CN105059494B - 一种设有舷门的减摇水舱及其减摇方法 - Google Patents

Abstract

一种设有舷门的减摇水舱及其减摇方法，所述减摇水舱设置在船艏和/或船艉的左右两侧，水舱的数量在一对以上，水舱包括舱室，以及右舱门和左舱门，舱室顶部设有舱顶，舱顶的上方设有水舱排气及排水管道，左舷的左舱门和右舷的右舱门设置在船体吃水线以上，右舱门和左舱门通过转轴与所述船体舷侧连接，右舱门和左舱门通过所述转轴可以自由开启或者关闭，右舱门和左舱门关闭以后水舱具有隔水性，所述水舱的上方设置有水舱排气及排水管道，船体内部设置有转子、转轴、驱动轴、控制轴、压力传感器、控制器和角速度陀螺，其中，转轴由转子驱动旋转，所述转子通过驱动轴带动控制轴，所述驱动轴与控制轴垂直啮合，压力传感器位于所述船体的舷侧靠近所述转轴的水舱的下方，所述角速度陀螺与控制箱连接，所述转子、压力传感器和角速度陀螺均与控制箱连接。

Description

一种设有舷门的减摇水舱及其减摇方法

(一)技术领域

本发明涉及一种可控减摇水舱，特别是关于一种船舶低速行驶过程中使用的设有舱门的开式减摇水舱结构，以及一种船舶减摇方法。

(二)背景技术

减摇水舱是减轻船舶横摇的有效装置之一，已被广泛的应用于各类船艇。减摇水舱的工作原理是利用船舶在环境载荷的作用下横摇时，减摇水舱两舷侧水位高度差产生的力矩，抵抗波浪力矩，从而实现船舶的减摇。减摇水舱减摇的前提是双共振减摇原理，即：水舱内水的固有频率、船横摇的固有频率、波浪扰动力矩的频率三者相等，同时水舱内水的运动落后波浪扰动力矩180°，从而使水舱内水的重量引起的稳定力矩方向恰好和波浪扰动力矩方向相反，从而共振区横摇减小。

由此可见影响减摇水舱减摇效果的重要因素是水舱的振荡频率和相位角。被动式减摇水舱频率基本固定，相位角随船舶横摇随机确定；主动式减摇水舱通过水泵或者外加气压的方式调节水舱的振荡频率和相位角。被动可控式减摇水舱通过控制左右舷水舱下部的连通水道的水阀或者左右舷水舱上部的连通气阀在一定程度上控制水舱的频率和相位角。

但是，现有的几种减摇水舱都有各自的缺点。被动式减摇效果过于依赖海浪频率，减摇范围窄，只能在水舱有限的波频范围内减摇。主动式减摇水舱虽然克服了被动式减摇水舱的缺点，但是消耗功率过大，经济性差。并且在水舱控制系统失灵的情况下极有可能增摇。被动可控式减摇水舱由于具有耗能少，减摇频率宽的特点，是目前减摇水舱的主流结构形式，但是该种形式的减摇水舱也有自身的缺点。

U型被动可控减摇水舱调节周期和相位角的手段有两种：控制左右舷连通水道水阀或者可控制左右舷连通气道的气阀。前者由于水阀尺寸的限制不适用于大吨位船舶以及液货船。并且，水阀迅速开启关闭引起的水锤效应会对结构产生破坏。后者由于空气的压缩性强，控制精度不高。这两种形式的U型被动可控减摇水舱的共同缺点是，要求船上必须有足够的空间来布置水道和气道，给减摇水舱的设计、建造带来诸多不便。同时，用减摇水舱来减轻船的纵摇时，很难划出空间用于布置水道和气道。

(三)发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种结合主动减摇水舱和被动减摇水舱的优点，并摒弃二者缺点的新型减摇水舱及其减摇方法。通过将这种减摇水舱装配到船舶以及海洋结构物中，可以在消耗功率远小于主动减摇水舱的基础上达到主动减摇水舱迅速及时调节各水舱水位的效果。同时，在减摇水舱控制系统失控的情况下，可以排空各舱积水，规避主动式减摇水舱控制系统失控情况下可能增摇的现象。本发明在船舶不需要减摇的情况下，排空各水舱积水，具有现有减摇水舱不具备的不影响横/纵稳性高度的优点。

一种设有舷门的减摇水舱，所述减摇水舱设置在船艏和/或船艉的左右两侧，水舱的数量在一对以上，水舱包括舱室，以及右舱门和左舱门，舱室顶部设有舱顶，舱顶的上方设有水舱排气及排水管道，左舷的左舱门和右舷的右舱门设置在船体吃水线以上，右舱门和左舱门通过转轴与所述船体舷侧连接，右舱门和左舱门通过所述转轴可以自由开启或者关闭，右舱门和左舱门关闭以后水舱具有隔水性，所述水舱的上方设置有水舱排气及排水管道，船体内部设置有转子、转轴、驱动轴、控制轴、压力传感器、控制器和角速度陀螺，其中，转轴由转子驱动旋转，所述转子通过驱动轴带动控制轴，所述驱动轴与控制轴垂直啮合，压力传感器位于所述船体的舷侧靠近所述转轴的水舱的下方，所述角速度陀螺与控制箱连接，所述转子、压力传感器和角速度陀螺均与控制箱连接。

