主動式海洋平臺混合模型試驗裝置的製作方法

2023-10-10 14:42:04

專利名稱：主動式海洋平臺混合模型試驗裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種海洋工程技術領域的試驗裝置，具體的說，是一種主動 式海洋平臺混合模型試驗裝置。
技術背景深海平臺系統技術複雜、投資大、風險高，如何比較正確地獲得其在嚴酷海 洋環境下的運動、受力以及甲板是否上浪等技術性能十分重要，這些性能參數是 決定和設計海洋平臺結構及其系泊、立管等相關系統的重要依據。海洋工程界仍 然一致認為物理模型試驗的結果最為可靠，並以此作為設計、建造海洋平臺的最 終定奪。海洋平臺的物理模型試驗都是在能夠模擬海洋環境的海洋工程水池中進 行的，而系泊纜的長度又受到水池尺度的限制。在進行物理模型試驗時可用，先 用數值計算海洋平臺模型在給定海洋環境條件下的運動和受力，再將系泊纜截 斷，使用專門辦法根據理論計算結果對截斷處纜繩的運動進行模擬，這樣可以用 尺寸較大的模型在海洋工程水池中進行試驗。經對現有技術的文獻檢索發現，中國專利公開號CN 200962068Y，專利名 稱單柱式海洋平臺渦激運動模型試驗裝置，該文中提出了一種基於被動式截斷 技術的海洋平臺模型試驗裝置，用數學優化方法使得每根模型錨泊線的張力—— 水平位移特性與實際一致，總模型系泊系統的恢復力——水平位移特性與實際一致，即用等效系泊系統來等效實際系泊系統的靜力特性，其不足在於這種被動式截斷技術需要各種不同的模擬系泊線模型分段和其他的多種許輔助材料，再 加上一些結構數值計算軟體，必然導致每根模型錨泊線的張力——水平位移特性 與實際產生偏差，總模型系泊系統的恢復力——水平位移特性與實際也會有較大 的誤差。這實際上是一種間接的模型試驗，系泊系統的動力特性達不到和真實的 系泊系統一致，其可信度不高。 發明內容本發明的目的是解決以往完成等效水深截斷的深海平臺混合模型試驗時存4在的上述技術問題，提供一種主動式深海平臺混合模型試驗裝置，使其更加接近 海洋平臺工程實際的混合模型試驗裝置。本發明是通過以下技術方案實現的，本發明所述的主動式海洋平臺混合模型 試驗裝置包括海洋平臺模型系統、實時計算機運動控制系統、測量分析系統、 拖車。海洋平臺系統試驗模型和實時計算機運動控制系統相連，海洋平臺系統試 驗模型置於試驗水池中，實時計算機運動控制系統置於拖車上，測量分析系統部 分放在海洋平臺系統試驗模型上，部分置於拖車上。所述的海洋平臺模型系統包括海洋平臺模型和錨泊線模型。所述的海洋平臺 模型是根據縮尺比和實際工作的海洋平臺製作的，和錨泊線相連，置於水池中； 所述的錨泊線模型式根據縮尺比和截斷水深處以上的實際工作中的錨泊線製作 的，上端通過應力傳感器和海洋平臺模型相連，下端和實時計算機運動控制系統 中的滑塊相連，置於水池中。所述的實時計算機運動控制系統包括計算機、運動控制卡、驅動器、伺服電 機、絲杆、滑塊、水密裝置，計算機、運動控制卡、驅動器均置於拖車上，計算 機和運動控制卡相連，驅動器連接伺服電機，伺服電機連接絲杆，滑塊設置在絲 杆上，並和截斷錨泊線下端部相連。水密裝置位於伺服電機、絲杆和滑塊的外面， 置於水池底部。其中所述的計算機用來控制截斷錨泊線下端的實時運動；所述 的運動控制卡用來將截斷錨泊線下端的運動信號轉變為脈衝信號；所述的驅動器 用來驅動伺服電機工作；所述的伺服電機用來帶動絲杆轉動和滑塊的水平運動， 置於水池底部；所述的絲杆通過自身轉動來帶動絲杆上滑塊的水平運動，和伺服 電機相連；所述的滑塊用於模擬截斷錨泊線下端的運動；所述的水密裝置用來防 止伺服電機、絲杆及滑塊進水，影響其正常工作。