專利名稱：一種浮筒模型質(zhì)量分布調(diào)節(jié)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種質(zhì)量分布調(diào)節(jié)裝置，特別是關(guān)于一種在海洋工程模型試驗水池中 對深水浮筒式系泊系統(tǒng)的浮筒模型質(zhì)量分布調(diào)節(jié)裝置。
背景技術(shù)：
隨著世界能源消耗的不斷增長，以及陸上石油天然氣開發(fā)的逐漸飽和，人們將油 氣開發(fā)的領(lǐng)域拓展到海洋。雖然科技的發(fā)展和海洋工程的進步使得人類在深海海洋工程的 開發(fā)中不斷取得進步，但如何將各種各樣的浮式結(jié)構(gòu)物，如浮式生產(chǎn)儲油卸載系統(tǒng)(FPS0， Floating Production Storage and Offloading)等海洋油氣生產(chǎn)裝備安全系泊在生產(chǎn)油 田位置，是解決生產(chǎn)和保障安全的重要問題。目前，采用浮筒式系泊是一種在海洋油田上系 泊船舶和平臺的有效方式，得到了廣泛利用。而海洋油氣生產(chǎn)中的浮筒與常規(guī)的系泊水鼓 不同，其體積較大，質(zhì)量和浮力均較大，大型的浮筒質(zhì)量已達到數(shù)百噸，體積達到數(shù)十米的 尺度，在所受的外載荷的作用下所產(chǎn)生的運動和導致的載荷均較為復雜，因而為了準確地 得到在復雜海洋環(huán)境和被系泊平臺的共同作用下的準確的性能，在模型試驗中已不能作為 一個簡單的質(zhì)點和浮力作用點來處理，其模型必須模擬準確的質(zhì)量和質(zhì)量分布情況。對于 物體而言，質(zhì)量分布調(diào)節(jié)包括重心的位置和質(zhì)量的分布(慣量)等。在浮筒模型的模擬中，由于海洋工程的常規(guī)模型縮尺比為50 100，因此，即使是 數(shù)百噸的大型浮筒，其模型的總重亦不過1 2千克左右，用常規(guī)的海洋工程模型試驗中所 采用的慣量調(diào)節(jié)架亦很難調(diào)節(jié)。針對上海交通大學海洋工程國家重點實驗室所擁有的慣量 調(diào)節(jié)架(其發(fā)明專利號為=02137056. 7)而言，該調(diào)節(jié)架是實驗室自行研制的船舶和海洋平 臺的模型慣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其對于重約數(shù)百千克的船舶和海洋平臺模型可以達到非常準確的 結(jié)果，并已在大批海洋工程模型試驗中得到成功的應(yīng)用。但將其應(yīng)用至海洋系泊浮筒的慣 量調(diào)節(jié)上則是“大材小用”。同時，由于浮筒模型質(zhì)量較輕，重心高度和水平偏離位置較小， 而慣量調(diào)節(jié)架本身的質(zhì)量就達到數(shù)百千克，二者不在同一個量級上，如果用該慣量調(diào)節(jié)架 來調(diào)節(jié)，則會造成調(diào)節(jié)的誤差達到無法接受的程度。即使對該調(diào)節(jié)架進行小型化，也難以適 應(yīng)浮筒的調(diào)整，因為該調(diào)節(jié)架適宜調(diào)節(jié)底部較為平整的模型，對于形狀較為復雜，有時甚至 是非常規(guī)形狀的浮筒，如底部有凸起，凹坑等的浮筒就必須設(shè)置大量的支撐附件，調(diào)整較為 困難且會造成較大的誤差。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能適應(yīng)各種不同形狀大小被測浮筒模型 調(diào)節(jié)，結(jié)構(gòu)簡單，能解決小型海洋系泊浮筒的慣量調(diào)節(jié)難題的浮筒模型質(zhì)量分布調(diào)節(jié)裝置。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種浮筒模型質(zhì)量分布調(diào)節(jié)裝置，其 特征在于它包括一支撐架和一搖擺框架，所述搖擺框架包括一模型支撐平臺和一能調(diào)節(jié) 重量的重物；所述支撐架頂部兩側(cè)分別設(shè)置有一鋼制支撐刀口，所述搖擺框架通過兩所述 鋼制支撐刀口與所述支撐架活動連接。
