一种抑制波浪爬升孔隙结构物装置及其设计方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及海洋装备技术领域，本发明专利技术提出一种抑制波浪爬升孔隙结构物装置及其设计方法，包括半潜平台，所述半潜平台由四根立柱、两个浮箱、两根横撑和甲板组成，所述立柱在中部为倒角方形截面，所述立柱靠近甲板和浮箱处倒角半径逐渐缩减至0，所述立柱外部安装有孔隙装置，所述孔隙装置由四个单体组合连接而成；所述单体由若干多孔层板和发连接件组合连接而成。本发明专利技术设计了特殊的孔隙结构物，达到了抑制波浪爬升的效果，解决了海洋平台波浪爬升甚至波浪抨击的问题；针对不同海域的波浪特性，通过设置多孔层板的参数，如开孔样式、孔隙率、层数、层间距以及装置安装高度，可以改善装置对波浪爬升的抑制效果。

【技术实现步骤摘要】
一种抑制波浪爬升孔隙结构物装置及其设计方法
本专利技术涉及海洋装备
，尤其涉及到一种抑制波浪爬升孔隙结构物装置及其设计方法。
技术介绍
立柱波浪爬升是大型海洋结构物设计，其在运营中面临的一个重要问题。半潜式平台等立柱直径较大的海洋平台在与波浪相互作用时具有较为显著的非线性特征，除波浪绕射、辐射效应叠加引起的立柱周围波面升高外，还经常出现波浪沿立柱表面形成射流，从而增加下甲板砰击甚至甲板上浪的风险，威胁到海洋平台的安全。近年来，恶劣海况下严重的波浪爬升导致的设备损坏甚至安全事故屡有发生，引起了工业界和学术界对立柱波浪爬升以及海洋平台气隙问题的关注。现有技术无法很好地解决海洋平台波浪爬升问题，其通常改善平台气隙性能的措施是通过增加甲板高度或改变平台外形来进行改善，但是会受到平台重量、稳性和工程造价等因素的制约。因此，我们有必要对这样一种结构进行改善，以克服上述缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的是附加在海洋平台立柱上，通过对孔隙结构样式、层数、层间距、安装高度及孔隙率进行设计，达到抑制波浪爬升的效果，同时最小程度影响海洋平台原来的水动力性能，从而提出了一种抑制波浪爬升孔隙结构物装置及其设计方法。本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种抑制波浪爬升孔隙结构物装置，包括半潜平台，所述半潜平台由四根立柱、两个浮箱、四根横撑和甲板组成，所述立柱在中部为倒角方形截面，所述立柱靠近甲板和浮箱处倒角半径逐渐缩减至0；所述立柱的四个侧面均凹设有两条呈竖直方向设置的滑槽，所述滑槽内滑动设置有连接块；所述立柱外部安装有孔隙装置，所述孔隙装置由四个单体组合连接而成；所述单体由若干多孔层板和发连接件组合连接而成；所述多孔层板表面贯穿有若干通孔，若干多孔层板呈平行结构设置，所述多孔层板的两侧端部均具有内缺角，缺角为度，四个单体呈正方形结构形成孔隙装置并且布置于所述立柱的外部。优选的，所述多孔层板与所述发连接件均为钢制材料。优选的，所述多孔层板为板状结构，所述发连接件为长条状结构，相邻的两个多孔层板之间焊接有若干发连接件。优选的，所述单体的上端还通过发连接件连接有固定板，所述固定板的表面还穿设有两个第一旋接孔；所述立柱的顶部四个面均凸出有两个连接耳，所述连接耳处具有一贯穿的第二旋接孔，所述连接块处具有一贯穿的第三旋接孔，所述第一旋接孔、第二旋接孔和第三旋接孔相适应，所述连接耳、连接块和固定板通过螺栓紧固。优选的，所述第一旋接孔、第二旋接孔和第三旋接孔的内壁均为螺纹状结构。优选的，单体处的多孔层板的内侧端部焊接有转接板，所述转接板为三角状且其具有圆弧形缺口，所述圆弧形缺口与立柱的倒角相适应。