本發明專利技術公布了一種浮體方向可調控的半潛式平臺及調控方法，所述平臺從上而下依次由平臺主體、4個立柱、4個回轉支承、4個魚形浮體依次連接構成，此外還包括設置于平臺主體上的錨泊定位系統和方向調整裝置。所述方法通過流速流向傳感器測出海水流速及其流向信號、通過角度測量傳感器測量魚形浮體縱向與平臺主體的夾角信號，傳遞給工控機，工控機發出控制指令給回轉伺服馬達，驅動回轉支承，使4個魚形浮體相對于各自的立柱轉動，直至魚形浮體縱向與海水作用方向平行。本發明專利技術使得錨被拉出海床概率最小，有利于保證半潛式平臺正常作業。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于海洋工程領域，涉及一種浮體方向可調控的、采用錨泊定位系統的半潛式平臺及其浮體方向調控方法。
技術介紹
目前，海上油氣資源的勘探和開采不斷向深水發展，由百米水深增加至千米水深，海洋平臺是海洋油氣開發的關鍵裝備。公知的海洋平臺可分為自升式平臺和半潛式平臺兩類。其中，自升式平臺通過樁腿、樁靴支撐平臺主體于海面進行油氣開采工作，作業水深越大，樁腿的總長、樁腿之間的間距、樁靴和平臺主體外形尺寸就越大，因此，自升式平臺工作水深一般不超過200米，無法進行更深海域的油氣勘探和開采。半潛式平臺則是深水油氣勘探和開采的主要裝備，利用在海面上漂浮的浮體(俗稱“魚形船”或者“魚形浮體”)通過立柱支撐起平臺主體，可以勘探和開采千米水深的海上油氣資源。半潛式平臺在工作時，海水以波浪載荷和海流載荷形式作用在魚形船上，其中波浪載荷為動態載荷，海流載荷為定常載荷。當海水作用方向改變時，魚形船受力狀態也隨之改變。半潛式平臺在平行于魚形船縱向的海水作用下受力最小，在垂直于魚形船縱向的海水作用下受力最大，最大載荷一般為最小載荷的3 - 5倍。定位系統是用于平衡半潛式平臺所受外載荷，保證其在海上處于合理的運動范圍，并能進行正常生產作業的重要裝備，主要分為三種:錨泊定位系統、動力定位系統以及錨泊與動力組合定位系統。其中，錨泊定位是一種采用錨及錨鏈、錨纜將半潛式平臺系留于海上，限制風、海浪和洋流等環境載荷所引起的漂移，使半潛式平臺保持在預定位置上作業的定位方式。一般來說，對于水深在1500米以下作業的半潛式作業平臺，采用錨泊定位系統。對于采用錨泊定位系統的半潛式平臺，所承受的波浪載荷和海流載荷通過錨機、錨鏈、錨纜傳遞到固定于海底的錨上。導致錨周圍的海床土壤的應力分布改變，體現在兩個方面:由波浪載荷引起的應力幅值，由海流載荷引起的平均應力。這種應力分布特性可能導致錨周圍的海床土壤發生疲勞破壞繼而松動，致使錨被拉出海床，相對于海底發生滑移，使得錨泊系統的受力狀態隨之發生改變，此時半潛式平臺無法正常保持在預定位置上作業甚至發生整體傾斜，尤其當半潛式平臺受到垂直于魚形船縱向的海水作用時，這種情況出現的概率最大，比受到平行于魚形船縱向的海水作用的情況高出3 - 5倍。然而，公知的采用錨泊定位系統的半潛式平臺存在如下缺點:當完成錨泊定位系統安裝之后，無論受到哪個方向的波浪和海流作用，魚形船自身的方向都無法改變，導致魚形船受力狀態隨著海水作用方向改變而改變，進而導致錨周圍的海床土壤的應力分布也會隨著海水作用方向改變而改變，無法保證土壤應力分布始終處于最小狀態，錨被拉出海床的概率很大。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了克服現有技術缺陷，提供。