一種浮式平臺(tái)六自由度整體運(yùn)動(dòng)抑制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種浮式平臺(tái)六自由度整體運(yùn)動(dòng)抑制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]漂浮于水面的浮式平臺(tái)是用于海洋開發(fā)(海洋油氣和其他種類能源勘探、開采、生產(chǎn)、存儲(chǔ)、輸送，海底資源探索開發(fā)，海洋空間利用等)的重要設(shè)施。浮式平臺(tái)工作于惡劣的海洋環(huán)境中，在波浪、海流、風(fēng)等環(huán)境載荷作用下會(huì)產(chǎn)生明顯的整體運(yùn)動(dòng)。抑制浮式平臺(tái)整體運(yùn)動(dòng)將有利于提高平臺(tái)耐波性和安全性。如果單純通過增大結(jié)構(gòu)尺度或加強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度來降低平臺(tái)運(yùn)動(dòng)幅度，勢(shì)必會(huì)大幅增加建造和運(yùn)行成本，因此在平臺(tái)上裝備減振裝置就成為一種高效的平臺(tái)整體運(yùn)動(dòng)抑制方法。
[0003]水面浮式平臺(tái)的固有特性和受載情況與陸上結(jié)構(gòu)差別較大，其整體運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)與陸上結(jié)構(gòu)也有顯著不同。例如，浮式平臺(tái)在外載荷作用下會(huì)發(fā)生縱蕩、橫蕩、垂蕩、橫搖、縱搖、首搖等空間六自由度整體運(yùn)動(dòng)，這與陸上結(jié)構(gòu)物(如高層建筑)或固定式平臺(tái)完全不同。陸上結(jié)構(gòu)或固定式平臺(tái)以水平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)為主，采用調(diào)諧液體阻尼器TLD(或TLCD)以及其他隔振元件就可以達(dá)到水平面內(nèi)減振的效果，但對(duì)于浮式平臺(tái)情況則有所不同。浮式平臺(tái)六個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度可分為兩類:第一類是水平面內(nèi)自由度(縱蕩、橫蕩、首搖)，第二類是水平面外的自由度(垂蕩、橫搖、縱搖)。這兩類自由度之間固有周期差別較大，而且是相互耦合、互相影響的。若將適用于陸上結(jié)構(gòu)物或固定式平臺(tái)的減振裝置裝備到浮式平臺(tái)上，最多達(dá)到抑制浮式平臺(tái)某一類自由度響應(yīng)而對(duì)另一類自由度響應(yīng)無作用的效果；這種做法更有可能造成的結(jié)果是:在降低浮式平臺(tái)某一類運(yùn)動(dòng)自由度響應(yīng)的同時(shí)，惡化了另一類自由度響應(yīng)，因而無法達(dá)到同時(shí)抑制浮式平臺(tái)六自由度運(yùn)動(dòng)的目的。
[0004]此外，由于環(huán)境載荷和作業(yè)條件多變、浮式平臺(tái)上空間非常有限，即便僅對(duì)某一類自由度進(jìn)行運(yùn)動(dòng)抑制(而不考慮浮式平臺(tái)前述兩類自由度的相互作用)，現(xiàn)有適用于陸上結(jié)構(gòu)物、運(yùn)載工具或固定式平臺(tái)的減振裝置也難以實(shí)際用于浮式平臺(tái)。其具體原因可試舉三個(gè)例子說明:1)若采用傳統(tǒng)的直線或曲線調(diào)諧液柱阻尼器對(duì)浮式平臺(tái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)抑制，為適應(yīng)常見的海況和作業(yè)條件，該調(diào)諧液柱阻尼器的長度就不得不設(shè)計(jì)得很大，這就會(huì)導(dǎo)致該阻尼器尺寸超限而難以安裝到浮式平臺(tái)上；2)浮式平臺(tái)在不同環(huán)境條件和作業(yè)狀態(tài)下會(huì)發(fā)生不同模態(tài)的整體運(yùn)動(dòng)，以水平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)為例來說就是會(huì)發(fā)生縱蕩、橫蕩、首搖等三個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，若采用傳統(tǒng)的直線或曲線調(diào)諧液柱阻尼器對(duì)這三個(gè)方向運(yùn)動(dòng