半潜式海洋平台造波装置设计(附件)【字数：11672】
摘 要摘 要半潜式海洋平台造波装置是波浪模拟装置，主要作用是通过造波板的摆动来模拟波浪的起伏，造波时直接将海洋平台安放于造波板上随其摆动，模拟海浪作用下海洋石油平台的运动。本装置模拟正弦波，即造波板的摆动角速度符合正弦波规律。造波板摆动同时能够转动，从而近似模拟出不规则波浪。主要基于曲柄连杆机构的有关理论以及摇板式造波机形成正弦波的一般满足条件曲柄长度应尽可能小；机架与摇杆长度的比值应尽可能大。设计出一套六杆机构，能够使造波板的摆动运动非常符合正弦波规律，同时通过设计可调螺旋机构使杆件的长度可调从而改变造波板的摆动角度，电机转速控制改变造波周期。同时进行结构的详细设计，有限元分析，最后通过运动仿真再次验证设计的准确性。关键词波浪模拟；正弦波；摇板式；六杆机构
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 半潜式海洋平台造波装置的研究现状与发展 1
1.3 本文的主要内容 3
第二章 半潜式海洋平台造波装置的总体设计 4
2.1 设计任务 4
2.2 方案设计 4
2.2.1 造波装置摆动运动机构的选型与比较 4
2.2.2 造波装置摆动运动机构设计 6
2.2.3 造波装置回转运动机构设计 10
2.2.4 动力参数的计算与电机的选择 12
第三章 半潜式海洋平台造波装置的详细设计 19
3.1 回转支承及其连接件的设计校核 19
3.1.1 回转支承内圈连接板的设计校核 19
3.1.2 回转支承的校核 19
3.1.3 回转支承外圈连接板的设计与校核 20
3.2 齿轮的设计校核 20
3.2.1 直齿轮设计与校核 20
3.2.2 大小锥齿轮设计 20
3.3 连杆及其连接件设计与计算 21
3.3.1 大连杆的设计与计算 21
3.3.2 摇杆的设计与计算 22
3.3.3 小连杆的设计与计算 22
3.3.4 曲柄长度可调螺旋机构设计与计算 22
style="display:inline-block;width:630px;height:85px" data-ad-client="ca-pub-6529562764548102" data-ad-slot="6284556726"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({ });
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 半潜式海洋平台造波装置的研究现状与发展 1
1.3 本文的主要内容 3
第二章 半潜式海洋平台造波装置的总体设计 4
2.1 设计任务 4
2.2 方案设计 4
2.2.1 造波装置摆动运动机构的选型与比较 4
2.2.2 造波装置摆动运动机构设计 6
2.2.3 造波装置回转运动机构设计 10
2.2.4 动力参数的计算与电机的选择 12
第三章 半潜式海洋平台造波装置的详细设计 19
3.1 回转支承及其连接件的设计校核 19
3.1.1 回转支承内圈连接板的设计校核 19
3.1.2 回转支承的校核 19
3.1.3 回转支承外圈连接板的设计与校核 20
3.2 齿轮的设计校核 20
3.2.1 直齿轮设计与校核 20
3.2.2 大小锥齿轮设计 20
3.3 连杆及其连接件设计与计算 21
3.3.1 大连杆的设计与计算 21
3.3.2 摇杆的设计与计算 22
3.3.3 小连杆的设计与计算 22
3.3.4 曲柄长度可调螺旋机构设计与计算 22
style="display:inline-block;width:630px;height:85px" data-ad-client="ca-pub-6529562764548102" data-ad-slot="6284556726"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({ });
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
3.3.5 摇板与大连杆连接销的设计 25
3.3.6 摇杆与底座支架连接销的设计 25
3.3.7 摇杆与小连杆连接销的设计 26
3.3.8 两侧支撑架与平板连接销的设计 26
3.4 联轴器的选用 27
3.5 轴系结构的设计与计算 27
3.5.1 直齿轮轴的设计与计算 27
3.5.2 小锥齿轮轴的设计与计算 28
3.5.3 曲柄轴的设计与计算 28
3.6 滚动轴承的选用与校核 28
3.6.1 两侧支架用滚动轴承的选用与校核 28
3.7 键的选用与校核 29
3.7.1 曲柄轴键的选用与校核 29
3.7.2 小锥齿轮轴键的选用与校核 29
3.8 机架的设计与校核 29
3.8.1 两侧机架的设计与校核 29
3.8.2 两侧支撑架底座的设计与校核 30
3.8.3 两侧工字形支撑架的设计与校核 30
第四章 半潜式海洋平台造波装置的分析与仿真 31
4.1 关键零部件的有限元分析 31
4.1.1 回转支承外圈连接板的有限元分析 31
4.1.2 小连杆的有限元分析 32
4.1.3 梯形螺杆，滑块的有限元分析 34
