深水動力定位半潛式平臺調(diào)諧垂蕩板減搖減蕩控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半潛式平臺，特別是關(guān)于一種具有活動調(diào)諧垂蕩板的深水動力定位深水半潛式平臺。
【背景技術(shù)】
[0002]深水半潛式平臺以其甲板面積大，裝載量大，建造難度低等優(yōu)點成為深水油氣勘探開發(fā)的重要裝備之一。隨著平臺作業(yè)水深的增加，傳統(tǒng)錨泊系統(tǒng)錨鏈的長度和強度都需增加，由此使整個錨泊系統(tǒng)的重量劇增，而且在布置錨鏈時較為復雜，并需覆蓋較大的水面面積，影響其它船舶的航行或鉆探作業(yè)。為此，動力定位系統(tǒng)由于其成本不隨水深的增加而增加，被廣泛應(yīng)用到深水海洋浮式結(jié)構(gòu)物上。動力定位系統(tǒng)受推力器出力方向的限制，僅能控制縱蕩、橫蕩和艏搖自由度。因此采用動力定位系統(tǒng)的深水半潛式平臺在垂蕩、橫搖和縱搖自由度的響應(yīng)更加不易控制。受涌浪的作用，過大的橫搖和縱搖響應(yīng)會減小平臺的氣隙，進而造成波浪對平臺下甲板的抨擊作用，并且對乘員的舒適性和作業(yè)的安全性產(chǎn)生不利影響，影響生產(chǎn)效率。除此之外，過大的橫搖和縱搖響應(yīng)會造成平臺上貨物的損壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述問題，本發(fā)明的目的是采用調(diào)諧垂蕩板系統(tǒng)，為深水半潛式平臺提供額外的回復力或回復力矩，以改善深水半潛式平臺的運動性能，適應(yīng)更加惡劣的深海海況。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了深水動力定位半潛式平臺調(diào)諧垂蕩板減搖減蕩控制系統(tǒng)，主要由半潛式平臺甲板；4個平臺立柱；2個平行布置，并連接平臺立柱下端的平臺浮箱；8個全回轉(zhuǎn)推力器和4套調(diào)諧垂蕩板系統(tǒng)組成。
[0005]在半潛式平臺甲板底面的四角處以甲板幾何中心為中心對稱點，安裝4個平臺立柱；在縱蕩方向同側(cè)的兩個平臺立柱下端與平臺浮箱固定連接；在平臺浮箱的底部、位于每個平臺立柱的正下方位置，各安裝用于實現(xiàn)減搖減蕩控制的調(diào)諧垂蕩板系統(tǒng)。
[0006]每個調(diào)諧垂蕩板系統(tǒng)主要包括2個主動變阻尼裝置、I個回復彈簧、兩個法蘭盤、4套限位彈簧、垂蕩板立柱、垂蕩板桁架斜撐和垂蕩板；方形垂蕩板的上表面四角處和中心位置分別固接垂蕩板立柱，在五個垂蕩板立柱的中間位置處固定有連接五個垂蕩板立柱的水平桁架；由水平桁架、垂蕩板、五個垂蕩板立柱和垂蕩板桁架斜撐構(gòu)成一個矩形桁架體。
[0007]位于垂蕩板中心位置的垂蕩板立柱上端與固定于平臺浮箱內(nèi)部的回復彈簧連接；位于垂蕩板對角線位置的兩根垂蕩板立柱上端分別與固定于平臺浮箱內(nèi)部的兩個主動可變阻尼裝置的活塞推桿連接；剩余兩根垂蕩板立柱上端分別與固定于平臺浮箱內(nèi)部的法蘭盤連接，在法蘭盤的上下等距離處的垂蕩板立柱上安裝限位彈簧，限位彈簧固定在平臺浮箱上。
[0008]8個全回轉(zhuǎn)推力器分為四組，每組各包括兩個全回轉(zhuǎn)推力器，將四組全回轉(zhuǎn)推力器分別安裝在平臺浮箱下表面的兩端；每組兩個推力器均采用錯位布置。
[0009]可以將垂蕩板立柱與平臺浮箱固結(jié)。
[0010]半潛式平臺甲板可以是矩形、圓形或者橢圓形。
[0011]本發(fā)明的有益效果如下:
[0012]8個全回轉(zhuǎn)推力器共同為半潛式平臺甲板提供控制力或控制力矩，對半潛式平臺甲板縱蕩、橫蕩和艏搖自由度的大幅慢漂運動進行控制。
[0013]垂蕩板系統(tǒng)在水下為半潛式平臺甲板提供額外的附加質(zhì)量和附加粘滯阻尼，從而可有效地提高半潛式平臺的垂蕩性能。
[0014]對回復彈簧回復剛度進行調(diào)節(jié)，使垂蕩板系統(tǒng)與半潛式平臺甲板被控自由度(橫搖或縱搖)的調(diào)諧比為1，可對半潛式平臺甲板橫搖和縱搖自由度同時發(fā)揮減搖控制作用。