采用上述方案后，由于转机可以带动舱门开启或关闭，使减摇水舱可以装有任意体积的水，能够实现在船舶无摇摆情况下减摇水舱排空积水，不影响船舶的稳性；在剧烈摇晃下，同主动式减摇水舱一样迅速、及时调节各舱水的容量，最大限度减摇。

舱门开启以后，没于海水中，可以起到类似舭龙骨的效果，增大船舶阻尼，起到进一步的减摇作用。

本新型减摇水舱的控制装置及传动装置简单，易于操作。

(四)附图说明

图1为本发明减摇水舱在船舶纵向布置的侧视图

图2-图7为本发明在船舶横摇一个周期内水舱开闭的控制示意图

图8为本发明减摇水舱的立体图

图9为本发明转轴及舱门的结构示意图

图10本发明舱门、转轴及舷侧的结构连接图

(五)具体实施方式

下面本发明将结合附图中的实施例作进一步的描述：

如图1所示，包括右舱门1、压力传感器8。

如图2所示，包括减摇水舱的舱室4、左舱门6、水舱排气及排水管道2、水舱舱顶3。

如图8所示，包括转轴5、转子7、驱动轴13、控制器9、角速度控制陀螺10、非连续纵舱壁14。

如图10所示，包括舱门上的肋骨11、肋骨上的开口12。

以下所述为本发明的减摇水舱的工作原理及操作过程。

如图1所示，在船的两侧设置左右对称的水舱，在船艏和船艉设置前后对称的水舱。

如图2所示，水舱包括舱室4，以及右舱门1和左舱门6，舱室4顶部设有舱顶3，舱顶3的上方设有水舱排气及排水管道2。当船舶行驶于海况良好的海域，不需要减摇时，各水舱将海水排空，左舱门6和右舱门1关闭，船舶稳性处于良好的状态。

如图3-7所示，为船舶在一个摇摆周期内的减摇水舱的操作和减摇过程。

其中，当船舶左右横向摇摆，船舶需要减横摇时，如图3所示，当船舶发生右倾时，水舱的右舱门1浸入海水中，左舱门6远高于海平面，此时打开右舱门1和左舱门6，海水进入右舷水舱，右舷舱室4中将灌入海水，左舷舱室4中没有海水。此时船舶的回复力矩对船舶有一个旋转力矩，从船首向船尾的方向来看，力矩为逆时针方向，使得船舶逆时针方向摇摆，而进入右舷舱室4中的海水将产生顺时针方向的力矩，该力矩将抵消掉部分回复力矩，从而降低船舶的左右摇摆，产生减摇效果。

如图4所示，当接下来船舶回到正浮状态，但仍在波浪作用下逆时针旋转时，关闭左舱门6和右舱门1，此时进入右舷舱室4中的海水将产生顺时针方向的力矩，该力矩将抵消掉部分回复力矩，从而降低船舶的左右摇摆，产生减摇效果。

如图5所示，当船舶继续在波浪作用下逆时针旋转时，船舶发生左倾，水舱的右舱门1远高于海水，左舱门6浸入海水中，此时打开右舱门1和左舱门6，海水进入左舷水舱，左舷舱室4中将灌入海水，右舷舱室4中的海水将逐渐排空。此时船舶的回复力矩对船舶有一个旋转力矩，从船首向船尾的方向来看，力矩为顺时针方向，使得船舶顺时针方向摇摆，而进入左舷舱室4中的海水将产生逆时针方向的力矩，该力矩将抵消掉部分回复力矩，从而降低船舶的左右摇摆，产生减摇效果。

如图6所示，当接下来船舶从左倾状态回到正浮状态，但仍在波浪作用下顺时针旋转时，关闭左舱门6和右舱门1，此时进入左舷舱室4中的海水将产生逆时针方向的力矩，该力矩将抵消掉部分回复力矩，从而降低船舶的左右摇摆，产生减摇效果。

如图7所示，当船舶继续在波浪作用下顺时针旋转，当船舶发生右倾时，水舱的右舱门1浸入海水中，左舱门6远高于海平面，此时打开右舱门1和左舱门6，海水进入右舷水舱，右舷舱室4中将灌入海水，左舷舱室4中的海水将逐渐排空。此时船舶的回复力矩对船舶有一个旋转力矩，从船首向船尾的方向来看，力矩为逆时针方向，使得船舶逆时针方向摇摆，而进入右舷舱室4中的海水将产生顺时针方向的力矩，该力矩将抵消掉部分回复力矩，从而降低船舶的左右摇摆，产生减摇效果。

