CN113465964B - 一种海上高耸塔器的摇摆试验装置 - Google Patents

一种海上高耸塔器的摇摆试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种海上高耸塔器的摇摆试验装置,旨在提供一种运动模拟更贴合实际,安全可靠的摇摆试验装置。包括塔器、塔器加固机构和塔器运动模拟机构。所述塔器加固机构包括由多根横梁及立柱通过连接件组成的钢结构框架、至少一个圆形的塔箍及连接塔箍及其处于同一平面内的横梁的多个阻尼器。塔器模拟运动机构包括上平台、模拟运动驱动单元及滑移单元,通过模拟运动驱动单元与滑移单元的运动合成实现塔器的海上工况的仿真。该试验装置的塔器运动模拟机构中设置了滑移单元,既能实现塔器的多自由度的摆动,也能实现塔器的漂移运动,仿真运动模拟更贴合实际。同时,采用钢结构框架与阻尼器的刚柔结合的固定方式,使用更安全可靠。

Description

一种海上高耸塔器的摇摆试验装置
技术领域
本发明涉及海上石油及天然气开采技术领域,更具体地说,是涉及一种为浮式生产储卸装置上高耸式反应塔器的性能研究与试验装置。
背景技术
随着能源技术的不断进步,海上油气田得到不断的开发利用。浮式生产储卸装置是目前集天然气预处理、液化、储存、装卸及外输为一体的海上油气田开发装置。由于从海底开采出的油气中大多含有二氧化碳、硫化氢等酸性气体,该酸性气体的存在会导致储运管道腐蚀、燃气热值降低、生成水合物等问题,因此,需在预处理环节对天然气进行脱酸处理。根据脱酸工艺要求,用于吸收酸气和吸收剂氧化再生的主要设备一般为细长型的高耸塔器结构。由于所处的风、浪、流等环境因素影响,所用高耸塔器会产生一定的响应运动,影响塔器的反应性能。因此,需对浮式生产储卸装置中反应塔器在波浪响应运动条件下的各层物质分离效果进行试验研究。
目前,对于塔器的试验研究分为模型试验和实际塔器试验两种。由于实际塔器试验受到固定方式及安全防护的限制,目前大多采用模型试验方式。但是,模型试验方式与实际塔器试验相比存在较大的差距。
目前,仅有针对小于10米的小型塔器运动试验装置,且塔器通过钢索进行加固。然而,这种加固方式难以应对高度大于15米,高径比大于1的高耸式塔器,无法提供刚性支撑,安全防护性缺失;同时,传统运动模拟装置只提供两自由度或六自由度运动,未考虑到系泊的浮式生产储卸装置在遭遇强风浪时产生的漂移运动,不能完整体现出塔器实际工况,使得实验结果往往不能反应塔器的实际性能。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的欠考虑波浪慢漂力、安全防护缺少的技术问题,而提供一种运动模拟更贴合实际,安全可靠的海上高耸塔器的摇摆试验装置。
本发明的另一个目的是提供一种运动模拟更贴合实际的海上高耸塔器的摇摆试验的方法。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是:
一种海上高耸塔器的摇摆试验装置,包括塔器、塔器加固机构和塔器运动模拟机构;所述塔器加固机构包括由多根横梁及立柱通过连接件组成的钢结构框架、至少一个圆形的塔箍及连接所述塔箍及其处于同一平面内的所述横梁的多个阻尼器,多个所述阻尼器沿所述塔箍外壁向外呈发散状均布;所述塔箍紧箍于所述塔器外壁上;所述塔器模拟运动机构包括上平台、模拟运动驱动单元及滑移单元,所述塔器底部及所述钢结构框架中的所述立柱与所述上平台固定连接;所述模拟运动驱动单元包括第一模拟运动执行器、第二模拟运动执行器、第三模拟运动执行器、第四模拟运动执行器、第五模拟运动执行器及第六模拟运动执行器,所述滑移单元包括第一滑动副、第二滑动副及第三滑动副,所述第一模拟运动执行器及第二模拟运动执行器的驱动端分别通过第一球面铰及第二球面铰与第一铰支板连接,所述第三模拟运动执行器及第