本專利技術可始終使魚形浮體承受的波浪載荷和海流載荷處于最小狀態，即承受平行于魚形浮體縱向的海水作用，保證錨周圍的土壤應力分布始終處于最小狀態，使得錨被拉出海床概率最小，有利于保證半潛式平臺在預定位置上作業而不發生整體傾斜。為了達到上述目的，本專利技術所采取的技術方案是:一種浮體方向可調控的半潛式平臺，從上而下依次由平臺主體、4個立柱、4個回轉支承、4個魚形浮體依次連接構成，此外還包括設置于平臺主體上的錨泊定位系統和方向調控裝置；魚形浮體與回轉支承、回轉支承與立柱之間分別采用螺釘連接；立柱下部兩兩之間采用橫撐桿連接；每根立柱下端均設有法蘭形支架、3個回轉伺服馬達，3個回轉伺服馬達互成120°安裝在法蘭形支架上并與回轉支承之間采用圓柱直齒齒輪形成內嚙合傳動。所述錨泊定位系統由分布在平臺主體上甲板4個角落處的4套結構相同的錨泊定位裝置組成，所述錨泊定位裝置由錨絞機、錨泊線、導纜器、錨依次連接而成。所述方向調控裝置包括流速流向傳感器、無線信號發射器、無線信號接收器、角度測量傳感器、A/D轉換器、工控機、D/A轉換器和驅動器，其中，流速流向傳感器、無線信號發射器布置在海面上并通過軟繩系在魚形浮體上，流速流向傳感器用于采集海水流速及其流向信號，并通過無線信號發射器將采集得到的海水流速流向無線傳輸給接無線信號接收器；角度測量傳感器布置在立柱下部，用于測量的魚形浮體縱向與平臺主體的夾角；無線信號接收器接收到的信號，以及魚形浮體縱向與平臺主體的夾角信號依次經過A/D轉換器、工控機、D/A轉換器傳輸至驅動器進而控制回轉伺服馬達運轉。本專利技術的一種浮體方向可調控的半潛式平臺的調控方法，包括如下步驟:第一步S1:通過流速流向傳感器采集海水流速及流向信號，并通過無線信號發射器向外發送海水流速及流向信號；第二步S2:通過無線信號接收器接收海水流速及流向信號，經A/D轉換器傳遞給工控機；第三步S3:工控機提取海水流速信號并計算得出其均值va，比較海水流速的均值va和設定值v0,若海水流速的均值va小于vO,返回第一步SI,否則進入第四步S4 ；第四步S4:工控機提取海水流向信號并計算得出海水流向相對平臺主體夾角及其均值aa，將海水流向相對平臺主體夾角的均值a a與角度測量傳感器采集的魚形浮體縱向相對平臺主體的夾角β相比較，若兩者差值小于3°，返回第一步SI，否則進入第五步S5 ；第五步S5:工控機發出控制指令，經D/A轉換器、驅動器，控制回轉伺服馬達，以(aa-β )的角度轉動魚形浮體，使其縱向與海水流向平行，返回第一步SI繼續重復上述流程。本專利技術的，具有以下優點和有益效果:通過流速流向傳感器測出海水流速及其流向信號、通過角度測量傳感器測量魚形浮體縱向與平臺主體的夾角信號，傳遞給工控機，工控機發出控制指令給回轉伺服馬達，驅動回轉支承，使4個魚形浮體相對于各自的立柱轉動，直至魚形浮體縱向與海水作用方向平行，此時，半潛式平臺所受海水載荷最小，錨泊定位系統承受的海水載荷也處于最小狀態，因而錨被拉出海床概率最小，有利于保證半潛式平臺正常作業。【附圖說明】圖1為本專利技術的浮體方向可調控的半潛式平臺的結構示意圖；圖2為本專利技術的法蘭形支架的主視圖；圖3為本專利技術的調控方法的流程圖；圖4為本專利技術在海水載荷垂直魚形浮體縱向時，調整前的俯視圖；圖5為本專利技術在海水載荷垂直魚形浮體縱向時，調整后的俯視圖；圖中:1-錨，2-錨泊線，3-導纜器，4-錨絞機，5-立柱，6_魚形浮體，7_回轉支承，8-橫撐桿，9-平臺主體，10-流速流向傳感器，11-回轉伺服馬達，12-法蘭形支架，13-無線信號發射器，14-無線信號接收器，15-A/D轉換器，16-工控機，17-D/A轉換器，18-驅動器，19-信號線，20-角度測量傳感器。