[发明专利]一种抑制浮式平台整体运动的蛇形调谐液柱阻尼器

说明书

技术领域

本发明涉及一种抑制浮式平台整体运动的蛇形调谐液柱阻尼器。

背景技术

高层建筑、海洋平台等高耸式建筑结构在外载荷的作用下会产生较明显的整体运动。通过加强结构强度、增大结构尺度来抑制整体运动势必会大幅增加成本，因此添加减振设备无疑是更好的抑制此类建筑运动的方式。其中被动控制减振装置在大型工程结构振动抑制上的应用比较多，它往往通过耗能和吸能的方式达到减振目的。为了减少风载荷产生的振动，基于被动控制的减振装置已经在高层建筑中得到了较多应用；而在作业环境更加复杂的海洋浮式平台上，目前来看运动抑制装置还鲜有应用。海洋浮式平台处于离岸较远的深水区域，作业环境复杂。其整体运动，特别是水平运动振幅较大，这对于提高钻采作业效率、平台安全性和疲劳寿命都会带来不利影响。由于浮式平台基本特性和有关参数与陆上高层建筑差别较大，因此无法采用现有的用于陆上结构的减振装置。为此，迫切需要一种适用于海洋浮式平台整体运动抑制的减振装置。

考虑到浮式平台可以承受的有效载荷极其有限而且平台上的空间也非常局促，减振装置只有和平台上现有的设备紧密结合在一起才能得在实际工况中发挥作用。调谐液柱阻尼器(下面简称TLCD)是一种可以有效抑制大型结构整体运动的被动式减振设备。TLCD的主体是一个U型水槽，能够对结构水平方向的整体运动起到良好的抑制作用。因此，浮式平台上现有的装置如储油设备、储淡水设备，甚至浮式水箱理论上都可以制造成调谐液柱阻尼器的形式进而起到抑制平台运动的效果。此外，TLCD还具有制作成本低廉，安装和维护非常方便等优点。

调谐液柱阻尼器的工作原理为：当主结构振动时，主结构的部分能量会传递给液柱，引起液柱的晃荡运动从而改善主结构的动力状态。液柱晃荡得越剧烈就能从主结构上吸收到越多的能量，减振效果就会更好。TLCD水平段的中间可以安置一个或多个节流孔板。当水槽中的液体发生晃荡运动时，节流孔板改变了TLCD水平段中流过液体的流量继而产生阻尼。TLCD中的阻尼不仅会在液柱运动时对主结构产生一定的吸能效果而且对TLCD的减振频段范围有较大的影响。TLCD的自振周期可以利用液柱总长度和重力加速度求得当主结构的自振周期或主结构所受外激励的周期与TLCD中液柱的自振周期相近时，TLCD中液柱的自振将会被激发，振动幅值明显增大，液柱的大幅运动会对主结构产生良好的减振效果。

然而，将现有的TLCD应用于张力腿平台、半潜式平台、SPAR、FPSO以及其他海洋浮式结构存在着很大的困难。陆上高层建筑的有关自振周期通常较小，然而海洋浮式平台根据种类的不同，其纵荡、横荡、垂荡、首摇、横摇、纵摇等运动自由度的固有周期范围在几秒到百秒之间变化，几十秒的情况最常见。恶劣海况下的波浪力所对应的周期也在二十秒以上。这就导致常规调谐液柱阻尼器只有在自振周期很长的状态下即液柱总长度和水平段液柱都很长时才能起到良好的减振效果。例如对一个边长85米的浮式平台进行水平方向的运动抑制时，我们若在平台上安装一个自振周期为20秒的TLCD，其总长度将达到200米，水平段长度为120到150米，这种超出平台长度的减振装置是无法安装在浮式平台上进行正常使用的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种抑制浮式平台整体运动的蛇形调谐液柱阻尼器，用于抑制海洋浮式平台的整体运动。

本发明的抑制浮式平台整体运动的蛇形调谐液柱阻尼器，由两个L型垂直管段、两个以上的U型水平管段、直线型水平管段和节流孔板通过接头连接而成,各个管段首尾依次串联连接，所述节流孔板设置在各管段连接处，L型垂直管段设置在阻尼器两端，U型水平管段用于改变阻尼器内液体运动方向，从而在保证阻尼器总长度一定的条件下极大减少了水平占地长度，直线型水平管段用于连接各个U型水平管段和L型垂直管段，从而进一步微调阻尼器的水平占地长度；所述阻尼器的水平占地长度小于阻尼器水平段总长度。

优选地，所述直线型水平管段和节流孔板的数量为零个以上。

优选地，所述抑制浮式平台整体运动的蛇形调谐液柱阻尼器中倒入的液体为水、油或油水混合液等。

优选地，所述蛇形调谐液柱阻尼器的管段总长度大于管段中液柱的总长度，蛇形调谐液柱阻尼器的管段总长度与液柱总长度之差最好超过任一垂直段长度的80％。

优选地，所述各型管段的转弯处为直角式弯头或弯曲式弯头。

优选地，所述L型垂直管段、U型水平管段、直线型水平管段和节流孔板横截面开孔的形状为矩形、方形或圆形。

优选地，所述U型水平管段包括对称式U型水平管段和非对称式U型水平管段。