所述搖擺框架包括所述模型支撐平臺，所述模型支撐平臺的四個頂點處分別設(shè)置 一個錐形支撐架，兩個所述錐形支撐架分別與兩所述鋼制支撐刀口呈對應(yīng)設(shè)置；所述模型 支撐平臺的下部，與另外兩個所述錐形支撐架對應(yīng)設(shè)置有兩個鋁制的懸掛臂，所述兩個懸 掛臂的端部均連接至所述重物，形成三角形的負重結(jié)構(gòu)；所述模型支撐平臺與四個所述錐 形支撐架之間分別設(shè)置有一導軌；所述模型支撐平臺的下方，與四個所述導軌相對應(yīng)處分 別設(shè)置有一個用于在測量中懸掛砝碼的掛鉤。所述模型支撐平臺采用輕型鋁質(zhì)的中空環(huán)形結(jié)構(gòu)。所述模型支撐平臺上，與兩所述鋼制支撐刀口對應(yīng)位置處分別開設(shè)有一用于保證 所述搖擺框架自由擺動的淺槽。所述支撐架采用鋼制的方形結(jié)構(gòu)，所述搖擺框架采用三角形結(jié)構(gòu)。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明由于采用由支撐架和 搖擺框架組成的負重結(jié)構(gòu)，支撐架頂部兩側(cè)分別設(shè)置有鋼制支撐刀口，搖擺框架通過兩鋼 制支撐刀口與支撐架活動連接。為了測量不規(guī)則形狀的被測浮筒模型，搖擺框架上被測浮 筒模型的安裝模式摒棄了平板式的方式，而是根據(jù)浮筒基本為原型的特點，在搖擺框架的 模型支撐平臺的對稱位置上設(shè)置了四個錐形支撐架，只要在被測浮筒模型上尋找到四個穩(wěn) 定的支撐點即可，而不是像船模一樣必須尋找一個較大的平面，因此，在使用最小的接觸面 積在保證了模型穩(wěn)固的同時，還具有最大的外形適應(yīng)性。2、本發(fā)明由于采用在在模型支撐 平臺的四個頂點處分別設(shè)置一個錐形支撐架，因此，通過調(diào)整各錐形支撐架的高度，即可適 應(yīng)被測各種形狀浮筒模型的外形需要。3、本發(fā)明由于模型支撐平臺采用中空環(huán)形結(jié)構(gòu)，使 得模型支撐平臺的中間中空位置處可以容納被測浮筒模型的突出結(jié)構(gòu)，從而在保證精度的 同時，大大簡化了被測浮筒模型調(diào)整的安裝工作。4、本發(fā)明由于采用在模型支撐平臺與四 個錐形支撐架之間分別設(shè)置有導軌，各錐形支撐架可以沿著導軌作適當?shù)囊苿?，從而為?測浮筒模型的安裝提供了更大的便利。5、本發(fā)明由于測量的被測浮筒模型較輕，各錐形支 撐架并不會破壞被測浮筒模型的結(jié)構(gòu)。而在搖擺框架底端設(shè)置的重物的重量也可以調(diào)節(jié)， 在保證安裝被測浮筒模型后的搖擺框架仍可以在兩鋼制支撐刀口實現(xiàn)穩(wěn)定平衡外，還可以 通過調(diào)節(jié)重物的重量適應(yīng)不同質(zhì)量的被測浮筒模型調(diào)整的要求，對于較輕的被測浮筒模型 可以適當減低重物的重量以提高測試精度，滿足了海洋工程模型試驗的要求。本發(fā)明可以 廣泛應(yīng)用于船舶與海洋工程領(lǐng)域中。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的俯視圖；圖3是本發(fā)明測量被測浮筒模型重心的水平位置示意圖；圖4是本發(fā)明測量被測浮筒模型重心的高度位置示意圖；圖5是本發(fā)明測量被測浮筒模型的慣量示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的進行詳細的描述。如圖1、圖2所示，本發(fā)明包括一鋼制方形的支撐架1和一三角形的搖擺框架2，支撐架1頂部兩側(cè)分別設(shè)置有一鋼制支撐刀口 3，搖擺框架2通過兩鋼制支撐刀口 3與支撐架 1活動連接，進而實現(xiàn)搖擺框架2可以繞兩鋼制支撐刀口 3自由擺動。通過測量搖擺框架 2的擺動幅度和周期，可以確定被測模型的質(zhì)量分布情況，根據(jù)被測結(jié)果進行調(diào)整和反復修 正，就可以精確模擬浮筒模型的質(zhì)量分布情況。搖擺框架2包括一模型支撐平臺4和一重量可調(diào)節(jié)的重物5，在模型支撐平臺4的 四個頂點處分別設(shè)置一錐形支撐架6，用于支撐形狀不規(guī)則的被測浮筒模型7，其中，兩個 錐形支撐架6分別與兩鋼制支撐刀口 3呈對應(yīng)設(shè)置；模型支撐平臺4的下部，與另外兩個錐 形支撐架6對應(yīng)設(shè)置有兩鋁制的懸掛臂8，兩個懸掛臂8的端部均連接重物5，形成三角形 的負重結(jié)構(gòu)，進而保持了搖擺框架2的重心位于兩鋼制支撐刀口 3以下位置，保持搖擺框架 2穩(wěn)定平衡。