CN104354829B - 一种海洋平台的疲劳实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海洋平台的疲劳实验装置，其包括海洋平台结构模型、四层圆环形钢板、上位机、传感器；海洋平台结构模型放置在四层圆环形钢板的圆心位置，这四层圆环形钢板从下至上依次为：基座、海流层实验台、海浪层实验台、海风层实验台，每层通过外侧的四根在圆周上均匀分布的钢柱与其它层连接，海流层实验台、海浪层实验台、海风层实验台这三层的每层在圆周方向每隔22.5度设置定位安装孔且这三层的定位安装孔一一对应，在海流层实验台、海浪层实验台、海风层实验台的定位安装孔上分别放置海流层动力输出装置、海浪层动力输出装置、海风层动力输出装置；上位机控制动力输出装置和采集传感器的实时检测信号并处理。

Description

一种海洋平台的疲劳实验装置

技术领域

本发明属于海洋能源利用的技术领域，具体地涉及一种海洋平台的疲劳实验装置。

背景技术

现今，能源问题已经成为一个世界性的问题，而石油作为最核心的战略性资源更是重中之重。我国虽然陆地面积辽阔，但是陆上油田的开采均已过了产量峰值，大部分的陆上油田开采量已经超过可开采储量的70％，随着大陆架油气资源的开发已经度过黄金期，面向海洋领域的资源开发已经逐步成为当今世界海洋油气工业发展的必然趋势。因此作为海洋资源开采利用的基础性设施，海洋平台的建设及检测技术受到了越来越多的关注。

海洋平台是海上资源开发的基础性设施，也是海上生产作业和生活的基地，因此海洋平台的安全问题也是海洋平台设计中的首要因素。海洋平台结构所处的环境十分复杂且恶劣，最上层有海风侵袭，中间层有海浪拍打，最底层有海流腐蚀，在其多方面的影响下海洋平台结构的抗力衰减非常明显。海洋平台结构的失效破坏，不仅会造成直接的重大经济损失和人员伤亡，还将可能造成严重的环境污染和社会影响，因此对于海洋平台的实时安全检测便显得至关重要。本发明是设计一套疲劳实验装置对海洋平台模型进行检测及分析，从而为真正海洋平台的安全检测及事故诊断提供相应的实验理论支持。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种海洋平台的疲劳实验装置,其能够对海洋平台模型进行检测及分析，从而为真正海洋平台的安全检测及事故诊断提供相应的实验理论支持。

本发明的技术解决方案是：这种海洋平台的疲劳实验装置，其包括根据实际的海洋平台按比例缩小的海洋平台结构模型、四层圆环形钢板、上位机、传感器；海洋平台结构模型放置在四层圆环形钢板的圆心位置，这四层圆环形钢板从下至上依次为：基座、海流层实验台、海浪层实验台、海风层实验台，每层通过外侧的四根在圆周上均匀分布的钢柱与其它层连接，基座通过其上的基座安装孔固定到地面，海流层实验台、海浪层实验台、海风层实验台这三层的每层在圆周方向每隔22.5度设置定位安装孔且这三层的定位安装孔一一对应，在海流层实验台的定位安装孔上放置海流层动力输出装置，在海浪层实验台的定位安装孔上放置海浪层动力输出装置，在海风层实验台的定位安装孔上放置海风层动力输出装置；传感器设置在海洋平台结构模型和四层圆环形钢板上；上位机控制海流层动力输出装置、海浪层动力输出装置、海风层动力输出装置，和采集传感器的实时检测信号并处理。

由于海流层动力输出装置、海浪层动力输出装置、海风层动力输出装置可以按照定位安装孔的位置自由的选择安装位置，通过每层动力输出装置间不同的角度组合来模拟不同季节的波、浪、流相位角的变化，所以能够对海洋平台模型进行检测及分析，从而为真正海洋平台的安全检测及事故诊断提供相应的实验理论支持。

