一种适用于海洋浮式结构的花瓣状水下耗能减振装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种适用于海洋浮式结构的花瓣状水下耗能减振装置，主要应用于海洋浮式结构的振动控制，属于结构振动控制技术领域。


背景技术：

2.为了适应国家的发展和能源的供给，越来越多的国家开始进行海上能源开发。并且，随着技术的进步，关于海洋资源的开发逐步从浅海资源开发发展到深海资源开发，但这也给资源开采结构的建设带来了更大的困难。因此，为迎接深水钻井和采油的挑战，目前已发展了几大类适合于深水作业的浮式结构物：半潜式平台、张力腿平台和spar立柱式平台等。
3.海洋浮式结构物位于环境恶劣的深海当中，因此经常会受到地震、波浪、风等载荷的影响，导致海洋浮式结构物发生振动，影响正常工作的能力。相较于浅海资源开采所用的重力式等传统海洋平台，深海所用的海洋浮式结构物更容易受到恶劣环境的影响。目前，海洋平台的减振措施主要包括基础和结构隔振技术及采用耗能减振技术。其中，基础和结构隔振技术并不适用与已经建立的平台及结构，且深海的浮式海洋结构物没有传统意义的基础结构，因此基础和结构隔震技术并不适用于深海中的海洋浮式结构物，而耗能减振技术不论在浅海的传统海洋平台结构或者是深海海洋浮式结构都拥有广泛的应用。
4.目前，很多已建的海洋平台结构已经应用了调谐质量阻尼器系统、调谐质量阻尼器系统及粘弹性阻尼器等耗能减振装置；其应用结果也表明，在海洋平台结构上采用耗能减振装置能够有效的减少它们的振动效应。但目前可应用于海洋浮式结构物上的减振装置较少，因此如何提供一种灵活高效、构造简便的海洋浮式结构减振耗能装置，是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是研发一种适用于海洋浮式结构的花瓣状水下耗能减振装置，该耗能减振装置主要依靠叶片板在水中划动时，水给予的反作用力实现减振耗能，是一种灵活高效的水下耗能减振装置。
6.本实用新型的技术方案：
7.一种适用于海洋浮式结构的花瓣状水下耗能减振装置，该花瓣状水下耗能减振装置包括齿条杆1、齿轮2、滚珠轴承3、杆轴4、立柱5、叶片板6以及底部浮板7；
8.所述齿条杆1为一个六个侧面为齿条面的正六棱柱；所述立柱5为正四棱柱，并固接于底部浮板7上；所述杆轴4为圆柱形杆轴，并固接于立柱5上；所述滚珠轴承3的内钢圈套在杆轴4上，并与杆轴4固接；所述齿轮2为空心齿轮，并将滚珠轴承3嵌入齿轮2的空心中，齿轮2与滚珠轴承3固接；所述齿轮2与齿条杆1齿接；所述底部浮板7设置可供齿条杆1通过的孔洞；所述叶片板6为等腰梯形板，其短边与齿轮2的齿接触并固接，共计六个叶片板6呈花瓣状；其中，所述底部浮板7上共设置六根立柱5，立柱5设置位置分别对应正六边形的六个
顶点，且所围绕成的正六边形与齿条杆1截面的正六边形同心；所述杆轴4固接于两个相邻立柱5之间，其与立柱5共同构成一个六棱柱框架；所述叶片板6的短边固接的齿是距离齿条杆1最远的齿，且叶片板6是水平固接于齿轮2上。
9.本实用新型的有益效果：本装置依靠叶片板在水中进行划动运动时，水给予的反作用力来实现减振耗能，具有灵活、高效的耗能能力；且本实用新型可以根据实际情况和设计需求调整齿轮半径及叶片板面积的大小来实现不同的耗能效果。
附图说明
10.图1为本实用新型实施例提供的一种适用于海洋浮式结构的花瓣状水下耗能减振装置的俯视剖面结构示意图；
11.图2为本实用新型实施例提供的一种适用于海洋浮式结构的花瓣状水下耗能减振装置的正立面结构示意图；
12.图3为本实用新型实施例提供的一种适用于海洋浮式结构的花瓣状水下耗能减振装置的安装示意图；
13.图中：1齿条杆、2齿轮、3滚珠轴承、4杆轴、5立柱、6叶片板、7底部浮板。
具体实施方式
14.为使得本实用新型的实用新型目的、特征、优点能够更加的清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案再加以描述。
15.如图所示，本实用新型提供的一种适用于海洋浮式结构的花瓣状水下耗能减振装置，其特征在于：该耗能减振装置包括齿条杆1、齿轮2、滚珠轴承3、杆轴4、立柱5、叶片板6以及底部浮板7；
16.所述齿条杆1为一个六个侧面为齿条面的正六棱柱；所述立柱5为正四棱柱，并分别固接于底部浮板7上；所述杆轴4为一圆柱形杆轴，并固接于立柱5上；所述滚珠轴承3的内钢圈套在杆轴4上，并与杆轴4固接；所述齿轮2为一空心齿轮，并将滚珠轴承3嵌入齿轮2的空心中，并使齿轮2滚珠轴承3固接；所述齿轮2与齿条杆1齿接；所述底部浮板7设置可供齿条杆1通过的孔洞；所述叶片板6为一等腰梯形板，其短边于齿轮2的齿接触并固接，整个装置共六个叶片板6呈花瓣状。其中，所述底部浮板7共设置六根立柱5，且立柱5设置位置分别为正六边形的六个顶点，且所围绕成的正六边形与齿条杆1截面的正六边形同心对应；所述杆轴4固接于两个相邻立柱5之间，其与立柱5共同构成一个六棱柱框架；所述叶片板6的短边固接于的齿是距离齿条杆1最远的齿，且叶片板6是水平固接于齿轮2上。
17.该花瓣状水下耗能减振装置具有良好的耗能性能，当该花瓣状水下耗能减振装置所连外部结构发生竖向振动时，由于齿条杆1与外部结构相连接，因此装置的齿条杆1在外部结构的带动下也跟着发生轴向运动；底部浮板7采用拉索固定于海底，且其在浮力的作用下始终漂浮于海水中，且位置基本保持不变，以确保齿条杆1与齿轮2之间产生相对位移，进而带动齿轮2转动，由于齿轮2上连接有叶片板6，因此当齿轮2转动时，在齿轮2的带动下叶片板6也将在水中开始划动，并通过水给予的反作用力去实现耗能减振效果，进而去减小外部结构的振动。
18.其中，当外部结构带动齿条杆1发生距离为d的位移、且齿轮2的半径为r时，齿条杆
1带动齿轮2转动的角度为d/r，即叶片板6在水中划动的角度为d/r。本装置可接受的最大振幅为π/2
×
r，且当采用不同半径大小的齿轮2时，其所能提供的耗能效果以及所能适应的工作环境都会不同，齿轮2半径越大，其耗能减振能力越高效，适应高振幅的能力越强。
19.最后说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。


