一种模拟海上作业工况的海洋工程试验平台装置的制作方法

本发明涉及海洋工程技术领域，具体讲的是一种模拟海上作业工况的海洋工程试验平台装置。

背景技术：

海上作业平台主要是由平台主体、桩腿、工作系统和升降系统等部分构成，海上作业平台的工作流程一般包括：海上拖航移位、海上作业平台就位、桩腿伸入海底寻找支撑、平台主体升起离开海面、钻井施工。

在桩腿伸入海底寻找支撑时，海上作业平台未脱离海面，此时受到海浪的影响，桩腿伸入海底竖立地基时有可能受到地基松动或坍陷的影响，并且桩腿伸入海底寻找支撑、平台主体升起离开海面这两个过程较慢，由于上述因素，海上作业平台在这两个过程中比较容易出现问题。

另外，海上作业平台的安全受天气、波浪和地质沉陷等多种因素的影响，海上安全工作及其复杂，并且海上作业平台的工作地点是位于海上，远离陆地，当发生灾难时，外部很难提供实时的救援工作。

因此提高操作人员在桩腿伸入海底寻找支撑到平台主体升起离开海面过程中的操作能力可以起到预防事故发生的积极作用，并且提高操作人员在发生灾难时的应急能力能对减少灾难造成的损失起到实质性作用。但是目前还没有一座用于海洋平台操控系统培训的模拟升降平台，现有技术中操控人员都是利用现场海洋平台进行熟悉操作，不利于操控人员熟练掌握平台升降控制规律，存在极大安全隐患。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种模拟海上作业工况的海洋工程试验平台装置，该模拟海上作业工况的海洋工程试验平台装置在陆地上就可以模拟海底地质特性对平台的影响。基于试验平台可以模拟海底地质特性这个基础上，在试验平台装置上配备现有技术中用到海上作业平台的控制系统和作业系统，从而可以训练操控人员在模拟地质特性的情况下的应对能力，提升操控人员掌握海上作业平台的升降操控技术和海上作业技术。

为解决上述技术问题，本发明的模拟海上作业工况的海洋工程试验平台装置，包括平台主体、升降装置和多根用于支撑平台主体的桩腿，所述平台主体通过升降装置与桩腿可升降式连接，其特征在于，所述模拟海上作业工况的海洋工程试验平台装置还包括用于驱动桩腿沿竖直方向运动的动力装置，动力装置设在与桩腿对应位置的地基上，至少一根所述桩腿竖立在所述动力装置上。

所述动力装置为液压油缸，桩腿对应位置处的地基中固定有沿竖直方向设置的导套，桩腿的底部固定连接有滑块，滑块滑动连接在导套内，液压油缸的缸体端与地基铰接或固定连接，液压油缸的驱动端与滑块铰接或固定连接。

当然，动力装置还可以是：所述动力装置为液压油缸，在桩腿对应位置处的地基中固定有沿竖直方向设置的钢管，液压油缸沿竖直方向固定在钢管底部的地基上，液压油缸的驱动端与桩腿连接。

所述升降装置包括固定在桩腿侧壁上的齿条、转动连接在平台主体上的齿轮以及驱动齿轮转动的齿轮驱动系统，所述齿轮与齿条啮合连接。所述齿轮驱动系统包括双向液压马达、液压控制系统和液压油室，所述双向液压马达的驱动端与所述齿轮驱动连接，所述双向液压马达通过液压控制系统与液压油室连接。所述液压控制系统包括依次连接的安全阀、换向阀和缓冲阀，安全阀与液压油室连接，缓冲阀与双向液压马达连接。

当然，齿轮驱动系统还可以是：齿轮驱动系统包括伺服电机，伺服电机的动力端与齿轮驱动连接。

采用上述结构后，由于具有用于驱动桩腿沿竖直方向运动的动力装置，至少一根所述桩腿竖立在动力装置上。这样，该模拟海上作业工况的海洋工程试验平台装置可以模拟海底地质特性对平台的影响，基于试验平台可以模拟海底地质特性这个基础上，在试验平台装置上配备现有技术中用到海上作业平台的控制系统和作业系统，从而可以训练操控人员在模拟海底地质特性的情况下的应对能力，提升操控人员掌握海上作业平台的升降操控技术和海上作业技术，为海洋开发提供安全保障，具有重大意义。

