用于海洋工程模型试验的气囊系统的制作方法

1.本实用新型涉及海洋工程技术领域，具体是关于一种用于海洋工程模型试验的气囊系统。


背景技术：

2.对于海洋工程领域新技术的探索和新产品的测试，离不开实验验证，以发现规律，优化理论和完善产品。对于海洋工程领域的实验，包括了实验室实验和实海试验两类，其中实海试验因其更接近于实际应用环境，能实现大比尺模型试验而受到重视，但也存在模型大、作业风险大、成本高、周期长等不足。
3.以某结构延寿项目为例，为了测试阳极与被保护结构的关系，需要调整阳极结构与被保护结构的相对位置，开展几十种工况的试验，但由于阳极结构较重，吊车移动存在成本高、臂展不足、风险大的缺点，因此无法采用；专业作业船则存在成本高、无法近岸作业等缺点而无法采用；通过人工方式拖拉方式不存在上述两种方法的缺点，但对实验人员体力要求较高，同样存在安全风险，因此需要寻找一种方便、快捷、安全、低成本的试验模型水中移动的解决方案。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种用于海洋工程模型试验的气囊系统，能够使试验模型在水中移动，且操作方便、快捷、安全可靠、成本低。
5.为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：
6.本实用新型所述的用于海洋工程模型试验的气囊系统，包括试验模型、气囊、充排气组件和浮球，所述试验模型通过模型系留缆与所述气囊的底部连接，所述气囊的顶部通过气管系留缆与所述浮球连接，所述浮球漂浮于水面上，所述浮球用于寻找输气管路和对气囊系统进行定位；所述充排气组件的下端与所述气囊的侧壁连接，其上端通过柔性连接件与所述浮球连接，所述充排气组件用于对所述气囊充气和排气；所述浮球与所述试验模型通过预留拖拽缆连接。
7.所述的气囊系统，优选地，所述充排气组件包括气阀、输气管路和转换接口，所述气囊的侧壁上设置有充气孔，所述气阀的上端通过柔性连接件与所述浮球连接，所述气阀的下端与所述输气管路的上端连接，所述输气管路的下端与所述转换接口的一端连接，所述转换接口的另一端与所述充气孔连接。
8.所述的气囊系统，优选地，所述气阀、所述输气管路和所述浮球还通过捆绑绳捆绑连接。
9.所述的气囊系统，优选地，还包括绑扎绳，所述输气管路的上端和靠近气囊顶面的部分分别通过绑扎绳与所述气管系留缆连接。
10.所述的气囊系统，优选地，还包括气泵，所述气泵通过气管与气阀连接，用于对气囊进行充气和排气。
11.所述的气囊系统，优选地，还包括电缆，所述电缆的一端与所述试验模型连接。
12.所述的气囊系统，优选地，所述气囊的浮力中心与所述试验模型的重心在同一轴线上。
13.本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
14.(1)操作方便：本实用新型操作方便，在气囊的下放以及移动过程中，操作人员只需控制气泵和气阀开关即可控制气囊的上浮与下沉运动，以及上浮与下沉的速度，因而不需要频繁吊装，降低施工成本，降低实验人员的劳动强度，加快试验进度；
15.(2)装配灵活：本实用新型装配灵活方便，适用于不同尺度、不同重量试验模型的下放及回收作业；
16.(3)安全可靠：可根据试验模型质量调节气囊充气量，还可以控制充气与排气的速度，即控制气囊与试验模型的上浮与下沉速度，从而避免其上浮或下沉过快而导致的损坏；
17.(4)成本低：相对于传统的吊装作业，气囊系统成本低，从而调节浮力加快试验过程，减少试验时间和试验成本。
附图说明
18.图1为本实用新型的结构示意图。
19.图中各附图标记为：
[0020]1‑
浮球；2
‑
气管系留缆；3
‑
气阀；4
‑
输气管路；5
‑
绑扎绳；6
‑
气囊；7
‑
转换接口；8
‑
模型系留缆；9
‑
试验模型；10
‑
预留拖拽缆；11
‑
电缆；12
‑
海底管道。
具体实施方式
[0021]
以下将结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本实用新型的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本实用新型范围的限制，而只是为了说明本实用新型技术方案的实质精神。
[0022]
如图1所示，本实用新型提供的用于海洋工程模型试验的气囊系统，包括试验模型9、气囊6、充排气组件和浮球1，试验模型9通过模型系留缆8与气囊6的底部连接；气囊6的顶部通过气管系留缆2与浮球1连接，浮球1漂浮于水面上，浮球1用于寻找输气管路和对气囊系统进行定位；具体的，在气囊6底部和顶部分别设置有吊点，模型系留缆8的上端与气囊6底部的吊点连接，气管系留缆2的下端与气囊6顶部的吊点连接；充排气组件的下端与气囊6的侧壁连接，其上端通过柔性连接件与浮球1连接，其中，柔性连接件可以为连接绳，充排气组件用于对气囊6充气和排气；浮球1与试验模型9通过预留拖拽缆10连接。
[0023]
在上述实施例中，优选地，充排气组件包括气阀3、输气管路4和转换接口7，气囊6的侧壁上设置有充气孔，气阀3的上端通过柔性连接件与浮球1连接，柔性连接件为连接绳，气阀3的下端与输气管路4的上端连接，输气管路4的下端与转换接口7的一端连接，转换接口7的另一端与充气孔连接。
[0024]
