一种分层式垂荡浮筒及抑浪方法

本发明属于海上半潜式平台领域，具体属于一种分层式垂荡浮筒及抑浪方法。

背景技术：

1、半潜式平台是目前应用最广泛的浮式平台，它集钻井、修井、生产等多种功能为一体。

2、公开号cn114934870a公开了一种基于海上平台立柱垂荡板的能量收集装置，其具有压力弹簧、第一腔室a、第二腔室b、第一连接管阀和第二连接管阀。该装置可以通过在第一腔室a和第二腔室b中填充液压传动油。当垂荡板在海面上对海浪抑制时，通过第一腔室a中液压油的压缩带动发电机组旋转发电，可以在抑制海浪的同时，兼顾发电的目的。

3、该现有装置的缺点在于：1、整个装置在遇到海面上高强度风浪的作用时，由于缺少机械缓冲，所以容易倾角过大而倾覆；

4、2、该现有技术只有伞形的一个垂荡板，流体流过会在现有技术附近产生涡流，再然后会发生横向运动和不规则旋转，垂荡板受到的压力增大，最终容易造成现有技术失衡，产生异常振动。

技术实现思路

1、本发明的一种分层式垂荡浮筒及抑浪方法，其能够对抗海上强风浪，对整个装置进行缓冲，避免倾覆；同时还能干扰涡流现象，提高装置的稳定性。

2、为了实现上述目的，本发明的一种分层式垂荡浮筒，包括浮筒主体，浮筒主体的下端固定有垂荡板，浮筒主体中设有空腔，空腔中固定有隔板，隔板将空腔分为外腔和内腔，内腔中设有活塞板，活塞板活动式卡设在隔板上，活塞板能沿浮筒主体轴线移动，活塞板将内腔分别上腔和下腔；活塞板下表壁固定连接有连杆，连杆的下端穿过垂荡板；连杆的下端固定有扰流板，扰流板包括：中心板，中心板为圆盘形，中心板的轴线与连杆的轴线重合；中心板与连杆固定连接；围环，呈圆环形，套设在中心板上，围环的轴线与中心板的轴线重合；中心板的外边缘与围环的内壁固定连接；中心板固定在围环的中间位置；上腔中设有弹性机构，弹性机构包括安装座和弹簧，安装座固定在上腔中，弹簧的一端与安装座抵接，另一端与活塞板上表壁抵接。

3、进一步地，所述浮筒主体上固定有挡板，所述挡板包括两个形状相同的抑制部，两个抑制部分别一上一下套设在浮筒主体上，两个抑制部均固定在浮筒主体上，一上一下的抑制部分别记为抑制部a和抑制部b，抑制部a和抑制部b均为圆台形，抑制部a的上端直径大，下端直径小；抑制部b的上端直径小，下端直径大；抑制部a的下端与抑制部b的上端固定连接。

4、在图2的仿真中，可以看出来，挡板中部位置受来流方向的应力最大，挡板上下端的应力自中部逐渐减小，应力由挡板的中部向上下两端逸散，对上层风流起到泄涡作用。

5、进一步地，所述浮筒主体上固定连接有通管，通管的一端与浮筒主体的外部连通，另一端与上腔连通；通管中安装有用于控制通管启闭的第一电磁阀；隔板上固定有控制管，控制管的一端与外腔连通，另一端与上腔连通；控制管中安装有用于使控制管启闭的第二电磁阀，控制管中安装有用于将外腔中气体抽入到上腔中的真空泵。

6、通过第一电磁阀、第二电磁阀以及真空泵，可以控制上腔与外腔之间的压强差，如果真空泵将外腔中的气体抽入到上腔中，上腔中的气体增多，上腔变大，弹簧的压缩行程就会变短，受到较大的垂荡时，弹簧可以有更多地可压缩行程，可以起到更多的缓冲效果。

7、进一步地，所述垂荡板的下表壁固定有连接壳，连接壳中设有容腔，容腔中安装有倾角传感器，倾角传感器与浮筒主体外的控制器电性连接，控制器用于接收倾角传感器的倾角数据；控制器与第一电磁阀、第二电磁阀和真空泵电性连接。

8、通过倾角传感器和控制器，可以实现第一电磁阀第二电磁阀和真空泵在控制器的作用下自动启闭，实现了整个浮筒的自动化，提高了智能化。

9、进一步地，所述容腔中固定有密封圈，密封圈套设在连杆上，密封圈的内圈与连杆的外壁密封设置。

10、保证了密封性，让水不会进入到浮筒主体的腔体内，不会对内部器件产生损坏。

11、进一步地，一种分层式垂荡浮筒的抑浪方法，包括以下步骤：

12、s1：控制器控制第一电磁阀和第二电磁阀打开，第一电磁阀和第二电磁阀开启时间达到t1时，控制器控制关闭第一电磁阀；让上腔和外腔中充满气；

13、s2：倾角传感器监测浮筒的倾角并传输给控制器，控制器监测到倾角大于控制器设定的阈值时，控制器控制真空泵开启，真空泵将外腔中的气体抽入到上腔中，真空泵开启的时间为t，然后，控制器控制第二电磁阀关闭；让外腔中的气压小于上腔中的气压；