四模拟运动执行器的驱动端分别通过第三球面铰及第四球面铰与第二铰支板连接,所述第五模拟运动执行器及第六模拟运动执行器的驱动端分别通过第五球面铰及第六球面铰与第三铰支板连接,所述第一模拟运动执行器及第五模拟运动执行器的支撑连接端分别通过第一虎克铰及第五虎克铰与所述第三滑动副中的滑块连接,所述第二模拟运动执行器及第三模拟运动执行器的支撑连接端分别通过第二虎克铰及第三虎克铰与所述第一滑动副中的滑块连接,所述第四模拟运动执行器及第六模拟运动执行器的支撑连接端分别通过第四虎克铰及第六虎克铰与所述第二滑动副中的滑块连接;所述第一铰支板、第二铰支板、第三铰支板分别位于正三角形的角点处并与所述上平台固定连接;所述第一滑动副、第二滑动副、第三滑动副中的滑块分别位于正三角形的角点处;所述第一滑动副、第二滑动副、第三滑动副中的滑轨平行设置;通过所述模拟运动驱动单元与滑移单元的运动合成实现所述塔器的海上工况的仿真。
还包括控制器,所述控制器的控制信号输出端分别与所述第一模拟运动执行器、第二模拟运动执行器、第三模拟运动执行器、第四模拟运动执行器、第五模拟运动执行器及第六模拟运动执行器的控制信号输入端连接,通过控制所述第一模拟运动执行器、第二模拟运动执行器、第三模拟运动执行器、第四模拟运动执行器、第五模拟运动执行器及第六模拟运动执行器的动作实现所述模拟运动驱动单元与滑移单元的运动合成,实现所述塔器的海上工况的仿真。
所述第一虎克铰与第五虎克铰之间以所述第三滑动副中的滑块的重心为圆心的夹角、所述第二虎克铰与第三虎克铰之间以所述第一滑动副中的滑块的重心为圆心的夹角、所述第四虎克铰与第六虎克铰之间以所述第二滑动副中的滑块的重心为圆心的夹角的角度相同,为10-30°。
所述第一球面铰与第二球面铰之间以所述上平台中心点为圆心的夹角、所述第三球面铰与第四球面铰之间以所述上平台中心点为圆心的夹角、所述第五球面铰与第六球面铰之间以所述上平台中心点为圆心的夹角的角度相同,为10-30°。
与每个所述塔箍处于同一平面内的所述横梁为四根,并组成正方形;与所述塔箍连接的所述阻尼器为四个,每个所述阻尼器一端通过螺栓与塔箍连接,另一端通过螺栓与相对应的所述横梁连接;所述阻尼器为弹簧阻尼器或粘滞阻尼器。
所述上平台包括上平台板及多根工字型钢组成,多根所述工字型钢呈方形、米字形和正三角形分布,所述第一铰支板、第二铰支板及第三铰支板分别连接于所述工字型钢形成的正三角形的角点处;所述上平台板、多根工字型钢、第一铰支板、第二铰支板及第三铰支板分别通过焊接连接。
所述第一模拟运动执行器、第二模拟运动执行器、第三模拟运动执行器、第四模拟运动执行器、第五模拟运动执行器及第六模拟运动执行器为液压驱动、气动驱动或电驱动中的任一种。
所述钢结构框架中的所述立柱和横梁均为方管型钢,每根所述立柱由若干立柱分段组成,立柱分段与所述横梁之间通过所述连接件组装而成,最下端的所述立柱分段末端焊接有方形的垫板,所述垫板上设有螺栓孔,所述垫板与塔器运动模拟机构的上平台通过加强螺栓固定在一起。
所述塔箍由两块塔箍板通过螺栓连接而成,每个所述塔箍板上分别设置有两个凸台,四个所述凸台沿所述塔箍外壁对称设置,每个所述凸台上通过螺栓连接有一个阻尼器。
一种海上高耸塔器的摇摆试验的方法,包括下述步骤:
(1)用管线将所述海上高耸塔器的摇摆装置与其他反应装置、物质储存装置连接组成密闭连续的模拟反应***;
(2)打开管线阀口,待反应持续一段时间并达到稳定状态后,启动所述塔器运动模拟机构;
(3)在所述控制器的数据输入端输入浮式生产储卸装置六自由度的运动幅值、频率、相位、漂移角度及漂移速度参数;
(4)根据不同的海上环境条件设置多组塔器运动参数,控制器输出控制信号分别控制所述第一模拟运动执行器、第二模拟运动执行器、第三模拟运动执行器、第四模拟运动执行器、第五模拟运动执行器、第六模拟运动执行器的动作实现所述模拟运动驱动单元与滑移单元的运动合成,实现所述塔器的海上工况的仿真;
