FPSO软刚臂单点系泊模型实验平台设计
发布时间：2021-10-24 08:05
以渤海明珠号FPSO软刚臂为例,建立软刚臂实验平台,通过部分相似策略对典型的软刚臂和单点平台进行缩尺。实验平台的模型部分主要由单点平台、软刚臂、系泊支架三部分构成,船形浮体由6自由度平台代替。基于理论分析与现场实测数据,6自由度平台模拟浮体带动软刚臂,实现了大比尺模型实验,克服了在传统的水池实验中软刚臂单点系泊系统全部缩比导致的误差过大问题,为软刚臂的问题分析提供了研究平台。通过软刚臂横摆减振和轴承损伤实验验证了实验平台的正确性和可行性。
【文章来源】：实验室研究与探索. 2020,39(08)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
FPSO软刚臂单点系泊系统
因此，要想保证刚度的相似，除了需要保证尺寸相似与重力相似外，各个主要构件，如系泊臂、系泊腿、压载舱等的重心位置也必须相似。(2)TLD减振设计。为减少软刚臂横摆共振幅度，保证软刚臂模型的尺寸相似、重力相似以及重心位置相似的基础上，在2个压载舱模型之间设计了一套TLD减振装置。由于软刚臂只有横摆方向需要进行减振，其方向比较单一，选取矩形容器对软刚臂的横摆进行抑制。TLD模型的尺寸设计应包括:(1)TLD模型装置长度L。为了避免在加上TLD后改变软刚臂在纵荡方向上的刚度，可在2个压载舱重心处中间加装TLD装置。参考模型2个压载舱内侧舱壁的距离以及表1的缩尺比，实际的TLD长度L设计为1.64 m;(2)TLD模型容器高度h。利用6自由度运动台对软刚臂在无TLD的状态下的横摆方向进行加载，得到软刚臂模型横摆固有频率为0.32 Hz。根据反共振调谐原理，TLD的频率应与软刚臂横摆固有频率保持一致，分别按照TLD的深水理论和浅水理论方法[11-12]计算液体高度。从结果能够看出，当TLD固有频率0.32 Hz、长度为1.64 m时，利用深水理论和浅水理论所计算出的液体高度差别不大，均为0.11～0.12 m，最终TLD模型容器的设计高度h为0.3 m。(3)TLD容器宽度b。设计容器的宽度应当适中，若设计太小能降低TLD的动力吸振效果，太大则压载舱不足以全部提供TLD的液体。实际TLD模型容器的设计宽度b为0.25 m。
在软刚臂模型设计过程中，2个压载舱与中间的TLD容器均可以拆卸，以满足不同的试验需求。加装TLD容器方法如图3所示。(3)系泊腿上铰点轴承设计。系泊腿上端铰接点X1具有3个自由度，如图4(a)所示，通过铰接点R1x与R1y实现了前后、左右两个方向的旋转;通过内置的推力滚子轴承(见图4(b))，既实现了上铰点与系泊腿之间力的传递，同时保证了系泊腿沿竖直方向R1z的旋转。一旦推力滚子轴承发生故障，可能会造成功能域、强度、疲劳等失效问题，甚至不能发生相对的艏摇，造成疲劳断裂破坏被迫停产的风险[13]。因此，推力滚子轴承对于软刚臂正常工作具有重要作用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]海洋工程试验的浮式风力发电机模型设计[J]. 张琦,彭志科,寇雨丰,田新亮. 实验室研究与探索. 2019(06)
[2]软刚臂横摆机理及减振方法研究[J]. 樊哲良,张大勇,吕柏呈,岳前进,王琦. 中国海洋平台. 2017(01)
[3]基于振动台的实时动力子结构实验系统稳定性预测研究[J]. 唐贞云,陈适才,张金喜,李振宝. 工程力学. 2016(12)
[4]软刚臂系泊系统水平系泊力原型测量方法[J]. 樊哲良,岳前进,武文华,孙强,孙晔. 上海交通大学学报. 2014(04)
