專利名稱：浮筒模型首搖慣量校核裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種浮筒模型首搖慣量校核裝置，特別是涉及一種在海洋工程模型試驗水池中對浮筒模型首搖慣量校核裝置。
背景技術：
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構物，如大型油輪、浮式生產(chǎn)儲油卸載系統(tǒng)(FPSO, 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。由于油輪等船舶和海洋工程結構物通過系纜和錨鏈等方式系泊在浮筒的系纜點上，同時系纜點并不位于浮筒的中心，而是位于可以繞浮筒垂直軸一定范圍內(nèi)旋轉的系泊盤上，因此浮筒的六自由度運動均會對系纜點的位置和系纜力產(chǎn)生較大的影響。因而這類的浮筒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。浮筒受到系泊力和本身所受的風、浪、流等外載荷的影響，會在一定的角度范圍內(nèi)產(chǎn)生旋轉運動，其首搖的運動作為控制系纜點位置的重要運動之一，受到模型首搖慣量的直接影響，因此需要對其垂直軸上的首搖慣量進行模擬和校核。在浮筒模型的模擬中，其模型的總重一般在I 5千克以內(nèi)，而常規(guī)的船模慣量調(diào)節(jié)架適用于重約數(shù)百千克的船舶和海洋平臺模型，只能調(diào)整縱搖和橫搖，難以調(diào)整模型的首搖慣量。如上海交通大學海洋工程國家重點實驗室目前所擁有的慣量調(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)，其對于大型平臺和船舶可以達到非常準確的結果，并已在大批海洋工程模型試驗中得到成功的應用。但用來調(diào)整數(shù)公斤的浮筒的首搖慣量，首先其不具備調(diào)整和校核浮體的首搖慣量的能力，其次即使采用變通的方法來調(diào)整，其功能定位與數(shù)千克的浮筒之間巨大的差異會導致誤差達到無法接受的程度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種浮筒模型首搖慣量校核裝置，其結構簡單，能解決小型海洋系泊浮筒的慣量調(diào)節(jié)難題。本發(fā)明所提供的一種浮筒模型首搖慣量校核裝置，包括一支撐架和一旋轉搖擺框架；所述旋轉搖擺框架的兩側分別設有一鋼制搖擺刀口，所述旋轉搖擺框架通過該兩鋼制搖擺刀口與所述支撐架活動鏈接；所述旋轉搖擺框架包括模型搖擺平臺和模型旋轉安裝平臺，所述模型搖擺平臺為中空環(huán)形結構，所述模型旋轉安裝平臺設置在所述模型搖擺平臺的環(huán)腔內(nèi)；所述模型搖擺平臺與所述模型旋轉安裝平臺之間設有90度旋轉機構；所述模型旋轉安裝平臺由圓環(huán)體和支撐平臺組成；所述圓環(huán)體與所述支撐平臺相連接且設有間距，所述圓環(huán)體設于所述支撐平臺的上部；所述圓環(huán)體與所述支撐平臺的連接件上設有抓緊裝置。上述的浮筒模型首搖慣量校核裝置中設置了 90度旋轉機構，在測量模型的首搖時可將所述模型旋轉安裝平臺旋轉90度，將首搖慣量的旋轉方向由水平面內(nèi)繞垂向軸的旋轉轉變成為垂直面內(nèi)的繞水平軸旋轉，從而使首搖慣量的回復力由模型旋轉安裝平臺和模型本身的重力提供，從而為首搖慣量的測量提供了一個不受被測物體運動而改變的、大小恒定的外界回復力，避免了其他方式提供的回復力受到模型運動的影響所導致的測量誤差或錯誤。上述的浮筒模型首搖慣量校核裝置，所述圓環(huán)體與所述支撐平臺通過連接桿相連接。