作为改进，多根所述桩腿底部均连接有用于驱动桩腿运动的动力装置，所述动力装置的位置位于不同的水平面上。这样，操作人员可以选择其中一根桩腿模拟地质环境对平台的影响，也可以选择多根桩腿交叉设置，共同模拟地质特性对平台的影响，并且动力装置的位置位于不同的水平面上，可使模拟的工况更接近实际地貌，因为实际地貌也会是不平的。

作为进一步改进，所述模拟海上作业工况的海洋工程试验平台装置还包括波浪阻尼模拟装置，所述波浪阻尼模拟装置固定在所述平台主体的竖直方向投影区域内的地基上，当平台主体降低至平台主体的底部与所述波浪阻尼模拟装置接触时，所述波浪阻尼模拟装置驱动平台主体晃动。所述波浪阻尼模拟装置包括多个油缸和驱动多个油缸模拟波浪运动的波浪阻尼信号发生器，地基上设有凸台，油缸固定在凸台上并且其驱动端向上。这样，海洋工程试验平台装置可以模拟地质特性对平台影响的同时，海洋工程试验平台装置还可以模拟海浪对平台影响。也可以单独选择其中之一进行模拟，进一步增加模拟的工况，提高操控人员在不同工况下掌握海上作业平台升降操控技术，从而提高操控人员的应变能力。

作为进一步改进，所述桩腿上均设有水平移动机构，所述水平移动机构包括第一移动机构和第二移动机构，所述桩腿由底到顶依次包括第一桩腿段、第二桩腿段和第三桩腿段，所述第一移动机构包括固定设在第一桩腿段上端的第一滑轨、固定设在第二桩腿段下端的第一滑块以及驱动端与第二桩腿段中部连接的第一驱动油缸，所述第二移动机构包括固定设在第二桩腿段上端的第二滑轨、固定设在第三桩腿段下端的第二滑块以及驱动端与第三桩腿段中部连接的第二驱动油缸，第一移动机构均沿水平面内的第一移动方向移动，第二移动机构均沿水平面内与所述第一移动机构移动方向垂直的第二移动方向移动，地基上设有安装台，第一驱动油缸和第二驱动油缸均铰接在安装台上，所述安装台的高度小于所述凸台的高度，所述第三桩腿段底端与地基的距离小于凸台的高度。这样，模拟海上作业工况的海洋工程试验平台装置可以模拟当平台主体升起离开海面后海浪对桩腿的影响或者模拟桩腿在伸入海底但未站稳且海上作业平台还漂浮在海面上时的这一特殊状态下的海面环境对海上作业平台的影响，这一改进结合前面所述的，使得模拟海上作业工况的海洋工程试验平台装置全面模拟海上作业工况，从而使操作人员在全面模拟的情况下，进一步提升应变能力，提升操控人员掌握海上作业平台升降操控技术。

附图说明

图1是本发明模拟海上作业工况的海洋工程试验平台装置的结构示意图。

图2是本发明模拟海上作业工况的海洋工程试验平台装置的俯视图。

图3是图1中A处的放大示意图。

图4是本发明模拟海上作业工况的海洋工程试验平台装置其中一个实施例中的动力装置的结构示意图。

图5是本发明模拟海上作业工况的海洋工程试验平台装置另外一个实施例中的动力装置的结构示意图。

图6是本发明模拟海上作业工况的海洋工程试验平台装置中的液压控制系统的原理图。

图7是本发明模拟海上作业工况的海洋工程试验平台装置中的动力装置的原理图。

图8是本发明模拟海上作业工况的海洋工程试验平台装置中的波浪阻尼模拟装置的原理图。

图9是本发明模拟海上作业工况的海洋工程试验平台装置当桩腿具有水平移动机构时的结构示意图。

图10是本发明模拟海上作业工况的海洋工程试验平台装置当桩腿具有水平移动机构时桩腿底部位置处的结构示意图。

图11是本发明模拟海上作业工况的海洋工程试验平台装置当桩腿具有水平移动机构时安装台处的俯视图。

其中：

1、平台主体；2、桩腿；3、液压油缸；4、地基；5、钢管；6、导套；7、滑块；8、油缸；9、波浪阻尼信号发生器；10、齿条；11、齿轮；12、双向液压马达；13、液压油室；14、安全阀；15、换向阀；16、缓冲阀；17、凸台；18、第一桩腿段；19、第二桩腿段；20、第三桩腿段；21、第一滑轨；23、第一驱动油缸；22、第一滑块；24、第二滑轨；25、第二滑块；26、第二驱动油缸；27、安装台；28、操控室；29、调速阀；30、滚轮；31、支架；32、异形凸轮；33、储能器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对发明作进一步详细地说明。

