Устройство для буксировочных испытаний модели буровой платформы в опытовом бассейне

 

Изобретение относится к экспериментальной гидродинамике инженерных сооружений и касается устройств для испытаний моделей буровых платформ в опытовом бассейне. Устройство имеет буксировочную тележку с жестко закрепленной рамой со штангой. Поперечная жесткость штанги по высоте является переменной. Динамометр с датчиками сил и моментов связывает штангу с буксируемой моделью. На раме дополнительно закреплены две штанги с динамометрами и тягами. Имитатор морского дна выполнен в виде плоской пластины, подвешенной к раме через динамометры. Зазор между пластиной и моделью может меняться с помощью тяг, установленных симметрично относительно продольной оси устройства на расстоянии друг от друга. Одна из тяг жестко соединена с динамометром, содержащим датчики продольной и вертикальной сил, а вторая тяга соединена шарнирно с динамометром, содержащим датчик вертикальной силы. Противоположные концы тяг шарнирно соединены с имитатором дна. Тяги имеют устройство регулировки их длины. Поверхность имитатора со стороны модели покрыта сменной шероховатой пластиной с заданными параметрами шероховатости. Четвертый динамометр соединяет части модели между собой и имеет датчики продольной, боковой и вертикальной сил, а также датчики моментов дифферента, крена и дрейфа. Технический результат реализации изобретения состоит в приближении условий испытания модели в ледовом опытовом бассейне к условиям, близким к реальным, и позволяющих моделирование влияния дна на процессы ледоразрушения ледовых образований вокруг модели и измерение сил и моментов, возникающих при ломке льда как на модели в целом, так и на ее придонной части и морском дне. 1 ил.

Изобретение относится к экспериментальной гидродинамике корабля и морских инженерных сооружений и касается оборудования для проведения испытаний моделей буровых платформ в ледовом опытовом бассейне.

Известно устройство для буксировочных испытаний модели буровой платформы в опытовом бассейне, выполненное по патенту РФ 2072681, кл. B 63 B 9/02, содержащее буксировочную тележку с жестко закрепленной рамой со штангой, выполненной с переменной по высоте поперечной жесткостью и связанной с буксируемой моделью через динамометр с датчиками сил и моментов - прототип.

Недостатком известного устройства является невозможность моделирования влияния морского дна на физические процессы ломки ледовых образований вокруг буровой платформы и возникающие при этом силы и моменты как на модели буровой платформы в целом, так на ее придонной части (ледостойком основании) и морском дне вблизи ледостойкого основания платформы.

Заявленное изобретение решает задачу обеспечения испытаний модели буровой платформы в ледовом опытовом бассейне в условиях, близких к реальным, позволяющих моделировать влияние морского дна на физические процессы ломки ледовых образований вокруг модели буровой платформы и измерять возникающие при этом силы и моменты как на модели в целом, так на ее придонной части и морском дне.

Для этого устройство дополнительно снабжено двумя штангами, закрепленными на раме буксировочной тележки, с динамометрами и тягами, имитатором морского дна, выполненным в виде плоской пластины, подвешенной через динамометры к раме буксировочной тележки с возможностью изменения зазора между пластиной и моделью с помощью тяг, установленных симметрично относительно продольной оси устройства на некотором расстоянии друг от друга, при этом одна из тяг жестко соединена с динамометром, содержащим датчики продольной и вертикальной сил, а вторая тяга соединена шарнирно с динамометром, содержащим датчик вертикальной силы, противоположные концы тяг соединены с имитатором дна шарнирно, причем тяги снабжены устройством регулировки их длины, а поверхность имитатора дна со стороны модели покрыта сменной шероховатой пластиной с заданными параметрами шероховатости, модель выполнена разрезной в горизонтальной плоскости, при этом части модели соединены между собой через четвертый динамометр, содержащий датчики продольной, боковой и вертикальной сил, а также датчики моментов дифферента, крена и дрейфа.

Оснащение устройства имитатором морского дна, который жестко закреплен на раме буксировочной тележки через дополнительные динамометры и буксируется в канале ледового опытового бассейна совместно с моделью буровой платформы, позволяет создать условия испытаний модели буровой платформы, ломки и нагромождения льда перед платформой, близкие к реальным. Для этого пластина имитатора морского дна превышает в плане размеры испытуемой модели буровой платформы и выдвинута вперед перед моделью примерно на ее длину с таким расчетом, чтобы охватить весь объем разрушаемого буровой платформой при ее движении торосистого ледового образования. Удерживаемые имитатором морского дна нагромождения кусков разрушенного тороса перед и по бокам модели буровой платформы существенным образом влияют на силы и моменты, измеряемые динамометром, к которому подвешена модель буровой платформы. Достоверность получаемой при этом информации о силах и моментах, действующих на буровую платформу, значительно повышается.

Зазор между моделью буровой платформы и имитатором морского дна должен быть минимальным (обычно 5 - 10 мм) и регулируемым с тем, чтобы, с одной стороны, исключить затирание модели о пластину дна, а с другой стороны, исключить попадание обломков битого льда между днищем модели и пластиной имитатора дна. Выполнение этих требований обеспечивается в устройстве возможностью регулировки зазора.

Тяги установлены симметрично относительно продольной оси устройства с тем, чтобы исключить кренящие моменты от веса имитатора дна и их влияние на работу динамометров, а также для того, чтобы тяги находились в следе (в "тени") за моделью платформы и не взаимодействовали со льдом.