所述的測量分析系統包括非接觸式光學測量系統、拉力傳感器、應變放大器、 接線裝置、數據自動採集卡及計算機實時分析模塊。其中非接觸式光學測量系 統、接線裝置、數據自動採集卡及計算機實時分析模塊置於拖車上，非接觸式光 學測量系統連接數據自動採集卡及計算機實時分析模塊，拉力傳感器安裝在海洋 平臺模型和錨泊線模型上端之間，拉力傳感器連接到應變放大器，應變放大器連 接到數據自動採集卡及計算機實時分析模塊。所述的非接觸式光學測量系統利用位置測量儀測量固定在海洋平臺模型上的三個發光元件的運動，並使用電腦程式解析出船模在波浪中的六個自由度的 運動(即縱蕩，橫蕩，垂蕩，橫搖，縱搖，及艏搖)，所得到的運動信息發送 到數據自動採集卡及計算機實時分析模塊。所述的拉力傳感器用於測量錨泊線模 型的張力，所得到的應力信號發送到應變放大器中，置於海洋平臺模型和錨泊線 之間。所述的應變放大器用於將拉力傳感器測量得到的應力信號放大，放大後的 信號再傳送到數據自動採集卡及計算機實時分析模塊。所述的接線裝置用於整個 系統的線路連接。所述的數據自動採集卡及計算機實時分析模塊用於海洋平臺試 驗時的各種數據的採集和實時分析。所述的拖車用於放置部分實時計算機運動控制系統和測量分析系統。 本發明的有益效果是直接通過模型試驗獲得實際系泊系統所需要的動力特 性，解決了以往混合模型試驗需要利用各種不同的模擬系泊線模型分段和其他的 多種許輔助材料，再加上一些結構數值計算軟體，必然導致每根模型錨泊線的張 力——水平位移特性與實際產生偏差，總模型系泊系統的恢復力——水平位移特 性與實際也會有較大的誤差的問題，提高了混合模型試驗的精度和可靠度，使其 更加接近海洋平臺工程實際的混合模型試驗裝置。


圖l是主動式海洋平臺混合模型試驗裝置主視圖。附圖標記說明海洋平臺模型l，錨泊線模型2，計算機3，運動控制卡4，驅動器5，伺服電機6，絲杆7，滑塊8，水密裝置9，非接觸式光學測量系統10， 拉力傳感器ll，應變放大器12，接線裝置13，數據自動採集卡及計算機實時分 析模塊14，拖車15。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護 範圍不限於下述的實施例。如圖1所示，本實施例由海洋平臺模型1，錨泊線模型2，計算機3，運動 控制卡4，驅動器5，伺服電機6，絲杆7，滑塊8，水密裝置9，非接觸式光學 測量系統IO，拉力傳感器ll，應變放大器12，接線裝置13，數據自動採集卡及 計算機實時分析模塊14，拖車15。連接關係為海洋平臺模型1通過拉力傳感器11和錨泊線模型2相連，錨泊線模型2下端固接於滑塊8，滑塊8位於絲杆7 上面，絲杆7和伺服電機6固接，水密裝置9位於伺服電機6、絲杆7和滑塊8 的外面，置於水池底部，伺服電機6和驅動器5、運動控制卡4、計算機3相連， 計算機3、運動控制卡4、驅動器5、非接觸式光學測量系統10、應變放大器12、 接線裝置13、數據自動採集卡及計算機實時分析模塊14布置在拖車15上。運 動控制卡4連接到計算機3，非接觸式光學測量系統10連接數據自動採集卡及 計算機實時分析模塊14，拉力傳感器11安裝在海洋平臺模型1和錨泊線模型2 上端之間，拉力傳感器11連接到應變放大器12，應變放大器12連接到數據自 動採集卡及計算機實時分析模塊14。