下文将使用本领域技术人员向本领域的其它技术人员传达他们工作的实质所通常使用的术语来描述本公开的发明概念。然而，这些发明概念可体现为许多不同的形式，因而不应视为限于本文中所述的实施例。提供这些实施例是为了使本公开内容更详尽和完整，并且向本领域的技术人员完整传达其包括的范围。也应注意这些实施例不相互排斥。来自一个实施例的组件、步骤或元素可假设成在另一实施例中可存在或使用。在不脱离本公开的实施例的范围的情况下，可以用多种多样的备选和/或等同实现方式替代所示出和描述的特定实施例。本申请旨在覆盖本文论述的实施例的任何修改或变型。对于本领域的技术人员而言明显可以仅使用所描述的方面中的一些方面来实践备选实施例。本文出于说明的目的，在实施例中描述了特定的数字、材料和配置，然而，领域的技术人员在没有这些特定细节的情况下，也可以实践备选的实施例。在其它情况下，可能省略或简化了众所周知的特征，以便不使说明性的实施例难于理解。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设有”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见附图1至附图11所示，一种模拟海上作业工况的海洋工程试验平台装置，包括平台主体1和多根用于支撑平台主体1的桩腿2，所述平台主体1通过升降装置与桩腿2可升降式连接，所述模拟海上作业工况的海洋工程试验平台装置还包括用于驱动桩腿2沿竖直方向运动的动力装置，动力装置设在与桩腿2对应位置的地基4上，至少一根所述桩腿2竖立在动力装置上。具体的，桩腿2的数量可以是3根、4根、5根等。本实施例中，桩腿2的数量是4根。地基4为钢筋混凝土浇筑的地基。平台主体1中部建有操控室28，操控室内安装有总控制系统，总控制系统可以操控平台主体1相对各个桩腿的升降，总控制系统可以采用现有技术中海洋钻井平台的总控制系统，这样可以使模拟更接近现实。

升降装置包括固定在桩腿2侧壁上的齿条10、转动连接在平台主体1上的齿轮11以及驱动齿轮11转动的齿轮驱动系统，所述齿轮11与齿条10啮合连接。每根桩腿2的侧壁上设有两根齿条10，每根齿条10对应设置2个齿轮11与之啮合。

所述齿轮驱动系统包括双向液压马达12、液压控制系统和液压油室13，所述双向液压马达12的驱动端与所述齿轮11驱动连接，所述双向液压马达12通过液压控制系统与液压油室13连接。

附图6示出了上述液压控制系统的液压原理图，所述液压控制系统包括依次连接的安全阀14、换向阀15和缓冲阀16，安全阀14与液压油室13连接，缓冲阀16与双向液压马达12连接。

当然，所述齿轮驱动系统还可以是如下结构：所述齿轮驱动系统包括伺服电机，伺服电机的动力端与齿轮11驱动连接。

作为优选的方案，每个桩腿2底部均连接有用于驱动桩腿2运动的动力装置，所述动力装置的位置位于不同的水平面上。这样，操作人员可以选择其中一根桩腿模拟地质环境对平台的影响，也可以选择多根桩腿交叉设置，共同模拟地质特性对平台的影响，并且动力装置的位置位于不同的水平面上，可使模拟的工况更接近实际地貌，因为实际地貌也会是不平的。

参见附图3，所述动力装置为液压油缸3，桩腿2对应位置处的地基4中固定有沿竖直方向设置的导套6，桩腿2的底部固定连接有滑块7，滑块7滑动连接在导套6内，液压油缸3的缸体端与地基4铰接或固定连接，液压油缸3的驱动端与滑块7铰接或固定连接。导套6为钢铁材料制成，在起到导向作用的同时还起到提高地基的结构强度的作用，其中，液压油缸3与地基4滑动连接，液压油缸3的驱动端与滑块7铰接这种连接方式，可以避免受力过大而对油缸造成的损坏，这是因为液压油缸3并没有固定死，可以相对转动，受力过大时可以通过转动一定角度进行协调。

