[发明专利]一种适用于常温水池的冰与海洋结构物耦合运动实验装置

说明书

本发明公开了一种适用于常温水池的冰与海洋结构物耦合运动实验装置，水池底部系泊有海洋平台模型，池中设有模型冰，该装置安装在水池上方，包括用于将装置安装在水池上方的固定支架、用于调整模型冰间相对位置的空间调整机构、用于对模型冰的位置进行纵向调节同时限制其水平位移的升降机构和用于配合升降机构对模型冰进行位置调整的拓伸机构。本发明可以根据实验研究需求，精准控制模拟浮冰区域与系泊浮式平台之间的相对位置，并可以灵活调整浮冰区域中浮冰密集度以及浮冰的空间分布形式，同时利用力学性质等效的模型浮冰，能够用于常温水池，不需进行制冰和调整水池温度，相比于低温冰水池实验可以极大降低实验成本。

技术领域

本发明涉及一种用于浮冰和海洋结构物模拟的水池实验装置，尤其涉及一种能够用于常温水池且能准确控制模拟过程中浮冰位置的冰与海洋结构物耦合运动实验装置。

背景技术

传统海洋油气资源开发主要集中在墨西哥湾、波斯湾、中国南海、西非几内亚湾和巴西深水等地区，海洋平台作为海洋油气资源钻采的核心装备，在这些地区主要承受风、浪、流等载荷，相关的载荷评估方法已经可以基本满足工程装备设计需求。然而，随着人类对油气资源需求量的日益增长，同时传统油气田产量的稳定或逐年下降等因素，促使一些近北极国家相继启动了北极及其周边区域的海洋油气资源开采计划。据评估，北极地区的原油储量大概为2500亿桶，相当于目前世界原油总储量的1/4，北极地区的天然气储量估计为80万亿立方米，占全世界天然气储量的45％。

相比于传统油气资源开采海域，北极地区典型特征为海冰覆盖。特别是，伴随着全球气温周期性整体变暖，北极地区的海冰多以中小尺度的碎冰形态存在，海冰的存在可能对极地油气钻采装备造成巨大安全隐患。据统计，目前北极海上油气资源开发装备主要为固定式人工岛、自升式平台、钻井船、圆筒半潜式钻井平台等。但是，受限于目前的分析手段和设计技术，大多数钻井装备利用无冰窗口期进行钻采作业。为了提高极地装备钻采作业安全性和作业周期，急需开展相关的中小尺度碎冰与海洋平台耦合水动力特性研究。其中，实验研究是重要的一环，但是，现有实验技术和实验设施尚不能满足阵列模型冰与海洋结构物耦合运动实验需求。

现有技术中申请公布号CN105966550A公开了一种组合可移动密封式模型实验冰水池，包括牵引系统、池体和制冷板，该发明将制冷板作为池体的上盖通过合页安装在一侧的侧板上，牵引系统采用牵引机设置在池体一端与滑轮、牵引绳索连接。但是，该装置难以实现波浪场中阵列中小尺度海冰与海洋结构物耦合运动实验，且在实验过程中无法准确控制海冰单元间以及海冰阵列与海洋平台的相对位置，同时冻结冰难以准确满足和极地真实海冰的力学特定等效，如弯曲刚度等，且模拟过程中需要对水池温度进行控制，导致实验模拟难度大且与真实环境差距较大，因此模拟结果不够准确。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种适用于常温水池且模拟过程更接近真实海冰结构的冰与海洋结构物耦合运动实验装置。

技术方案：本发明的安装在水池上方，所述水池底部系泊有海洋平台模型，水池中设有模型冰，其特征在于，所述装置包括用于将装置安装在水池上方的固定支架、用于调整模型冰间相对位置的空间调整机构、用于对模型冰的位置进行纵向调节同时限制其水平位移的升降机构和用于配合升降机构对模型冰进行位置调整的拓伸机构；所述空间调整机构与固定支架连接，所述升降机构与空间调整机构相对滑动连接，所述拓伸机构与升降机构固定连接。

所述固定支架底部安装有可转动式滚轮，滚轮为双轮缘机构，且滚轮宽度与水池侧壁的厚度相匹配。

所述空间调整机构包括横移运动机构和纵移运动机构，所述横移运动机构包括第一横移运动结构和第二横移运动结构。