(5)记录、分析所述塔器内物质检测与监测点的数据,确定在不同海上环境条件下塔器内物质分离效果和塔器反应性能。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1.本发明塔器摇摆试验装置的塔器运动模拟机构中设置了滑移单元,并通过对模拟运动单元中的多个模拟运动执行器的位置连接点及其与滑移单元中的滑动副的连接关系的合理设计,既能实现塔器的多自由度的摆动,也能实现塔器的漂移运动,通过所述模拟运动驱动单元与滑移单元的运动合成实现所述塔器的海上工况的仿真,仿真运动模拟更贴合实际,能够准确反映塔器内部物质分离的效果。同时,本发明的摇摆试验装置的塔器加固机构采用刚柔组合式结构,圆形塔箍、横梁、立柱为塔器提供刚性支撑,阻尼器提供柔性支持,加固更牢靠,使用安全可靠。
2.本发明的塔器摇摆试验装置的塔器加固机构通过圆形塔箍对塔器进行紧固,立柱、横梁则由连接件连接,立柱通过加强螺栓固定在塔器运动模拟装置上,这种加固方式安装拆卸灵活便捷,同时避免了对塔器的二次焊接加工,适合不同类型的高耸塔器试验。
3、本发明的塔器摇摆试验装置结构简单,可靠性高。
4、本发明的塔器摇摆试验装置中的三个铰支板分别位于正三角形的角点处呈正三角形的布置,一方面可以使上平台得到稳定支撑,另一方面由于正三角形的分布,也能让六个模拟运动执行器的结构尺寸、负载大小、驱动功率等参数基本相同,保障了塔器运动模拟机构的稳定性及可靠性。
5、本发明的塔器摇摆试验装置中的三个滑动副中的三个滑块分别位于正三角形的角点上,且三条滑轨平行设置,保证三个滑块能在三条滑轨上同时移动相同的距离,控制简单,容易实现。
6、本发明的试验方法能够通过模拟运动驱动单元与滑移单元的运动合成实现塔器的海上工况的仿真,仿真运动模拟更贴合实际,能够准确反映塔器内部物质分离的效果。
附图说明
图1为本发明海上高耸塔器的摇摆试验装置的总体示意图;
图2为圆形的塔箍俯视图;
图3为塔器加固装置示意图;
图4为塔器运动模拟装置示意图;
图5为塔器运动模拟装置俯视图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明的海上高耸塔器的摇摆试验装置的示意图如图1-图5所示,包括塔器1、塔器加固机构和塔器运动模拟机构。
所述塔器1上设置物质开孔。本实施例中,所述塔器1的顶部和底部各有两个开口,顶部为物质A进口1-1、物质B出口1-2,底部为物质A出口1-3、物质B进口1-4,物质A和物质B为塔器内部的两种反应物质,包括但不限于原料气、酸气、胺液等。这里省略了其他人孔、监测孔等设备部件,其他监测等设备的设置与现有技术相同。所述塔器1的底部为裙座形式。
所述塔器加固机构包括由多根横梁2及立柱3通过连接件6组成的钢结构框架、至少一个圆形的塔箍5及连接所述塔箍5及其处于同一平面内的所述横梁2的多个阻尼器4,多个所述阻尼器4沿所述塔箍外壁向外呈发散状均布。所述塔箍5紧箍于所述塔器1外壁上对塔器1进行加固,圆形塔箍5的数量视塔器1的高度而定,可以在塔身不同高度处设置塔箍5,同时需满足强度要求并避开塔侧开孔及部件。所述阻尼器4用于减轻塔器的振动,可提供拉力和压力作用,可以选择使用弹簧阻尼器或粘滞阻尼器等。