【具體實施方式】下面結合附圖對本專利技術進行詳細說明。如圖1所示，為本專利技術的一種浮體方向可調控的半潛式平臺，從上而下依次由平臺主體9、4個立柱5、4個回轉支承7、4個魚形浮體6依次連接構成，此外還包括錨泊定位系統、方向調控裝置。魚形浮體6與回轉支承7、回轉支承7與立柱5之間分別采用螺釘連接。立柱5下部兩兩之間采用橫撐桿8連接。每根立柱5下端均設有法蘭形支架12(如圖2所示)、3個回轉伺服馬達11，回轉伺服馬達11互成120°均勻安裝在法蘭形支架12上，與回轉支承7之間采用圓柱直齒齒輪形成內嚙合傳動。如圖1所示，本專利技術中的錨泊定位系統由分布在平臺主體9上甲板4個角落處的4套結構相同的錨泊定位裝置組成，對半潛式平臺進行4點錨泊定位，該裝置由錨絞機4本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種浮體方向可調控的半潛式平臺，其特征在于所述平臺從上而下依次由平臺主體（9）、4個立柱（5）、4個回轉支承（7）、4個魚形浮體（6）依次連接構成，此外還包括設置于平臺主體（9）上的錨泊定位系統和方向調控裝置；魚形浮體（6）與回轉支承（7）、回轉支承（7）與立柱（5）之間分別采用螺釘連接；立柱（5）下部兩兩之間采用橫撐桿（8）連接；每根立柱（5）下端均設有法蘭形支架（12）、3個回轉伺服馬達（11），3個回轉伺服馬達（11）互成120°均勻安裝在法蘭形支架（12）上并與回轉支承（7）之間采用圓柱直齒齒輪形成內嚙合傳動。
【技術特征摘要】
1.一種浮體方向可調控的半潛式平臺，其特征在于所述平臺從上而下依次由平臺主體(9)、4個立柱(5)、4個回轉支承(7)、4個魚形浮體(6)依次連接構成，此外還包括設置于平臺主體(9)上的錨泊定位系統和方向調控裝置；魚形浮體(6)與回轉支承(7)、回轉支承(7)與立柱(5)之間分別采用螺釘連接；立柱(5)下部兩兩之間采用橫撐桿(8)連接；每根立柱(5)下端均設有法蘭形支架(12)、3個回轉伺服馬達(11)，3個回轉伺服馬達(11)互成120°均勻安裝在法蘭形支架(12)上并與回轉支承(7)之間采用圓柱直齒齒輪形成內嚙合傳動。2.根據權利要求1所述的一種浮體方向可調控的半潛式平臺，其特征在于所述錨泊定位系統由分布在平臺主體(9)上甲板4個角落處的4套結構相同的錨泊定位裝置組成，所述錨泊定位裝置由錨絞機(4)、錨泊線(2)、導纜器(3)、錨(I)依次連接而成。3.根據權利要求1所述的一種浮體方向可調控的半潛式平臺，其特征在于所述方向調控裝置包括流速流向傳感器(10)、無線信號發射器(13)、無線信號接收器(14)、角度測量傳感器(20)、A/D轉換器(15)、工控機(16)、D/A轉換器(17)和驅動器(18)，其中，流速流向傳感器(10)、無線信號發射器(13)布置在海面上并通過軟繩系在魚形浮體(6)上，流速流向傳感器(10)用于采集海水流速流向并通過無線信號發射器(13)將采集得到的海水流速流向無線傳輸給接無線信號接收器(14);角度測量傳感器...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張建，唐文獻，張陽，蘇世杰，齊繼陽，李亞男，
申請(專利權)人：江蘇科技大學，
類型：發明
國別省市：
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