上述的浮筒模型首搖慣量校核裝置，所述連接桿可為4個，該4個連接桿沿所述圓環(huán)體的周向均勻布置。上述的浮筒模型首搖慣量校核裝置，所述抓緊裝置可為頂緊器；所述圓環(huán)體與所述支撐平臺的連接件上可設有I個所述頂緊器。上述的浮筒模型首搖慣量校核裝置，所述頂緊器包括螺紋桿體、與該螺紋桿體相配合的頂緊旋鈕和設置在該螺紋桿體一端部的頂緊片，該頂緊片的面可為摩擦力較大的防滑材料；所述頂緊旋鈕于所述螺紋桿上的位置可進行前后調(diào)整，在安裝模型時，可以前后調(diào)整所述頂緊旋鈕以頂緊該模型，防止模型松脫和滑落。上述的浮筒模型首搖慣量校核裝置，所述旋轉搖擺平臺與所述圓環(huán)體相連接。上述的浮筒模型首搖慣量校核裝置，所述支撐平臺上設有至少I個靈敏度調(diào)節(jié)螺母，如2個，通過調(diào)節(jié)所述靈敏度調(diào)節(jié)螺母的重量和位置可以改變所述支撐平臺的重心位置，從而調(diào)整該校核裝置的靈敏度。上述的浮筒模型首搖慣量校核裝置，所述鋼制搖擺刀口的側面設有刀口鎖緊裝置，可將所述旋轉搖擺框架鎖緊在水平位置。本發(fā)明由于采取以上技術方案，其具有以下優(yōu)點I、本發(fā)明由于采用旋轉搖擺框架，該旋轉搖擺框架包括一模型搖擺平臺、模型旋轉安裝平臺和90度旋轉機構，從而將首搖慣量的旋轉方向由水平面內(nèi)繞垂向軸的旋轉轉變成為垂直面內(nèi)的繞水平軸旋轉，從而使首搖慣量的回復力由模型旋轉安裝平臺和模型本身的重力提供，從而為首搖慣量的測量提供了一個不受被測物體運動而改變的、大小恒定的外界回復力，避免了其他方式提供的回復力受到模型運動的影響所導致的測量誤差或錯誤。2、通過測量旋轉搖擺框架在重力作用下的擺動幅度和周期，可以確定被測模型首搖慣量情況，根據(jù)被測結果進行調(diào)整和反復修正，就可以精確模擬浮筒模型的首搖慣量。3、本發(fā)明由于采用在模型旋轉安裝平臺的四個頂點處分別設置一個可調(diào)整前后位置的頂緊器，并采用了摩擦力較大的防滑材料，使得可適應被測各種形狀浮筒模型模型的外形需要，夾緊模型，并可防止模型滑落。、
4、本發(fā)明由于在模型旋轉安裝平臺的一側安裝有調(diào)節(jié)靈敏度的搖擺架靈敏度調(diào)節(jié)螺母，通過調(diào)節(jié)螺母的重量和位置可以改變平臺的重心位置，從而調(diào)整整個系統(tǒng)的靈敏度，為測量不同質(zhì)量、重心分布的模型的首搖慣量提供了方便。本發(fā)明滿足了海洋工程模型試驗的要求，可以廣泛應用于船舶與海洋工程領域中。


圖I是本發(fā)明提供的校核裝置的俯視圖；圖2是本發(fā)明提供的校核裝置的側視圖；圖3是本發(fā)明提供的校核裝置安裝被測浮筒模型時的俯視圖；圖4是本發(fā)明提供的校核裝置安裝被測浮筒模型時的側視圖；圖5是本發(fā)明提供的校核裝置中旋轉搖擺框架側向旋轉90度后的被測浮筒模型 的側視圖；圖中各標記如下1支撐架、2模型搖擺平臺、390度旋轉機構、4圓環(huán)體、5支撐平臺、6連接桿、7螺紋桿體、8頂緊旋鈕、9頂緊片、10靈敏度調(diào)節(jié)螺母、11鋼制搖擺刀口、12刀口鎖緊裝置、13浮體模型。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明做進一步說明，但本發(fā)明并不局限于以下實施例。