[发明专利]一种张力腿平台涡激运动水池模型实验装置

说明书

本发明公开了一种张力腿平台涡激运动水池模型实验装置，以精准的改变水池中张力腿平台的迎流角度。包括水平系泊机构、水平旋转机构、水平系泊调节机构和垂直系泊机构。水平系泊调节机构包括空心结构的圆环及与水平系泊单元数量相同的水平系泊调节单元，圆环朝向中心的一侧有贯通整个圆环内侧的开口，在开口位置的圆环内壁上有多个均布的定位槽；与开口位置相对的圆环内壁上沿圆环内壁有轨道。水平系泊调节单元包括定位球和压簧，定位球置于对应待测迎流角度的定位槽中，压簧的一端与定位球固定连接，另一端与轨道滑动连接。水平系泊缆绳的一端穿过开口与定位球连接。该装置在不拆卸传感器和采集设备的前提下完成实验研究，缩短了实验周期。

技术领域

本发明涉及海洋工程技术领域，更具体的说，是涉及一种张力腿平台涡激运动水池模型实验装置。

背景技术

张力腿平台是海洋油气开发工程的重要设备之一，一般由平台上部、平台主体及张力腿筋腱系统组成。在一定来流条件下，张力腿平台的立柱后缘出现周期性的交替旋涡脱落，致使立柱受到垂直于来流方向的升力和平行于来流方向的阻力作用，从而使平台产生涡激运动。涡激运动会导致平台产生大幅度往复位移，显著增加平台结构和系泊系统的负载，是张力腿平台动力响应分析中的热点和难点问题之一。近年来，张力腿平台涡激运动问题的研究，主要采用模型实验和数值模拟结合的方式。水池模型实验可以客观有效地分析平台在浪、流影响下产生的涡激运动响应，是研究海洋结构物涡激运动性能的主要手段之一。

现有的张力腿平台涡激运动水池模型实验，通常是在拖曳水池中进行，采用装配垂直压载系统的模拟方式，替代水下系泊以确保平台的吃水和垂向刚度，并不对张力腿、立管作实物模拟。该方法可以获得平台上部主体的涡激运动响应，却无法模拟张力腿平台在位情况时水下系泊和立管的运动状态。由于张力腿平台发生涡激运动的过程中，张力腿、立管会与平台主体产生复杂耦合作用，导致张力腿平台的涡激运动特性更加复杂。因此，为了改进实验效果，有必要对水下系泊和立管进行模拟，不做截断处理。张力腿平台所处海域通常水深较深，平台模型需要系泊固定在深度足够的实验水池中，在实验之前，通过调整水下系泊的预张力，确保平台的垂向刚度和吃水，通过水池造流模拟流速条件，研究张力腿平台主体和水下系泊的涡激运动特性，反映张力腿平台在位工况下的涡激运动响应。

在该类型的实验研究中，水流的来流角度是一项重要的实验参数。如果改变已经固定好的模型的角度，需要将系泊于深水实验水池中的平台模型吊装起来进行拆卸和调整，还需将水池泄水，平台模型重新下水后再重新进行预张力调试，严重影响实验周期。同时，该类实验中传感器和采集设备安装复杂，频繁的拆卸实验装置，容易对已经安装好的平台结构和传感器产生破坏和影响。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种张力腿平台涡激运动泳池实验装置，可以高效、精准的改变已经系泊于水池中的张力腿平台的迎流角度，在不拆卸传感器和采集设备的前提下完成实验研究。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种张力腿平台涡激运动水池模型实验装置，包括水平系泊机构、水平旋转机构、水平系泊调节机构和垂直系泊机构，所述水平旋转机构包括旋转电机及转盘，所述旋转电机驱动所述转盘水平转动；所述水平系泊机构包括多组水平系泊单元；所述水平系泊调节机构包括空心结构的圆环及与所述水平系泊单元数量相同的水平系泊调节单元，所述圆环朝向中心的一侧设置有贯通整个所述圆环内侧的开口，在所述开口位置的所述圆环内壁上设置有多个均布的定位槽；与所述开口位置相对的所述圆环内壁上沿所述圆环内壁设置有轨道；每个所述水平系泊调节单元包括定位球和压簧，所述定位槽的直径大于所述定位球的直径，所述定位球置于对应待测迎流角度的定位槽中，所述压簧的一端与所述定位球固定连接，所述压簧的另一端与所述轨道滑动连接；所述水平系泊单元中的水平系泊缆绳的一端穿过所述开口与所述定位球连接；所述垂直系泊机构包括多组垂直系泊单元；每组所述垂直系泊单元中的垂直系泊缆绳与所述转盘连接。