[0015]通過數(shù)值模擬及實驗相結(jié)合的方式優(yōu)化選擇主動變阻尼裝置的阻尼后，可進一步消耗半潛式平臺甲板結(jié)構(gòu)運動傳遞到垂蕩板的動能，從而提高垂蕩板系統(tǒng)的控制能力。
[0016]安裝于垂蕩板邊緣的剩余兩根立柱在平臺內(nèi)設(shè)置了限位彈簧，并結(jié)合主動變阻尼裝置，可對垂蕩板運動位移幅值進行約束，減小系統(tǒng)運行空間。
[0017]調(diào)諧垂蕩板系統(tǒng)處于平衡位置時，在兩個限位彈簧中間位置的垂蕩板立柱上安裝法蘭盤，當調(diào)諧垂蕩板系統(tǒng)運動時法蘭盤與限位彈簧接觸后限位彈簧通過壓縮變形為垂蕩板系統(tǒng)提供二級剛度，實現(xiàn)限位作用。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明整體示意圖。
[0019]圖2為調(diào)諧垂蕩板系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖3為全回轉(zhuǎn)推力器的布置圖。
[0021]圖中:1.半潛式平臺甲板；2.平臺立柱；3.平臺浮箱；4.全回轉(zhuǎn)推力器；5.主動變阻尼裝置；6.回復彈簧；7.限位彈簧；8.垂蕩板立柱；9.垂蕩板桁架斜撐；10.垂蕩板；
11.法蘭盤。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做具體的說明
[0023]深水動力定位半潛式平臺調(diào)諧垂蕩板減搖減蕩控制系統(tǒng)，主要由半潛式平臺甲板I ;4個平臺立柱2 ;2個平行布置，并連接平臺立柱下端的平臺浮箱3 ;8個全回轉(zhuǎn)推力器4和4套調(diào)諧垂蕩板系統(tǒng)組成；
[0024]在半潛式平臺甲板I底面的四角處以甲板幾何中心為中心對稱點，安裝4個平臺立柱2 ;在縱蕩方向同側(cè)的兩個平臺立柱2下端與平臺浮箱3固定連接；在平臺浮箱3的底部、位于每個平臺立柱2的正下方位置，各安裝用于實現(xiàn)減搖減蕩控制的調(diào)諧垂蕩板系統(tǒng)。
[0025]每個調(diào)諧垂蕩板系統(tǒng)主要包括2個主動變阻尼裝置5、1個回復彈簧6、兩個法蘭盤
11、4套限位彈簧7、垂蕩板立柱8、垂蕩板桁架斜撐9和垂蕩板10 ;方形垂蕩板10的上表面四角處和中心位置分別固接垂蕩板立柱8，在五個垂蕩板立柱8的中間位置處固定有連接五個垂蕩板立柱的水平桁架；由水平桁架、垂蕩板10、五個垂蕩板立柱8和垂蕩板桁架斜撐9構(gòu)成一個矩形桁架體。
[0026]位于垂蕩板10中心位置的垂蕩板立柱8上端與固定于平臺浮箱3內(nèi)部的回復彈簧6連接；位于垂蕩板對角線位置的兩根垂蕩板立柱8上端分別與固定于平臺浮箱3內(nèi)部的兩個主動可變阻尼裝置5的活塞推桿連接；剩余兩根垂蕩板立柱8上端分別與固定于平臺浮箱3內(nèi)部的法蘭盤11連接，在法蘭盤11的上下等距離處的垂蕩板立柱8上安裝限位彈簧7，限位彈簧7固定在平臺浮箱3上。
[0027]8個全回轉(zhuǎn)推力器4分為四組，每組各包括兩個全回轉(zhuǎn)推力器，將四組全回轉(zhuǎn)推力器4分別安裝在平臺浮箱3下表面的兩端；每組兩個推力器均采用錯位布置。
[0028]半潛式平臺動力定位系統(tǒng)采用GPS實時測量半潛式平臺的位移響應(yīng)，與預設(shè)的半潛式平臺定位目標進行比較后，通過位于半潛式平臺甲板I控制室內(nèi)的計算機控制系統(tǒng)由預先設(shè)定的程序自動優(yōu)化計算出半潛式平臺所需的總控制力，緊接著由推力分配優(yōu)化程序計算出每個全回轉(zhuǎn)推力器4的出力方向和控制力，從而實現(xiàn)對半潛式平臺縱蕩、橫蕩和艏搖自由度的大幅慢漂運動的控制。
[0029]根據(jù)平臺作業(yè)海域的海況及控制要求，通過安裝卡箍來調(diào)節(jié)回復彈簧6的長度，進而達到調(diào)節(jié)回復彈簧6回復剛度的目的，使垂蕩板系統(tǒng)與半潛式平臺的垂蕩自由度調(diào)諧比為1，垂蕩板10運動幅值被放大，整個垂蕩板系統(tǒng)可為半潛式平臺提供更大的慣性力和粘滯阻尼力，從而可有效地提高半潛式平臺的垂蕩性能。
[0030]通過數(shù)值模擬及實驗相結(jié)合的方式優(yōu)化選擇主動變阻尼裝置5的阻尼后，可使垂蕩板系統(tǒng)除了自身附加粘滯阻尼外還可由主動變阻尼裝置5進一步消耗半潛式平臺甲板I傳遞到垂蕩板10的動能。
