一种半潜式浮式基础模型试验辅助装置及其使用方法与流程

1.本发明属于模型实验与测量技术领域，尤其涉及一种半潜式浮式基础模型试验辅助装置设计及其使用方法。

背景技术：

2.优化能源供给结构，提高能源利用效率，建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系，是我国的重要战略目标，风资源蕴藏量大、可再生、无污染，是重要的可再生能源形式，海上风能开发凭借资源储量丰富、发展空间广阔等优点，已成为我国的风电技术和产业发展的新战略，一般而言，离岸越远，风速越大，风的品质越高，当水深大于50米时，采用漂浮式基础可大幅提升技术经济指标，而半潜式浮式基础因其稳定性好、适用水深广和安装运输方便等优点近年来备受关注。
3.在水池中开展浮式风机系统的水动力及运动的模型试验是进行浮式基础结构参数设计的必要环节之一，为保证水池模型试验的有效性，准确获得模型的重心位置及转动惯量等参数致关重要，模型数据的准确测量是水池模型试验成功开展的前提条件，更进一步的，对于三角半潜式浮式风机基础由三个浮筒组成，浮筒之间由梁结构连接，为保证足够的稳性，浮筒之间的距离较大导致连接的梁结构较长；开展水池模型试验时，为控制模型整体的重量并降低成本，模型的材质一般为玻璃钢，在半潜式浮式基础模型吊装、下水时易受损伤，特别是浮筒之间的梁结构容易发生破坏导致试验失败，因此急需要一种针对半潜式浮式风机基础模型试验的辅助装置，协助完成模型试验。

