一种浮动式海上平台抗海浪稳定装置的制作方法

本发明涉及海上作业技术领域，尤其涉及一种浮动式海上平台抗海浪稳定装置。

背景技术：

海上作业平台可用于石油钻井、油气勘测开发等工作，由于海上气候的多变以及海上浪涌的不断冲击，海上作业平台的稳定性和安全性显得尤为重要。目前的海上作业平台多采用的浮动式平台，扩大了平台的使用范围。

浅海用浮动式平台一般使用支撑柱将平台固定于海面上，然而，由于受海浪冲击影响，支撑柱具有较大的不稳定性；此外，若是需要在深海处进行海上作业，则无法设置支撑柱。

一般来说，在没有浪涌冲击情况下，平台所受的浮力与自身的重力二力平衡；在海浪冲击下平台会晃动、平移、不稳定。具体地，请参照图1所示，其为海浪中各质点受力示意图，海浪的浪波在传播过程中既有横波的特性又有纵波的特性；由此，海浪的浪波在触及平台时，可以把海浪看成无限多个质点。如图1所示，自左向右取三个质点23-1、23-2和23-3为例，中间的质点23-2会受到前、后、左、右、上、下各质点的作用力，在此只分析质点23-2所受到的上、下、左、右四个力f1、f2、f3、f4，质点23-2的运动可分解为上下运动(反应横向波的能量)和前后运动(反应纵向波的能量)。其中，向上运动时，能量中动能逐渐减小，转化为势能，达到最高点后，势能再逐步转化为动能；该动能分为两个部分：一部分向前运动，一部分向下运动，向前运动的部分会推动前面的质点，最终作用于平台；向下运动的动能会带动前一个质点上下运动，最终转化为撞击平台的力。横向能量中(前后运动)的动能对平台产生一个推动力，使平台晃动、产生平移。现有的浮动式平台靠弹簧来减小海浪对于平台的冲击，但纵向冲击力只能得到缓冲，将动能转化为弹簧的弹性势能。但在下一个时刻，弹簧的弹性势能释放的时刻，还会缓慢的冲击平台。虽然最大作用力减小，但力的作用时间加长了，所以冲量总体不变，即对于平台的推动作用并没有减小，仍然导致平台的移动。可见目前的海上钻井平台受到海上浪涌的冲击仍然较大，完全依靠平台上的动力来平衡；导致平台不稳定，平台上的各项工作会因此受到影响。

技术实现要素：

为了克服现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是：如何提高海上作业平台的稳定性。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种浮动式海上平台抗海浪稳定装置，设置于浮动式平台体上，所述稳定装置包括：浮动体和缓冲机构，其中，所述浮动体通过所述缓冲机构活动连接于所述浮动式平台体的四周，所述缓冲机构可供所述浮动体相对于所述浮动式平台体在横向与纵向上移动。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

优选地，所述缓冲机构包括：两个或两个以上的弹簧、浮动台支撑体、两个或两个以上的支撑杆以及浮动体滑动杆，其中，所述浮动台支撑体为纵向设置的机构，所述弹簧用于连接所述浮动台支撑体与所述浮动式平台体，每个弹簧的第一端均连接至所述浮动式平台体、第二端均连接至所述浮动台支撑体；所述浮动台支撑体通过支撑杆与所述浮动式平台体相连接，所述浮动台支撑体的每个支撑杆的第一端均连接至所述浮动式平台体、第二端均通过滚珠轴承连接至所述浮动台支撑体；所述浮动体滑动杆为纵向设置的机构，设于所述浮动体上；所述浮动体滑动杆通过支撑杆与所述浮动台支撑体相连接；所述浮动体滑动杆的每个支撑杆的第一端均连接至所述浮动台支撑体、第二端均通过滚珠轴承连接至所述浮动体滑动杆。

优选地，所述浮动式海上平台抗海浪稳定装置还包括：强力磁铁、线圈、整流桥以及蓄电池，所述强力磁铁设于所述浮动体或所述缓冲机构上，所述线圈在所述浮动式平台体上、朝向所述强力磁铁设置；所述线圈电连接至所述整流桥，所述整流桥电连接至所述蓄电池。

优选地，所述强力磁铁设为横向强力磁铁和纵向强力磁铁两个，相应地，所述线圈设为横向线圈和纵向线圈两个，所述整流桥设为第一整流桥和第二整流桥两个；其中，所述纵向强力磁铁设于所述浮动体上，所述横向强力磁铁设于所述缓冲机构上。