所述塔器模拟运动机构包括上平台9、模拟运动驱动单元及滑移单元。所述塔器1底部及所述钢结构框架中的所述立柱3与所述上平台9通过螺栓固定连接。所述模拟运动驱动单元包括第一模拟运动执行器11-1、第二模拟运动执行器11-2、第三模拟运动执行器11-3、第四模拟运动执行器11-4、第五模拟运动执行器11-5及第六模拟运动执行器11-6,所述滑移单元包括第一滑动副、第二滑动副及第三滑动副。所述第一模拟运动执行器11-1的驱动端通过第一球面铰10-1、第二模拟运动执行器11-2的驱动端通过第二球面铰10-2与第一铰支板14-1连接,所述第三模拟运动执行器11-3的驱动端通过第三球面铰10-3、第四模拟运动执行器11-4的驱动端通过第四球面铰10-4与第二铰支板14-2连接,所述第五模拟运动执行器11-5的驱动端通过第五球面铰10-5、第六模拟运动执行器11-6的驱动端通过第六球面铰10-6与第三铰支板14-3连接。所述第一模拟运动执行器11-1的支撑连接端通过第一虎克铰13-1、第五模拟运动执行器11-5的支撑连接端通过第五虎克铰13-5与所述第三滑动副中的滑块15-3连接,所述第二模拟运动执行器11-2的支撑连接端通过第二虎克铰13-2、第三模拟运动执行器11-3的支撑连接端通过第三虎克铰13-3与所述第一滑动副中的滑块15-1连接,所述第四模拟运动执行器11-4的支撑连接端通过第四虎克铰13-4、第六模拟运动执行器11-6的支撑连接端通过第六虎克铰13-6与所述第二滑动副中的滑块15-2连接。所述第一铰支板14-1、第二铰支板14-2、第三铰支板14-3分别位于正三角形的角点处并与所述上平台9固定连接。所述第一滑动副、第二滑动副、第三滑动副中的滑块分别位于正三角形的角点处。所述第一滑动副中的滑轨12-1、第二滑动副中的滑轨12-2、第三滑动副中的滑轨12-3平行设置。所述模拟运动驱动单元通过第一模拟运动执行器11-1、第二模拟运动执行器11-2、第三模拟运动执行器11-3、第四模拟运动执行器11-4、第五模拟运动执行器11-5及第六模拟运动执行器11-6的协同伸缩运动实现塔器的摇摆仿真运动,同时,第一模拟运动执行器11-1、第二模拟运动执行器11-2、第三模拟运动执行器11-3、第四模拟运动执行器11-4、第五模拟运动执行器11-5及第六模拟运动执行器11-6的协同伸缩运动带动所述滑移单元产生滑动实现塔器的漂移仿真运动,通过所述模拟运动驱动单元与滑移单元的运动合成实现所述塔器1的海上工况的仿真。
本实施例中,所述模拟运动驱动单元的运动通过自动控制实现。还包括控制器,所述控制器的控制信号输出端分别与所述第一模拟运动执行器11-1、第二模拟运动执行器11-2、第三模拟运动执行器11-3、第四模拟运动执行器11-4、第五模拟运动执行器11-5及第六模拟运动执行器11-6的控制信号输入端连接,通过控制所述第一模拟运动执行器、第二模拟运动执行器、第三模拟运动执行器、第四模拟运动执行器、第五模拟运动执行器及第六模拟运动执行器的动作实现所述模拟运动驱动单元与滑移单元的运动合成,实现所述塔器的海上工况的仿真。
本实施例中,同一滑块上的两个虎克铰之间的夹角(以相应滑块重心点为圆心)角度相同,为10°-30°之间。具体为:第一虎克铰13-1与第五虎克铰13-5之间以第三滑动副中的滑块15-3的重心为圆心的夹角、第二虎克铰13-2与第三虎克铰13-3之间以所述第一滑动副中的滑块15-1的重心为圆心的夹角、第四虎克铰13-4与第六虎克铰13-6之间以所述第二滑动副中的滑块15-2的重心为圆心的夹角的角度相同,为10-30°,优选为15°。同一铰支板上的两个球面铰之间的夹角(以上平台中心点为圆心)角度相同,为10°-30°之间。具体为:所述第一球面铰10-1与第二球面铰10-2之间以上平台中心点为圆心的夹角、所述第三球面铰10-3与第四球面铰之间以上平台中心点为圆心的夹角、第五球面铰10-5与第六球面铰10-6之间以上平台中心点为圆心的夹角的角度相同,为10-30°,优选为15°。
本实施例中,与每个所述塔箍5处于同一平面内的所述横梁2为四根,并组成正方形;与所述塔箍5连接的所述阻尼器4为四个,每个所述阻尼器4一端通过螺栓与塔箍5连接,另一端通过螺栓与相对应的所述横梁2连接。