技术实现要素：

4.基于此，有必要针对目前存在的问题，提供一种半潜式浮式基础模型试验辅助装置设计及使用方法，通过本发明可以使模型在辅助装置的台架上进行转动，从而可以方便地使模型的不同轴线与刀架所在轴线重合，便于测量模型多个方向的惯量，有利于缩短试验周期，本发明可以同时作为一种半潜式浮式基础模型的保护装置与支撑结构，并且便于水池试验时吊装模型，操作简单，具有良好的实际应用价值。
5.上述目的通过下述技术方案实现：
6.一种半潜式浮式基础模型试验辅助装置，包括2个支架与转动台架，所述的支架由l形空心方管构成，转动台架由若干个空心方管焊接而成，成方形对称结构，l形支架长边底部焊接在转动台架对称轴所在的方管上，l形支架短边开有上下穿透的小圆孔，方便螺栓通过，以保证与刀架的连接，转动台架上可以放置半潜式浮式基础模型，使半潜式浮式基础模型与辅助装置可一同绕支架所在轴摆动。
7.所述的半潜式浮式基础模型试验辅助装置的使用方法，包括下列步骤：
8.(a)辅助装置自身的重量、重心与转动惯量的测定
9.首先，使用螺栓将支架的短边与刀架的顶针连接，将吊装带绑在支架的短边上，进而吊起辅助装置，通过测力仪测定辅助装置自身的重量；卸掉测力仪，使用起吊装置将辅助
装置吊到刀架上，使顶针放置在刀架的刀口上，使得辅助装置可以绕刀架所在轴摆动；卸下起吊装置，待装置静止后，对辅助装置施加一恒力，使其偏转一角度，根据力矩平衡原理，即求得垂向重心位置；使辅助装置自由摆动，记录数据，求出摆动周期，可计算出辅助装置的转动惯量。
10.(b)组装半潜式浮式基础模型与辅助装置
11.通过起吊装置将辅助装置从刀架上卸下，放置到地面上，将半潜式浮式基础模型放置在转动台架上，使台架中心与模型重心重合，使模型的纵轴与支架所在轴线重合。
12.(c)半潜式浮式基础模型的重量、重心与转动惯量的测定
13.首先，将吊装带绑在支架短边上，进而吊起整体结构，通过测力仪测定总重量，进而依据之前得到的辅助装置重量可得半潜式浮式基础模型重量；卸掉测力仪，使用起吊装置将整体结构吊到刀架上，使整体结构可以绕刀架所在轴摆动；卸下起吊装置，待整体静止后，对辅助装置施加一恒力，使其偏转一角度，根据力矩平衡原理，即求得垂向重心位置；使整体自由摆动，记录数据，求出摆动周期，可计算出整体的绕纵轴的转动惯量；依据之前求得的辅助装置的垂向重心位置与转动惯量，可计算出半潜式浮式基础模型的垂向重心位置与绕纵轴的转动惯量；将整体固定，转动半潜式浮式基础模型，使半潜式浮式基础模型的横轴与支架所在轴线重合，重复上述步骤，可得半潜式浮式基础模型的绕横轴的转动惯量。
14.(d)下水
15.待测量数据均满足要求后，将吊装带绑在支架短边上，进而吊起整体结构，起吊下水，这样下水可以对易受损伤的半潜式浮式基础模型起保护作用；待半潜式浮式基础模型在水中可以自由漂浮并达到指定位置后，通过起吊装置将辅助装置排水后吊出。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)进行半潜式浮式基础模型垂向重心与转动惯量测量时，可以使半潜式浮式基础模型在辅助装置的台架上进行转动，从而可以方便地使半潜式浮式基础模型的不同轴线与刀架所在轴线重合，便于测量半潜式浮式基础模型多个方向的惯量，有利于缩短试验周期，且成本较低；(2)在进行模型试验的过程中，对于易受损伤的半潜式浮式基础模型起保护作用；(3)便于试验过程之中对半潜式浮式基础模型的吊装。
附图说明
17.图1是半潜式浮式基础模型试验辅助装置的示意图。
18.图2是支架的示意图。
19.图3是半潜式浮式基础模型及辅助装置使用时示意图。
20.图4是顶针与刀口装配示意图。
21.图中：1-转动台架，2-支架，3-支架长边，4-支架短边，5-圆孔，6-半潜式浮式基础模型，7-吊装带，8-顶针，9-刀口，10-刀架。
具体实施方式
22.本发明是用来辅助测量半潜式基础平台模型的惯性矩及重心等属性，该属性用于实验方案的编制以及模型实验的力学计算，实验结果可以对实际模型的计算结果进行验证和修正。
23.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
24.本发明半潜式浮式基础模型试验辅助装置，包括支架2与转动台架1，支架2由l形空心方管构成，转动台架1由若干个空心方管焊接而成，成方形对称结构，支架长边3底部焊接在转动台架1对称轴所在的方管上，支架短边4开有上下穿透的小圆孔5，方便螺栓通过，以保证与刀架10的连接，转动台架1上可以放置半潜式浮式基础模型6，使半潜式浮式基础模型6与辅助装置可一同绕支架2所在轴摆动。
25.本实施例在试验前，先根据人工水池的尺度、半潜式浮式基础的实际尺度、试验工况的具体情况和试验的经济性选择模型缩尺比，得到半潜式浮式基础模型6的具体尺寸，从而采用玻璃钢材料制作模型。
26.根据制作出的半潜式浮式基础模型6，设计出相应辅助装置的尺寸，应当保证转动台架1的尺寸可以使得半潜式浮式基础模型6在其上绕中心自由转动且有余量，支架2的尺寸应适当，保证整体可以绕刀架10自由摆动并且模型不滑脱。
27.所述的半潜式浮式基础模型试验辅助装置的使用方法，包括下列步骤：
28.(a)辅助装置自身的重量、重心与转动惯量的测定
