角加速度最大幅值时的配重组件4一侧钢丝绳6的张力。
如图1至图4所示，传动件为定滑轮12，便于力的百分之百的传递，且能改变力的传递方向。
如图1至图4所示，柔性连接件为钢丝绳6，钢丝绳6在整个运动模拟装置中起到连接各个部件的作用，测试体2通过钢丝绳6与电动缸31以及配重组件4相连于同一竖直平面内，测试体2在静止的情况下，两侧钢丝绳6与测试体2的连接位置处于同一高度，钢丝绳6在受到定滑轮限制，能且只能在竖直平面中进行运动和产生张力，实现了与之相连的测试体2的单自由度摇荡运动。
如图1至图3所示，驱动电机为伺服电机32，通过电控柜6来操作伺服电机32的运动，便于试验中对电动缸31的活塞杆311周期性或不规则性的单自由度平移运动的控制。
如图1至图3所示，试验槽11顶部开口相对的两侧边设有45度倒角面，每个倒角面上均安装一定滑轮12，试验槽11朝向施力组件3一侧的底部安装一定滑轮12，即通过不同位置的定滑轮12完成对测试体2的钢丝绳6力的方向的改变，使钢丝绳6只能在竖直平面中进行运动和产生张力，实现了与之相连的测试体1的单自由度摇荡运动。
如图1至图4所示，在本实用新型的不同实施例中，配重件43的情况分为两中，其一为：配重件43为圆柱形结构的配重块431，此结构简单且调节使用方便；其二为：配重件43包括配重架432和配重块431，配重架432设在试验平台1上，配重架432上设有两个相对设置的导向杆433，多个配重块431穿设于两个导向杆433上并自下而上依次叠放设置，通过导向杆433使配重块431只能沿上下方向运动，从而精确保证测试体2在试验槽11内进行单自由度的摇荡运动，同时，多个配重块431能适用不同重量的测试体2的运动模拟使用，适用性强。
如图1至图5所示，一种浮式平台中试试验运动模拟装置的控制方法，包括以下步骤：
S100、将钢丝绳6穿设于测试体2上，并通过两个定滑轮12将测试体2浮设于试验平台1试验槽11的水中，在测试体2静置情况下，使测试体2两侧的钢丝绳6处于同一水平高度，其中钢丝绳6的一端与配重块连接，另一端与电动缸31的活塞杆311连接；
S200、调节配重块的规格或个数，使之符合运动模拟工况要求；
S300、开始试验，操作电控柜5，启动伺服电机32带动活塞杆311做直线往复运动，与配重块一同带动钢丝绳6在定滑轮12的约束下运动和传动驱动力，使测试体2在试验槽11的水中进行摇摆运动；
S400、采集试验数据，待电动缸31稳定运动一段时间，当测试体2摇荡运动时历曲线达到设计周期数或时长以后，停止采集数据，电动缸31减缓运动，最终静止于初始位置，使测试体2也稳定于初始状态；
S500、按照下一次试验设置重复步骤S2到S4，完成所有工况试验，以进一步分析采集试验数据的有效性，去除坏点，然后将记录得到的各物理量的历时曲线进行统计分析，得到不同工况下的摇摆运动响应，并绘制对应的幅值响应曲线。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (9)
1.一种浮式平台中试试验运动模拟装置，其特征在于，包括：试验平台、测试体、以及设在所述试验平台上的施力组件、配重组件和电控柜，所述试验平台上设有内部中空且顶部为开口结构的试验槽，所述试验槽上设有多个用于力方向转换的传动件，所述施力组件和所述配重组件分设在所述试验槽的两侧；所述测试体通过柔性连接件浮设于所述试验槽内，所述柔性连接件的一端绕过一所述传动件后与所述配重组件连接，所述柔性连接件的另一端绕过多个所述传动件后与所述施力组件连接；所述电控柜与所述施力组件电性连接，以控制所述施力组件的运动。
2.根据权利要求1所述的一种浮式平台中试试验运动模拟装置，其特征在于，所述施力组件包括电动缸、驱动电机以及用于固定所述电动缸的固定座，所述电动缸的活塞杆与所述柔性连接件连接，所述驱动电机与所述电动缸连接以带动所述活塞杆运动。
3.根据权利要求1所述的一种浮式平台中试试验运动模拟装置，其特征在于，所述配重组件包括配重支架、设在所述配重支架上的转动吊环以及与所述柔性连接件连接的配重件。
4.根据权利要求1所述的一种浮式平台中试试验运动模拟装置，其特征在于，所述传动件为定滑轮。
5.根据权利要求1所述的一种浮式平台中试试验运动模拟装置，其特征在于，所述柔性连接件为钢丝绳。
6.根据权利要求2所述的一种浮式平台中试试验运动模拟装置，其特征在于，所述驱动电机为伺服电机。
7.根据权利要求4所述的一种浮式平台中试试验运动模拟装置，其特征在于，所述试验槽顶部开口相对的两侧边设有45度倒角面，每个所述倒角面上均安装一所述定滑轮，所述试验槽朝向所述施力组件一侧的底部安装一所述定滑轮。
8.根据权利要求3所述的一种浮式平台中试试验运动模拟装置，其特征在于，所述配重件为圆柱形结构的配重块。
9.根据权利要求3所述的一种浮式平台中试试验运动模拟装置，其特征在于，所述配重件包括配重架和配重块，所述配重架设在所述试验平台上，所述配重架上设有两个相对设置的导向杆，多个所述配重块穿设于两个所述导向杆上并自下而上依次叠放设置。
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20201113 |
|
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