所述上平台9由上平台板9-1及多根工字型钢9-2组成,多根所述工字型钢9-2呈方形、米字形和正三角形分布,所述第一铰支板14-1、第二铰支板14-2、第三铰支板14-3分别连接于所述工字型钢9-2形成的正三角形的角点处。所述上平台板9-1、多根工字型钢9-2、第一铰支板14-1、第二铰支板14-2、第三铰支板14-3分别通过焊接连接。
其中,所述第一模拟运动执行器11-1、第二模拟运动执行器11-2、第三模拟运动执行器11-3、第四模拟运动执行器11-4、第五模拟运动执行器11-5及第六模拟运动执行器11-6为直线伸缩执行器,可以为液压驱动、气动驱动或电驱动中的任一种。以液压驱动方式为例,第一模拟运动执行器11-1、第二模拟运动执行器11-2、第三模拟运动执行器11-3、第四模拟运动执行器11-4、第五模拟运动执行器11-5及第六模拟运动执行器11-6分别由驱动缸及伸缩杆组成,伸缩杆的一端为驱动端,驱动缸的一端为支撑连接端。
本实施例中,所述钢结构框架中的所述立柱3和横梁2均为方管型钢,所述立柱3数量为四根,设置在同一方形的四个角点位置。每根所述立柱3由若干立柱分段组成,立柱分段与所述横梁2之间通过所述连接件6组装而成,最下端的所述立柱分段末端焊接有方形的垫板7,所述垫板7上设有螺栓孔,所述垫板7与塔器运动模拟机构的上平台9通过加强螺栓8固定在一起。
本实施例中,所述塔箍5由塔箍板5-1及塔箍板5-2通过螺栓连接而成,每个所述塔箍板上分别设置有两个凸台5-3,四个所述凸台5-3沿所述塔箍5外壁对称设置,每个所述凸台5-3上通过螺栓连接有一个阻尼器4。
以下对海上高耸塔器的摇摆试验装置的安装流程进行具体说明。
步骤1将第一滑动副、第二滑动副及第三滑动副中的滑轨分别通过地脚螺栓平行地安装在空阔场地;
步骤2将第一滑动副、第二滑动副及第三滑动副中的滑块分别安装在相对应的滑轨固定位置上,同时在滑块上安装相对应的虎克铰;
步骤3将模拟运动执行器的支撑连接端与相对应的虎克铰连接,模拟运动执行器的驱动端与相对应的球面铰连接;
步骤4将多根所述工字型钢按照呈方形、米字形和正三角形分布的结构焊接连接,并与上平台板焊接组成上平台。再将第一铰支板、第二铰支板及第三铰支板与正三角形的角点处的工字型钢焊接;再将相对应的球面铰安装于相对应的铰支板上,完成塔器模拟运动机构的组装;
步骤5调试安装完成后的塔器运动模拟机构;
步骤6将塔器1吊运至上平台9对应位置,通过加强螺栓固定在上平台9;
步骤7在上平台9对应位置分别安装立柱3,并通过连接件6安装完成相应的横梁2;
步骤8在塔身相应高度安装圆形塔箍5,并将阻尼器4与对应的圆形塔箍5和横梁2连接;
步骤9检查确定塔器加固机构安装良好。
本发明的海上高耸塔器的摇摆试验的方法包括下述步骤:
(1)用管线将所述海上高耸塔器的摇摆装置与其他反应装置、物质储存装置连接组成密闭连续的模拟反应***;在塔器物质开孔位置布置相应的物质检测与监测装置;
(2)打开管线阀口,待反应持续一段时间并达到稳定状态后,启动所述塔器运动模拟机构;
(3)在所述控制器的数据输入端输入浮式生产储卸装置六自由度的运动幅值、频率、相位、漂移角度及漂移速度参数;上述运动参数取决于风、浪、流等环境条件及船舶形状、吃水等自身因素,例如,当风、浪、流均为系泊船舶横向方向时,取漂移角度为90°,其他参数可通过模型计算得到或人工设定。
(4)根据不同的海上环境条件设置多组塔器运动参数,采用闭环PID算法,控制器输出控制信号分别控制所述第一模拟运动执行器、第二模拟运动执行器、第三模拟运动执行器、第四模拟运动执行器、第五模拟运动执行器、第六模拟运动执行器的动作实现所述模拟运动驱动单元与滑移单元的运动合成,实现所述塔器的海上工况的仿真;塔器的六自由度运动可根据位姿变换方法转化为六个模拟运动执行器的伸缩运动,漂移角度和漂移速度则直接对应第一滑动副、第二滑动副及第三滑动副的滑块在对应滑轨上的滑动;第一滑动副、第二滑动副及第三滑动副中的滑块同时开始移动,且需移动同一距离,即滑块移动时、移动后的分布应和滑块在初始位置下的三角形分布是一致的。