)都加以抑制，則需對(duì)應(yīng)縱蕩、橫蕩、首搖等三個(gè)方向分別布置三種調(diào)諧液柱阻尼器，而且由于無法調(diào)節(jié)液柱長度和流動(dòng)路徑，傳統(tǒng)的調(diào)諧液柱阻尼器也只能對(duì)個(gè)別海況和作業(yè)狀態(tài)單獨(dú)進(jìn)行平臺(tái)運(yùn)動(dòng)抑制，這就難以滿足對(duì)浮式平臺(tái)在各個(gè)環(huán)境條件和作業(yè)狀態(tài)下同時(shí)進(jìn)行多自由度整體運(yùn)動(dòng)抑制的要求；3)在制造完成并安裝到平臺(tái)上使用后的各種作業(yè)過程中，傳統(tǒng)減振裝置的位置不能根據(jù)環(huán)境條件和作業(yè)狀態(tài)的改變而隨之有針對(duì)性地變更到新的位置，這就使傳統(tǒng)減振裝置只能針對(duì)設(shè)計(jì)狀態(tài)進(jìn)行平臺(tái)運(yùn)動(dòng)抑制，難以實(shí)現(xiàn)在各個(gè)環(huán)境條件和作業(yè)狀態(tài)下均可對(duì)浮式平臺(tái)進(jìn)行各自由度整體運(yùn)動(dòng)抑制的目標(biāo)。
[0005]綜上所述，現(xiàn)有陸上結(jié)構(gòu)(如高層建筑、機(jī)械設(shè)備、運(yùn)載工具等)或固定式平臺(tái)的減振裝置難以應(yīng)用于浮式平臺(tái)。針對(duì)同時(shí)抑制浮式平臺(tái)六自由度整體運(yùn)動(dòng)這一難題，國內(nèi)外工業(yè)界和學(xué)術(shù)界開展了相關(guān)研宄，但目前尚缺少能同時(shí)抑制六自由度整體運(yùn)動(dòng)的裝置系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種浮式平臺(tái)六自由度整體運(yùn)動(dòng)抑制系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明的一種浮式平臺(tái)六自由度整體運(yùn)動(dòng)抑制系統(tǒng)包括:可調(diào)式網(wǎng)格狀調(diào)諧液柱阻尼器和浸入水中的內(nèi)部中空底開口旋轉(zhuǎn)體構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)體組，所述可調(diào)式網(wǎng)格狀調(diào)諧液柱阻尼器設(shè)置在浮式平臺(tái)水面以上的某一層甲板面上，甲板面下方設(shè)有立柱，立柱底部設(shè)有沉箱連接立柱，所述浸入水中的內(nèi)部中空底開口旋轉(zhuǎn)體頂部連接設(shè)有滑槽轉(zhuǎn)臂，滑槽轉(zhuǎn)臂上設(shè)有供旋轉(zhuǎn)體滑動(dòng)的滑槽，滑槽轉(zhuǎn)臂一端設(shè)有旋轉(zhuǎn)軸，滑槽轉(zhuǎn)臂通過旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置在立柱上。
[0008]優(yōu)選地，所述可調(diào)式網(wǎng)格狀調(diào)諧液柱阻尼器包括水平管段和兩個(gè)以上的豎直管段，水平管段網(wǎng)格交叉點(diǎn)頂部設(shè)有可拆卸蓋板，所述豎直管段安裝在拆下可拆卸蓋板后的水平管段網(wǎng)格交叉點(diǎn)上，水平管段內(nèi)設(shè)有控制阻尼器中液體流動(dòng)路徑的調(diào)節(jié)閥門。該閥門的作用是:對(duì)于不同的環(huán)境條件和作業(yè)狀態(tài)，有針對(duì)性地開、閉不同位置處的流動(dòng)路徑調(diào)節(jié)閥門，就可以使液柱在水平面內(nèi)形成或者連通、或者分隔，或者單一方向、或者多方向并存，或者直線(折線)、或者環(huán)路等不同種類流動(dòng)路徑，并且可以按需要改變液柱長度，從而對(duì)各不同環(huán)境條件和作業(yè)狀態(tài)均可形成既能單獨(dú)抑制某一方向、又能同時(shí)抑制多個(gè)自由度方向上平臺(tái)整體運(yùn)動(dòng)的減振設(shè)備。
[0009]優(yōu)選地，所述水平管段和兩個(gè)以上的豎直管段橫截面形狀為矩形、圓形或橢圓形；所述兩個(gè)以上的豎直管段的橫截面為等截面或變截面。
