[發(fā)明專利]一種測(cè)量海洋平臺(tái)冰荷載的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110163973.3
• 申請(qǐng)日: 2011-06-17
• 公開（公告）號(hào): CN102829987A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李紱;岳前進(jìn);孫春梅;張大勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司;中國(guó)石油集團(tuán)海洋工程有限公司
• 主分類號(hào): G01M99/00
• 分類號(hào): G01M99/00
• 代理公司: 北京市中實(shí)友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11013
• 代理人: 謝小延

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種測(cè)量海洋平臺(tái)冰荷載的方法。

背景技術(shù)

冰荷載形成于冰與結(jié)構(gòu)作用破壞過(guò)程，目前沒有理論方法能預(yù)測(cè)冰力，室內(nèi)模型實(shí)驗(yàn)存在的相似性問題也無(wú)法克服。利用現(xiàn)役海洋平臺(tái)測(cè)量可以獲得真實(shí)的冰荷載信息，在國(guó)際許多國(guó)家都展開過(guò)類似的測(cè)量。但是，已經(jīng)開展的原型結(jié)構(gòu)測(cè)量冰荷載只能獲得部分冰荷載信息，都不能得到總冰力的信息。已經(jīng)采用的方法主要分為兩種方式：一種是利用冰壓力計(jì)直接測(cè)量荷載，這種方法只能測(cè)量局部的冰力，因?yàn)楸鶋毫τ?jì)只能覆蓋結(jié)構(gòu)部分面積，不能測(cè)量到結(jié)構(gòu)整體的冰力。另一種是利用平臺(tái)的位移響應(yīng)間接測(cè)量冰力，因?yàn)閷?shí)際的海洋平臺(tái)沒有固定參考點(diǎn)，只能利用加速度計(jì)測(cè)量振動(dòng)數(shù)據(jù)，因此，這種方法只能測(cè)量到動(dòng)冰力引起的振動(dòng)，不能測(cè)量到靜冰力信息。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種測(cè)量海洋平臺(tái)冰荷載的方法，利用平臺(tái)在建造期間，將光纖應(yīng)變計(jì)預(yù)埋在海洋平臺(tái)的水下部位，通過(guò)理論分析、計(jì)算機(jī)仿真與室內(nèi)模型實(shí)驗(yàn)標(biāo)定，確定預(yù)埋點(diǎn)數(shù)、位置，并建立冰荷載與海洋平臺(tái)響應(yīng)的關(guān)系。利用該系統(tǒng)可在海洋平臺(tái)上獲得冰荷載的全部信息，總冰力，交變冰力及極值冰力。

本發(fā)明所述的一種測(cè)量海洋平臺(tái)冰荷載的方法，包括荷載標(biāo)定分析、應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)、冰況測(cè)量系統(tǒng)三大部分；荷載標(biāo)定分析包括理論分析、計(jì)算機(jī)仿真與室內(nèi)模型實(shí)驗(yàn)標(biāo)定；應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)包括光纖光柵溫度傳感器、光纖光柵應(yīng)變傳感器，信號(hào)傳輸光纜，光纖光柵解調(diào)儀，數(shù)字記錄服務(wù)器；冰況測(cè)量系統(tǒng)包括至少兩個(gè)高分辨率攝相頭，視頻傳輸光纜、視頻采集系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)圖象處理系統(tǒng)。

結(jié)構(gòu)所受荷載的標(biāo)定包括模型實(shí)驗(yàn)標(biāo)定和數(shù)值分析標(biāo)定，在原型結(jié)構(gòu)數(shù)值分析和模型實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定光纖光柵溫度傳感器和光纖光柵應(yīng)變傳感器安裝的數(shù)量和位置；

模型實(shí)驗(yàn)標(biāo)定是對(duì)采購(gòu)的光纖應(yīng)變傳感器進(jìn)行標(biāo)定及靈敏度分析；數(shù)值分析標(biāo)定是確定結(jié)構(gòu)測(cè)點(diǎn)應(yīng)變與所受荷載關(guān)系，包括潮高、冰厚、冰速、來(lái)冰方向的變化；應(yīng)變測(cè)點(diǎn)選擇在各種冰況作用下結(jié)構(gòu)水下部分應(yīng)變響應(yīng)的顯著區(qū)域，荷載和應(yīng)變呈線性變化關(guān)系，避開構(gòu)件的應(yīng)力突變區(qū)；選取若干個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，采用全橋或半橋法連接各個(gè)應(yīng)變傳感器；

