[发明专利]转动惯性阻尼器控制半潜式平台垂向振动的装置及方法

说明书

本发明公开了转动惯性阻尼器控制半潜式平台垂向振动的装置及方法。本发明装置包括半潜式平台系统、锚泊系统、转动惯性阻尼器系统、水槽测试系统；转动惯性阻尼器系统用于控制半潜式平台系统垂向振动；锚泊系统防止半潜式平台系统在测试过程中发生偏移；水槽测试系统用于检验和测试转动惯性阻尼器系统控制半潜式平台系统垂向振动的有效性。本发明巧妙地利用滚珠丝杠将半潜式平台系统的垂向直线运动转化为旋转管的高速转动，从而带动阻尼板的旋转，为半潜式平台系统提供显著的阻尼效果；确定了半潜式平台的垂振固有频率落在波浪频率范围内的规则，确保两者在垂向发生共振，利用更小的物理质量实现了与固定/调谐垂振板相同甚至更好的控制效果。

技术领域

本发明涉及振动控制技术领域，具体涉及转动惯性阻尼器控制半潜式平台垂向振动的装置及方法。

背景技术

在所有能源类型中，海洋能源得到越来越多的关注。为了开发海洋能源，研究人员已经设计和建造了各种形式的浮力平台，如张力腿平台(TLP)、桁型平台和半潜式平台(SSP)等。在这些平台中，半潜式平台集合了许多优点，如更大的甲板面积和有效载荷容量，因此得到最广泛的应用。然而，半潜式平台由于吃水深度较浅和浮筒较大等问题，可能会发生过度位移，尤其是垂直振动，从而降低平台生产效率，危及平台结构完整性，甚至直接影响到相关工作人员的生命安全。因此，极其有必要改善半潜式平台在垂向的过度振动问题。对于控制半潜式平台垂向振动最常用的方法是在平台底部刚性安装固定垂振板(FHP)，目的是增加平台的附加质量和阻尼。一般来说，通过引入固定垂振板，平台的阻力系数会明显提升。固定垂振板又分为实心型和多孔型，实心板在较大的Keulegan-Carpenter(KC)数下产生较高的阻尼，而多孔板在极低的KC数下产生较高的阻尼。除了传统的固定垂振板外，亦有调谐垂振板(THP)来缓解半潜式平台的垂向振动问题，其基于调谐质量阻尼器(TMD)的概念，调谐质量阻尼器是一种众所周知的控制系统，已广泛应用于减少多种振动源引起的结构振动。与固定垂振板中的刚性连接不同，调谐垂振板通过连接系统并联半潜式平台。基于此，半潜式平台的振动能量可以传递到调谐垂振板后被耗散。然而，调谐垂振板一般需要较大的板面尺寸，以实现垂振板和半潜式平台之间较大质量比，从而获得优异的控制性能。这会导致相应的成本增加和安装困难，致使调谐垂振板难以广泛应用。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，将惯性装置引入到波浪/风荷载作用下海洋平台的振动控制中。具体来说，将转动惯性阻尼器系统和半潜式平台组成联动系统，滚珠丝杠将半潜式平台的垂向直线运动转化为旋转管的高速转动，从而带动阻尼板的旋转，通过增大流体阻力给半潜式平台提供显著的阻尼效果；确定半潜式平台的垂振固有频率应落在波浪频率范围内的规则，确保两者在垂向发生共振，利用更小物理质量实现与固定/调谐垂振板相同甚至更好的控制效果；提出转动惯性阻尼器对半潜式平台垂向振动控制水平的非线性力学模型，通过波浪校准、自由振动测试、规则波和不规则波测试的方法进行验证。

本发明采用的技术方案是：

本发明转动惯性阻尼器控制半潜式平台垂向振动的装置，包括半潜式平台系统、锚泊系统、转动惯性阻尼器系统、水槽测试系统。所述半潜式平台系统与所述转动惯性阻尼器系统之间垂向连接，所述转动惯性阻尼器系统位于所述半潜式平台系统正下方；所述转动惯性阻尼器系统用于控制所述半潜式平台系统垂向振动；所述锚泊系统为所述半潜式平台系统与所述转动惯性阻尼器系统的固定提供支持，以防止所述半潜式平台系统在测试过程中发生偏移。所述半潜式平台系统、转动惯性阻尼器系统和锚泊系统置于所述水槽测试系统的内部；所述水槽测试系统用于检验和测试所述转动惯性阻尼器系统控制所述半潜式平台系统垂向振动的有效性。

进一步地，所述半潜式平台系统包括工作甲板、浮力箱、连接立柱；连接立柱的上端连接工作甲板，下端连接浮力箱。工作甲板提供作业空间；浮力箱为半潜式平台系统提供稳定升力。