[发明专利]一种水上软刚臂系泊模型试验系统

说明书

本发明公开了一种水上软钢臂系泊模型试验系统，包括六自由度运动模拟平台、系泊支架、系泊腿、系泊臂、压载舱、单点平台。六自由度运动模拟平台在无水环境下模拟船体的运动姿态，产生耦合运动；系泊支架将六自由度运动模拟平台的船体运动传递给软钢臂系泊系统；系泊腿下端与系泊臂相连接，上端与系泊支架相连接；系泊臂是一刚性A字形构架，其横撑处的压载舱提供回复力，也起到减振效果；单点平台是软钢臂试验模型的固定结构，上部为系泊头。本发明依据真实的单点系泊结构进行缩比与模型简化，实现无水环境下的系泊结构运动模拟。同时实验系统采用模块化设计，可拓展性强，通过更换相关组件，布置相应传感器满足不同的科研需求。

技术领域

本发明属于系泊技术领域，涉及一种水上软刚臂系泊模型试验系统。

背景技术

众所周知，我国的渤海地区蕴含有大量的石油资源，而且大部分都为边际油田，中国海洋石油总公司曾先后投入7艘FPSO(Floating Production Storage and Offloading，浮式生产储油卸油装置)对其进行油气的开采。FPSO兼有生产、储油、卸油的功能。自身一般无动力装置，需借助一定的系泊系统对其进行系泊定位。这些FPSO通过软刚臂单点系泊系统固定于某个特定海域，以便于FPSO在该海域长期的开采和存储，同时系泊系统采用“阻尼器”的定位设计，使得FPSO对单点平台施加的力变化均匀，不会对单点平台产生较大的冲击力。这种结构适用于50米以下的浅水区域，一般由系泊支架、系泊臂、系泊腿和压载舱构成。软刚臂系泊系统介于单点平台和FPSO船体之间，将系泊力传递到单点平台上。

目前很多专家学者对FPSO的软刚臂单点系泊结构进行了广泛而深入的研究，但是由于真实海洋环境的复杂性和不可预测性，以及浅水效应等问题，软刚臂系泊结构在实际应用中还是存在很多设计安全问题，渤海曾经发生多起在外部荷载条件下软刚臂失效的事故。由于其涉及到船体运动、软刚臂多体系统运动的耦合问题，因此常规的数值模拟方法无法模拟现场真实的情况。而也有学者开展了广泛的现场监测的研究，但是由于现场条件复杂，无法获得单一工况的响应数据等，这些问题都制约着相关研究的进展。而室内模型实验方法是较为有效的解决方案之一，所以能在实验室进行软刚臂的模型试验研究是十分重要和必要的。而如何根据真实软刚臂单点系泊系统(下文简称软刚臂)提供一个室内的试验模型并模拟其与现场真实船体运动产生的耦合运动就是十分关键的。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种在实验室无水环境下水上软刚臂系泊系统与FPOS船体运动的耦合模拟，实现对软刚臂系泊结构的试验研究。

本发明采取的技术方案：

一种水上软刚臂系泊模型试验系统，包括六自由度运动模拟平台、系泊支架、系泊腿、系泊臂、压载舱、单点平台；其中，所述六自由度运动模拟平台放置于凸出地面的钢筋混凝土基台上，并与基台通过高强度螺栓连接控制，由电力系统供电，通过液压系统控制其运动；在控制软件中输入平台的运动频率、幅值等参数，通过液压系统控制平台产生横摇、横荡、纵摇、纵荡、艏摇、垂荡以及两种及两种以上的耦合运动。

所述系泊支架下端通过螺栓固定于六自由度运动模拟平台上，上端通过一组万向铰与系泊腿连接；所述系泊支架将六自由度运动模拟平台的船体运动传递给软刚臂系泊系统。

所述系泊腿为钢制管件，其上端由轴向推力关节轴承与两组滑动轴承组成的万向铰与系泊支架相连接，其下端通过两组滑动轴承与系泊臂相连接；所述系泊腿上端的万向铰的本体是铸钢，轴是锻钢，并配以自润滑青铜套。轴和轴套相摩擦的部分均镀以不锈钢。所述系泊腿上端内部的轴向推力关节轴承可使系泊腿自由地绕其轴线转动。

所述系泊臂为一个刚性A字形构架，其前端通过两个滑动轴承与系泊平台的转动轴承(滑环)连接，其后端分别与两个系泊腿相连接；所述压载舱布置在所述系泊臂A字架的横撑处；