[發(fā)明專利]一種水上軟剛臂系泊模型試驗系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810576864.6
• 申請日: 2018-05-29
• 公開（公告）號: CN108982057A
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王延林;徐留洋;樊哲良;孫珊珊;趙熺煜;張亞偉;武文華;唐達(dá);張大勇;岳前進(jìn)
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 陳玲玉

本發(fā)明公開了一種水上軟鋼臂系泊模型試驗系統(tǒng)，包括六自由度運動模擬平臺、系泊支架、系泊腿、系泊臂、壓載艙、單點平臺。六自由度運動模擬平臺在無水環(huán)境下模擬船體的運動姿態(tài)，產(chǎn)生耦合運動；系泊支架將六自由度運動模擬平臺的船體運動傳遞給軟鋼臂系泊系統(tǒng)；系泊腿下端與系泊臂相連接，上端與系泊支架相連接；系泊臂是一剛性A字形構(gòu)架，其橫撐處的壓載艙提供回復(fù)力，也起到減振效果；單點平臺是軟鋼臂試驗?zāi)Ｐ偷墓潭ńY(jié)構(gòu)，上部為系泊頭。本發(fā)明依據(jù)真實的單點系泊結(jié)構(gòu)進(jìn)行縮比與模型簡化，實現(xiàn)無水環(huán)境下的系泊結(jié)構(gòu)運動模擬。同時實驗系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，可拓展性強，通過更換相關(guān)組件，布置相應(yīng)傳感器滿足不同的科研需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于系泊技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種水上軟剛臂系泊模型試驗系統(tǒng)。

背景技術(shù)

眾所周知，我國的渤海地區(qū)蘊含有大量的石油資源，而且大部分都為邊際油田，中國海洋石油總公司曾先后投入7艘FPSO(Floating Production Storage and Offloading，浮式生產(chǎn)儲油卸油裝置)對其進(jìn)行油氣的開采。FPSO兼有生產(chǎn)、儲油、卸油的功能。自身一般無動力裝置，需借助一定的系泊系統(tǒng)對其進(jìn)行系泊定位。這些FPSO通過軟剛臂單點系泊系統(tǒng)固定于某個特定海域，以便于FPSO在該海域長期的開采和存儲，同時系泊系統(tǒng)采用“阻尼器”的定位設(shè)計，使得FPSO對單點平臺施加的力變化均勻，不會對單點平臺產(chǎn)生較大的沖擊力。這種結(jié)構(gòu)適用于50米以下的淺水區(qū)域，一般由系泊支架、系泊臂、系泊腿和壓載艙構(gòu)成。軟剛臂系泊系統(tǒng)介于單點平臺和FPSO船體之間，將系泊力傳遞到單點平臺上。

目前很多專家學(xué)者對FPSO的軟剛臂單點系泊結(jié)構(gòu)進(jìn)行了廣泛而深入的研究，但是由于真實海洋環(huán)境的復(fù)雜性和不可預(yù)測性，以及淺水效應(yīng)等問題，軟剛臂系泊結(jié)構(gòu)在實際應(yīng)用中還是存在很多設(shè)計安全問題，渤海曾經(jīng)發(fā)生多起在外部荷載條件下軟剛臂失效的事故。由于其涉及到船體運動、軟剛臂多體系統(tǒng)運動的耦合問題，因此常規(guī)的數(shù)值模擬方法無法模擬現(xiàn)場真實的情況。而也有學(xué)者開展了廣泛的現(xiàn)場監(jiān)測的研究，但是由于現(xiàn)場條件復(fù)雜，無法獲得單一工況的響應(yīng)數(shù)據(jù)等，這些問題都制約著相關(guān)研究的進(jìn)展。而室內(nèi)模型實驗方法是較為有效的解決方案之一，所以能在實驗室進(jìn)行軟剛臂的模型試驗研究是十分重要和必要的。而如何根據(jù)真實軟剛臂單點系泊系統(tǒng)(下文簡稱軟剛臂)提供一個室內(nèi)的試驗?zāi)Ｐ筒⒛M其與現(xiàn)場真實船體運動產(chǎn)生的耦合運動就是十分關(guān)鍵的。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種在實驗室無水環(huán)境下水上軟剛臂系泊系統(tǒng)與FPOS船體運動的耦合模擬，實現(xiàn)對軟剛臂系泊結(jié)構(gòu)的試驗研究。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案：

一種水上軟剛臂系泊模型試驗系統(tǒng)，包括六自由度運動模擬平臺、系泊支架、系泊腿、系泊臂、壓載艙、單點平臺；其中，所述六自由度運動模擬平臺放置于凸出地面的鋼筋混凝土基臺上，并與基臺通過高強度螺栓連接控制，由電力系統(tǒng)供電，通過液壓系統(tǒng)控制其運動；在控制軟件中輸入平臺的運動頻率、幅值等參數(shù)，通過液壓系統(tǒng)控制平臺產(chǎn)生橫搖、橫蕩、縱搖、縱蕩、艏搖、垂蕩以及兩種及兩種以上的耦合運動。

所述系泊支架下端通過螺栓固定于六自由度運動模擬平臺上，上端通過一組萬向鉸與系泊腿連接；所述系泊支架將六自由度運動模擬平臺的船體運動傳遞給軟剛臂系泊系統(tǒng)。

所述系泊腿為鋼制管件，其上端由軸向推力關(guān)節(jié)軸承與兩組滑動軸承組成的萬向鉸與系泊支架相連接，其下端通過兩組滑動軸承與系泊臂相連接；所述系泊腿上端的萬向鉸的本體是鑄鋼，軸是鍛鋼，并配以自潤滑青銅套。軸和軸套相摩擦的部分均鍍以不銹鋼。所述系泊腿上端內(nèi)部的軸向推力關(guān)節(jié)軸承可使系泊腿自由地繞其軸線轉(zhuǎn)動。

所述系泊臂為一個剛性A字形構(gòu)架，其前端通過兩個滑動軸承與系泊平臺的轉(zhuǎn)動軸承(滑環(huán))連接，其后端分別與兩個系泊腿相連接；所述壓載艙布置在所述系泊臂A字架的橫撐處；