CN218847575U - 一种海洋浮式结构物内孤立波流固耦合运动实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出一种海洋浮式结构物内孤立波流固耦合运动实验装置，包括：拖曳水槽，该拖曳水槽的两侧设有导轨；拖车，该拖车安装在所述拖曳水槽上，其包括驱动电机及驱动轮，所述驱动轮与所述导轨相配合；所述拖车底部设有向下延伸的固定装置；海洋结构物模型，置于所述拖曳水槽中，包括四个立柱及位于所述立柱顶部的上甲板，所述上甲板上设有导缆孔，所述导缆孔与所述固定装置之间安装有系泊弹簧；所述上甲板与所述拖车底部通过空气轴承连接。本实用新型解决了无法在大流速、可控变化流速下进行精细化平台模型与内孤立波耦合实验的技术难题。该装置在保证平台水平面固有周期情况下，可准确模拟多浪向角下系泊‑平台系统与内波的耦合运动响应。
Description
技术领域
本发明涉及一种海洋结构物内孤立波流固耦合运动实验装置，属于海洋结构物物理模型实验技术领域。
背景技术
随着油气资源勘探开发进入深远海，张力腿平台、立柱式平台、半潜式平台、浮式生产出储油装置(FPSO)等浮式结构物是主要的深海资源钻探和开发装备。海上的船舶作业，如吊装、浮拖、运输等，都会受到海洋环境的作用。我国南海深水区，是内孤立波的主要活动区域。浮式结构物和船舶不仅受到风、浪、流的作用，还有南海内孤立波的作用。
目前，关于内孤立波与浮式结构物的流固耦合作用机理研究较少。对内孤立波与浮式结构物相互作用的研究，主要以理论计算和数值模拟方法为主，缺乏内孤立波与精细化平台相互作用的实验数据。且目前已有的研究都为固定式海洋结构物荷载试验，对于内孤立波作用下海洋浮式结构物耦合运动的试验研究鲜有报道。
在有关内孤立波与结构物的试验研究中，内波水槽需要先制取分层流体，需要采用至少两种流体介质材料，且进行过几组试验后很容易出现分层流体含混的现象，需要重新制备；同时受试验水槽尺度影响，无法满足大流速、大振幅内孤立波试验需求，适用范围受限；在现有模型试验方法中会存在较大比尺效应，雷诺数差异大，无法精确测量系泊缆张力，无法服务于海洋工程的实际需求。
中国专利文献号CN109436197B公开了一种内孤立波作用下海洋浮式结构耦合运动及测力模拟系统，包括浮式结构模型、运动响应记录单元、锚链单元及锚链测力单元。采用微电子陀螺仪和微电子加速计的组合成运动响应单元，通过光纤布拉格光栅测量锚链力。但该系统存在一些问题，该系统是基于重力塌陷法产生内孤立波，该方法产生的内孤立波在生成传播过程中会存在衰减情况，操作方法上不易控制，无法精确定制化、可控制地模拟目标振幅内孤立波，对大振幅、大流速的内孤立波模拟受限，因此该系统无法模拟实际海洋中大流速内波环境；考虑系泊系统下平台的运动响应后，模型的比尺效应显著，该专利中难以对平台固有周期进行精确控制与调节检验，难以真正有效应用到实际海洋工程中；同时对于该专利中系泊缆的布置方式，只模拟0°浪向角，而实际海洋中平台会受到不同方向的内波作用。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型提出一种内孤立波作用下浮式结构物耦合运动模型实验装置，其技术方案如下：
一种海洋浮式结构物内孤立波流固耦合运动实验装置，其特征在于包括：拖曳水槽，该拖曳水槽的两侧设有导轨；拖车，该拖车安装在所述拖曳水槽上，其包括驱动电机及驱动轮，所述驱动轮与所述导轨相配合，实验时，所述驱动电机驱动所述拖车在所述导轨上滑动；所述拖车底部设有向下延伸的固定装置；海洋结构物模型，置于所述拖曳水槽中，包括四个立柱及位于所述立柱顶部的上甲板，所述上甲板上设有导缆孔，所述导缆孔与所述固定装置之间安装有系泊弹簧；所述上甲板与所述拖车底部通过空气轴承连接。
进一步地，所述系泊弹簧与所述导缆孔之间安装有拉力传感器。
进一步地，所述固定装置为四根立杆。
进一步地，所述弹簧通过万向联轴器连接在所述立杆上。
进一步地，所述各个立柱上安装有加速度传感器。
进一步地，所述甲板上沿圆周方向均匀设置8个导缆孔。
与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果在于：本实用新型提供一种用于内孤立波变速流场下海洋浮式结构物流固耦合运动的模型实验装置，解决了无法在大流速、可控变化流速下进行精细化平台与内孤立波耦合实验的技术难题。该装置在保证平台水平面固有周期情况下，可模拟多浪向角下系泊-平台系统与内波的耦合运动，具有操作便捷、可控性强等特点。
附图说明
图1为本实用新型海洋浮式结构物内孤立波流固耦合运动实验装置结构示意图；
图2本实用新型侧视结构示意图；
图3本实用新型海洋结构物模型俯视结构示意图；
以上各图中：1、拖曳水槽；1-1、导轨；2、拖车；2-1、驱动电机；2-2、驱动轮；2-3、固定装置；3、海洋结构物模型；3-1、立柱；3-2、甲板；3-2-1、导缆孔；3-3、系泊弹簧；4、空气轴承。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式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方式是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