附图说明

图1是根据本发明的海洋平台的疲劳实验装置的结构示意图；

图2是根据本发明的海洋平台的疲劳实验装置的海流层动力输出装置的结构示意图；

图3是根据本发明的海洋平台的疲劳实验装置的海浪层动力输出装置的结构示意图；

图4是根据本发明的海洋平台的疲劳实验装置的海风层动力输出装置的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，这种海洋平台的疲劳实验装置，其包括根据实际的海洋平台按比例缩小的海洋平台结构模型5、四层圆环形钢板、上位机、传感器；海洋平台结构模型放置在四层圆环形钢板的圆心位置，这四层圆环形钢板从下至上依次为：基座1、海流层实验台2、海浪层实验台3、海风层实验台4，每层通过外侧的四根在圆周上均匀分布的钢柱10与其它层连接，基座通过其上的基座安装孔固定到地面，海流层实验台、海浪层实验台、海风层实验台这三层的每层在圆周方向每隔22.5度设置定位安装孔6且这三层的定位安装孔一一对应，在海流层实验台的定位安装孔上放置海流层动力输出装置9，在海浪层实验台的定位安装孔上放置海浪层动力输出装置8，在海风层实验台的定位安装孔上放置海风层动力输出装置7；传感器设置在海洋平台结构模型和四层圆环形钢板上；上位机控制海流层动力输出装置、海浪层动力输出装置、海风层动力输出装置，和采集传感器的实时检测信号并处理。

由于海流层动力输出装置、海浪层动力输出装置、海风层动力输出装置可以按照定位安装孔的位置自由的选择安装位置，通过每层动力输出装置间不同的角度组合来模拟不同季节的波、浪、流相位角的变化，所以能够对海洋平台模型进行检测及分析，从而为真正海洋平台的安全检测及事故诊断提供相应的实验理论支持。

另外，基座安装孔的数量是四个，在圆周上均匀分布。

另外，海流层实验台、海浪层实验台、海风层实验台这三层的每层在圆周方向每隔22.5度设置三个定位安装孔6，这三个定位安装孔分布呈等边三角形。

另外，如图2所示，海流层动力输出装置为恒力液压装置，其包括过滤器81、单向定量液压泵82、三位四通电磁换向阀88、单作用式液压缸814，定量液压泵工作回路中的液压油经过滤器进入该回路中，三位四通电磁换向阀的左位工作，导致单作用式液压缸工作而输出一个恒力，单作用式液压缸工作完成后三位四通电磁换向阀的右位工作，工作回路卸载完成一次动作。

另外，如图3所示，海浪层动力输出装置为正弦液压装置，其包括过滤器81、单向定量液压泵82、直动式溢流阀83、第一电磁换向阀84、第二电磁换向阀813、先导式溢流阀85、比例溢流阀86、电流放大器87、三位四通电磁换向阀88、第一压力继电器89、第二压力继电器810、行程阀811、调速阀812、单作用式液压缸814、单向阀815；当处于快进工作模式时，进油时油箱里的液压油经过过滤器、单向定量液压泵、三位四通电磁换向阀进入单作用式液压缸的左腔，回油时液压油经过单作用式液压缸的右腔、行程阀、三位四通电磁换向阀、单作用式液压缸的左腔，直动式溢流阀作为安全阀；当处于慢进工作模式时，进油时油箱里的液压油经过过滤器、单向定量液压泵、三位四通电磁换向阀进入单作用式液压缸的左腔，回油时液压油经过单作用式液压缸的右腔进入调速阀、油箱；当处于工进工作模式时，当单作用式液压缸的活塞杆到达受力体后，单作用式液压缸的左腔积压，第一压力继电器动作，电流信号经过电流放大器输入，第一、第二电磁换向阀分别下位、右位工作，进油时油箱里的液压油经过过滤器、单向定量液压泵、三位四通电磁换向阀进入单作用式液压缸的左腔，回油时液压油经过单作用式液压缸的右腔进入第二电磁换向阀、油箱，先导式溢流阀的遥控口连接到比例溢流阀，调节直动式溢流阀的溢流压力大于先导式溢流阀的溢流压力，第一、第二电磁换向阀分别在下位、右位工作；当处于快退工作模式时，进油时油箱里的液压油经过过滤器、单向定量液压泵、三位四通电磁换向阀、单向阀进入单作用式液压缸的右腔，回油时液压油经过单作用式液压缸的左腔进入三位四通电磁换向阀、油箱，先导式溢流阀的遥控口与比例溢流阀断开，第一、第二电磁换向阀分别在上位、左位工作，当活塞杆退回原位置后，单作用式液压缸的右腔积压，第二压力继电器动作，正弦液压装置停止工作，恢复到原始状态。

