海洋工程拖曳试验牵引系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种海洋工程拖曳试验牵引系统，牵引系统包括支柱与高架驱动承台分系统和绞车式牵引分系统；所述绞车式牵引分系统包括牵引绞车(5)、张紧绞车(6)、导向滑轮组(7)和电气系统；所述电气系统用于驱动控制所述牵引绞车(5)和所述张紧绞车(6)动作，进而对所述拖曳体进行拖曳动作。优点为：通过对多缆绳张力进行自适应协同控制，可保证拖曳系统姿态稳定，尤其是保证拖曳体六自由度稳定且不偏移，进而满足拖曳试验系统的设计需求。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于海洋工程及装备
，具体涉及一种海洋工程拖曳试验牵引系统。
技术介绍
海洋资源开发、海洋环境保护已成为全球普遍关注的问题。海洋探索与开发存在着诸多限制因素，复杂多变的海洋环境与当前的海洋科技水平是主要因素，目前研究与开发海洋的先进技术中，拖曳系统具有极其重要意义，这对拖曳系统的设计与使用十分重要。具体的，拖曳系统在水文调查、海上救助打捞、海洋探测、船模试验有着广泛而重要的应用，关于其水动力理论和控制技术是研究的热点。国内外开展了很多关于拖曳系统水动力和控制方面的研究，实际海况及复杂的水下流场条件下，不规则外形的拖曳体、控制体及缆绳各水动力综合作用、强非线性和相互耦合因素使拖曳系统操纵的水动力问题十分复杂。在大多数海洋科考和国防中，拖曳系统仍然是很重要的技术手段，世界上拖曳系统发展比较成熟的国家有挪威、丹麦、美国、日本等。一般拖曳体由流线型或近流线型主体及迫沉机构或两者结合为一体所构成。拖曳体内搭载的传感器或船模要求拖曳体工作的姿态稳定，具有快速灵活的姿态和深度调节与控制能力。不同的拖曳系统有不同的使用要求，满足其使用要求的拖曳系统设计对于其工作状态具有非常重要的影响。拖曳体、缆绳及控制系统的动力因素作为一个整体相互之间有影响，对拖曳体轨迹与姿态控制达到海上实用的目的，必须进行实验室模型试验和海上现场样机试验是研发成功拖曳系统的必要条件和前提。拖曳缆绳受到的水动力载荷及其自身材料特性都是非线性的，难以从理论上准确描述其水动力特性，缆绳的运动控制方程都忽略缆绳的弯曲、扭转和剪力的影响，只考虑其张力的影响，国内外学者对缆绳的运动特性研究包括集中质量法、数值模拟法、有限元法、有限差法、直接积分法。水下拖曳体运动方程描述最完整和常用的是六自由度运动方程，根据该方程计算拖曳体的运动响应，需要先得到运动过程中拖曳体的水动力系数是最关键的。实验方法使用船舶与海洋工程实验室设备，如拖曳水池平面运动机构、大型旋转臂船舶操纵性水池、循环水槽及风洞等对特殊形状的拖曳体以全尺度或缩尺比模型试验来确定作用在拖曳体上的水动力；目前普遍认为实验法比估算法更可靠、更准确，但实验法费用高、试验周期长，但未确定拖曳体外形特征尺寸时用实验法不实际。估算法通过数值模拟或经验公式得到拖曳体水动力系数，通过计算流体力学法或根据试验结果回归得到的经验公式求得水动力系数，或将两种方法结合起来使用；估算法相对实验法费用低、计算方便，可根据拖曳体的尺寸、形状的变化，重新计算新的水动力；但估算法得到的结果与实验法相比准确性差一些。综上所述，为了提高拖曳系统的设计研发效率，可采用以下方式：拖曳系统设计初期阶段利用拖曳试验系统做试验，再用估算法计算拖曳系统的水动力，在拖曳系统设计后期利用拖曳试验系统进行样机的拖曳试验来确定其水动力系数的数值。可见，拖曳试验系统的设计非常关键。传统的拖曳试验系统普遍存在以下问题：由于拖曳体在水中受到风浪涌流的作用，运行极不稳定，传统的拖曳试验系统，难以保持拖曳体六自由度稳定且不偏移，从而无法满足拖曳试验系统的设计需求。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本技术提供一种海洋工程拖曳试验牵引系统，可有效解决上述问题。