[发明专利]一维系泊缆及立管动力特性试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种海洋工程领域的装置，具体地说，是一种一维系泊缆及立管动力特性试验装置。

背景技术

实际工程经验证明，系泊系统对于海洋结构物的运动响应十分重要，如何准确预测系泊系统的运动响应成为当今海洋工程领域的一个重大课题。对深水平台或者FPSO进行模型试验时，正确模拟其系泊缆和立管装置对于试验的准确性起着至关重要的作用。理想情况下，模型试验中的系泊缆和立管的物理特性需要全部符合实际情况。现行情况下，检查系泊缆模型或者立管模型是否满足要求，主要是看模型的顶端张力-位移特性，即静力位移特性是否满足预期要求，而很少考虑系泊缆或者立管的动力特性相似。过去认为系泊结构物的水平振荡速度很小，可忽略系泊缆的动力作用，而只考虑系泊缆的静力作用。而有关研究表明，系泊缆对系泊结构物慢荡阻尼有较大的影响，系泊缆动力特性已经引起越来越多研究人员的兴趣。

经对现有技术的文献检索发现，陈小红，黄祥鹿在1995年第五期《上海交通大学学报》发表的“随机振荡法测量锚泊线动力的双频率响应函数”中提到了一种研究锚泊线动力特性的试验，该试验在长12m，宽0.4m，深0.75m的水槽中进行，通过上端计算机和直流电机设备输入锚泊线上端一维水平运动，测量锚泊线上端点的动态水平位移和张力。该试验存在以下一些不足之处：(1)电动机主轴到工作台之间通过丝杠等中间环节来传递运动，当进给部件要完成启动、加减速、反转、停车等动作时，丝杠容易产生弹性变形、摩擦、反向间隙等，会造成进给运动的滞后和其它许多非线性误差，进而影响对运动指令的快速响应。同时丝杠是细长杆，在力和热的作用下，会产生变形，影响加工精度。(2)需人工移动试验平台从而改变大幅度水平跨距，费时费力；(3)系泊缆及立管试验平台整体置于水槽中，高度有限，水深难于控制；(4)直流伺服电机精度较低，不能精确控制滑块运动；进一步检索中，未发现与本发明主题相同或者类似的文献。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种一维系泊缆及立管动力特性试验装置。本发明在现有技术的基础上，通过在系泊缆及立管试验平台底部安装滑轮，支架轨道设计，池底布置等距锚点等，齿轮、齿槽轨道设计，使得试验更加方便改变水平跨距；通过水池岸边整体设计，升降水池假底可调节水深，使得试验更加易于操作；通过改用交流伺服电机系统和PCI伺服运动控制卡代替原有直流电机，大大提高试验精度；通过改用齿轮、齿槽轨道设计代替原来丝杠传动装置，改进了运动控制精度。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：滑动式系泊缆及立管试验平台、岸边轨道式支架、可更换制动杆、交流伺服电机控制系统、系泊缆及立管模型以及池底等距锚点，岸边轨道式支架固定于水池岸边，滑动式系泊缆及立管试验平台置于岸边轨道式支架轨道内，通过可更换制动杆水平连接岸边轨道式支架和滑动式系泊缆及立管试验平台从而固定滑动式系泊缆及立管试验平台，交流伺服电机控制系统控制滑动式系泊缆及立管试验平台上的滑块运动，滑动式系泊缆及立管试验平台的滑块下端系挂系泊缆或立管模型，系泊缆或立管模型另一端固定在池底等距锚点上。

所述滑动式系泊缆及立管试验平台包括：四个滑轮、一条滑轨、滑块、齿轮、齿槽轨道、联轴器、电机支座、刻度指针、两块支撑钢板和入水杆，连接方式为：一条滑轨和齿槽轨道固定于两块支撑钢板之间，四个滑轮对称安装在两块支撑钢板下表面，同时在岸边轨道式支架上自由滑动，通过滑动式系泊缆及立管试验平台与岸边轨道式支架左端支撑边之间的可更换制动杆实现滑动式系泊缆及立管试验平台制动；滑动式系泊缆及立管试验平台电机支座上放置交流伺服电机，交流伺服电机通过联轴器连接齿轮，齿轮在齿槽轨道上转动，滑块横跨于滑轨上，交流伺服电机控制系统的交流伺服电机可以输出类似正弦等运动模态，带动齿轮转动，齿轮反作用于交流伺服电机，电机固定在电机支座上，电机支座与滑块连接在一起，从而带动滑块运动，滑块下端连接入水杆，入水杆下端连接六分力传感器、位移传感器以及系泊缆或立管，从而实现控制系泊缆或立管上端点一维运动，同时滑块中间位置安装刻度指针，刻度指针指向岸壁刻度尺。

所述岸边轨道式支架包括：滑槽轨道，岸壁刻度尺。滑槽轨道提供滑动式系泊缆及立管试验平台滑轮所需滑动轨道，为岸边轨道式支架的主体部分；岸壁刻度尺标注在水池岸壁上，用于指示岸边轨道式支架上滑动式系泊缆及立管试验平台的相对位移。岸壁刻度尺与滑槽轨道平行，位于滑槽轨道在岸壁上的投影位置，通过滑动整个滑动式系泊缆及立管试验平台，从而实现较大的水平跨距，即实现较大幅度慢漂情况下系泊缆及立管动力特性研究。