具体地，此正弦液压装置有四种工作模式，即快进、慢进、工进、快退模式。根据图3所示的正弦液压装置，详细的工作状态如下：

a.快进:按下启动按钮，电磁铁1YA通电，三位四通换向阀88左位工作，形成差动回路以实现快进。

进油路：油箱→过滤器81→单向定量液压泵82→三位四通换向阀88→液压缸814左腔

回油路：液压缸右腔→行程阀811→三位四通换向阀88→液压缸左腔

此快进过程中，溢流阀83起安全阀作用，由于采用定量泵，所以液压缸活塞杆匀速前进。

b.慢进:当液压缸活塞杆达到规定行程，压下行程阀811，其右位工作。

进油路：油箱→过滤器81→单向定量液压泵82→三位四通换向阀88→液压缸左腔

回油路：液压缸右腔→调速阀812→油箱

由于调速阀的作用实现慢进。

c.工进:当液压缸活塞杆到达受力体后，液压缸左腔积压，第一压力继电器89动作，此时3YA，4YA同时动作，I电流信号经过电流放大器输入，第一、第二电磁换向阀84、813分别下位、右位工作。为保证P处压力能够进行调节，在保证油路安全的条件下，调节直动式溢流阀83溢流压力始终大于先导式溢流阀85的溢流压力。

进油路：油箱→过滤器1→单向定量液压泵82→三位四通换向阀88→液压缸左腔

回油路：液压缸右腔→第二电磁换向阀813→油箱

工进时，P处压力由溢流阀85决定，85为先导式溢流阀，其调定压力由其先导阀的开关量大小决定，将溢流阀85的遥控口连接到比例溢流阀86，输入电流经电流放大器来控制阀86的溢流量大小从而控制阀85的溢流量大小，最终达到调节P处压力的目的，这样我们可以通过编程控制电流的变化来获得液压缸输出的不断变化的压力。

d.快退:按下快退按钮，电磁铁2YA通电，3YA断电，4YA断电，三位四通换向阀88右位工作，第二换向阀813左位工作，第一换向阀84上位工作，此时，溢流阀85的遥控口与比例溢流阀86断开。

进油路：油箱→过滤器81→单向定量液压泵82→三位四通换向阀88→单向阀815→液压缸右腔

回油路：液压缸左腔→三位四通换向阀88→油箱

当活塞杆退回原位置后，液压缸右腔积压，第二压力继电器810动作，整个装置停止工作，恢复到原始状态，***卸荷。

另外，如图4所示，海风层动力输出装置为脉冲力气动装置，其包括气马达71、电磁换向阀72、压力继电器73、气缸74，开启后，电磁换向阀的左位工作，同时气马达工作为整个工作回路加压，当压力达到预定值时压力继电器工作，导致气缸瞬间输出一个可控的脉冲力，然后电磁换向阀换到右位工作，整个工作回路卸载，完成一次动作。

另外，传感器包括应变花、热敏传感器、声发射检测仪。各个传感器的具***置不固定，可根据实验要求进行自由安排。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种海洋平台的疲劳实验装置，其特征在于：其包括根据实际的海洋平台按比例缩小的海洋平台结构模型(5)、四层圆环形钢板、上位机、传感器；海洋平台结构模型放置在四层圆环形钢板的圆心位置，这四层圆环形钢板从下至上依次为：基座(1)、海流层实验台(2)、海浪层实验台(3)、海风层实验台(4)，每层通过外侧的四根在圆周上均匀分布的钢柱(10)与其它层连接，基座通过其上的基座安装孔固定到地面，海流层实验台、海浪层实验台、海风层实验台这三层的每层在圆周方向每隔22.5度设置定位安装孔(6)且这三层的定位安装孔一一对应，在海流层实验台的定位安装孔上放置海流层动力输出装置(9)，在海浪层实验台的定位安装孔上放置海浪层动力输出装置(8)，在海风层实验台的定位安装孔上放置海风层动力输出装置(7)；传感器设置在海洋平台结构模型和四层圆环形钢板上；上位机控制海流层动力输出装置、海浪层动力输出装置、海风层动力输出装置，和采集传感器的实时检测信号并处理。

