专利名称：主动式海洋平台混合模型试验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种海洋工程技术领域的试验装置，具体的说，是一种主动 式海洋平台混合模型试验装置。
技术背景深海平台系统技术复杂、投资大、风险高，如何比较正确地获得其在严酷海 洋环境下的运动、受力以及甲板是否上浪等技术性能十分重要，这些性能参数是 决定和设计海洋平台结构及其系泊、立管等相关系统的重要依据。海洋工程界仍 然一致认为物理模型试验的结果最为可靠，并以此作为设计、建造海洋平台的最 终定夺。海洋平台的物理模型试验都是在能够模拟海洋环境的海洋工程水池中进 行的，而系泊缆的长度又受到水池尺度的限制。在进行物理模型试验时可用，先 用数值计算海洋平台模型在给定海洋环境条件下的运动和受力，再将系泊缆截 断，使用专门办法根据理论计算结果对截断处缆绳的运动进行模拟，这样可以用 尺寸较大的模型在海洋工程水池中进行试验。经对现有技术的文献检索发现，中国专利公开号CN 200962068Y，专利名 称单柱式海洋平台涡激运动模型试验装置，该文中提出了一种基于被动式截断 技术的海洋平台模型试验装置，用数学优化方法使得每根模型锚泊线的张力—— 水平位移特性与实际一致，总模型系泊系统的恢复力——水平位移特性与实际一致，即用等效系泊系统来等效实际系泊系统的静力特性，其不足在于这种被动式截断技术需要各种不同的模拟系泊线模型分段和其他的多种许辅助材料，再 加上一些结构数值计算软件，必然导致每根模型锚泊线的张力——水平位移特性 与实际产生偏差，总模型系泊系统的恢复力——水平位移特性与实际也会有较大 的误差。这实际上是一种间接的模型试验，系泊系统的动力特性达不到和真实的 系泊系统一致，其可信度不高。 发明内容本发明的目的是解决以往完成等效水深截断的深海平台混合模型试验时存4在的上述技术问题，提供一种主动式深海平台混合模型试验装置，使其更加接近 海洋平台工程实际的混合模型试验装置。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明所述的主动式海洋平台混合模型 试验装置包括海洋平台模型系统、实时计算机运动控制系统、测量分析系统、 拖车。海洋平台系统试验模型和实时计算机运动控制系统相连，海洋平台系统试 验模型置于试验水池中，实时计算机运动控制系统置于拖车上，测量分析系统部 分放在海洋平台系统试验模型上，部分置于拖车上。所述的海洋平台模型系统包括海洋平台模型和锚泊线模型。所述的海洋平台 模型是根据縮尺比和实际工作的海洋平台制作的，和锚泊线相连，置于水池中； 所述的锚泊线模型式根据縮尺比和截断水深处以上的实际工作中的锚泊线制作 的，上端通过应力传感器和海洋平台模型相连，下端和实时计算机运动控制系统 中的滑块相连，置于水池中。所述的实时计算机运动控制系统包括计算机、运动控制卡、驱动器、伺服电 机、丝杆、滑块、水密装置，计算机、运动控制卡、驱动器均置于拖车上，计算 机和运动控制卡相连，驱动器连接伺服电机，伺服电机连接丝杆，滑块设置在丝 杆上，并和截断锚泊线下端部相连。水密装置位于伺服电机、丝杆和滑块的外面， 置于水池底部。其中所述的计算机用来控制截断锚泊线下端的实时运动；所述 的运动控制卡用来将截断锚泊线下端的运动信号转变为脉冲信号；所述的驱动器 用来驱动伺服电机工作；所述的伺服电机用来带动丝杆转动和滑块的水平运动， 置于水池底部；所述的丝杆通过自身转动来带动丝杆上滑块的水平运动，和伺服 电机相连；所述的滑块用于模拟截断锚泊线下端的运动；所述的水密装置用来防 止伺服电机、丝杆及滑块进水，影响其正常工作。所述的测量分析系统包括非接触式光学测量系统、拉力传感器、应变放大器、 接线装置、数据自动采集卡及计算机实时分析模块。其中非接触式光学测量系 统、接线装置、数据自动采集卡及计算机实时分析模块置于拖车上，非接触式光 学测量系统连接数据自动采集卡及计算机实时分析模块，拉力传感器安装在海洋 平台模型和锚泊线模型上端之间，拉力传感器连接到应变放大器，应变放大器连 接到数据自动采集卡及计算机实时分析模块。所述的非接触式光学测量系统利用位置测量仪测量固定在海洋平台模型上的三个发光元件的运动，并使用计算机程序解析出船模在波浪中的六个自由度的 运动(即纵荡，横荡，垂荡，横摇，纵摇，及艏摇)，所得到的运动信息发送 到数据自动采集卡及计算机实时分析模块。所述的拉力传感器用于测量锚泊线模 型的张力，所得到的应力信号发送到应变放大器中，置于海洋平台模型和锚泊线 之间。