技术特征：
1.一种适用于海洋浮式结构的花瓣状水下耗能减振装置，其特征在于，该花瓣状水下耗能减振装置包括齿条杆(1)、齿轮(2)、滚珠轴承(3)、杆轴(4)、立柱(5)、叶片板(6)以及底部浮板(7)；所述齿条杆(1)为一个六个侧面为齿条面的正六棱柱；所述立柱(5)为正四棱柱，并固接于底部浮板(7)上；所述杆轴(4)为圆柱形杆轴，并固接于立柱(5)上；所述滚珠轴承(3)的内钢圈套在杆轴(4)上，并与杆轴(4)固接；所述齿轮(2)为空心齿轮，并将滚珠轴承(3)嵌入齿轮(2)的空心中，齿轮(2)与滚珠轴承(3)固接；所述齿轮(2)与齿条杆(1)齿接；所述底部浮板(7)设置可供齿条杆(1)通过的孔洞；所述叶片板(6)为等腰梯形板，其短边与齿轮(2)的齿接触并固接，共计六个叶片板(6)呈花瓣状；其中，所述底部浮板(7)上共设置六根立柱(5)，立柱(5)设置位置分别对应正六边形的六个顶点，且所围绕成的正六边形与齿条杆(1)截面的正六边形同心；所述杆轴(4)固接于两个相邻立柱(5)之间，其与立柱(5)共同构成一个六棱柱框架；所述叶片板(6)的短边固接的齿是距离齿条杆(1)最远的齿，且叶片板(6)是水平固接于齿轮(2)上；当该花瓣状水下耗能减振装置所连外部结构发生竖向振动时，由于齿条杆(1)与外部结构相连接，因此齿条杆(1)在外部结构的带动下也跟着发生轴向运动；底部浮板(7)采用拉索固定于海底，且其在浮力的作用下始终漂浮于海水中，且位置基本保持不变，以确保齿条杆(1)与齿轮(2)之间产生相对位移，进而带动齿轮(2)转动，由于齿轮(2)上连接有叶片板(6)，因此当齿轮(2)转动时，在齿轮(2)的带动下叶片板(6)也将在水中开始划动，并通过水给予的反作用力去实现耗能减振效果，进而去减小外部结构的振动；其中，当外部结构带动齿条杆(1)发生距离为d的位移、且齿轮(2)的半径为r时，齿条杆(1)带动齿轮(2)转动的角度为d/r，即叶片板(6)在水中划动的角度为d/r；本花瓣状水下耗能减振装置可接受的最大振幅为π/2
×
r，且当采用不同半径大小的齿轮(2)时，其所能提供的耗能效果以及所能适应的工作环境都会不同，齿轮(2)半径越大，其耗能减振能力越高效，适应高振幅的能力越强。

技术总结
本实用新型提供一种适用于海洋浮式结构的花瓣状水下耗能减振装置，属于结构振动控制技术领域。所述耗能减振装置包括齿条杆、齿轮、滚珠轴承、杆轴、立柱、叶片板以及底部浮板。本装置的齿条杆连接于上部海洋浮式结构，当结构发生上下振动时，齿条杆也跟着发生轴向运动，进而带动周边布置的齿轮转动；由于每个齿轮均上连接有叶片板，因此当齿轮转动时，呈花瓣状分布的叶片板也将在水中开始划动，并通过水给予的反作用力去实现耗能减振效果，进而去减小上部结构的振动。同时，本实用新型可以通过调节齿轮的大小及叶片板的面积去实现不同的耗能效果，进而去适应不同的工作环境和设计需求。本实用新型构造新颖，安全灵活，是一种高效的水下耗能减振装置。的水下耗能减振装置。的水下耗能减振装置。


技术研发人员：李超 刁钰城 李璐希 李宏男
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2020.12.22
技术公布日：2021/9/24