[0031]限位彈簧7，可對垂蕩板10運動位移幅值進行約束，減小垂蕩板系統(tǒng)的運行空間。
[0032]當調(diào)諧垂蕩板系統(tǒng)處于平衡位置時，在上下兩個限位彈簧7中間位置的垂蕩板立柱上安裝法蘭盤11，為了避免由于垂蕩板運動對平臺結(jié)構(gòu)的撞擊，當調(diào)諧垂蕩板系統(tǒng)運動幅值較大時，法蘭盤11與固定于浮箱3內(nèi)的限位彈簧7直接接觸后，限位彈簧7通過壓縮變形為垂蕩板系統(tǒng)提供二級剛度，實現(xiàn)對垂蕩板運動行程的限位作用。
【主權(quán)項】
1.深水動力定位半潛式平臺調(diào)諧垂蕩板減搖減蕩控制系統(tǒng)，其特征在于主要由半潛式平臺甲板(I) ;4個平臺立柱(2) ;2個平行布置，并連接平臺立柱下端的平臺浮箱(3) ;8個全回轉(zhuǎn)推力器(4)和4套調(diào)諧垂蕩板系統(tǒng)組成； 在半潛式平臺甲板(I)底面的四角處以甲板幾何中心為中心對稱點，安裝4個平臺立柱(2);在縱蕩方向同側(cè)的兩個平臺立柱(2)下端與平臺浮箱(3)固定連接；在平臺浮箱(3)的底部、位于每個平臺立柱(2)的正下方位置，各安裝用于實現(xiàn)減搖減蕩控制的調(diào)諧垂蕩板系統(tǒng)； 每個調(diào)諧垂蕩板系統(tǒng)主要包括2個主動變阻尼裝置(5)、1個回復彈簧(6)、兩個法蘭盤(11)、4套限位彈簧(7)、垂蕩板立柱(8)、垂蕩板桁架斜撐(9)和垂蕩板(10);方形垂蕩板(10)的上表面四角處和中心位置分別固接垂蕩板立柱(8)，在五個垂蕩板立柱(8)的中間位置處固定有連接五個垂蕩板立柱的水平桁架；由水平桁架、垂蕩板(10)、五個垂蕩板立柱(8)和垂蕩板桁架斜撐(9)構(gòu)成一個矩形桁架體； 位于垂蕩板(10)中心位置的垂蕩板立柱(8)上端與固定于平臺浮箱(3)內(nèi)部的回復彈簧(6)連接；位于垂蕩板對角線位置的兩根垂蕩板立柱(8)上端分別與固定于平臺浮箱(3)內(nèi)部的兩個主動可變阻尼裝置(5)的活塞推桿連接；剩余兩根垂蕩板立柱(8)上端分別與固定于平臺浮箱⑶內(nèi)部的法蘭盤(11)連接，在法蘭盤(11)的上下等距離處的垂蕩板立柱(8)上安裝限位彈簧(7)，限位彈簧(7)固定在平臺浮箱(3)上； 8個全回轉(zhuǎn)推力器(4)分為四組，每組各包括兩個全回轉(zhuǎn)推力器，將四組全回轉(zhuǎn)推力器(4)分別安裝在平臺浮箱(3)下表面的兩端；每組兩個推力器均采用錯位布置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于深水動力定位半潛式平臺的調(diào)諧垂蕩板控制系統(tǒng)，其特征在于將垂蕩板立柱(8)與平臺浮箱(3)固結(jié)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于深水動力定位半潛式平臺的可變調(diào)諧垂蕩板控制系統(tǒng)，其特征在于半潛式平臺甲板是矩形、圓形或者橢圓形。
【專利摘要】深水動力定位半潛式平臺調(diào)諧垂蕩板減搖減蕩控制系統(tǒng)，涉及一種深水半潛式平臺的調(diào)諧垂蕩板系統(tǒng)，半潛式平臺甲板同側(cè)的兩個平臺立柱下端與平臺浮箱固結(jié)，在平臺浮箱的底部、平臺立柱的正下方各安裝一個調(diào)諧垂蕩板系統(tǒng)，調(diào)諧垂蕩板系統(tǒng)包括垂蕩板、連接桁架、回復彈簧、主動變阻尼裝置和限位彈簧。本發(fā)明依據(jù)海況或?qū)嶋H需求通過調(diào)節(jié)回復彈簧剛度可分別實現(xiàn)控制垂蕩響應(yīng)或?qū)M搖、縱搖自由度實現(xiàn)減搖控制，使動力定位系統(tǒng)無法控制的垂直面自由度運動響應(yīng)得到控制，以適應(yīng)更加惡劣的海況。
【IPC分類】B63B39/00
【公開號】CN104890830
【申請?zhí)枴緾N201510220787
【發(fā)明人】歐進萍, 梁海志, 喬東生
【申請人】大連理工大學
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年4月30日