一种抑制波浪爬升空隙结构物装置的设计方法，包括如下步骤：S1、实验准备概述：实验水池试验水池长、宽、深分别为50m、40m、和10m，配备有可升降假底以模拟0-9.8m之间的任意水深，水池的两边分别配置了两组多单元造波系统，试验模型为半潜平台，四立柱、双浮箱、箱型甲板船型，立柱在中部为倒角方形截面，靠近甲板和浮箱处倒角半径逐渐缩减至0；S2、综合考虑半潜式平台模型大小、海洋工程深水池的尺度和海洋环境的模拟能力以及所用测量仪器的量程等因素，确定本实验采用的模型缩尺比λ为60(实型值:模型值)，本次试验选取五组波浪环境对安装立柱附件孔隙结构物前后平台的气隙性能进行比较分析，然后确立孔隙结构物参数；S3、根据平台设计孔隙结构物尺寸，根据平台吃水、立柱高度以及下甲板型高，确定多层多孔板的总层数为10层，层间距为0.6m(理论线间距)，最下层安装高度居基线30.5m，最上层距下甲板距离为0.6m，对应的模型尺寸为层间距10mm，最上层距下甲板10mm，在生存载况下附加孔隙结构物底面距静水线11m，基本可以避免与波浪发生相互作用，几乎不会影响平台在正常作业是的水动力性能，立柱附加孔隙结构物厚度的取值参照立柱尺度的10％，同时综合考虑典型的立柱爬升水射流的高度和厚度分布，此平台模型立柱宽度的10％为1.825m，另外，对于一座四立柱重力式平台，沿立柱表面的波浪爬升水流在接近下甲板时的典型厚度约为1m–1.5m，综合考虑以上两点，立柱附加孔隙结构物的厚度取为1.5m，对应的模型值为25mm；S4、确立多孔层板参数：综合考虑附加结构物模型的加工工艺、材料强度、孔隙率等多方面因素，开孔尺寸最终定为5.5mm×3.5mm，在宽度方向上边缘间距为2mm，而在厚度方向上分四行排列，边缘间距为2.2mm，整体开孔率约为41.1％。基于现有技术而言，本专利技术的优点在于：1、本专利技术设计了特殊的孔隙结构物，达到了抑制波浪爬升的效果，解决了海洋平台波浪爬升甚至波浪抨击的问题；2、针对不同海域的波浪特性，通过设置多孔层板的参数，如开孔样式、孔隙率、层数、层间距以及装置安装高度，可以改善装置对波浪爬升的抑制效果，通过更换连接块的长度从而调节孔隙结构物的高度，可调节性大大提升；3、多孔层板的厚度一般不超过立柱宽度的10％，且装置有很多孔隙，相对于海洋平台而言，体积小，重量轻，对海洋平台本身的水动力特性影响很小；4、便于安装和拆卸，在不同海域或者不同海况下，可以随时拆卸和更换装置；5、孔隙结构物装置安装在立柱较高处，不会影响正常的波浪，只会抑制较高的、有抨击风险的波浪爬升，从而较小的影响平台正常的水动力；6、本专利技术简单有效，成本低廉，实用价值高。附图说明图1是本专利技术提出的一种抑制波浪爬升孔隙结构物装置的结构示意图。图2是孔隙装置的结构示意图。图3是单体和立柱的组合结构示意图。图4是多孔层板的俯视图。图5是水池布置结构示意图。图6是模型主尺度表。图7是模型重量参数表。图8是波浪环境参数表。图9是实验结果图。图中数字和字母所表示的相应部件名称：其中：1-立柱；2-浮箱；3-横撑；4-甲板；5-孔隙装置；7-连接块；61-多孔层板；62-发连接件；63-固定板；64-连接耳；65-转接板。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本专利技术。如图1至图9所示，本专利技术提出的一种抑制波浪爬升孔隙结构物装置，包括半潜平台，所述半潜平台由四根立柱1、两个浮箱2、四根横撑3和甲板4组成，每个浮箱2的上端均固定有两根立柱1，四根立柱1的上端固定有甲板4，立柱与立柱之间通过两根横撑3进行固定，所述立柱1在中部为倒角方形截面，所述立柱1靠近甲板4和浮箱2处倒角半径逐渐缩减至0；所述立柱1的四个侧面均凹设有两条呈竖直方向设置的滑槽，所述滑槽内滑动设置有连接块7，所述滑槽为T形滑槽，所述连接块7为方形结构，所述连接块7的内侧还凸出有滑块，所述滑块为T形结构，所述滑块与所述滑槽相适应；所述立柱1外部安装有孔隙装置5，所述孔隙装置5由四个单体组合连接而成；所述单体由若干多孔层板61和发连接件62组合连接而成；所述多孔层板61表面贯穿有若干通孔，若干多孔层板61呈平行结构设置，所述多孔层板61的两侧端部均具有内缺角，缺角为45度，四个单体6呈正方形结构形成孔隙装置5并且布置于所述立柱1的外部。