4.1.4 大连杆的有限元分析 35
4.2 造波装置的运动学仿真 37
结 论 41
致 谢 42
参 考 文 献 43
第一章 绪论
研究背景
在实验水池中实现海上环境的模拟是海洋开发工程而兴起的一门试验研究技术，除风、流的模拟之外，波浪的模拟是极为重要的。波浪对海工建筑、海上石油开采等许多领域的研究都具有重要的意义。
在海上石油开采中，分析海上钻采设备对海浪的抗疲劳性能，需要进行波浪相关的试验。造波机是一种与海洋平台试验水池配套的基础设施，它的作用是在水池中激起不同波长和波高的波浪，模拟实际波浪对半潜式海洋平台的影响，以测定各种技术数据，为海洋平台的设计提供依据。
国内海洋工程研究单位拥有一百多座大小不同的造波装置。为了提高造波精度和模拟不规则波，其中大部分造波机面临改造的任务。新的研究项目使新的大型造波项目不断出现，其中不乏重金从国外引进。但在日新月异的今天，与国外造波水平仍有明显的差距，这种差距主要表现在对造波机的系统控制上。
造波是一门综合科学技术。它涉及到波浪理论，自动控制理论，海洋学，机械原理电力电子技术，传感器技术等多种学科。现在，高新技术的快速发展，为造波技术的进一步提高提供可能。目前制造波浪，主要是在水池里进行模拟造浪，该方法虽然直观，与实况较接近，成本很高。
半潜式海洋平台造波装置的研究现状与发展
国外很早就已经开始了造波机及造波技术方面的研究工作。建于1956年，1957年正式投产的荷兰瓦格宁根水池，系世界上最早的一座耐波性水池，该水池长 100米，宽24．5米，深 2．5米。采用摇板式蛇形造波机，摇板高 l4米，宽 0．6米，摇动铰链，位于水下 1.15米。共有158块摇板(136+22)，摇板每分钟摆动 3060次，产生的波长为 1．56米 。美国泰勒水池，建于1958年，水池为矩形，主尺度为 l10x73x6米 。造波机采用空气式造波机，其功率在最大负荷时为 2500马力，造波范围波长为 0．9212.2米，波高为0.010.60米，可对长峰不规则波及短峰波进行模拟。英国哈斯拉水池，建于 1957年，1962年正式投产。安装有冲箱式造波机，可造K峰规则波和不规则波。美国斯帝文森水池，装有冲箱式造波机，可模拟长峰规则波和不规则波。日本三鹰露天水池，装有摇板式造波机，可造波长为0．7米，最大波高为0.4米。
我国在造波方面的研究工作是从二十世纪五十年代起步的，在发展初期，使用的造波装置都是一些简单的电气装置，而且限于对造波原理的认识。只能模拟最简单的规则波(即正弦波)。五十年代初期研制成功了我国第一台规则波造波机，随着船舶、港口工程和海洋工程的发展。对波浪的模拟技术提出了日益广泛和严格的要求，规则波已然不能满足需要，要求不仅能模拟出规则波，还要求能模拟出不同方向的长峰波、短峰波、不规则波、过渡波、二阶长波、以及波、流混合波等。随着统计学的发展，对波浪的统计特性有了进一步的认识，促进了波浪谱的研究，使波浪理论逐渐完善，到了六十年代，由海浪周期，估计波谱来达到对波浪的模拟，八十年代初期，我国第一台不规则波造波机安装在南京水利科学研究院水池。以后陆续建成了很多的造波水池和造波水槽，这些水池和水槽都是根据各自不同的要求进行设计和建造的，有些能够模拟浅水波，有些能够模拟深水波，有些则能造不同水深的波，在这些水池和水槽中安装的造波机有的是国内自行研制的，也有的是从国外直接进口的，如哈尔滨工程大学船模试验水池安装的三维造波机就是从丹麦水工所(Dil1)进口的。从二十世纪七十年代中期开始，我国造波机系统逐渐采用模拟信号装置来控制，到了八十年代，已采用小型电算机或计算机，通过系统软件和应用软件及造波软件来控制，九十年代以后，已完全采用计算机进行造波控制。对造波板的驱动方式也由电机驱动逐渐向液压伺服驱动过渡。造波板运动方式也多种多样，有摇摆式、平推式、冲箱式及悬吊式和双动式等，其中悬吊式和双动式用于水槽较多，特点是改变造波板上悬吊双臂的角度，或造波板上的小车和推杆的组合，形成复合运动，可产生所需的深水波和浅水波。这种造波机对研究水深较大地区的深水波理论和研究水深极浅的浅水波理论，以及上述不同性质的波浪对实际工程的作用，均产生了很大的影响。造波机产生的波浪遇到障碍物时，会发生部分或全部的反射。在自然条件下，海洋结构物所处的环境是一个开放的边界，反射波随后传向无边的外部海域，在这个过程中，反射波不断地衰减直到消失，而在实验室波浪模拟实验中，不可能建造无限大的水池或水槽。因此一段时间内一部分波浪会传播到水池的尽头产生反射波，反射波以与入射波相反的方向传播，遇到造波板上，又形成了二次反射波。在封闭的环境中，反射波与入射波反复相遇，多次来回反射产生干扰，很大程度上影响了波浪的质量，也影响了整个实验的准确度和精度，为了解决此问题，研究人员想到加长实验水池的长度，或缩短造波的时间，但这都不能有效解决问题，在这种情况下，无反射式造波技术应运而生，两种常用消波方式，主动消波与被动消波，主动消波通过在造波板前安装波高仪测量反射部分，然后给发生器一种与原来运动反向的信号，从而获得吸收反射波的效果，被动消波在水池中消波器及填充材料，对反射波进行削减，可以在一定程度上吸收一次反射波，但不能消除二次反射波。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/1480.html