优选地，所述浮动式海上平台抗海浪稳定装置还包括：压力传感器、信号放大单元、从单片机、控制单元以及涡轮，所述压力传感器设于所述缓冲机构与所述浮动式平台体的连接端，所述信号放大单元的输入端电连接至所述压力传感器，所述信号放大单元的输出端电连接至所述从单片机的输入端，所述从单片机的输出端电连接至所述控制单元的输入端，所述控制单元的输出端电连接至所述涡轮，所述控制单元根据所述压力传感器感应到的压力的大小来控制所述涡轮的转向与转速，使所述涡轮产生与海浪对浮动体作用力相反的作用力。

优选地，所述浮动式海上平台抗海浪稳定装置还包括具有定位功能的主单片机，所述从单片机的输入/输出口电连接至所述主单片机。

优选地，所述浮动体的截面设置为倒三角形状，面对海浪的一面设为斜坡；进一步优选地，所述斜坡与海平面呈45°角。

与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

1、通过设置缓冲机构，缓冲海浪、海风对浮动式平台体的撞击；

2、通过设置强力磁铁、线圈以及整流桥等，将海浪的大部分能量转化为电能，减小海浪、海风对平台的冲击力，提高了海上浮动式平台体的稳定性；

3、通过设置压力传感器、控制单元和涡轮等，一方面，产生与海浪对浮动体作用力相反的作用力，抵抗海浪、海风的冲击，另一方面，在平台体发生平移时启动涡轮，回到原先的位置。

附图说明

图1为海浪中各质点受力示意图；

图2为本发明的浮动式海上平台抗海浪稳定装置的结构示意图；

图3为本发明的浮动体与浮动式平台体的连接示意图；

在附图中，各标号所表示的部件名称列表如下：

1——浮动式平台体；2——浮动体；3——第一弹簧；4——第二弹簧；5——横向强力磁铁；6——纵向强力磁铁；7——浮动台支撑体；8——第一支撑杆；9——第二支撑杆；10——第二支撑杆滚珠轴承；11——第一支撑杆滚珠轴承；12——第三支撑杆滚珠轴承；13——第四支撑杆滚珠轴承；14——浮动体滑动杆；15——蓄电池；16——横向线圈；17——纵向线圈；18——检测与控制单元；19——压力传感器；20——涡轮；21——第三支撑杆；22——第四支撑杆；

18-1——第一整流桥；18-2——第二整流桥；18-3——信号放大单元；18-4——从单片机；18-5——控制单元；18-6——主单片机。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

请参照图2所示，其为本发明的浮动式海上平台抗海浪稳定装置的结构示意图。所述浮动式海上平台抗海浪稳定装置设置于浮动式平台体1上，包括：浮动体2、第一弹簧3、第二弹簧4、横向强力磁铁5、纵向强力磁铁6、浮动台支撑体7、第一支撑杆8、第二支撑杆9、第二支撑杆滚珠轴承10、第一支撑杆滚珠轴承11、第三支撑杆滚珠轴承12、第四支撑杆滚珠轴承13、浮动体滑动杆14、蓄电池15、横向线圈16、纵向线圈17、检测与控制单元18、压力传感器19、涡轮20、第三支撑杆21以及第四支撑杆22，其中，

请参照图3所示，其为本发明的浮动体与浮动式平台体的连接示意图；在实际应用中，浮动体设为多个，除所述浮动体2外，还有浮动体2-1、2-2、2-3、2-4……2-n，多个浮动体分别通过缓冲机构活动连接于所述浮动式平台体1的四周，所述缓冲机构可供浮动体相对于浮动式平台体在横向与纵向上皆可小幅度移动；关于用作活动连接的缓冲机构的设置，在现有技术中有多种实现方式，例如：

如图2所示，所述缓冲机构可包括：所述第一弹簧3、所述第二弹簧4、所述浮动台支撑体7、所述第一支撑杆8、所述第二支撑杆9、所述浮动体滑动杆14、所述第三支撑杆21以及所述第四支撑杆22，其中，所述第一弹簧3的第一端连接至所述浮动式平台体1、第二端连接至所述浮动台支撑体7，同样地，所述第二弹簧4的第一端亦连接至所述浮动式平台体1、第二端亦连接至所述浮动台支撑体7，需要进行说明的是：设置两个弹簧仅为示例，弹簧可根据实际需求设置为一个或多个；所述第一支撑杆8的第一端固定于所述浮动式平台体1、第二端通过所述第一支撑杆滚珠轴承11连接至所述浮动台支撑体7，所述第二支撑杆9的第一端固定于所述浮动式平台体1、第二端通过所述第二支撑杆滚珠轴承10连接至所述浮动台支撑体7；所述浮动台支撑体7为纵向设置的机构，所述第一支撑杆8和所述第二支撑杆9皆为横向设置的机构；所述浮动体滑动杆14为纵向设置的机构，设于所述浮动体2上；所述第三支撑杆21的第一端固定于所述浮动台支撑体7的第一端，所述第三支撑杆21的第二端通过所述第三支撑杆滚珠轴承12连接至所述浮动体滑动杆14的第一端；所述第四支撑杆22的第一端固定于所述浮动台支撑体7的第二端，所述第四支撑杆22的第二端通过所述第四支撑杆滚珠轴承13连接至所述浮动体滑动杆14的第二端；由此，当海浪撞击浮动体时，在纵向上，浮动体滑动杆在第三支撑杆滚珠轴承和第四支撑杆滚珠轴承中滑动，在横向上，浮动台支撑体在第一支撑杆滚珠轴承和第二支撑杆滚珠轴承中滑动，即，纵向和横向上皆对海浪冲击力进行了缓冲；