以上为一个船舶横摇周期内的水舱减摇操作过程。

左舷和右舷水舱产生的重力矩的固有变化节拍与右舱门1和左舱门6的开启程度以及所有水舱的舱门开启数量有关。当水舱产生的重力矩与波浪产生的对船的作用力矩相反，水舱起到减摇作用。同时，开启的舱门可以增大船舶横摇/纵摇的阻尼，同样可以起到减摇的作用。

左舷的左舱门6和右舷的右舱门1设置在船体吃水线以上，右舱门1和左舱门6通过转轴5与所述船体舷侧连接，右舱门1和左舱门6通过所述转轴5可以自由开启或者关闭，右舱门1和左舱门6关闭以后水舱具有隔水性，所述水舱的上方设置有水舱排气及排水管道2，船体内部设置有转子7、转轴5、驱动轴13、控制轴、压力传感器8、控制器9和角速度陀螺10，其中，转轴5由转子7驱动旋转，所述转子7通过驱动轴13带动控制轴，所述驱动轴13与控制轴垂直啮合，压力传感器8位于所述船体的舷侧靠近所述转轴5的水舱的下方，所述角速度陀螺10与控制箱9连接，所述转子7、压力传感器8和角速度陀螺10均与控制箱9连接。

减摇水舱的舱室4中设有非连续纵舱壁14，可以增强结构强度，提高减摇效果。

为保证左6舱门和右舱门1的结构强度，在左6舱门和右舱门1上分别均匀设置肋骨11，肋骨11上设有均布的开口12。

在不规则波下，水舱产生的重力矩与波浪产生的对船的作用力矩在相位往往不是反向，此时，通过与之连接的压力传感器8以及角速度陀螺10的监测数据，控制器9可以分析船舶的摇摆情况，并通过适时启动转子7调节各水舱舱门的开启和关闭时间以及开启角度，同时还可以控制开启水舱舱门的数量，从而实现对各水舱水位变化频率的调节。由此，水舱成为可精确控制的减摇水舱，确保获得最好的减摇效果。

当船舶前后发生纵向摇摆，船舶需要减纵摇的时候，水舱的操作原理和过程与前述船舶横摇过程中的操作方法类似，在此不再赘述。

Claims (4)

1.一种设有舷门的减摇水舱，所述减摇水舱设置设置在船艏和/或船艉的左右两侧，水舱的数量在一对以上，水舱包括舱室，以及右舱门和左舱门，舱室顶部设有舱顶，舱顶的上方设有水舱排气及排水管道，左舷的左舱门和右舷的右舱门设置在船体吃水线以上，能够实现在船舶无摇摆情况下减摇水舱排空积水，右舱门和左舱门通过转轴与所述船体舷侧连接，右舱门和左舱门通过所述转轴可以自由开启或者关闭，右舱门和左舱门关闭以后水舱具有隔水性，所述水舱的上方设置有水舱排气及排水管道，船体内部设置有转子、转轴、驱动轴、控制轴、压力传感器、控制器和角速度陀螺，其中，所述转轴由转子驱动旋转，所述转子通过驱动轴带动控制轴，所述驱动轴与控制轴垂直啮合，压力传感器位于所述船体的舷侧靠近所述转轴的水舱的下方，所述角速度陀螺与控制箱连接，所述转子、压力传感器和角速度陀螺均与控制箱连接，当船舶发生右倾时，水舱的右舱门浸入海水中，此时打开右舱门和左舱门，海水进入右舷水舱，右舷舱室中将灌入海水，当接下来船舶回到正浮状态，但仍在波浪作用下逆时针旋转时，关闭左舱门和右舱门，当船舶继续在波浪作用下逆时针旋转时，船舶发生左倾，左舱门浸入海水中，此时打开右舱门和左舱门，海水进入左舷水舱，左舷舱室中将灌入海水，右舷舱室中的海水将逐渐排空，当接下来船舶从左倾状态回到正浮状态，但仍在波浪作用下顺时针旋转时，关闭左舱门和右舱门，当船舶继续在波浪作用下顺时针旋转，当船舶发生右倾时，水舱的右舱门浸入海水中，此时打开右舱门和左舱门，海水进入右舷水舱，右舷舱室中将灌入海水，左舷舱室中的海水将逐渐排空。

2.根据权利要求1所述的减摇水舱，减摇水舱的舱室中设有非连续纵舱壁。

3.根据权利要求1或2所述的减摇水舱，在左舱门和右舱门上分别均匀设置肋骨，肋骨上设有均布的开口。

4.一种使用减摇水舱的船舶减摇方法，其特征在于：船舶具有根据权利要求1至3中任一所述的减摇水舱，其特征在于，利用与控制器连接的压力传感器以及角速度陀螺的监测数据，控制器可以分析船舶的摇摆情况，并通过适时启动转子调节各水舱舱门的开启和关闭时间以及开启角度，同时还可以控制开启水舱舱门的数量，从而实现对各水舱水位变化频率的调节，确保获得最好的减摇效果。