2.根据权利要求1所述的海洋平台的疲劳实验装置，其特征在于：所述基座安装孔的数量是四个，在圆周上均匀分布。

3.根据权利要求1或2所述的海洋平台的疲劳实验装置，其特征在于：所述海流层实验台、海浪层实验台、海风层实验台这三层的每层在圆周方向每隔22.5度设置三个定位安装孔(6)，这三个定位安装孔分布呈等边三角形。

4.根据权利要求1所述的海洋平台的疲劳实验装置，其特征在于：所述海流层动力输出装置为恒力液压装置，其包括过滤器(81)、单向定量液压泵(82)、三位四通电磁换向阀(88)、单作用式液压缸(814)，单向定量液压泵工作回路中的液压油经过滤器进入该回路中，三位四通电磁换向阀的左位工作，导致单作用式液压缸工作而输出一个恒力，单作用式液压缸工作完成后三位四通电磁换向阀的右位工作，工作回路卸载完成一次动作。

5.根据权利要求1所述的海洋平台的疲劳实验装置，其特征在于：所述海浪层动力输出装置为正弦液压装置，其包括过滤器(81)、单向定量液压泵(82)、直动式溢流阀(83)、第一电磁换向阀(84)、第二电磁换向阀(813)、先导式溢流阀(85)、比例溢流阀(86)、电流放大器(87)、三位四通电磁换向阀(88)、第一压力继电器(89)、第二压力继电器(810)、行程阀(811)、调速阀(812)、单作用式液压缸(814)、单向阀(815)；当处于快进工作模式时，进油时油箱里的液压油经过过滤器、单向定量液压泵、三位四通电磁换向阀进入单作用式液压缸的左腔，回油时液压油经过单作用式液压缸的右腔、行程阀、三位四通电磁换向阀、单作用式液压缸的左腔，直动式溢流阀作为安全阀；当处于慢进工作模式时，进油时油箱里的液压油经过过滤器、单向定量液压泵、三位四通电磁换向阀进入单作用式液压缸的左腔，回油时液压油经过单作用式液压缸的右腔进入调速阀、油箱；当处于工进工作模式时，当单作用式液压缸的活塞杆到达受力体后，单作用式液压缸的左腔积压，第一压力继电器动作，电流信号经过电流放大器输入，第一、第二电磁换向阀分别下位、右位工作，进油时油箱里的液压油经过过滤器、单向定量液压泵、三位四通电磁换向阀进入单作用式液压缸的左腔，回油时液压油经过单作用式液压缸的右腔进入第二电磁换向阀、油箱，先导式溢流阀的遥控口连接到比例溢流阀，调节直动式溢流阀的溢流压力大于先导式溢流阀的溢流压力，第一、第二电磁换向阀分别在下位、右位工作；当处于快退工作模式时，进油时油箱里的液压油经过过滤器、单向定量液压泵、三位四通电磁换向阀、单向阀进入单作用式液压缸的右腔，回油时液压油经过单作用式液压缸的左腔进入三位四通电磁换向阀、油箱，先导式溢流阀的遥控口与比例溢流阀断开，第一、第二电磁换向阀分别在上位、左位工作，当活塞杆退回原位置后，单作用式液压缸的右腔积压，第二压力继电器动作，正弦液压装置停止工作，恢复到原始状态。

6.根据权利要求1所述的海洋平台的疲劳实验装置，其特征在于：所述海风层动力输出装置为脉冲力气动装置，其包括气马达(71)、电磁换向阀(72)、压力继电器(73)、气缸(74)，开启后，电磁换向阀的左位工作，同时气马达工作为整个工作回路加压，当压力达到预定值时压力继电器工作，导致气缸瞬间输出一个可控的脉冲力，然后电磁换向阀换到右位工作，整个工作回路卸载，完成一次动作。

7.根据权利要求1所述的海洋平台的疲劳实验装置，其特征在于：所述传感器包括应变花、热敏传感器、声发射检测仪。