如圖I和圖2所示，本發(fā)明提供的浮筒模型首搖慣量校核裝置包括一鋼制支撐架I和一旋轉搖擺框架；該一旋轉搖擺框架包括一模型搖擺平臺2和模型旋轉安裝平臺，其中，模型搖擺平臺2為中空環(huán)形結構，模型旋轉安裝平臺設置在該模型搖擺平臺2的環(huán)腔內(nèi)，且兩者通過90度旋轉機構3相連接，在測量模型的首搖時可將模型旋轉安裝平臺旋轉90度，將首搖慣量的旋轉方向由水平面內(nèi)繞垂向軸的旋轉轉變成為垂直面內(nèi)的繞水平軸旋轉，從而使首搖慣量的回復力由模型旋轉安裝平臺和模型本身的重力提供，從而為首搖慣量的測量提供了一個不受被測物體運動而改變的、大小恒定的外界回復力，避免了其他方式提供的回復力受到模型運動的影響所導致的測量誤差或錯誤；該模型旋轉安裝平臺由圓環(huán)體4和支撐平臺5組成，且圓環(huán)體4與支撐平臺5通過4個連接桿6相連接，4個連接桿6沿圓環(huán)體4的周向方向均勻布置，且圓環(huán)體4與支撐平臺5之間設有間距，圓環(huán)體4設于支撐平臺5的上部；每個連接桿6上設有I個頂緊器，每個頂緊器包括螺紋桿體7、與該螺紋桿體7相配合的頂緊旋鈕8和設置在該螺紋桿體7 —端部的頂緊片9，其中頂緊片9的面為摩擦力較大的防滑材料，設置的頂緊器通過頂緊旋鈕8可以前后調(diào)整，在安裝模型時可以前后調(diào)整以頂緊模型，防止模型松脫和滑落；旋轉搖擺平臺2與圓環(huán)體4通過90度旋轉機構3相連接；支撐平臺5上還設有2個靈敏度調(diào)節(jié)螺母10，通過調(diào)節(jié)靈敏度調(diào)節(jié)螺母10的重量和位置可以改變支撐平臺5的重心位置，從而調(diào)整整個校核裝置的靈敏度；旋轉搖擺框架的兩側分別設有一鋼制搖擺刀口 11，該旋轉搖擺框架通過該兩鋼制搖擺刀口 11與支撐架I活動鏈接；且鋼制搖擺刀口 11的側面設有刀口鎖緊裝置12，可將旋轉搖擺框架鎖緊在水平位置。綜上所述，本發(fā)明在使用時，如圖3和圖4所示，首先將旋轉搖擺框架調(diào)整為水平狀態(tài)，以確保旋轉搖擺框架的重心位于鋼制搖擺刀口 11上；然后將90度旋轉機構3和刀口鎖緊裝置12鎖緊保證在浮體模型安裝時的穩(wěn)定性；將被測浮體模型13水平放置在模型旋轉安裝平臺上，并調(diào)整被測浮體模型13與模型旋轉安裝平臺的中心對齊；旋轉頂緊器的頂緊旋鈕8將頂緊片9頂在浮筒模型13上將其頂緊固定住；將刀口鎖緊裝置12松開，檢查整個旋轉搖擺框架(包括被測浮體模型)是否重心落在鋼制搖擺刀口 11上；如果不是則調(diào)整模型的位置以保證重心位置的準確性。如圖5所示，在旋轉搖擺框架置于水平安裝位置安裝完被測浮筒模型13后，將90度旋轉機構3松開并將旋轉搖擺框架旋轉90度后再次鎖緊，這樣就將被測浮體模型13沿著水平軸旋轉了 90度，從而將首搖的搖擺改成了縱搖的搖擺；然后通過人為方式給予旋轉搖擺框架一個小的初始角度，通過測量旋轉搖擺框架的搖擺周期就可以計算得到被測浮體模型13的首搖慣量參數(shù)，通過調(diào)整被測浮體模型13的壓重位置就可以對首搖慣量進行調(diào)整，直至達到目標值；通過以上步驟的調(diào)整就可以使得被測浮體模型13的首搖質(zhì)量分布達到設計要求，從而保證試驗準確性，滿足精度要求。通過調(diào)整靈敏度調(diào)節(jié)螺母10的重量和位置可以改變系統(tǒng)的重心位置，從而改變設備的靈敏度，適應不同的模型。 綜上所述，旋轉搖擺框架是本發(fā)明最主要的部件，在模型搖擺平臺2和模型旋轉安裝平臺之間安裝有90度旋轉機構3，在測量模型的首搖時可將模型旋轉安裝平臺旋轉90度，將首搖慣量的旋轉方向由水平面內(nèi)繞垂向軸的旋轉轉變成為垂直面內(nèi)的繞水平軸旋轉，從而使首搖慣量的回復力由模型旋轉安裝平臺和模型本身的重力提供，避免了其他方式所導致的測量誤差或錯誤。模型旋轉安裝平臺由頂部的圓環(huán)體4、底部的支撐平臺5、連接桿6和頂緊器組成，頂緊器用于在安裝模型時前后調(diào)整以頂緊模型，防止模型松脫和滑落；通過模型旋轉安裝平臺上搖擺架靈敏度調(diào)節(jié)螺母10的重量和位置可以改變平臺的重心位置，從而調(diào)整整個系統(tǒng)的靈敏度；在鋼制搖擺刀口 11側面安裝有刀口鎖緊裝置12，可將旋轉搖擺框架鎖緊在水平位置。上述各實施例僅用于說明本發(fā)明，各部件的結構、尺寸、設置位置及形狀都是可以有所變化的，在本發(fā)明技術方案的基礎上，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，均不應排除在本發(fā)明的保護范圍之外。