此外，由于浮动体主要用于缓冲海浪对平台的冲击，所以浮动体的截面优选设置为倒三角形状，即，面对海浪的一面设为斜坡；当斜坡的倾斜度为45°角时，根据力学原理可以推导出，海风及海浪对浮动体的冲击力在垂直向上方向的分力最大，在水平向前方向上的分力最小。

在实际应用中，可根据需求设置缓冲机构的个数，例如一个浮动体配置两个或三个缓冲机构等，即，一个浮动体配置两或三组浮动体滑动杆-浮动台支撑体；同样地，支撑杆-滚珠轴承的数量也可根据需求灵活设置，弹簧的数量亦可根据需求灵活设置。

然而，若仅设置一个缓冲机构，那么仅仅是对海浪的冲击力进行了缓冲，冲击的力量仍然会作用到浮动式平台体上。由此，发明人开拓思路，拟将海浪的冲击力转化为电力，用于平台的日常运行所需电能的补充；又通过感测海浪及海风冲击力的大小，引入控制模块和动力机构，发出反向的作用力。

具体地，

所述横向强力磁铁5设于所述缓冲机构上，其磁场方向为横向，具体地，例如可设于所述浮动台支撑体7上；而所述纵向强力磁铁6设置在所述浮动体2朝上的一面上，其磁场方向为纵向；相应地，所述横向线圈16在所述浮动式平台体1上、朝向所述横向强力磁铁5设置，所述纵向线圈17在所述浮动式平台体1上、朝向所述纵向强力磁铁6设置；所述检测与控制单元18中设有第一整流桥18-1和第二整流桥18-2，所述第一整流桥18-1与所述纵向线圈17电连接，所述第二整流桥18-2与所述横向线圈16电连接，所述第一整流桥18-1与第二整流桥18-2分别电连接至所述蓄电池15；由此，当海浪撞击浮动体时，在纵向上，纵向强力磁铁与纵向线圈之间发生相对运动、产生电磁感应，通过纵向线圈磁通量的变化转化为感应电流，再经整流桥整流成脉动的直流后，向蓄电池充电，同样地，在横向上，横向强力磁铁与横向线圈之间发生相对运动、产生电磁感应，通过横向线圈磁通量的变化转化为感应电流，再经整流桥整流成脉动的直流后，向蓄电池充电；即海浪运动的时候，其动能转化为电能，使自身能量减小，减小了对平台的作用力，从而减小了下一步海浪对于浮动式平台的冲击。在实际应用中，可根据需求设置强力磁铁、线圈以及整流桥的个数。

所述检测与控制单元18中还设有：信号放大单元18-3、从单片机18-4、控制单元18-5以及主单片机18-6，其中，所述信号放大单元18-3的输入端电连接至所述压力传感器19，所述压力传感器19设于其中一个弹簧与浮动式平台体1的连接端，所述信号放大单元18-3的输出端电连接至所述从单片机18-4的输入端，所述从单片机18-4的输出端电连接至所述控制单元18-5的输入端，所述控制单元18-5的输出端电连接至所述涡轮20，根据压力的大小控制涡轮的转向与转速，使涡轮产生与海浪对浮动体作用力相反的作用力；由此，压力传感器感应弹簧所受到的挤压力，将压力信号传送给信号放大单元，进而经从单片机到控制单元，最终向涡轮发出运转指令，使其产生与浮动体朝向相同的力，例如，浮动体设于浮动式平台体的南面，朝向为南，会受到海浪朝向为北的冲击力，则使涡轮产生朝南的力反作用于海浪，以平衡海浪的冲击，提高浮动式平台体的稳定性；此外，所述从单片机18-4设为多个，分别对应于多个浮动体，多个从单片机的输入/输出口皆电连接至所述主单片机18-6，进行数据传输，主单片机电连接至定位系统，一来，确保与岸上总控制室通讯通畅，二来，如果遇到强风暴，使浮动式平台体产生了平移，则主单片机能通过定位系统获知，然后给相应的从单片机下达指令，从单片机通过控制单元下达指令，控制相应的涡轮改变转速，调整浮动式平台体恢复位置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。