所述的应变放大器用于将拉力传感器测量得到的应力信号放大，放大后的 信号再传送到数据自动采集卡及计算机实时分析模块。所述的接线装置用于整个 系统的线路连接。所述的数据自动采集卡及计算机实时分析模块用于海洋平台试 验时的各种数据的采集和实时分析。所述的拖车用于放置部分实时计算机运动控制系统和测量分析系统。 本发明的有益效果是直接通过模型试验获得实际系泊系统所需要的动力特 性，解决了以往混合模型试验需要利用各种不同的模拟系泊线模型分段和其他的 多种许辅助材料，再加上一些结构数值计算软件，必然导致每根模型锚泊线的张 力——水平位移特性与实际产生偏差，总模型系泊系统的恢复力——水平位移特 性与实际也会有较大的误差的问题，提高了混合模型试验的精度和可靠度，使其 更加接近海洋平台工程实际的混合模型试验装置。
图l是主动式海洋平台混合模型试验装置主视图。附图标记说明海洋平台模型l，锚泊线模型2，计算机3，运动控制卡4，驱动器5，伺服电机6，丝杆7，滑块8，水密装置9，非接触式光学测量系统10， 拉力传感器ll，应变放大器12，接线装置13，数据自动采集卡及计算机实时分 析模块14，拖车15。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护 范围不限于下述的实施例。如图1所示，本实施例由海洋平台模型1，锚泊线模型2，计算机3，运动 控制卡4，驱动器5，伺服电机6，丝杆7，滑块8，水密装置9，非接触式光学 测量系统IO，拉力传感器ll，应变放大器12，接线装置13，数据自动采集卡及 计算机实时分析模块14，拖车15。连接关系为海洋平台模型1通过拉力传感器11和锚泊线模型2相连，锚泊线模型2下端固接于滑块8，滑块8位于丝杆7 上面，丝杆7和伺服电机6固接，水密装置9位于伺服电机6、丝杆7和滑块8 的外面，置于水池底部，伺服电机6和驱动器5、运动控制卡4、计算机3相连， 计算机3、运动控制卡4、驱动器5、非接触式光学测量系统10、应变放大器12、 接线装置13、数据自动采集卡及计算机实时分析模块14布置在拖车15上。运 动控制卡4连接到计算机3，非接触式光学测量系统10连接数据自动采集卡及 计算机实时分析模块14，拉力传感器11安装在海洋平台模型1和锚泊线模型2 上端之间，拉力传感器11连接到应变放大器12，应变放大器12连接到数据自 动采集卡及计算机实时分析模块14。所述计算机3，用来接收锚泊线模型2的随时间变化的运动信息，并将信息 传送至运动控制卡4。所述运动控制卡4，接收计算机3传送来的运动信息，并将此运动信息转变 为脉冲信号，传送至伺服电机6。所述驱动器5，接收脉冲信号，用来控制伺服电机，是伺服电机的控制部分。所述伺服电机6，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角 位移或角速度输出，带动丝杆7转动，使滑块8产生平动。所述非接触式光学测量系统10利用位置测量仪测量固定在海洋平台模型上 的三个发光元件的运动，并使用计算机程序解析出船模在波浪中的六个自由度的 运动(即纵荡，横荡，垂荡，横摇，纵摇，及艏摇)，所得到的运动信息发送 到数据自动采集卡及计算机实时分析模块。所述拉力传感器ll，用于测量锚泊线模型2的张力，所得到的应力信号发 送到应变放大器12中。所述的应变放大器12，用于将拉力传感器测量得到的应力信号放大，放大 后的信号再传送到数据自动采集卡及计算机实时分析模块。所述数据自动釆集卡及计算机实时分析模块14，接收非接触式光学测量系 统10测量到的运动信息以及应变放大器12得到的应力信息，并对所得的信息进 行实时分析和处理。试验时，先根据实际海洋平台和水池的尺度确定合适的模型縮尺比。利用实 际海洋平台系统和海洋平台系统在实际工作中所受的海洋环境条件，通过相关的数值计算软件模拟计算海洋平台系统的运动，获得截断水深处系泊缆的运动信 息，并根据縮尺比和截断水深得到混合模型试验中系泊缆截断部分的运动信息， 制作混合模型试验中所需的海洋平台模型1和系泊缆模型2，并确定其试验中的 模拟海洋环境条件。然后将海洋平台模型1，经过拉力传感器ll，接上系泊缆 模型2;将计算机3置于拖车15上，用导线依次连接运动控制卡4、驱动器5、 伺服电机6，再将丝杆7上的滑块8固接于系泊缆模型2的下端；最后在拖车15 上适当位置对准海洋平台模型1安装非接触式光学测量系统10 ，把安装好的 测量仪器的线接到拖车上的应变放大器12并连接接线装置13和数据自动采集 卡及计算机实时分析模块14，调试所有仪器。在试验水池中制造海洋平台混合模型试验所需的海洋环境条件，与此同时， 将混合模型试验中系泊缆截断部分的运动信息输入实时计算机运动控制系统，完 成混合模型试验中系泊缆截断部分的运动，待系统稳定后，打开数据自动采集卡 及计算机实时分析模块14进行数据采集和分析，进行主动式海洋平台混合模型 试验。