在上述实施例中，优选地，气阀3、输气管路4和浮球1还通过捆绑绳捆绑连接。
[0025]
在上述实施例中，优选地，本实用新型还包括绑扎绳5，输气管路4的上端和靠近气囊6顶面的部分分别通过绑扎绳5与气管系留缆2连接。由此，防止输气管路4受力造成气囊6充气孔发生损坏，输气管路4可根据实际情况适当加粗，降低气阻，提高充放气效率。
[0026]
在上述实施例中，优选地，本实用新型还包括气泵(图中未示出)，气泵通过气管与气阀3连接，用于对气囊6进行充气和排气。其中，气泵根据需要选择，可以是单独的充气泵和吸气泵独立组合，也可以是充气、吸气两用气泵，下水前作为充气泵为气囊充气，在沉放时作为吸气泵快速排除气囊6内的气体，在回收时作为充气泵对气囊6充气。
[0027]
在上述实施例中，优选地，本实用新型还包括电缆11，电缆11的一端与试验模型9连接，电缆11为试验模型9的输出或控制线缆，根据需要引出，引出后与海底管道12连接。
[0028]
在上述实施例中，优选地，气囊6的浮力中心与试验模型9的重心在同一轴线上。
[0029]
本实用新型的气囊6通过模型系留缆8固定在试验模型9的上方，气囊6设有充气孔，使用配套转换接口7连接气囊充气孔和输气管路4，并在输气管路4设有气阀3，气阀3与气泵连接，通过气泵调整气囊6内气体压强大小调整试验模型9与气囊6整体状态，当处于悬浮和漂浮状态时，可通过预留拖拽缆10对试验模型9进行拖拽移动，当试验模型9到达新的指定位置时，通过气阀3排气或气泵抽气实现主动排气，从而达到改变试验工况的目的。将气阀3与浮球1捆绑使其漂浮在水面，切换后续工况时只需寻找浮球，将气阀3与气泵连接重复以上操作。
[0030]
需要说明的是，试验模型9完成一组或多组工况后，将气阀3与气泵相连，对气囊6进行充气，可通过计算得出试验模型9与气囊6整体漂浮在水面、悬浮在水中、沉入海底时气囊6内气体压强，从而可以使用气泵调节气囊6内气体压强，控制整体状态在悬浮和漂浮状态时，通过预留拖拽缆10对试验模型9进行拖拽移动，当模型到达新的指定位置时，通过气阀排气或气泵抽气实现主动排气，从而达到改变试验工况的目的，加快试验过程，减少试验时间和试验成本。
[0031]
本实用新型的工作过程如下：
[0032]
1)根据试验模型的重量计算出气囊的最小充气量以及悬浮状态时气囊内气体的压强：
[0033]
设气囊与试验模型的总质量为m，入水前，气囊内的气体体积为v0，气体的压强为p0，入水后，气囊与试验模型在水中恰好处于悬浮状态，忽略气囊壁厚、模型体积以及气体的重量，根据浮力原理可得：
[0034]
f
浮
＝ρ
g
v
排
ꢀꢀꢀ
(1)
[0035]
式中f
浮
为气囊完全浸入水中所提供的浮力，v
排
等于入水后气囊内气体的体积v1。气囊与架子处于悬浮状态下，即满足平衡条件，以竖直向上为正方向，可得
[0036]
f
浮
‑
m
g
＝0
ꢀꢀꢀ
(2)
[0037]
由于气囊位于水面及水下较浅位置，水压力较小，因此假设入水前后气体不被压缩，即入水前后气囊内的气体体积相等，联立(1)(2)式可得，入水前，气囊的最小充气量v
min
[0038][0039]
因此，通过控制进气量，可以控制气囊和模型的水下状态。
[0040]
2)将转换接口7一端连接到气囊6的充气孔上，转换接口7另外一端通过输气管路4连接到气阀3上，在气阀3的另外一端连接一定长度的输气管路4。
[0041]
3)在气囊6上表面的吊点上连接一根气管系留缆2，将输气管路4和气阀3通过绑扎绳5固定在气管系留缆2上，气管系留缆另外一端连接浮球1，可用于水面标记气囊6在水下
的位置。
[0042]
4)使用模型系留缆8将气囊6连接到试验模型9的上方，气囊6的浮力中心与模型的重心在同一轴线上。
[0043]
5)使用预留拖拽缆10将试验模型9与浮球1连接，当试验模型处于悬浮或漂浮状态时，实验人员可以通过预留拖拽缆10移动试验模型。
[0044]
6)电缆11为试验模型9的输出或控制线缆，根据需要引出。
[0045]
7)以上步骤完成后，借助吊车将气囊6与试验模型9一起放入水中，然后拖拽预留拖拽缆10将整体放置于指定位置，如果气囊6意外受损时，预留拖拽缆10可用于回收试验模型9。
[0046]
8)试验模型9到达指定位置后，将气阀3上预留的输气管路4连接到气泵抽气口，打开气阀3，通过气泵对气囊6进行快速排气。
[0047]
9)当气囊6提供的浮力不足以支撑整体重量时，试验模型9开始下沉，控制排气量，确保试验模型9缓慢沉至海床。
[0048]
10)下放完毕后，关闭气阀3。
[0049]
11)完成一个试验工况，需要将试验模型9更换下一个测试位置时，将气阀3上预留的输气管路4连接到气泵充气口，打开气阀3，通过气泵对气囊6进行充气，当气囊6体积达到设定值时，气囊6提供的浮力大于整体的重力和海床的阻力，此时气囊6将从水底逐步上升至水面，完成移位或回收作业。
[0050]
最后应说明的是：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；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其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。