[发明专利]一种天车主被动联合升沉补偿试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种天车主被动联合升沉补偿试验装置，属于海洋钻井领域。

背景技术

近年来，随着中国经济的快速发展，特别是石油化工行业和汽车行业的发展，石油、天然气的供应日益不足。再加上陆上石油资源逐渐枯竭，对海洋石油开采，特别是深海石油的开采，已成为必然趋势。

深海石油钻井开发过程中，海上钻井船或浮式钻井平台在外界风浪、海流作用下，将产生升沉、纵荡、横荡、平摇、横摇、艏摇六个自由度的运动。其中升沉会使得钻柱随浮式钻井平台进行升沉运动，导致钻头与井底之间的钻压发生变化，降低效率，增加成本，影响钻井作业的顺利进行。在恶劣的海况下，钻头甚至会提离井底，引发钻井事故。因此需要配备升沉补偿装置，以减少升沉运动对钻井作业的影响。

目前，浮式海洋钻井平台升沉补偿装置主要分为死绳升沉补偿装置、快绳升沉补偿装置、游动滑车型升沉补偿装置和天车升沉补偿装置。其中，死/快绳升沉补偿装置对钢丝绳的磨损太大，补偿系统反应速度慢、补偿精度不高；游车型升沉补偿装置占用甲板面积大，液缸密封多，液体管路长，摩擦损失大；天车升沉补偿装置虽然也有设备重心高、维修保养不方便等缺点，但是其占用甲板面积小，管线短，密封少，补偿装置的钢丝绳与滑轮间没有相对运动，钢丝绳的寿命不受影响，是目前应用最广泛、技术可靠度较高的一种升沉补偿装置。

按照动力供应方式，液压式升沉补偿系统又可分为主动式、被动式和半主动式(主被动联合补偿)。主动式升沉补偿系统的补偿精度高，有良好的补偿效果和适应性，但是需要消耗大量的能量；被动式升沉补偿系统几乎不消耗动力，不需要提供能量，但是补偿精度低，存在较大滞后；半主动式升沉补偿系统结合了前两者的优点，但是需要增加中间能量转换设备，系统结构较为复杂。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种天车主被动联合升沉补偿试验装置，以满足对海洋浮式钻井相关研究的需要。

为满足上述目的，本发明所采用的技术方案是：

本发明一种天车主被动联合升沉补偿试验装置，包括升沉补偿试验平台、运动支撑平台、运动模拟底座三部分组成。

所述升沉补偿试验平台包括自下而上固连的天车架平台、框架、支撑架和连接架，连接架和天车架平台之间，并排设置有2对导轨；导轨的上端通过螺栓与连接架固连在一起，导轨的下端通过螺栓与天车架平台固连在一起，浮动天车可通过天车体两侧的导向轮沿着导轨上下滑动；天车体上部固连有滑轮固定架，天车滑轮组设置在滑轮固定架内，天车滑轮组与游车滑轮组通过钢丝绳连接在一起；被动补偿缸位于天车架平台中心轴上，两个主动补偿缸对称分布于被动补偿缸两侧，补偿缸的缸体分别通过主动补偿缸连接板和被动补偿缸连接板固定在天车架平台上；活塞杆通过耳环分别与天车体下方的主动补偿缸连接座和被动补偿缸连接座通过销轴连接在一起。

所述运动支撑平台由运动支撑台架和支撑平台底座固接组成，运动支撑台架与天车架平台固连；支撑平台底座一侧设置有死绳固定端，另一侧设置有钢丝绳绞车，支撑平台底座四个角上开有4个孔，用于连接导向柱；支撑平台底座上设置有波浪缸连接座，波浪模拟缸的活塞杆通过螺栓与波浪缸连接座固连在一起；支撑平台底座中间为开口设计，用于通过加载缸的活塞杆，加载缸的活塞杆与固连在游车滑轮组的滑轮固定架下部的加载缸连接座通过销轴固接在一起。

所述运动模拟底座包括固连在一起的运动底座上架和运动底座下架，运动底座下架中间设置有油缸固定架；油缸固定架上固连有3对油缸销座，2个波浪模拟缸与1个加载缸通过螺栓与油缸销座固连在一起；波浪模拟缸对称分布在加载缸两侧，运动底座下架对应于支撑平台底座上四个角的开孔处，设置有4个导向柱。

天车体两侧还设置有连杆固定架，连杆的一端通过销轴与连杆固定架连接在一起，连杆可绕销轴转动；连杆的另一端通过销轴与摇杆的一端和摇臂导向轮连接在一起，连杆、摇杆、摇臂导向轮均可绕销轴转动；摇杆上设置有张紧轮，张紧轮的凹槽中心线与固定座导向轮以及摇臂导向轮的凹槽中心线位于同一直线上；摇杆的另一端通过销轴与固定座导向轮和滑轮固定座连接在一起，摇杆和固定座导向轮可绕销轴转动；两个固定座导向轮并不位于同一水平面上，其凹槽中心平面分别于天车滑轮组两端的滑轮凹槽的中心平面位于同一水平面。

钢丝绳一端固定在死绳固定端上，依次经死绳固定端侧的固定座导向轮、张紧轮、摇臂导向轮绕到天车滑轮组上，然后通过顺穿法将天车滑轮组与游车滑轮组连接起来，再从天车滑轮组上绕出，再依次经摇臂导向轮、张紧轮、固定座导向轮绕到钢丝绳绞车上。