Для проектирования буровой платформы недостаточно знать силы и моменты, действующие на платформу в целом. Необходимо знать какая часть этих сил и моментов от надвигающихся с ледовым полем торосов действует на отдельные элементы конструкции буровой платформы, в частности в районе ватерлинии (обычно эта часть конструкции выполнена в виде усеченного конуса) и на более погруженные элементы конструкции (так называемое ледостойкое основание), а также силы и моменты, действующие на морское дно вблизи ледостойкого основания платформы.

Заявленное устройство обеспечивает измерение перечисленных параметров. Для этого имитатор морского дна подвешен к раме буксировочной тележки на двух опорах через дополнительно введенные в устройство динамометры. А модель буровой платформы выполнена разрезной в горизонтальной плоскости ниже усеченного конуса, при этом части модели соединены через четвертый динамометр.

Процесс взаимодействия буровой платформы с торосом, нагромождение разрушенного льда вблизи буровой платформы и возникающие при этом силы и моменты зависят от шероховатости морского дна. Для изучения этого влияния и пересчета результатов модельных ипытаний на натуру имитатор дна снабжен сменной пластиной с заданными параметрами шероховатости.

Для исключения влияния изгибающих моментов на точность измерения сил на имитаторе морского дна он соединен с тягами шарнирно. Верхний конец задней тяги соединен с динамометром также через шарнир для обеспечения этой тяге необходимой степени свободы в продольном направлении. В этом случае продольная сила, действующая на имитатор дна, воспринимается одним динамометром, установленным в передней опоре.

Сущность заявленного изобретения поясняется чертежом, где показана схема устройства, вид сбоку.

Устройство содержит жестко закрепленную на буксировочной тележке раму 1 с штангами 2, 3, к которым через динамометры 4, 5, 6 подвешены модель буровой платформы 7 и с помощью тяг 8 имитатор морского дна 9. Тяги установлены симметрично относительно продольной оси устройства и соединены с имитатором морского дна через шарниры 10, причем задняя тяга оборудована шарнирами 10 по обоим концам, и снабжены устройством регулировки их длины 11, выполненным в виде винтовой пары винт-гайка. Имитатор морского дна 9 покрыт сменной шероховатой пластиной 12 с заданными параметрами шероховатости. Модель буровой платформы 7 выполнена разрезной в горизонтальной плоскости. Нижняя часть модели 13 соединена с верхней частью 7 через 6-ти компонентный динамометр 14, содержащий датчики продольной, боковой и вертикальной сил, а также датчики моментов дифферента, крена и дрейфа. Модель буксируется в ледовом поле 15 с торосом 16.

Динамометр 4, к которому подвешена модель буровой платформы, также является 6-ти компонентным и измеряет продольную, боковую и вертикальную силы, а также моменты дифферента, дрейфа и крена, действующие на модель в целом, т. е. на ее верхнюю и нижнюю части. Вычитанием показаний соответствующих датчиков динамометров 4 и 14 получают значения сил и моментов, действующих на верхнюю часть модели.

Динамометр 5 содержит датчики продольной и вертикальной сил. Динамометр 6 содержит только датчик вертикальной силы. Сложением показаний датчиков вертикальной силы двух динамометров 5 и 6 определяют суммарную вертикальную силу, действующую на имитатор морского дна: P_Z = P_Z5 + P_Z6 Плечо L приложения силы P на дно определяется по формуле: L = P_Z6/P_Z•b-a, где L - расстояние от точки приложения силы P до оси Z модели; b - расстояние между тягами 8; a - расстояние между осью Z модели и передней тягой 8.

Продольная сила, действующая на имитатор морского дна, определяется по показаниям соответствующего датчика динамометра 5.

Зазор между моделью буровой платформы и имитатором морского дна 9 регулируется винтовыми парами 11.

Устройство работает следующим образом. Собирают части модели 7 и 13 на динамометре 14. Закрепляют модель на динамометре 4. Собирают имитатор дна 9 с шарнирами 10 и тягами 8, подводят его под модель буровой платформы и закрепляют на динамометрах 5 и 6. Устанавливают необходимый зазор между днищем модели 13 и шероховатой пластиной 12. Задают движение буксировочной тележке.

При движении буксировочной тележки в опытовом бассейне на частях модели 7 и 13 буровой платформы и на имитаторе морского дна 9 возникают гидродинамические и ледовые нагрузки от разрушения ледового поля 15 и тороса 16. Эти силы и моменты передаются на динамометры 4, 5, 6, 14. По показаниям этих динамометров находят все требуемые силовые параметры на частях модели и имитаторе дна.

Формула изобретения

Устройство для буксировочных испытаний модели буровой платформы в опытовом бассейне, содержащее буксировочную тележку с жестко закрепленной рамой со штангой, выполненной с переменной по высоте поперечной жесткостью и связанной с буксируемой моделью через динамометр с датчиками сил и моментов, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено двумя штангами, закрепленными на раме буксировочной тележки, с динамометрами и тягами, имитатором морского дна, выполненным в виде плоской пластины, подвешенной через динамометры к раме буксировочной тележки, с возможностью изменения зазора между пластиной и моделью с помощью тяг, установленных симметрично относительно продольной оси устройства на некотором расстоянии друг от друга, при этом одна из тяг жестко соединена с динамометром, содержащим датчики продольной и вертикальной сил, а вторая тяга соединена шарнирно с динамометром, содержащим датчик вертикальной силы, противоположные концы тяг соединены с имитатором дна шарнирно, причем тяги снабжены устройством регулировки их длины, а поверхность имитатора дна со стороны модели покрыта сменной шероховатой пластиной с заданными параметрами шероховатости, модель выполнена разрезной в горизонтальной плоскости, при этом части модели соединены между собой через четвертый динамометр, содержащий датчики продольной, боковой и вертикальной сил, а также датчики моментов дифферента, крена и дрейфа.

РИСУНКИ

Рисунок 1