在海洋平臺(tái)吊裝下水之前完成傳感器的焊接，光纜的走線與防護(hù)；在平臺(tái)中控室安裝光纖光柵解調(diào)儀；待海洋平臺(tái)安裝就位后，在平臺(tái)甲板邊緣或其他位置，安裝能夠連續(xù)記錄冰厚、冰速、來(lái)冰方向、潮高的高分辨率攝像機(jī)；攝像頭的安裝位置在平臺(tái)的下層甲板，靠近冰面和平臺(tái)樁腿處，在平臺(tái)中控室安裝視頻采集器，通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)觀測(cè)、采集測(cè)量數(shù)據(jù)，結(jié)合結(jié)構(gòu)測(cè)點(diǎn)應(yīng)變與所受荷載的數(shù)值標(biāo)定，獲得冰荷載的全面信息。

主要的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)是通過(guò)導(dǎo)管架平臺(tái)測(cè)量到冰荷載的全部信息。本發(fā)明的海洋平臺(tái)原型結(jié)構(gòu)冰荷載確定的方法，考慮了復(fù)雜的環(huán)境條件及海冰與結(jié)構(gòu)作用的因素，結(jié)合模型實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬的方法對(duì)結(jié)構(gòu)荷載進(jìn)行標(biāo)定，利用水下結(jié)構(gòu)局部應(yīng)變響應(yīng)信息來(lái)確定海洋平臺(tái)冰荷載。采用光纖光柵應(yīng)變和溫度傳感器測(cè)量水下局部應(yīng)變響應(yīng)和溫度變化；利用先進(jìn)的圖像識(shí)別技術(shù)，確定海冰條件；實(shí)現(xiàn)應(yīng)變響應(yīng)與海冰要素的同步實(shí)時(shí)測(cè)量。和現(xiàn)有的海洋平臺(tái)冰荷載測(cè)量技術(shù)相比，能夠準(zhǔn)確獲得結(jié)構(gòu)總冰荷載的信息。

通過(guò)本系統(tǒng)可以建立更準(zhǔn)確的冰荷載公式，設(shè)計(jì)更為合理的抗冰平臺(tái)。每座平臺(tái)的造價(jià)昂貴，保守的平臺(tái)將造成巨大的浪費(fèi)，而風(fēng)險(xiǎn)的平臺(tái)能形成災(zāi)害。渤海已經(jīng)有兩座平臺(tái)被冰推倒，另有一些平臺(tái)受冰振的嚴(yán)重威脅，有的平臺(tái)則很保守，主要原因是冰荷載估計(jì)水平不高。

附圖說(shuō)明

圖1是測(cè)量海洋平臺(tái)冰荷載系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是系統(tǒng)實(shí)物結(jié)構(gòu)圖。

圖中1中控室；2光纖光柵解調(diào)儀；3視頻采集器；4數(shù)據(jù)記錄服務(wù)器；5高分辨率攝像頭；6光纖光柵溫度傳感器；7光纖光柵應(yīng)變傳感器。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明所述的一種測(cè)量海洋平臺(tái)冰荷載的方法，包括荷載標(biāo)定、應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)、冰況測(cè)量系統(tǒng)三大部分。荷載標(biāo)定包括理論分析、計(jì)算機(jī)仿真與室內(nèi)模型實(shí)驗(yàn)標(biāo)定；應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)包括光纖光柵溫度傳感器6、光纖光柵應(yīng)變傳感器7，信號(hào)傳輸光纜，光纖光柵解調(diào)儀2，數(shù)字記錄服務(wù)器4；冰況測(cè)量系統(tǒng)包括高分辨率攝像頭5(至少兩個(gè))，視頻傳輸光纜、視頻采集器3，計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)。