权利要求
1. 一种主动式海洋平台混合模型试验装置，包括海洋平台模型(1)、系泊缆模型(2)、计算机(3)、运动控制卡(4)、驱动器(5)、伺服电机(6)、丝杆(7)、滑块(8)、水密装置(9)、非接触式光学测量系统(10)、拉力传感器(11)、应变放大器(12)、接线装置(13)、数据自动采集卡及计算机实时分析模块(14)、拖车(15)，其特征在于，海洋平台模型(1)通过拉力传感器(11)和系泊缆模型(2)相连，系泊缆模型(2)下端固接于滑块(8)，滑块(8)位于丝杆(7)上面，丝杆(7)和伺服电机(6)固接，水密装置(9)位于伺服电机(6)、丝杆(7)和滑块(8)的外面，且置于水池底部，伺服电机(6)和驱动器(5)、运动控制卡(4)、计算机(3)相连，计算机(3)、运动控制卡(4)、驱动器(5)、非接触式光学测量系统(10)、应变放大器(12)、接线装置(13)、数据自动采集卡及计算机实时分析模块(14)布置在拖车(15)上，运动控制卡(4)连接到计算机(3)，非接触式光学测量系统(10)连接数据自动采集卡及计算机实时分析模块(14)，拉力传感器(11)设置在海洋平台模型(1)和锚泊线模型(2)上端之间，拉力传感器(11)连接到应变放大器(12)，应变放大器(12)连接到数据自动采集卡及计算机实时分析模块(14)。
2、 根据权利要求1所述的主动式海洋平台混合模型试验装置，其特征是， 所述计算机(3)，用来接收锚泊线模型(2)的随时间变化的运动信息，并将信 息传送至运动控制卡(4)。
3、 根据权利要求1所述的主动式海洋平台混合模型试验装置，其特征是， 所述运动控制卡(4)，接收计算机(3)传送来的运动信息，并将此运动信息转 变为脉冲信号，传送至伺服电机(6)。
4、 根据权利要求1所述的主动式海洋平台混合模型试验装置，其特征是， 所述驱动器(5)，接收脉冲信号，用来控制伺服电机(6)，是伺服电机(6)的 控制部分。
5、 根据权利要求1所述的主动式海洋平台混合模型试验装置，其特征是， 所述伺服电机(6)，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位 移或角速度输出，带动丝杆(7)转动，使滑块(8)产生平动。
6、 根据权利要求1所述的主动式海洋平台混合模型试验装置，其特征是， 所述非接触式光学测量系统(10)利用位置测量仪测量固定在海洋平台模型(1) 上的三个发光元件的运动，并使用计算机程序解析出船模在波浪中的六个自由度 的运动，即纵荡、横荡、垂荡、横摇、纵摇及艏摇，所得到的运动信息发送到 数据自动采集卡及计算机实时分析模块(14)。
7、 根据权利要求1所述的主动式海洋平台混合模型试验装置，其特征是，所述拉力传感器(11)，用于测量锚泊线模型(2)的张力，所得到的应力信号发 送到应变放大器(12)中。
8、 根据权利要求1所述的主动式海洋平台混合模型试验装置，其特征是， 所述的应变放大器(12)，用于将拉力传感器(11)测量得到的应力信号放大， 放大后的信号再传送到数据自动采集卡及计算机实时分析模块(14)。
9、 根据权利要求1所述的主动式海洋平台混合模型试验装置，其特征是， 所述数据自动采集卡及计算机实时分析模块(14)，接收非接触式光学测量系统(10)测量到的运动信息以及应变放大器(12)得到的应力信息，并对所得的信 息进行实时分析和处理。
全文摘要
本发明涉及一种主动式海洋平台混合模型试验装置，其中海洋平台模型通过拉力传感器和系泊缆模型相连，系泊缆模型下端固接于滑块，滑块位于丝杆上面，丝杆和伺服电机固接，水密装置位于伺服电机、丝杆和滑块的外面，且置于水池底部，运动控制卡连接到计算机，非接触式光学测量系统连接数据自动采集卡及计算机实时分析模块，拉力传感器设置在海洋平台模型和锚泊线模型上端之间，拉力传感器连接到应变放大器，应变放大器连接到数据自动采集卡及计算机实时分析模块。本发明提高了混合模型试验的精度和可靠度，使其更加接近海洋平台工程实际的混合模型试验装置。
文档编号G01M99/00GK101261178SQ20081003655
公开日2008年9月10日 申请日期2008年4月24日 优先权日2008年4月24日
发明者利 周, 亮 王, 磊 王, 苏一华, 闯振菊 申请人:上海交通大学