14、s3：倾角传感器监测浮筒的倾角并传输给控制器，控制器监测到倾角小于控制器设定的阈值时，控制器控制第二电磁阀开启，让上腔和外腔中的气压平衡。

15、有益效果

16、1、设置有挡板，可以在受到空气流时，让空气流产生的应力向挡板的上端和下端逸散，对上层风流起到泄涡作用。

17、2、设置有扰流板，扰流板8在海浪冲击下，仅在中部位置产生高强度应力作用，向上下两端延伸的应力逐渐减少，剩余环绕波流因扰流板8上下侧凹陷处存在产生扰动，减少了涡流形成的可能性。

18、3、设置有真空泵、外腔和上腔，可以将外腔中气体抽入到上腔中，从而改变上腔中弹簧的压缩能力，对海浪的缓冲能力也得到改变。

技术特征：

1.一种分层式垂荡浮筒，包括浮筒主体(1)，浮筒主体(1)的下端固定有垂荡板(2)，其特征在于，浮筒主体(1)中设有空腔，空腔中固定有隔板(3)，隔板(3)将空腔分为外腔(4)和内腔，内腔中设有活塞板(5)，活塞板(5)活动式卡设在隔板(3)上，活塞板(5)能沿浮筒主体(1)轴线移动，活塞板(5)将内腔分别上腔(6)和下腔；

2.根据权利要求1所述的一种分层式垂荡浮筒，其特征在于，所述浮筒主体(1)上固定有挡板(14)，所述挡板(14)包括两个形状相同的抑制部，两个抑制部分别一上一下套设在浮筒主体(1)上，两个抑制部均固定在浮筒主体(1)上，一上一下的抑制部分别记为抑制部a和抑制部b，抑制部a和抑制部b均为圆台形，抑制部a的上端直径大，下端直径小；抑制部b的上端直径小，下端直径大；抑制部a的下端与抑制部b的上端固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种分层式垂荡浮筒，其特征在于，所述浮筒主体(1)上固定连接有通管(9)，通管(9)的一端与浮筒主体(1)的外部连通，另一端与上腔(6)连通；通管(9)中安装有用于控制通管(9)启闭的第一电磁阀；隔板(3)上固定有控制管(13)，控制管(13)的一端与外腔(4)连通，另一端与上腔(6)连通；控制管(13)中安装有用于使控制管(13)启闭的第二电磁阀，控制管(13)中安装有用于将外腔(4)中气体抽入到上腔(6)中的真空泵。

4.根据权利要求3所述的一种分层式垂荡浮筒，其特征在于，所述垂荡板(2)的下表壁固定有连接壳(15)，连接壳(15)中设有容腔(16)，容腔(16)中安装有倾角传感器(17)，倾角传感器(17)与浮筒主体(1)外的控制器电性连接，控制器用于接收倾角传感器(17)的倾角数据；控制器与第一电磁阀、第二电磁阀和真空泵电性连接。

5.根据权利要求4所述的一种分层式垂荡浮筒，其特征在于，所述容腔(16)中固定有密封圈(18)，密封圈(18)套设在连杆(7)上，密封圈(18)的内圈与连杆(7)的外壁密封设置。

6.一种分层式垂荡浮筒的抑浪方法，基于权利要求5所述的一种分层式垂荡浮筒，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明的一种分层式垂荡浮筒及抑浪方法，属于海上半潜式平台领域，包括浮筒主体，浮筒主体的下端固定有垂荡板，浮筒主体中设有空腔，空腔中固定有隔板，隔板将空腔分为外腔和内腔，内腔中设有活塞板，活塞板将内腔分别上腔和下腔；活塞板下表壁固定连接有连杆；连杆的下端固定有扰流板，扰流板包括：中心板，为圆盘形，轴线与连杆的轴线重合；中心板与连杆固定连接；围环，套设在中心板上，围环的轴线与中心板的轴线重合；中心板固定在围环的中间位置；上腔中设有弹性机构，弹性机构包括安装座和弹簧，安装座固定在上腔中，弹簧的一端与安装座抵接，另一端与活塞板上表壁抵接。本浮筒及方法能通过扰流板干扰涡流现象，提高平台的稳定性。

技术研发人员：张陈瑞,丁子涵,王帅,赵习羽,冯博,王军磊,汪国辉,张继生,林祥峰
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16