[發明專利]一維系泊纜及立管動力特性試驗裝置

有效

• 申請號: 200810036841.2
• 申請日: 2008-04-29
• 公開（公告）號: CN101285730A
• 公開（公告）日: 2008-10-15
• 發明（設計）人: 楊建民;肖龍飛;李欣;蘇一華;蘇志勇
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種海洋工程領域的裝置，具體地說，是一種一維系泊纜及立管動力特性試驗裝置。

背景技術

實際工程經驗證明，系泊系統對于海洋結構物的運動響應十分重要，如何準確預測系泊系統的運動響應成為當今海洋工程領域的一個重大課題。對深水平臺或者FPSO進行模型試驗時，正確模擬其系泊纜和立管裝置對于試驗的準確性起著至關重要的作用。理想情況下，模型試驗中的系泊纜和立管的物理特性需要全部符合實際情況。現行情況下，檢查系泊纜模型或者立管模型是否滿足要求，主要是看模型的頂端張力-位移特性，即靜力位移特性是否滿足預期要求，而很少考慮系泊纜或者立管的動力特性相似。過去認為系泊結構物的水平振蕩速度很小，可忽略系泊纜的動力作用，而只考慮系泊纜的靜力作用。而有關研究表明，系泊纜對系泊結構物慢蕩阻尼有較大的影響，系泊纜動力特性已經引起越來越多研究人員的興趣。

經對現有技術的文獻檢索發現，陳小紅，黃祥鹿在1995年第五期《上海交通大學學報》發表的“隨機振蕩法測量錨泊線動力的雙頻率響應函數”中提到了一種研究錨泊線動力特性的試驗，該試驗在長12m，寬0.4m，深0.75m的水槽中進行，通過上端計算機和直流電機設備輸入錨泊線上端一維水平運動，測量錨泊線上端點的動態水平位移和張力。該試驗存在以下一些不足之處：(1)電動機主軸到工作臺之間通過絲杠等中間環節來傳遞運動，當進給部件要完成啟動、加減速、反轉、停車等動作時，絲杠容易產生彈性變形、摩擦、反向間隙等，會造成進給運動的滯后和其它許多非線性誤差，進而影響對運動指令的快速響應。同時絲杠是細長桿，在力和熱的作用下，會產生變形，影響加工精度。(2)需人工移動試驗平臺從而改變大幅度水平跨距，費時費力；(3)系泊纜及立管試驗平臺整體置于水槽中，高度有限，水深難于控制；(4)直流伺服電機精度較低，不能精確控制滑塊運動；進一步檢索中，未發現與本發明主題相同或者類似的文獻。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種一維系泊纜及立管動力特性試驗裝置。本發明在現有技術的基礎上，通過在系泊纜及立管試驗平臺底部安裝滑輪，支架軌道設計，池底布置等距錨點等，齒輪、齒槽軌道設計，使得試驗更加方便改變水平跨距；通過水池岸邊整體設計，升降水池假底可調節水深，使得試驗更加易于操作；通過改用交流伺服電機系統和PCI伺服運動控制卡代替原有直流電機，大大提高試驗精度；通過改用齒輪、齒槽軌道設計代替原來絲杠傳動裝置，改進了運動控制精度。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括：滑動式系泊纜及立管試驗平臺、岸邊軌道式支架、可更換制動桿、交流伺服電機控制系統、系泊纜及立管模型以及池底等距錨點，岸邊軌道式支架固定于水池岸邊，滑動式系泊纜及立管試驗平臺置于岸邊軌道式支架軌道內，通過可更換制動桿水平連接岸邊軌道式支架和滑動式系泊纜及立管試驗平臺從而固定滑動式系泊纜及立管試驗平臺，交流伺服電機控制系統控制滑動式系泊纜及立管試驗平臺上的滑塊運動，滑動式系泊纜及立管試驗平臺的滑塊下端系掛系泊纜或立管模型，系泊纜或立管模型另一端固定在池底等距錨點上。

所述滑動式系泊纜及立管試驗平臺包括：四個滑輪、一條滑軌、滑塊、齒輪、齒槽軌道、聯軸器、電機支座、刻度指針、兩塊支撐鋼板和入水桿，連接方式為：一條滑軌和齒槽軌道固定于兩塊支撐鋼板之間，四個滑輪對稱安裝在兩塊支撐鋼板下表面，同時在岸邊軌道式支架上自由滑動，通過滑動式系泊纜及立管試驗平臺與岸邊軌道式支架左端支撐邊之間的可更換制動桿實現滑動式系泊纜及立管試驗平臺制動；滑動式系泊纜及立管試驗平臺電機支座上放置交流伺服電機，交流伺服電機通過聯軸器連接齒輪，齒輪在齒槽軌道上轉動，滑塊橫跨于滑軌上，交流伺服電機控制系統的交流伺服電機可以輸出類似正弦等運動模態，帶動齒輪轉動，齒輪反作用于交流伺服電機，電機固定在電機支座上，電機支座與滑塊連接在一起，從而帶動滑塊運動，滑塊下端連接入水桿，入水桿下端連接六分力傳感器、位移傳感器以及系泊纜或立管，從而實現控制系泊纜或立管上端點一維運動，同時滑塊中間位置安裝刻度指針，刻度指針指向岸壁刻度尺。

所述岸邊軌道式支架包括：滑槽軌道，岸壁刻度尺。滑槽軌道提供滑動式系泊纜及立管試驗平臺滑輪所需滑動軌道，為岸邊軌道式支架的主體部分；岸壁刻度尺標注在水池岸壁上，用于指示岸邊軌道式支架上滑動式系泊纜及立管試驗平臺的相對位移。岸壁刻度尺與滑槽軌道平行，位于滑槽軌道在岸壁上的投影位置，通過滑動整個滑動式系泊纜及立管試驗平臺，從而實現較大的水平跨距，即實現較大幅度慢漂情況下系泊纜及立管動力特性研究。