所述計算機3，用來接收錨泊線模型2的隨時間變化的運動信息，並將信息 傳送至運動控制卡4。所述運動控制卡4，接收計算機3傳送來的運動信息，並將此運動信息轉變 為脈衝信號，傳送至伺服電機6。所述驅動器5，接收脈衝信號，用來控制伺服電機，是伺服電機的控制部分。所述伺服電機6，用作執行元件，把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角 位移或角速度輸出，帶動絲杆7轉動，使滑塊8產生平動。所述非接觸式光學測量系統10利用位置測量儀測量固定在海洋平臺模型上 的三個發光元件的運動，並使用電腦程式解析出船模在波浪中的六個自由度的 運動(即縱蕩，橫蕩，垂蕩，橫搖，縱搖，及艏搖)，所得到的運動信息發送 到數據自動採集卡及計算機實時分析模塊。所述拉力傳感器ll，用於測量錨泊線模型2的張力，所得到的應力信號發 送到應變放大器12中。所述的應變放大器12，用於將拉力傳感器測量得到的應力信號放大，放大 後的信號再傳送到數據自動採集卡及計算機實時分析模塊。所述數據自動釆集卡及計算機實時分析模塊14，接收非接觸式光學測量系 統10測量到的運動信息以及應變放大器12得到的應力信息，並對所得的信息進 行實時分析和處理。試驗時，先根據實際海洋平臺和水池的尺度確定合適的模型縮尺比。利用實 際海洋平臺系統和海洋平臺系統在實際工作中所受的海洋環境條件，通過相關的數值計算軟體模擬計算海洋平臺系統的運動，獲得截斷水深處系泊纜的運動信 息，並根據縮尺比和截斷水深得到混合模型試驗中系泊纜截斷部分的運動信息， 製作混合模型試驗中所需的海洋平臺模型1和系泊纜模型2，並確定其試驗中的 模擬海洋環境條件。然後將海洋平臺模型1，經過拉力傳感器ll，接上系泊纜 模型2;將計算機3置於拖車15上，用導線依次連接運動控制卡4、驅動器5、 伺服電機6，再將絲杆7上的滑塊8固接於系泊纜模型2的下端；最後在拖車15 上適當位置對準海洋平臺模型1安裝非接觸式光學測量系統10 ，把安裝好的 測量儀器的線接到拖車上的應變放大器12並連接接線裝置13和數據自動採集 卡及計算機實時分析模塊14，調試所有儀器。在試驗水池中製造海洋平臺混合模型試驗所需的海洋環境條件，與此同時， 將混合模型試驗中系泊纜截斷部分的運動信息輸入實時計算機運動控制系統，完 成混合模型試驗中系泊纜截斷部分的運動，待系統穩定後，打開數據自動採集卡 及計算機實時分析模塊14進行數據採集和分析，進行主動式海洋平臺混合模型 試驗。
權利要求
1. 一種主動式海洋平臺混合模型試驗裝置，包括海洋平臺模型(1)、系泊纜模型(2)、計算機(3)、運動控制卡(4)、驅動器(5)、伺服電機(6)、絲杆(7)、滑塊(8)、水密裝置(9)、非接觸式光學測量系統(10)、拉力傳感器(11)、應變放大器(12)、接線裝置(13)、數據自動採集卡及計算機實時分析模塊(14)、拖車(15)，其特徵在於，海洋平臺模型(1)通過拉力傳感器(11)和系泊纜模型(2)相連，系泊纜模型(2)下端固接於滑塊(8)，滑塊(8)位於絲杆(7)上面，絲杆(7)和伺服電機(6)固接，水密裝置(9)位於伺服電機(6)、絲杆(7)和滑塊(8)的外面，且置於水池底部，伺服電機(6)和驅動器(5)、運動控制卡(4)、計算機(3)相連，計算機(3)、運動控制卡(4)、驅動器(5)、非接觸式光學測量系統(10)、應變放大器(12)、接線裝置(13)、數據自動採集卡及計算機實時分析模塊(14)布置在拖車(15)上，運動控制卡(4)連接到計算機(3)，非接觸式光學測量系統(10)連接數據自動採集卡及計算機實時分析模塊(14)，拉力傳感器(11)設置在海洋平臺模型(1)和錨泊線模型(2)上端之間，拉力傳感器(11)連接到應變放大器(12)，應變放大器(12)連接到數據自動採集卡及計算機實時分析模塊(14)。
