[发明专利]一种测量钻井平台三桩腿波流载荷的实验装置

说明书

一种测量钻井平台三桩腿波流载荷的实验装置，包括水池、位于所述水池内的三桩腿缩尺模型，位于所述水池上方的工装架、测力杆、六维力传感器、三轴振动加速度传感器、波高传感器，以及数据处理单元。本发明的实验装置以自升式海洋平台三桩腿的缩尺模型作为实验对象，真实的模拟了实际海洋平台的三桩腿结构，克服了以圆柱杆件代替桁架式桩腿作为实验模型时实验结果应用价值不大的弊端；本发明实验装置还同时设置了三根测力杆和六维力传感器，实现了在一次实验过程中可以同时获取三桩腿模型中各个桩腿的受力和模型整体受力，在提高了实验效率的同时还很好的保证了各个数据采集的同步性，为自升式平台三桩腿之间群桩效应的分析提供了数据支持。

技术领域

本发明属于海洋工程技术领域。更具体地，涉及一种测量钻井平台三桩腿波流载荷的实验装置。

背景技术

近些年来，随着国家对海洋能源开发的重视，自升式平台凭借其定位能力强、环境适应性强等优点应用也越来越广泛。但是，由于海洋环境的复杂性，将会受到风、海浪、海流及浮冰等载荷的作用，其中海浪载荷和海流载荷是最常见的环境载荷，对平台的造价、稳定性及寿命起着非常重要的作用。因此，准确的波流载荷计算对于平台的设计制造、强度评估及结构优化尤为重要。

常规的波流载荷实验，主要的实验方法有两种：其一是以单根桩腿的几个节距作为实验对象，但是该方法无法真实地模拟海洋平台的三桩腿结构，忽略了海洋平台桩腿之间的群桩效应(群桩效应：桩腿之间的相互影响。)；其二是以圆柱杆件代替桩腿来分析桩腿之间的群桩效应，忽略了桩腿的桁架式结构，其实验结果应用价值不大。因此，本发明提出了一种以自升式海洋平台三桩腿的缩尺模型作为实验对象进行群桩效应分析的实验装置及方法，可以同时采集各个桩腿受力和平台整体受力，为桁架式桩腿结构水动力系数的推导和桩腿之间群桩效应的分析提供了技术支持，具有重要的理论意义和研究价值。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种测量钻井平台三桩腿波流载荷的实验装置，该实验装置实现了同步采集三根桩腿各自的受力和整体受力，真实的模拟了实际海洋平台的三桩腿结构，避免了以圆柱杆件代替桁架式结构而造成的误差，保证了数据采集的同步性，为桁架式桩腿结构水动力系数的推导和群桩效应的分析提供了数据支持。

一种测量钻井平台三桩腿波流载荷的实验装置，包括水池、位于所述水池内的三桩腿缩尺模型，位于所述水池上方的工装架、测力杆、六维力传感器、三轴振动加速度传感器、波高传感器，以及数据处理单元；

所述三桩腿缩尺模型的下端延伸至水池的水面下；并在外部作用力下在水池内摆动；

所述测力杆竖直固定在三桩腿缩尺模型的上端，用于测量三桩腿缩尺模型受到波流载荷后产生弯矩；所述测力杆的外表面上设有电阻应变片组，用于测量单桩腿所受到的测力杆应变信号并其传送至所述数据处理单元；所述测力杆的上端设有连接板；

所述六维力传感器的下端固定在所述连接板的中心位置，上端与所述工装架连接，用于测量三桩腿缩尺模型所受到的环境载荷信号并将其传送至所述数据处理单元；

所述三轴振动加速度传感器固定在所述连接板上，用于测量三桩腿缩尺模型的振动加速度时域响应信号并将其传送至所述数据处理单元；

所述波高传感器设置在水池中，且下端竖直延伸至水面下，不与水池底面相接触，用于测量水池中波流的适时波高信号并将其传输至所述数据处理单元。

优选地，所述水池用于模拟产生海浪、海流等海洋环境载荷。

优选地，所述数据处理单元包括数据采集设备和数据显示设备；所述数据采集设备将采集到的测力杆应变信号、环境载荷信号、振动加速度时域响应信号以及适时波高信号转换成与与所述数据显示设备相兼容的格式，并传输给所述数据显示设备进行处理，然后通过所述数据设备进行显示。

优选地，所述三桩腿缩尺模型包括三根单桩腿，所述三根单桩腿依次连接形成柱体结构的横截面为三角形。