参见附图4，动力装置还可以是：所述动力装置为液压油缸3，在桩腿2对应位置处的地基4中固定有沿竖直方向设置的钢管5，钢管5的顶端凸出地基4表面，液压油缸3沿竖直方向固定在钢管5底部的地基4上，液压油缸3的驱动端与桩腿2连接。钢管5一方面提高了地基的结构强度，另一方面，钢管5对桩腿起到一定的保护作用。这种方式可以保证液压油缸3稳定的输出轴向力，从而模拟地质作用对桩腿2的影响。

附图7示出了上述动力装置的液压原理图，液压油缸3通过管路依次与调速阀29、换向阀15、安全阀14、液压油室13连接，液压油缸3与调速阀19之间还连接有储能器33，这样可以进一步保证液压油缸工作的稳定性。

参见附图5，动力装置还可以是如下结构：在与连接有动力装置的桩腿2对应位置处的地基4上固定有沿竖直方向设置的导套6，连接有动力装置的桩腿2的底部固定连接有滑块7，滑块7滑动连接在导套6内，滑块底端转动连接有滚轮30，导套6底部的地基4上固定设有支架31，支架上转动连接有异形凸轮32，异形凸轮32外表面与滚轮30滚动连接，异形凸轮32与驱动其转动的电机连接。异形凸轮32的外周面为不规则曲面，这样，异形凸轮32转动，滚轮30随之转动，在重力的作用下，滚轮30一直与异形凸轮32表面接触，从而使桩腿2沿上下方向运动，模拟地质条件对桩腿2的影响。

所述模拟海上作业工况的海洋工程试验平台装置还包括波浪阻尼模拟装置，所述波浪阻尼模拟装置固定在所述平台主体1的竖直方向投影区域内的地基上，当平台主体1降低至平台主体1的底部与所述波浪阻尼模拟装置接触时，所述波浪阻尼模拟装置驱动平台主体1晃动。所述波浪阻尼模拟装置包括多个油缸8和驱动多个油缸8模拟波浪运动的波浪阻尼信号发生器9，地基4上设有凸台17，油缸8固定在凸台17上并且其驱动端向上。具体的，油缸8的数量为4个每个油缸8对应一个凸台17，凸台17设在平台主体1下的四个角落位置处；油缸8和波浪阻尼信号发生器9连接，波浪阻尼信号发生器9与总控制系统。

附图8示出了上述波浪阻尼模拟装置的液压原理图，油缸8通过管路依次与调速阀29、换向阀15、波浪阻尼信号发生器9、安全阀14、液压油室13连接，油缸8与单向平衡阀之间还连接有储能器33，这样可以进一步保证油缸8工作的稳定性。

如图9-11所示，作为改进的方案，在一个实施例中，所述桩腿2上均设有水平移动机构，所述水平移动机构包括第一移动机构和第二移动机构，所述桩腿2由底到顶依次包括第一桩腿段18、第二桩腿段19和第三桩腿段20，所述第一移动机构包括固定设在第一桩腿段18上端的第一滑轨21、固定设在第二桩腿段19下端的第一滑块22以及驱动端与第二桩腿段19中部连接的第一驱动油缸23，所述第二移动机构包括固定设在第二桩腿段19上端的第二滑轨24、固定设在第三桩腿段20下端的第二滑块25以及驱动端与第三桩腿段20中部连接的第二驱动油缸26，第一移动机构均沿水平面内的第一移动方向移动，第二移动机构均沿水平面内与所述第一移动机构移动方向垂直的第二移动方向移动，地基4上设有安装台27，第一驱动油缸23和第二驱动油缸26均铰接在安装台27上，所述安装台27的高度h小于所述凸台17的高度H，安装台27不会阻碍平台主体1降低到与波浪阻尼模拟装置接触，所述第三桩腿段20底端与地基4的距离小于凸台17的高度H。这样，可以保证平台主体1降低到与波浪阻尼模拟装置接触。

以上结构的海洋工程试验平台装置的工作原理如下：操作人员进入操控室内，当需要模拟地质因素对海上平台的影响时，启动动力装置，动力装置使桩腿2上下运动，从而模拟地质因素对海上平台的影响，动力装置可以单个动作，也可以全部一起动作，也可以按预先设计的程序动作；当需要模拟海浪对海上平台的影响时，启动波浪阻尼模拟装置，波浪阻尼模拟装置驱动平台主体1动作，从而模拟海浪对海上平台的影响；当需要模拟平台主体升起离开海面后海浪对桩腿2的影响时，启动水平移动机构，水平移动机构驱动桩腿2动作，从而进行模拟；当需要进行综合模拟时，上述机构可以同时动作进行模拟；操作人员根据模拟工况从而学习和提高操作海上平台的技能。