优选的，所述多孔层板61与所述发连接件62均为钢制材料。优选的，所述多孔层板61为板状结构，所述发连接件62为长条状结构，相邻的两个多孔层板61之间焊接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抑制波浪爬升孔隙结构物装置，包括半潜平台，所述半潜平台由四根立柱(1)、两个浮箱(2)、四根横撑(3)和甲板(4)组成，其特征在于：所述立柱(1)在中部为倒角方形截面，所述立柱(1)靠近甲板(4)和浮箱(2)处倒角半径逐渐缩减至0；所述立柱(1)的四个侧面均凹设有两条呈竖直方向设置的滑槽，所述滑槽内滑动设置有连接块(7)；所述立柱(1)外部安装有孔隙装置(5)，所述孔隙装置(5)由四个单体组合连接而成；所述单体由若干多孔层板(61)和发连接件(62)组合连接而成；所述多孔层板(61)表面贯穿有若干通孔，若干多孔层板(61)呈平行结构设置，所述多孔层板(61)的两侧端部均具有内缺角，缺角为45度，四个单体(6)呈正方形结构形成孔隙装置(5)并且布置于所述立柱(1)的外部。

【技术特征摘要】
1.一种抑制波浪爬升孔隙结构物装置，包括半潜平台，所述半潜平台由四根立柱(1)、两个浮箱(2)、四根横撑(3)和甲板(4)组成，其特征在于：所述立柱(1)在中部为倒角方形截面，所述立柱(1)靠近甲板(4)和浮箱(2)处倒角半径逐渐缩减至0；所述立柱(1)的四个侧面均凹设有两条呈竖直方向设置的滑槽，所述滑槽内滑动设置有连接块(7)；所述立柱(1)外部安装有孔隙装置(5)，所述孔隙装置(5)由四个单体组合连接而成；所述单体由若干多孔层板(61)和发连接件(62)组合连接而成；所述多孔层板(61)表面贯穿有若干通孔，若干多孔层板(61)呈平行结构设置，所述多孔层板(61)的两侧端部均具有内缺角，缺角为45度，四个单体(6)呈正方形结构形成孔隙装置(5)并且布置于所述立柱(1)的外部。2.根据权利要求1所述的一种抑制波浪爬升孔隙结构物装置，其特征在于：所述多孔层板(61)与所述发连接件(62)均为钢制材料。3.根据权利要求1所述的一种抑制波浪爬升孔隙结构物装置，其特征在于：所述多孔层板(61)为板状结构，所述发连接件(62)为长条状结构，相邻的两个多孔层板(61)之间焊接有若干发连接件(62)。4.根据权利要求1所述的一种抑制波浪爬升孔隙结构物装置，其特征在于：所述单体(6)的上端还通过发连接件(62)连接有固定板(63)，所述固定板(63)的表面还穿设有两个第一旋接孔；所述立柱(1)的顶部四个面均凸出有两个连接耳(64)，所述连接耳(64)处具有一贯穿的第二旋接孔，所述连接块(7)处具有一贯穿的第三旋接孔，所述第一旋接孔、第二旋接孔和第三旋接孔相适应，所述连接耳(64)、连接块(7)和固定板(63)通过螺栓紧固。5.根据权利要求4所述的一种抑制波浪爬升孔隙结构物装置，其特征在于：所述第一旋接孔、第二旋接孔和第三旋接孔的内壁均为螺纹状结构。6.根据权利要求1所述的一种抑制波浪爬升孔隙结构物装置，其特征在于：单体(6)处的多孔层板(61)的内侧端部焊接有转接...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖龙飞，方智超，李昊波，寇雨丰，刘明月，魏汉迪，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31