本技术采用的技术方案如下：本技术提供一种海洋工程拖曳试验牵引系统，包括支柱与高架驱动承台分系统和绞车式牵引分系统；其中，所述支柱与高架驱动承台分系统包括桩基(1)，所述桩基(1)包括一体成形的平桩基(1-1)以及斜桩基(1-2)；所述平桩基(1-1)位于水面以下， 所述斜桩基(1-2)的底端与所述平桩基(1-1)连接且位于水面以下，所述斜桩基(1-2)的顶端延伸到水面以上；在所述斜桩基(1-2)的顶端固定有高架驱动承台(2)；在所述平桩基(1-1)的左右两端分别固定有左岸拖曳支柱(3)和右岸拖曳支柱(4)；所述绞车式牵引分系统包括牵引绞车(5)、张紧绞车(6)、导向滑轮组(7)和电气系统；其中，所述导向滑轮组(7)包括4个导向滑轮，分别为左上导向滑轮(7-1)、左下导向滑轮(7-2)、右上导向滑轮(7-3)和右下导向滑轮(7-4)；所述左上导向滑轮(7-1)和所述左下导向滑轮(7-2)固定于所述左岸拖曳支柱(3)的上部和下部；所述右上导向滑轮(7-3)和所述右下导向滑轮(7-4)固定于所述右岸拖曳支柱(4)的上部和下部；所述牵引绞车(5)和所述张紧绞车(6)布置于所述高架驱动承台(2)，所述牵引绞车(5)的缆绳(9)绕过所述左上导向滑轮(7-1)后，固定到拖曳体(8)的一端；所述张紧绞车(6)的缆绳依次绕过所述左下导向滑轮(7-2)、所述右下导向滑轮(7-4)和所述右上导向滑轮(7-3)后，固定到所述拖曳体(8)的另一端；所述电气系统用于驱动控制所述牵引绞车(5)和所述张紧绞车(6)动作，进而对所述拖曳体进行拖曳动作。优选的，所述牵引绞车(5)和所述张紧绞车(6)均包括卷扬机、减速机、电动机以及绞车附加装置；所述电动机通过所述减速机与所述卷扬机联动。优选的，所述绞车附加装置包括气动棘轮棘爪止定装置、高速级制动器、气动水冷式动态制动器、离合器以及压绳器。优选的，所述电气系统包括控制系统、驱动系统、电源系统和检测系统；所述控制系统分别与所述驱动系统、所述电源系统和所述检测系统连接。优选的，所述检测系统包括：牵引缆绳张力传感器，用于检测牵引缆绳的张力值；张紧缆绳张力传感器，用于检测张紧缆绳的张力值；牵引缆绳编码器，用于测量牵引缆绳的速度和长度；张紧缆绳编码器，用于测量张紧缆绳的速度和长度；牵引绞车出绳方向传感器，用于测量牵引绞车在水平与垂直两个方向的出绳方向；张紧绞车出绳方向传感器，用于测量张紧绞车在水平与垂直两个方向的出绳方向；高速级制动器开/关状态检测设备、气动水冷式动态制动器开/关状态检测设备、离合器开/关状态检测设备、棘轮棘爪止定装置开/关状态检测设备、气动水冷式动态制动器的气源压力传感器、气动水冷式动态制动器的冷却水压力传感器和气动水冷式动态制动器的冷却水温度传感器。优选的，所述驱动系统包括变频驱动系统和电动气压驱动系统；其中，所述变频驱动系统包括两套变频驱动单元，分别用于驱动牵引绞车电动机和张紧绞车电动机；所述电动气压驱动系统包括三套气压驱动单元，分别用于驱动气动水冷式动态制动器动作、驱动离合器的气缸动作以及驱动棘轮棘爪止定装置的气缸动作。优选的，所述变频驱动系统包括12脉整流变压器、整流器、逆变器、制动单元、制动电阻以及直流母线；所述整流器的输入端通过所述12脉整流变压器连接到电网；所述整流器的输出端并联到直流母线；所述直流母线还并联连接到所述逆变器的一端，所述逆变器的另一端用于与变频器连接；所述直流母线还并联连接到所述制动单元的一端，所述制动单元的另一端与所述制动电阻连接。本技术提供的海洋工程拖曳试验牵引系统具有以下优点：通过对多缆绳张力进行自适应协同控制，可保证拖曳系统姿态稳定，尤其是保证拖曳体六自由度稳定且不偏移，进而满足拖曳试验系统的设计需求。