[发明专利]一种海上浮式结构运动的模拟系统

说明书

本发明涉及一种海上浮式结构运动的模拟系统，包括：机械结构、连接在机械结构下方的浮式结构模型和驱动控制结构。机械结构包括X轴移动装置、Y轴移动装置、Z轴移动装置、转向机构和五块水平板，五块水平板从上至下分别为悬挂本体、回转架、上架、X向板以及Y向板，悬挂本体和回转架用以支撑Z轴移动装置，悬挂本体与回转架之间通过锁紧环和与锁紧环相配合的第一锁紧装置相连接；转向机构与悬挂本体相连，再经由滚动轴承嵌套在Z轴移动装置套筒的外侧；X轴移动装置通过上架支承板与上架连接，Y轴移动装置通过Y向支承板与X向板连接。本发明能够进行错综复杂的海况下不同的海上浮式结构模型试验，无需在水环境下开展试验。

技术领域

本发明属于深海管线物理模拟技术领域，涉及一种海上浮式结构运动的模拟系统。

背景技术

海洋中的环境比较复杂，在海洋环境中的海上浮式结构以及各种设备均要承受来自风、浪、流和潮汐等各种环境因素以及设备自身载荷的影响。海上浮式结构运动响应复杂，往往具有纵荡、横荡、垂荡、横摇、纵摇、艏摇等六自由度运动，其中纵荡、横荡与垂荡运动幅值大，各自由度的运动周期也具有较大差异。平台的运动性能会对结构稳定和人员工作、设备的正常运行产生较大影响，直接决定了整个油田的生产效率及安全可靠性。而深海管线是深水作业的关键装备，包括海洋立管、海底管道、海上电缆和脐带缆等，起到了在海上浮体与水下生产系统之间、水下生产系统之间进行油气输送和作业控制的重要作用。上部浮式结构运动对于深海管线安装及生产有着重大的作用，因此模拟物理管线安装过程中结构多向运动显得至关重要。

为了达到以上目的，将浮式结构模型固定在机械结构上，通过控制机械结构来直接控制模型运动是最直接有效的手段，这对研究管线模型在真实安装工况下的形态及动力响应具有重要意义。海洋工程领域常采用水池试验进行浮式结构(浮式平台、海上风机、FPSO等)的动力响应分析，但水池试验往往操作困难，成本昂贵，且试验周期较长，并且水池试验通过早造波形成的浮体运动是一种被动控制。对于海上浮式结构运动的主动控制模拟，尚缺乏行之有效的试验方法。

发明内容

本发明提供一种海上浮式结构运动的模拟装置，可以用来对深海管线连接的海上浮式结构的多自由度运动模拟、动态演示以及数值验证,进而根据真实海况监测数据完成缩尺比，使试验更具可靠性。技术方案如下：

一种海上浮式结构运动的模拟系统，包括：机械结构、连接在机械结构下方的浮式结构模型和驱动控制结构，其特征在于：

所述的机械结构包括X轴移动装置、Y轴移动装置、Z轴移动装置、转向机构和五块水平板，五块水平板从上至下分别为悬挂本体、回转架、上架、X向板以及Y向板，悬挂本体和回转架用以支撑Z轴移动装置，悬挂本体与回转架之间通过锁紧环和与锁紧环相配合的第一锁紧装置相连接；

转向机构与悬挂本体相连，再经由滚动轴承嵌套在Z轴移动装置套筒的外侧，在悬挂本体上侧固定连接有第二锁紧装置，第二锁紧机构的底端挨近回转架，以外周小齿轮啮合一螺钉连接固定在套筒外侧的大齿轮，从而实现机械锁紧；

套筒内连轴器将Z轴电机输出力矩传递到滚珠螺杆实现转动，滚珠螺杆的螺帽固定在上架上，随着力矩的传递，上架产生竖直方向的位移从而实现Z轴运动；在上架上固定有至少一根直线光轴，直线光轴通过固定在回转架上的直线轴承实现连接；

上架下方的两侧固定有X轴滑轨，X轴开口直线轴承固定到滑轨上，中间，X向板通过可调开口轴承座固定在X轴开口直线轴承上，可调开口轴承座能够随着X向滚珠丝杆的移动而沿X轴开口直线轴承移动，从而实现X轴运动；Y轴同理，将Y轴滑轨固定在X向板下方的两侧，Y轴开口直线轴承连接固定到滑轨中间，Y向板通过可调开口轴承座固定在Y轴开口直线轴承上，可调开口轴承座能够随着Y向滚珠丝杆的移动而沿直线轴承移动，从而实现Y轴运动；

X轴移动装置通过上架支承板与上架连接，Y轴移动装置通过Y向支承板与X向板连接。