[5]砌体填充框架结构的实时子结构试验方法及仿真分析[J]. 许国山,Shing P.Benson,吴斌. 震灾防御技术. 2010(02)
博士论文
[1]基于现场监测的软刚臂失效分析与风险预警[D]. 樊哲良.大连理工大学 2015
本文编号：3454909
【文章来源】：实验室研究与探索. 2020,39(08)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
FPSO软刚臂单点系泊系统
因此，要想保证刚度的相似，除了需要保证尺寸相似与重力相似外，各个主要构件，如系泊臂、系泊腿、压载舱等的重心位置也必须相似。(2)TLD减振设计。为减少软刚臂横摆共振幅度，保证软刚臂模型的尺寸相似、重力相似以及重心位置相似的基础上，在2个压载舱模型之间设计了一套TLD减振装置。由于软刚臂只有横摆方向需要进行减振，其方向比较单一，选取矩形容器对软刚臂的横摆进行抑制。TLD模型的尺寸设计应包括:(1)TLD模型装置长度L。为了避免在加上TLD后改变软刚臂在纵荡方向上的刚度，可在2个压载舱重心处中间加装TLD装置。参考模型2个压载舱内侧舱壁的距离以及表1的缩尺比，实际的TLD长度L设计为1.64 m;(2)TLD模型容器高度h。利用6自由度运动台对软刚臂在无TLD的状态下的横摆方向进行加载，得到软刚臂模型横摆固有频率为0.32 Hz。根据反共振调谐原理，TLD的频率应与软刚臂横摆固有频率保持一致，分别按照TLD的深水理论和浅水理论方法[11-12]计算液体高度。从结果能够看出，当TLD固有频率0.32 Hz、长度为1.64 m时，利用深水理论和浅水理论所计算出的液体高度差别不大，均为0.11～0.12 m，最终TLD模型容器的设计高度h为0.3 m。(3)TLD容器宽度b。设计容器的宽度应当适中，若设计太小能降低TLD的动力吸振效果，太大则压载舱不足以全部提供TLD的液体。实际TLD模型容器的设计宽度b为0.25 m。
在软刚臂模型设计过程中，2个压载舱与中间的TLD容器均可以拆卸，以满足不同的试验需求。加装TLD容器方法如图3所示。(3)系泊腿上铰点轴承设计。系泊腿上端铰接点X1具有3个自由度，如图4(a)所示，通过铰接点R1x与R1y实现了前后、左右两个方向的旋转;通过内置的推力滚子轴承(见图4(b))，既实现了上铰点与系泊腿之间力的传递，同时保证了系泊腿沿竖直方向R1z的旋转。一旦推力滚子轴承发生故障，可能会造成功能域、强度、疲劳等失效问题，甚至不能发生相对的艏摇，造成疲劳断裂破坏被迫停产的风险[13]。因此，推力滚子轴承对于软刚臂正常工作具有重要作用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]海洋工程试验的浮式风力发电机模型设计[J]. 张琦,彭志科,寇雨丰,田新亮. 实验室研究与探索. 2019(06)
[2]软刚臂横摆机理及减振方法研究[J]. 樊哲良,张大勇,吕柏呈,岳前进,王琦. 中国海洋平台. 2017(01)
[3]基于振动台的实时动力子结构实验系统稳定性预测研究[J]. 唐贞云,陈适才,张金喜,李振宝. 工程力学. 2016(12)
[4]软刚臂系泊系统水平系泊力原型测量方法[J]. 樊哲良,岳前进,武文华,孙强,孙晔. 上海交通大学学报. 2014(04)
[5]砌体填充框架结构的实时子结构试验方法及仿真分析[J]. 许国山,Shing P.Benson,吴斌. 震灾防御技术. 2010(02)
博士论文
[1]基于现场监测的软刚臂失效分析与风险预警[D]. 樊哲良.大连理工大学 2015
本文编号：3454909
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