[0010]優(yōu)選地，所述可調(diào)式網(wǎng)格狀調(diào)諧液柱阻尼器內(nèi)液體為油、淡水、海水或其他可以就近廉價(jià)獲得的液體。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述滑槽轉(zhuǎn)臂的滑槽上安裝有一個(gè)以上的底開口旋轉(zhuǎn)體，所述底開口旋轉(zhuǎn)體內(nèi)部中空，浸入外界流體中，旋轉(zhuǎn)體的底部截面敞開與外界環(huán)境流體連通，旋轉(zhuǎn)體下部的體內(nèi)空間被液柱占據(jù)，在液柱之上的旋轉(zhuǎn)體內(nèi)部空間充滿氣體。
[0012]優(yōu)選地，所述可調(diào)式網(wǎng)格狀調(diào)諧液柱阻尼器和浸入水中的內(nèi)部中空底開口旋轉(zhuǎn)體中均設(shè)有節(jié)流孔板。
[0013]優(yōu)選地，所述水平管段、豎直管段、底開口旋轉(zhuǎn)體、閥門、蓋板及節(jié)流孔板為金屬材料或滿足強(qiáng)度剛度要求的非金屬材料制作。
[0014]優(yōu)選地，所述浮式平臺(tái)六自由度整體運(yùn)動(dòng)抑制系統(tǒng)適用于各種浮式平臺(tái)。
[0015]本發(fā)明的有益效果如下:
[0016]I)本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)抑制系統(tǒng)主要由可調(diào)式網(wǎng)格狀調(diào)諧液柱阻尼器(使用過程中液柱長度和液柱流動(dòng)路徑可以調(diào)整)和浸入水中的多個(gè)內(nèi)部中空的底開口旋轉(zhuǎn)體構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)體組(使用過程中位置可變)這兩大子系統(tǒng)組成，它們組合形成的運(yùn)動(dòng)抑制系統(tǒng)可以同時(shí)抑制浮式平臺(tái)整體六自由度運(yùn)動(dòng)(縱蕩、橫蕩、垂蕩、橫搖、縱搖、首搖)，并且對(duì)各不同作業(yè)狀態(tài)和環(huán)境條件均適用。
[0017]2)可調(diào)式網(wǎng)格狀調(diào)諧液柱阻尼器的有關(guān)參數(shù)可以按照工程具體需求來設(shè)置，如，網(wǎng)格形狀和尺寸、網(wǎng)格水平縱橫管段數(shù)量和布置疏密度、網(wǎng)格中流動(dòng)路徑調(diào)節(jié)閥門的數(shù)量和位置、管段橫截面積和形狀、節(jié)流孔板形狀和布置位置以及其他有關(guān)參數(shù)等。
[0018]3)在可調(diào)式網(wǎng)格狀調(diào)諧液柱阻尼器水平縱橫管段交叉點(diǎn)處安裝有流動(dòng)路徑調(diào)節(jié)閥門，該閥門的作用是:對(duì)于不同的環(huán)境條件和作業(yè)狀態(tài)，有針對(duì)性地開、閉不同位置處的流動(dòng)路徑調(diào)節(jié)閥門，就可以使液柱在水平面內(nèi)形成或者連通、或者分隔，或者單一方向、或者多方向并存，或者直線(折線)、或者環(huán)路等不同種類流動(dòng)路徑，并且可以按需要改變液柱長度，從而對(duì)各不同環(huán)境條件和作業(yè)狀態(tài)均可形成既能單獨(dú)抑制某一方向、又能同時(shí)抑制多個(gè)自由度方向上平臺(tái)整體運(yùn)動(dòng)的減振設(shè)備。
[0019]4)在可調(diào)式網(wǎng)格狀調(diào)諧液柱阻尼器水平縱橫管段的交叉點(diǎn)處設(shè)置有可拆卸蓋板，拆掉任意一處的蓋板安裝上豎直管段可以適應(yīng)不同流動(dòng)路徑末端位置變化的需要。
[0020]5)浸入水中的多個(gè)內(nèi)部中空的底開口旋轉(zhuǎn)體的有關(guān)參數(shù)可以按照工程具體需求來設(shè)置，如，旋轉(zhuǎn)體形狀、個(gè)數(shù)、尺寸、布置方式，節(jié)流孔板形狀、個(gè)數(shù)、布置位置，以及其他有關(guān)參數(shù)等。
[0021]6)在浮式平臺(tái)立柱上(水面以上)設(shè)置有多個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)滑槽轉(zhuǎn)臂，轉(zhuǎn)臂上開有滑槽，滑槽轉(zhuǎn)臂的位置、轉(zhuǎn)臂尺寸、開槽的尺寸和位置等有關(guān)參數(shù)可以按照工程實(shí)際需求來設(shè)置。
[0022]7)每個(gè)滑槽轉(zhuǎn)臂均可在水平面內(nèi)任意轉(zhuǎn)動(dòng)；各可轉(zhuǎn)動(dòng)滑槽上可以安裝一個(gè)或多個(gè)浸入水中的內(nèi)部中空的底開口旋轉(zhuǎn)體，每個(gè)旋轉(zhuǎn)體均可以在各自所屬滑槽轉(zhuǎn)臂中滑動(dòng)到