以液压驱动方式为例,第一模拟运动执行器、第二模拟运动执行器、第三模拟运动执行器、第四模拟运动执行器、第五模拟运动执行器、第六模拟运动执行器均由液压缸及伸缩杆组成,当第一模拟运动执行器、第二模拟运动执行器、第三模拟运动执行器、第四模拟运动执行器、第五模拟运动执行器、第六模拟运动执行器的控制信号输入端收到来自控制器的控制端输出的控制信号后,根据输出的位姿变换方法转换成相对应的模拟运动执行器的伸缩运动的伸缩量。第一模拟运动执行器、第二模拟运动执行器、第三模拟运动执行器、第四模拟运动执行器、第五模拟运动执行器、第六模拟运动执行器的伸缩运动通过相对应的虎克铰及球面铰的互动模拟塔器的摇摆,同时,通过伸缩运动带动相对应的三个滑动副的滑块在滑轨上的滑动,模拟塔器的漂移运动,通过伸缩运动与滑动的复合运动,实现了塔器不同状态的运动。
(5)记录、分析所述塔器内物质检测与监测点的数据,确定在不同海上环境条件下塔器内物质分离效果和塔器反应性能。
本发明用于海上石油和天然气浮式生产储卸装置上高耸反应塔器性能研究的摇摆试验装置中,塔器加固机构包括刚性加固和柔性加固,塔器运动模拟机构由上平台、球面铰、模拟运动执行器、虎克铰、滑动副构成,六个模拟运动执行器用于模拟被试塔器在海上的六自由度运动,三个滑动副用于模拟浮式生产储卸装置在系泊状态下的漂移运动,能充分模拟塔器运动并保证塔器的安全稳固,可用于试验研究浮式生产储卸装置上高耸塔器的不同的运动工况对塔器内部物质分离效果的影响,有利于改进塔器的工艺性能、提高浮式生产储卸装置的生产效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出的是,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种海上高耸塔器的摇摆试验装置,其特征在于,包括塔器、塔器加固机构和塔器运动模拟机构;所述塔器加固机构包括由多根横梁及立柱通过连接件组成的钢结构框架、至少一个圆形的塔箍及连接所述塔箍及其处于同一平面内的所述横梁的多个阻尼器,多个所述阻尼器沿所述塔箍外壁向外呈发散状均布;所述塔箍紧箍于所述塔器外壁上;所述塔器模拟运动机构包括上平台、模拟运动驱动单元及滑移单元,所述塔器底部及所述钢结构框架中的所述立柱与所述上平台固定连接;所述模拟运动驱动单元包括第一模拟运动执行器、第二模拟运动执行器、第三模拟运动执行器、第四模拟运动执行器、第五模拟运动执行器及第六模拟运动执行器,所述滑移单元包括第一滑动副、第二滑动副及第三滑动副,所述第一模拟运动执行器及第二模拟运动执行器的驱动端分别通过第一球面铰及第二球面铰与第一铰支板连接,所述第三模拟运动执行器及第四模拟运动执行器的驱动端分别通过第三球面铰及第四球面铰与第二铰支板连接,所述第五模拟运动执行器及第六模拟运动执行器的驱动端分别通过第五球面铰及第六球面铰与第三铰支板连接,所述第一模拟运动执行器及第五模拟运动执行器的支撑连接端分别通过第一虎克铰及第五虎克铰与所述第三滑动副中的滑块连接,所述第二模拟运动执行器及第三模拟运动执行器的支撑连接端分别通过第二虎克铰及第三虎克铰与所述第一滑动副中的滑块连接,所述第四模拟运动执行器及第六模拟运动执行器的支撑连接端分别通过第四虎克铰及第六虎克铰与所述第二滑动副中的滑块连接;所述第一铰支板、第二铰支板、第三铰支板分别位于正三角形的角点处并与所述上平台固定连接;所述第一滑动副、第二滑动副、第三滑动副中的滑块分别位于正三角形的角点处;所述第一滑动副、第二滑动副、第三滑动副中的滑轨平行设置;通过所述模拟运动驱动单元与滑移单元的运动合成实现所述塔器的海上工况的仿真。