附图说明图1为本技术提供的海洋工程拖曳试验牵引系统的侧视图；图2为本技术提供的海洋工程拖曳试验牵引系统的俯视图；图3为本技术提供的海洋工程拖曳试验牵引系统在正向拖曳下的结构示意图；图4为本实用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海洋工程拖曳试验牵引系统，其特征在于，包括支柱与高架驱动承台分系统和绞车式牵引分系统；其中，所述支柱与高架驱动承台分系统包括桩基(1)，所述桩基(1)包括一体成形的平桩基(1‑1)以及斜桩基(1‑2)；所述平桩基(1‑1)位于水面以下，所述斜桩基(1‑2)的底端与所述平桩基(1‑1)连接且位于水面以下，所述斜桩基(1‑2)的顶端延伸到水面以上；在所述斜桩基(1‑2)的顶端固定有高架驱动承台(2)；在所述平桩基(1‑1)的左右两端分别固定有左岸拖曳支柱(3)和右岸拖曳支柱(4)；所述绞车式牵引分系统包括牵引绞车(5)、张紧绞车(6)、导向滑轮组(7)和电气系统；其中，所述导向滑轮组(7)包括4个导向滑轮，分别为左上导向滑轮(7‑1)、左下导向滑轮(7‑2)、右上导向滑轮(7‑3)和右下导向滑轮(7‑4)；所述左上导向滑轮(7‑1)和所述左下导向滑轮(7‑2)固定于所述左岸拖曳支柱(3)的上部和下部；所述右上导向滑轮(7‑3)和所述右下导向滑轮(7‑4)固定于所述右岸拖曳支柱(4)的上部和下部；所述牵引绞车(5)和所述张紧绞车(6)布置于所述高架驱动承台(2)，所述牵引绞车(5)的缆绳(9)绕过所述左上导向滑轮(7‑1)后，固定到拖曳体(8)的一端；所述张紧绞车(6)的缆绳依次绕过所述左下导向滑轮(7‑2)、所述右下导向滑轮(7‑4)和所述右上导向滑轮(7‑3)后，固定到所述拖曳体(8)的另一端；所述电气系统用于驱动控制所述牵引绞车(5)和所述张紧绞车(6)动作，进而对所述拖曳体进行拖曳动作。...

【技术特征摘要】
1.一种海洋工程拖曳试验牵引系统，其特征在于，包括支柱与高架驱动承台分系统和绞车式牵引分系统；其中，所述支柱与高架驱动承台分系统包括桩基(1)，所述桩基(1)包括一体成形的平桩基(1-1)以及斜桩基(1-2)；所述平桩基(1-1)位于水面以下，所述斜桩基(1-2)的底端与所述平桩基(1-1)连接且位于水面以下，所述斜桩基(1-2)的顶端延伸到水面以上；在所述斜桩基(1-2)的顶端固定有高架驱动承台(2)；在所述平桩基(1-1)的左右两端分别固定有左岸拖曳支柱(3)和右岸拖曳支柱(4)；所述绞车式牵引分系统包括牵引绞车(5)、张紧绞车(6)、导向滑轮组(7)和电气系统；其中，所述导向滑轮组(7)包括4个导向滑轮，分别为左上导向滑轮(7-1)、左下导向滑轮(7-2)、右上导向滑轮(7-3)和右下导向滑轮(7-4)；所述左上导向滑轮(7-1)和所述左下导向滑轮(7-2)固定于所述左岸拖曳支柱(3)的上部和下部；所述右上导向滑轮(7-3)和所述右下导向滑轮(7-4)固定于所述右岸拖曳支柱(4)的上部和下部；所述牵引绞车(5)和所述张紧绞车(6)布置于所述高架驱动承台(2)，所述牵引绞车(5)的缆绳(9)绕过所述左上导向滑轮(7-1)后，固定到拖曳体(8)的一端；所述张紧绞车(6)的缆绳依次绕过所述左下导向滑轮(7-2)、所述右下导向滑轮(7-4)和所述右上导向滑轮(7-3)后，固定到所述拖曳体(8)的另一端；所述电气系统用于驱动控制所述牵引绞车(5)和所述张紧绞车(6)动作，进而对所述拖曳体进行拖曳动作。2.根据权利要求1所述的海洋工程拖曳试验牵引系统，其特征在于，所述牵引绞车(5)和所述张紧绞车(6)均包括卷扬机、减速机、电动机以及绞车附加装置；所述电动机通过所述减速机与所述卷扬机联动。3.根据权利要求2所述的海洋工程拖曳试验牵引系统，其特征在于，所述绞车附加装置包括气动棘轮棘爪止定装置、高速级制动器...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊成，
申请(专利权)人：上海阜有海洋科技有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31