權利要求
1.一種浮筒模型首搖慣量校核裝置，其特征在于它包括一支撐架和ー旋轉搖擺框架；所述旋轉搖擺框架的兩側分別設有ー鋼制搖擺刀ロ，所述旋轉搖擺框架通過該兩鋼制搖擺刀ロ與所述支撐架活動鏈接； 所述旋轉搖擺框架包括模型搖擺平臺和模型旋轉安裝平臺，所述模型搖擺平臺為中空環(huán)形結構，所述模型旋轉安裝平臺設置在所述模型搖擺平臺的環(huán)腔內(nèi)；所述模型搖擺平臺與所述模型旋轉安裝平臺之間設有90度旋轉機構； 所述模型旋轉安裝平臺由圓環(huán)體和支撐平臺組成；所述圓環(huán)體與所述支撐平臺相連接且設有間距，所述圓環(huán)體設于所述支撐平臺的上部；所述圓環(huán)體與所述支撐平臺的連接件上設有抓緊裝置。
2.根據(jù)權利要求I所述的校核裝置，其特征在于所述圓環(huán)體與所述支撐平臺通過連接桿相連接。
3.根據(jù)權利要求2所述的校核裝置，其特征在于所述連接桿為4個，該4個連接桿沿所述圓環(huán)體的周向均勻布置。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的校核裝置，其特征在于所述抓緊裝置為頂緊器；所述圓環(huán)體與所述支撐平臺的連接件上設有I個所述頂緊器。
5.根據(jù)權利要求4所述的校核裝置，其特征在于所述頂緊器包括螺紋桿體、與該螺紋桿體相配合的頂緊旋鈕和設置在該螺紋桿體一端部的頂緊片。
6.根據(jù)權利要求I或2或3所述的校核裝置，其特征在于所述旋轉搖擺平臺與所述圓環(huán)體相連接。
7.根據(jù)權利要求I或2或3所述的校核裝置，其特征在于所述支撐平臺上設有至少I個靈敏度調(diào)節(jié)螺母。
8.根據(jù)權利要求I或2或3所述的校核裝置，其特征在于所述鋼制搖擺刀ロ的側面設有刀ロ鎖緊裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種浮筒模型首搖慣量校核裝置。它包括一支撐架和一旋轉搖擺框架；所述旋轉搖擺框架的兩側分別設有一鋼制搖擺刀口，所述旋轉搖擺框架通過該兩鋼制搖擺刀口與所述支撐架活動鏈接；所述旋轉搖擺框架包括模型搖擺平臺和模型旋轉安裝平臺，所述模型搖擺平臺為中空環(huán)形結構，所述模型旋轉安裝平臺設置在所述模型搖擺平臺的環(huán)腔內(nèi)；所述模型搖擺平臺與所述模型旋轉安裝平臺之間設有90度旋轉機構；所述模型旋轉安裝平臺由圓環(huán)體和支撐平臺組成；所述圓環(huán)體與所述支撐平臺的連接件上設有抓緊裝置。本發(fā)明通過測量旋轉搖擺框架在重力作用下的擺動幅度和周期，可以確定被測模型首搖慣量情況，根據(jù)被測結果進行調(diào)整和反復修正，就可以精確模擬浮筒模型的首搖慣量。
文檔編號G01M10/00GK102735420SQ20121018735
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月7日 優(yōu)先權日2012年6月7日
發(fā)明者馮加果, 劉瀟, 劉琳, 彭濤, 易叢, 李達, 楊建民, 王俊榮, 白雪平, 肖龍飛, 胡志強, 范模, 謝彬, 謝文會, 趙晶瑞, 馬巍巍 申請人:上海交通大學, 中國海洋石油總公司, 中海油研究總院