在本公开的一些额外的示范实施例中，公开了如下的示例。

在第一示例中，公开了一种模拟海上作业工况的平台装置，包括平台主体，升降装置和多根用于支撑平台主体的桩腿；其中平台主体通过所述升降装置与所述桩腿沿竖直方向可升降式连接；所述装置还包括一个或多个动力装置，每个所述动力装置设在桩腿与其所对应的地基之间以用于驱动所述桩腿。

在第二示例中，根据以上任何一个示例的平台装置中的动力装置为液压油缸，其中在所述地基中固定有沿竖直方向设置的导套，所述桩腿底部固定连接有滑块，所述滑块滑动连接在导套内，所述液压油缸的缸体端与地基铰接或固定连接，驱动端与滑块铰接或固定连接。

在第三示例中，根据以上任何一个示例的平台装置中的所述动力装置为液压油缸，其中在地基中固定有沿竖直方向设置的钢管，液压油缸沿竖直方向固定在钢管底部的地基上，液压油缸的驱动端与桩腿连接。

在第四示例中，根据以上任何一个示例的平台装置中每个动力装置的位置位于不同的水平面上。

在第五示例中，根据以上任何一个示例的平台装置还包括一个或多个波浪阻尼模拟装置，所述波浪阻尼模拟装置固定在所述平台主体的竖直方向投影区域内的地面上，当平台主体降低至平台主体的底部与所述波浪阻尼模拟装置接触时，所述波浪阻尼模拟装置驱动平台主体晃动。

在第六示例中，根据以上任何一个示例的平台装置中的波浪阻尼模拟装置每个包括油缸、设置在地面上的凸台和驱动油缸模拟波浪运动的波浪阻尼信号发生器，所述油缸缸体端固定在凸台上。

在第七示例中，根据以上任何一个示例的平台装置中的每个桩腿上设有水平移动机构，所述水平移动机构包括第一移动机构和第二移动机构，所述桩腿由底到顶依次包括第一桩腿段、第二桩腿段和第三桩腿段。

在第八示例中，根据以上任何一个示例的平台装置中的每个桩腿上的第一移动机构包括固定设在第一桩腿段上端的第一滑轨、固定设在第二桩腿段下端的第一滑块以及与第二桩腿段中部连接的第一驱动油缸，所述第二移动机构包括固定设在第二桩腿段上端的第二滑轨、固定设在第三桩腿段下端的第二滑块以及与第三桩腿段中部连接的第二驱动油缸。

在第九示例中，根据以上任何一个示例的第一移动机构沿水平面内的第一移动方向移动，所述第二移动机构沿水平面内与所述第一移动方向垂直的第二移动方向移动。

在第十示例中，根据以上任何一个示例的第一移动机构和第二移动机构相互垂直而布置。

在第十一示例中，根据以上任何一个示例的第一驱动油缸和第二驱动油缸铰接在地基上所设的安装台上，其中所述安装台的高度小于所述凸台的高度，

在第十二示例中，所述第三桩腿段底端与地基的距离小于所述凸台的高度。

在第十三示例中，根据以上任何一个示例的平台装置中的所述升降装置包括固定在桩腿侧壁上的齿条、转动连接在平台主体上的齿轮以及驱动齿轮转动的齿轮驱动系统，所述齿轮与齿条啮合连接。

在第十四示例中，根据以上任何一个示例的平台装置中的所述齿轮驱动系统包括双向液压马达、液压控制系统和液压油室，所述双向液压马达与所述齿轮驱动连接，所述双向液压马达通过液压控制系统与液压油室连接。

在第十五示例中，根据以上任何一个示例的平台装置中的所述液压控制系统包括依次连接的安全阀、换向阀和缓冲阀，安全阀与液压油室连接，缓冲阀与双向液压马达连接。

以上所述，仅是本发明较佳可行的实施示例，不能因此即局限本发明的权利范围，对熟悉本领域的技术人员来说，凡运用本发明的技术方案和技术构思做出的其他各种相应的改变都应属于在本发明权利要求的保护范围之内。