為適應(yīng)不同尺度的模型，在模型支撐平臺4與四個錐形支撐架6之間分別設(shè)置 有一導軌9，每個錐形支撐架6可以沿各導軌9在一定范圍內(nèi)調(diào)整位置，因此，可以適應(yīng)不同 尺度的被測浮筒模型7。在模型支撐平臺4的下方，與四個導軌9相對應(yīng)處還分別設(shè)置有一 個掛鉤10，用于在測量中懸掛砝碼。上述實施例中，模型支撐平臺4采用輕型鋁質(zhì)的中空環(huán)形結(jié)構(gòu)，中間可以容納被 測浮筒模型7的突出結(jié)構(gòu)。上述各實施例中，在模型支撐平臺4上，與兩鋼制支撐刀口 3對應(yīng)位置處分別開設(shè) 有一淺槽，以保證搖擺框架2的自由擺動。綜上所述，本發(fā)明在使用時，如圖3所示，首先調(diào)整被測浮筒模型7重心的水平位 置將被測浮筒模型7調(diào)整至一個方向，例如先調(diào)整χ方向，把被測浮筒模型7安置在搖擺 框架2上，將被測浮筒模型7的目標重心位置(即g點)置于兩個鋼制支撐刀口 3的正中 心位置，通過調(diào)整被測浮筒模型7內(nèi)壓重的位置將搖擺框架2調(diào)成水平，此時實際重心位置 就位于兩個鋼制支撐刀口 3之間。然后，再將被測浮筒模型7調(diào)整至另一個方向(即y方 向)，將被測浮筒模型7水平旋轉(zhuǎn)90度后重新安裝在搖擺框架2上，重復以上步驟，就可以 將被測浮筒模型7的實際重心調(diào)整到與目標重心位置處相重合。如圖4所示，在調(diào)整完被測浮筒模型7重心的水平位置后，再調(diào)整被測浮筒模型7 重心的高度位置。在搖擺框架2的掛鉤10上放置砝碼11，通過測量放置砝碼11后的模型 支撐平臺4的傾斜狀態(tài)，就可以得到被測浮筒模型7的實際重心高度，與目標值比較后對被 測浮筒模型7內(nèi)的壓重進行調(diào)整，直至被測浮筒模型7的實際重心高度達到目標重心高度 為止。如圖5所示，完成被測浮筒模型7重心的水平位置和高度調(diào)整后，調(diào)整被測浮筒模 型7的慣量。取下?lián)u擺框架2上的砝碼11，通過測量被測浮筒模型7和搖擺框架2共同的 搖擺周期就可以計算得到被測浮筒模型7的慣量參數(shù)，通過調(diào)整被測浮筒模型7的壓重位 置就可以對慣量進行調(diào)整，直至達到目標值；調(diào)整完一個方向后就可以將被測浮筒模型7 水平旋轉(zhuǎn)90度調(diào)整另一個方向；通過以上步驟的調(diào)整就可以使得被測浮筒模型7的質(zhì)量分 布達到設(shè)計要求，從而保證試驗準確性，滿足精度要求。綜上所述，搖擺框架2是本發(fā)明最主要的部件，為了測量不規(guī)則形狀的被測浮筒 模型7，特別是底部為錐形或球形的被測浮筒模型7，搖擺框架2上被測浮筒模型7的安裝 模式摒棄了平板式的方式，而是根據(jù)浮筒基本為原型的特點，在中空環(huán)形結(jié)構(gòu)的模型支撐 平臺4的對稱位置上設(shè)置了四個錐形支撐架6，只要在被測浮筒模型7上尋找到四個穩(wěn)定的支撐點就可以了，而不是像船模一樣必須尋找一個較大的平面，從而使用最小的接觸面積 在保證模型穩(wěn)固的同時具有最大的外形適應(yīng)性。即使是非常不規(guī)則的被測浮筒模型7，也 可以通過調(diào)整各錐形支撐架6的高度來適應(yīng)被測浮筒模型7的外形需要。而模型支撐平臺 4的環(huán)形結(jié)構(gòu)使得其中間可以容納被測浮筒模型7的突出結(jié)構(gòu)，如立管端頭、系鏈結(jié)構(gòu)等附 體，從而在保證精度的同時，大大簡化了被測浮筒模型7調(diào)整的安裝工作。而各錐形支撐架 6還可以沿著導軌9作適當?shù)囊苿樱瑥亩鵀楸粶y浮筒模型7的安裝提供了更大的便利。由 于被測浮筒模型7較輕，各錐形支撐架6并不會破壞被測浮筒模型7的結(jié)構(gòu)。而在搖擺框 架2底端設(shè)置的重物5的重量也可以調(diào)節(jié)，在保證安裝被測浮筒模型7后的搖擺框架2仍 可以在兩鋼制支撐刀口 3上實現(xiàn)穩(wěn)定平衡外，還可以通過調(diào)節(jié)重物5的重量，以便適應(yīng)不同 質(zhì)量的被測浮筒模型7調(diào)整的要求，對于較輕的被測浮筒模型7可以適當減低重物5的重 量以提高測試精度。 上述各實施例僅用于說明本發(fā)明，各部件的結(jié)構(gòu)、尺寸、設(shè)置位置及形狀都是可以 有所變化的，在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，凡根據(jù)本發(fā)明原理對個別部件進行的改進和等 同變換，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護范圍之外。