本实施例提出一种海洋浮式结构物内孤立波流固耦合运动实验装置，其特征在于包括：拖曳水槽1、拖车2及海洋结构物模型3。
拖曳水槽1为长方体水槽，水槽的左右两侧顶壁上分别布置导轨1-1，水槽前端安装有造波和造流装置(造波和造流装置均为现有技术)。
拖车2，包括驱动电机2-1及位于底部的两排驱动轮2-2，驱动轮2-2与导轨1-1相配合，拖车2放到拖曳水槽1后，通过驱动电机2-1驱动可在导轨1-1来回滑动；拖车2底部设有向下延伸的固定装置2-3，该固定装置2-3用来连接系泊弹簧3-3，可以是四根立杆，也可以是矩形或圆柱形筒壳。
海洋结构物模型3为海洋工程平台仿真模型，置于所述拖曳水槽1中，包括位于底部的浮箱，位于浮箱上的四个立柱3-1及位于立柱3-1顶部的上甲板3-2，上甲板3-2上设有导缆孔3-2-1，导缆孔3-2-1与四个立杆时间之间安装有系泊弹簧3-3，本实施例系泊弹簧3-3为四根，每根系泊弹簧3-3的一端固定在其中一根立杆上，另一端卡扣在导缆孔3-2-1上。导缆孔3-2-1位于上甲板3-2的中央位置处的一圆周上，即甲板3-2上每隔45°设有一个导缆孔3-2-1位置，调整来流角度时只需旋转平台模型，系缆点的位置保持不变，导缆端系在对应角度的导缆孔3-2-1上，保证不同流向角时每根系泊缆相对坐标轴的位置不变，进而保证不同流向角时系统刚度相同。上甲板3-2与拖车2底部通过空气轴承4连接，一方面，空气轴承4可以提供海洋结构物在垂向上的活动余量，另一方面，可确保海洋结构物模型3可在水平面自由旋转。
为了在实验过程实施获得相关运动数据，系泊弹簧3-3与所述圆环之间安装有拉力传感器，各个立柱3-1上安装有加速度传感器，各传感器通过导线与数据采集系统设备相连，实时显示受力数据，并记录在数据文件内。实验过程中，造波和造流装置产生内孤立波变加速流场运动速度，启动拖车驱动电机2-1，控制拖车2按规定速度运动，由数据采集系统实时记录下海洋结构物模型3的受力、运动响应及系泊弹簧3-3的拉力。通过改变系泊弹簧3-3在导缆孔3-2-1(图中的导缆孔仅为示意)上的卡扣位置，可以模拟不同浪向角下的平台内孤立波的耦合运动，通过调节弹簧原长可改变系泊系统的预张力，从而来保证海洋结构物模型3水平面内自由度的固有周期。为了实现在水平方向的微调整，弹簧通过万向联轴器连接述立杆上。
本实施水槽的长度80m，拖车在其上运动，速度可控最高可达1.5m/s，从而可实现大流速、可控变化流速下进行精细化平台与内孤立波耦合实验的技术难题。该装置在保证平台水平面固有周期情况下，可准确模拟多浪向角下系泊-平台系统与内波的耦合运动。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。
Claims (6)
1.一种海洋浮式结构物内孤立波流固耦合运动实验装置，其特征在于包括：拖曳水槽，该拖曳水槽的两侧设有导轨；
拖车，该拖车安装在所述拖曳水槽上，其包括驱动电机及驱动轮，所述驱动轮与所述导轨相配合，实验时，所述驱动电机驱动所述拖车在所述导轨上滑动；所述拖车底部设有向下延伸的固定装置；
海洋结构物模型，置于所述拖曳水槽中，包括四个立柱及位于所述立柱顶部的上甲板，所述上甲板上设有导缆孔，所述导缆孔与所述固定装置之间安装有系泊弹簧；所述上甲板与所述拖车底部通过空气轴承连接。
2.根据权利要求1所述的海洋浮式结构物内孤立波流固耦合运动实验装置，其特征在于，所述系泊弹簧与所述导缆孔之间安装有拉力传感器。
3.根据权利要求1所述的海洋浮式结构物内孤立波流固耦合运动实验装置，其特征在于，所述固定装置为四根立杆。
4.根据权利要求3所述的海洋浮式结构物内孤立波流固耦合运动实验装置，其特征在于，所述系泊弹簧通过万向联轴器连接在所述立杆上。
5.根据权利要求1所述的海洋浮式结构物内孤立波流固耦合运动实验装置，其特征在于，所述各个立柱上安装有加速度传感器。
6.根据权利要求1所述的海洋浮式结构物内孤立波流固耦合运动实验装置，其特征在于，所述甲板上沿圆周方向均匀设置8个导缆孔。
Priority Applications (1)
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| CN202222578214.XU CN218847575U (zh) | 2022-09-28 | 2022-09-28 | 一种海洋浮式结构物内孤立波流固耦合运动实验装置 |
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Family Applications (1)
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| CN202222578214.XU Active CN218847575U (zh) | 2022-09-28 | 2022-09-28 | 一种海洋浮式结构物内孤立波流固耦合运动实验装置 |
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2022
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