2、 根據權利要求1所述的主動式海洋平臺混合模型試驗裝置，其特徵是， 所述計算機(3)，用來接收錨泊線模型(2)的隨時間變化的運動信息，並將信 息傳送至運動控制卡(4)。
3、 根據權利要求1所述的主動式海洋平臺混合模型試驗裝置，其特徵是， 所述運動控制卡(4)，接收計算機(3)傳送來的運動信息，並將此運動信息轉 變為脈衝信號，傳送至伺服電機(6)。
4、 根據權利要求1所述的主動式海洋平臺混合模型試驗裝置，其特徵是， 所述驅動器(5)，接收脈衝信號，用來控制伺服電機(6)，是伺服電機(6)的 控制部分。
5、 根據權利要求1所述的主動式海洋平臺混合模型試驗裝置，其特徵是， 所述伺服電機(6)，用作執行元件，把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位 移或角速度輸出，帶動絲杆(7)轉動，使滑塊(8)產生平動。
6、 根據權利要求1所述的主動式海洋平臺混合模型試驗裝置，其特徵是， 所述非接觸式光學測量系統(10)利用位置測量儀測量固定在海洋平臺模型(1) 上的三個發光元件的運動，並使用電腦程式解析出船模在波浪中的六個自由度 的運動，即縱蕩、橫蕩、垂蕩、橫搖、縱搖及艏搖，所得到的運動信息發送到 數據自動採集卡及計算機實時分析模塊(14)。
7、 根據權利要求1所述的主動式海洋平臺混合模型試驗裝置，其特徵是，所述拉力傳感器(11)，用於測量錨泊線模型(2)的張力，所得到的應力信號發 送到應變放大器(12)中。
8、 根據權利要求1所述的主動式海洋平臺混合模型試驗裝置，其特徵是， 所述的應變放大器(12)，用於將拉力傳感器(11)測量得到的應力信號放大， 放大後的信號再傳送到數據自動採集卡及計算機實時分析模塊(14)。
9、 根據權利要求1所述的主動式海洋平臺混合模型試驗裝置，其特徵是， 所述數據自動採集卡及計算機實時分析模塊(14)，接收非接觸式光學測量系統(10)測量到的運動信息以及應變放大器(12)得到的應力信息，並對所得的信 息進行實時分析和處理。
全文摘要
本發明涉及一種主動式海洋平臺混合模型試驗裝置，其中海洋平臺模型通過拉力傳感器和系泊纜模型相連，系泊纜模型下端固接於滑塊，滑塊位於絲杆上面，絲杆和伺服電機固接，水密裝置位於伺服電機、絲杆和滑塊的外面，且置於水池底部，運動控制卡連接到計算機，非接觸式光學測量系統連接數據自動採集卡及計算機實時分析模塊，拉力傳感器設置在海洋平臺模型和錨泊線模型上端之間，拉力傳感器連接到應變放大器，應變放大器連接到數據自動採集卡及計算機實時分析模塊。本發明提高了混合模型試驗的精度和可靠度，使其更加接近海洋平臺工程實際的混合模型試驗裝置。
文檔編號G01M99/00GK101261178SQ20081003655
公開日2008年9月10日 申請日期2008年4月24日 優先權日2008年4月24日
發明者利 周, 亮 王, 磊 王, 蘇一華, 闖振菊 申請人:上海交通大學