權(quán)利要求
1.一種浮筒模型質(zhì)量分布調(diào)節(jié)裝置，其特征在于它包括一支撐架和一搖擺框架，所 述搖擺框架包括一模型支撐平臺和一能調(diào)節(jié)重量的重物；所述支撐架頂部兩側(cè)分別設(shè)置有 一鋼制支撐刀口，所述搖擺框架通過兩所述鋼制支撐刀口與所述支撐架活動連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種浮筒模型質(zhì)量分布調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述搖擺框架 包括所述模型支撐平臺，所述模型支撐平臺的四個頂點處分別設(shè)置一個錐形支撐架，兩個 所述錐形支撐架分別與兩所述鋼制支撐刀口呈對應(yīng)設(shè)置；所述模型支撐平臺的下部，與另 外兩個所述錐形支撐架對應(yīng)設(shè)置有兩個鋁制的懸掛臂，所述兩個懸掛臂的端部均連接至所 述重物，形成三角形的負重結(jié)構(gòu)；所述模型支撐平臺與四個所述錐形支撐架之間分別設(shè)置 有一導軌；所述模型支撐平臺的下方，與四個所述導軌相對應(yīng)處分別設(shè)置有一個用于在測 量中懸掛砝碼的掛鉤。
3.如權(quán)利要求1所述的一種浮筒模型質(zhì)量分布調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述模型支撐 平臺采用輕型鋁質(zhì)的中空環(huán)形結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求2所述的一種浮筒模型質(zhì)量分布調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述模型支撐 平臺采用輕型鋁質(zhì)的中空環(huán)形結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種浮筒模型質(zhì)量分布調(diào)節(jié)裝置，其特征在于 所述模型支撐平臺上，與兩所述鋼制支撐刀口對應(yīng)位置處分別開設(shè)有一用于保證所述搖擺 框架自由擺動的淺槽。
6.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種浮筒模型質(zhì)量分布調(diào)節(jié)裝置，其特征在于 所述支撐架采用鋼制的方形結(jié)構(gòu)，所述搖擺框架采用三角形結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求5所述的一種浮筒模型質(zhì)量分布調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述支撐架采 用鋼制的方形結(jié)構(gòu)，所述搖擺框架采用三角形結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種浮筒模型質(zhì)量分布調(diào)節(jié)裝置，它包括一支撐架和一搖擺框架，搖擺框架包括一模型支撐平臺和一能調(diào)節(jié)重量的重物；支撐架頂部兩側(cè)分別設(shè)置有一鋼制支撐刀口，搖擺框架通過兩鋼制支撐刀口與支撐架活動連接。本發(fā)明采用由支撐架和搖擺框架組成的負重結(jié)構(gòu)，為了測量不規(guī)則形狀的被測浮筒模型，搖擺框架上被測浮筒模型的安裝模式摒棄了平板式的方式，而是根據(jù)浮筒基本為原型的特點，在搖擺框架的模型支撐平臺的對稱位置上設(shè)置了四個錐形支撐架，只要在被測浮筒模型上尋找到四個穩(wěn)定的支撐點即可，而不是像船模一樣必須尋找一個較大的平面，因此，在使用最小的接觸面積在保證了模型穩(wěn)固的同時，還具有最大的外形適應(yīng)性。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于船舶與海洋工程領(lǐng)域中。
文檔編號B63B9/00GK102114898SQ201110021390
公開日2011年7月6日 申請日期2011年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月19日
發(fā)明者馮瑋, 呂海寧, 張威, 彭濤, 杜慶貴, 沙勇, 范模, 謝彬 申請人:上海交通大學, 中國海洋石油總公司, 中海石油研究中心