29.首先，使用螺栓通过支架伸出部分4的小圆孔5将支架短边4与刀架10的顶针8连接，将吊装带7绑在支架短边2上，进而吊起辅助装置，通过测力仪测定辅助装置自身的重量；卸掉测力仪，使用起吊装置将辅助装置吊到刀架10上，使顶针8放置在刀架10的刀口9上，使得辅助装置可以绕刀架10所在轴摆动；卸下起吊装置，待装置静止后，对辅助装置施加一恒力，使其偏转一角度，根据力矩平衡原理，即求得垂向重心位置；使辅助装置自由摆动，记录数据，求出摆动周期，可计算出辅助装置的转动惯量。
30.(b)组装半潜式浮式基础模型与辅助装置
31.通过起吊装置将辅助装置从刀架10上卸下，放置到地面上，将半潜式浮式基础模型6放置在转动台架1上，使台架1中心与半潜式浮式基础模型6重心重合，使半潜式浮式基础模型6的纵轴与支架2所在轴线重合。
32.(c)半潜式浮式基础模型的重量、重心与转动惯量的测定
33.首先，将吊装带7绑在支架短边4上，进而吊起整体结构，通过测力仪测定总重量，进而依据之前得到的辅助装置重量可得半潜式浮式基础模型6重量；卸掉测力仪，使用起吊装置将整体结构吊到刀架10上，使整体结构可以绕刀架10所在轴摆动；卸下起吊装置，待整体静止后，对辅助装置施加一恒力，使其偏转一角度，根据力矩平衡原理，即求得垂向重心位置；使整体自由摆动，记录数据，求出摆动周期，可计算出整体的绕纵轴的转动惯量；依据之前求得的辅助装置的垂向重心位置与转动惯量，可计算出半潜式浮式基础模型6的垂向重心位置与绕纵轴的转动惯量；将整体固定，转动半潜式浮式基础模型6，使半潜式浮式基础模型6的横轴与支架2所在轴线重合，重复上述步骤，可得半潜式浮式基础模型6的绕横轴的转动惯量。
34.(d)下水
35.待测量数据均满足要求后，将吊装带7绑在支架短边4上，进而吊起整体结构，起吊下水；待半潜式浮式基础模型6在水中可以自由漂浮并达到要求后，通过起吊装置将辅助装
置排水后吊出。
36.以上仅是本发明的一种实施方式，应当指出的是，上述实施方案不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的思想范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种半潜式浮式基础模型试验辅助装置，其特征在于：包括2个支架与转动台架，所述的支架由l形空心方管构成，转动台架由若干个空心方管焊接而成，成方形对称结构，l形支架长边底部焊接在转动台架对称轴所在的方管上，l形支架短边开有上下穿透的小圆孔，方便螺栓通过，以保证与刀架的连接，转动台架上可以放置半潜式浮式基础模型，使半潜式浮式基础模型与辅助装置可一同绕支架所在轴摆动。2.一种半潜式浮式基础模型试验辅助装置的使用方法，其特征在于：包括下列步骤：(a)辅助装置自身的重量、重心与转动惯量的测定首先，使用螺栓将支架的短边与刀架的顶针连接，将吊装带绑在支架的短边上，进而吊起辅助装置，通过测力仪测定辅助装置自身的重量；卸掉测力仪，使用起吊装置将辅助装置吊到刀架上，使顶针放置在刀架的刀口上，使得辅助装置可以绕刀架所在轴摆动；卸下起吊装置，待装置静止后，对辅助装置施加一恒力，使其偏转一角度，根据力矩平衡原理，即求得垂向重心位置；使辅助装置自由摆动，记录数据，求出摆动周期，可计算出辅助装置的转动惯量。(b)组装半潜式浮式基础模型与辅助装置通过起吊装置将辅助装置从刀架上卸下，放置到地面上，将半潜式浮式基础模型放置在转动台架上，使台架中心与模型重心重合，使模型的纵轴与支架所在轴线重合。(c)半潜式浮式基础模型的重量、重心与转动惯量的测定首先，将吊装带绑在支架短边上，进而吊起整体结构，通过测力仪测定总重量，进而依据之前得到的辅助装置重量可得半潜式浮式基础模型重量；卸掉测力仪，使用起吊装置将整体结构吊到刀架上，使整体结构可以绕刀架所在轴摆动；卸下起吊装置，待整体静止后，对辅助装置施加一恒力，使其偏转一角度，根据力矩平衡原理，即求得垂向重心位置；使整体自由摆动，记录数据，求出摆动周期，可计算出整体的绕纵轴的转动惯量；依据之前求得的辅助装置的垂向重心位置与转动惯量，可计算出半潜式浮式基础模型的垂向重心位置与绕纵轴的转动惯量；将整体固定，转动半潜式浮式基础模型，使半潜式浮式基础模型的横轴与支架所在轴线重合，重复上述步骤，可得半潜式浮式基础模型的绕横轴的转动惯量。(d)下水待测量数据均满足要求后，将吊装带绑在支架短边上，进而吊起整体结构，起吊下水，这样下水可以对易受损伤的半潜式浮式基础模型起保护作用；待半潜式浮式基础模型在水中可以自由漂浮并达到指定位置后，通过起吊装置将辅助装置排水后吊出。

技术总结

一种半潜式浮式基础模型试验辅助装置及其使用方法，包括2个支架与转动台架，所述的支架由L形空心方管构成，转动台架由若干个空心方管焊接而成，成方形对称结构，L形支架长边底部焊接在转动台架对称轴所在的方管上，L形支架短边开有上下穿透的小圆孔，方便螺栓通过，以保证与刀架的连接，转动台架上可以放置半潜式浮式基础模型，使半潜式浮式基础模型与辅助装置可一同绕支架所在轴摆动。与现有技术相比，本发明的有益效果是：在进行模型试验的过程中，对于易受损伤的半潜式浮式基础模型起保护作用；便于试验过程之中对半潜式浮式基础模型的吊装。型的吊装。型的吊装。