2.根据权利要求1所述的海上高耸塔器的摇摆试验装置,其特征在于,还包括控制器,所述控制器的控制信号输出端分别与所述第一模拟运动执行器、第二模拟运动执行器、第三模拟运动执行器、第四模拟运动执行器、第五模拟运动执行器及第六模拟运动执行器的控制信号输入端连接,通过控制所述第一模拟运动执行器、第二模拟运动执行器、第三模拟运动执行器、第四模拟运动执行器、第五模拟运动执行器及第六模拟运动执行器的动作实现所述模拟运动驱动单元与滑移单元的运动合成,实现所述塔器的海上工况的仿真。
3.根据权利要求1或2所述的海上高耸塔器的摇摆试验装置,其特征在于,所述第一虎克铰与第五虎克铰之间以所述第三滑动副中的滑块的重心为圆心的夹角、所述第二虎克铰与第三虎克铰之间以所述第一滑动副中的滑块的重心为圆心的夹角、所述第四虎克铰与第六虎克铰之间以所述第二滑动副中的滑块的重心为圆心的夹角的角度相同,为10-30°。
4.根据权利要求1或2所述的海上高耸塔器的摇摆试验装置,其特征在于,所述第一球面铰与第二球面铰之间以所述上平台中心点为圆心的夹角、所述第三球面铰与第四球面铰之间以所述上平台中心点为圆心的夹角、所述第五球面铰与第六球面铰之间以所述上平台中心点为圆心的夹角的角度相同,为10-30°。
5.根据权利要求1所述的海上高耸塔器的摇摆试验装置,其特征在于,与每个所述塔箍处于同一平面内的所述横梁为四根,并组成正方形;与所述塔箍连接的所述阻尼器为四个,每个所述阻尼器一端通过螺栓与塔箍连接,另一端通过螺栓与相对应的所述横梁连接;所述阻尼器为弹簧阻尼器或粘滞阻尼器。
6.根据权利要求1所述的海上高耸塔器的摇摆试验装置,其特征在于,所述上平台包括上平台板及多根工字型钢组成,多根所述工字型钢呈方形、米字形和正三角形分布,所述第一铰支板、第二铰支板及第三铰支板分别连接于所述工字型钢形成的正三角形的角点处;所述上平台板、多根工字型钢、第一铰支板、第二铰支板及第三铰支板分别通过焊接连接。
7.根据权利要求1所述的海上高耸塔器的摇摆试验装置,其特征在于,所述第一模拟运动执行器、第二模拟运动执行器、第三模拟运动执行器、第四模拟运动执行器、第五模拟运动执行器及第六模拟运动执行器为液压驱动、气动驱动或电驱动中的任一种。
8.根据权利要求1所述的海上高耸塔器的摇摆试验装置,其特征在于,所述钢结构框架中的所述立柱和横梁均为方管型钢,每根所述立柱由若干立柱分段组成,立柱分段与所述横梁之间通过所述连接件组装而成,最下端的所述立柱分段末端焊接有方形的垫板,所述垫板上设有螺栓孔,所述垫板与塔器运动模拟机构的上平台通过加强螺栓固定在一起。
9.根据权利要求5所述的海上高耸塔器的摇摆试验装置,其特征在于,所述塔箍由两块塔箍板通过螺栓连接而成,每个所述塔箍板上分别设置有两个凸台,四个所述凸台沿所述塔箍外壁对称设置,每个所述凸台上通过螺栓连接有一个阻尼器。
10.一种海上高耸塔器的摇摆试验的方法,其特征在于,包括下述步骤:
(1)用管线将权利要求2-9中任一项所述海上高耸塔器的摇摆装置与其他反应装置、物质储存装置连接组成密闭连续的模拟反应***;
(2)打开管线阀口,待反应持续一段时间并达到稳定状态后,启动所述塔器运动模拟机构;
(3)在所述控制器的数据输入端输入浮式生产储卸装置六自由度的运动幅值、频率、相位、漂移角度及漂移速度参数;
(4)根据不同的海上环境条件设置多组塔器运动参数,控制器输出控制信号分别控制所述第一模拟运动执行器、第二模拟运动执行器、第三模拟运动执行器、第四模拟运动执行器、第五模拟运动执行器、第六模拟运动执行器的动作实现所述模拟运动驱动单元与滑移单元的运动合成,实现所述塔器的海上工况的仿真;
(5)记录、分析所述塔器内物质检测与监测点的数据,确定在不同海上环境条件下塔器内物质分离效果和塔器反应性能。
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