CN106335602B - 科考船用的升降式多波束声学设备导流罩 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种科考船用的升降式多波束声学设备导流罩，包括固定导流罩、升降导流罩、升降机构；固定导流罩固定在船体底部，多波束声学设备的换能器置于固定导流罩内；固定导流罩的艏部与水流来流方向的夹角为钝角；其两侧板与船体底部的夹角为锐角；升降导流罩与升降机构相连；升降导流罩置于固定导流罩的外部前方，其艏部与水流来流方向的夹角为锐角，其两侧板与船体底部的夹角为钝角；升降机构带动升降导流罩上升，使升降导流罩置于船底的凹槽内；升降导流罩下降后，升降导流罩的底部与固定导流罩的底部齐平。本发明既能降低多波束换能器导流罩的阻力，又能保证多波束声学设备的探测效果。

Description

科考船用的升降式多波束声学设备导流罩

技术领域

本发明属于船舶制造领域，具体涉及一种科考船用的升降式多波束声学设备导流罩。

背景技术

综合海洋科学考察船需要安装多种声学探测设备，声学探测设备的换能器一般要在水下工作，其布放可采取不同的方式，主要有嵌入式、吊篮式、导流罩式和鳍板式。具体采用哪一种方式取决于设备自身对环境的要求、船体线型和布置条件等因素，不可一概而论。声学探测设备中，多波束测深系统代表了当今最先进的地形地貌调查手段，换能器尺寸因探测水深和波束角的不同差异非常大：一般浅水多波束换能器尺寸较小，通常采用临时布放或鳍板式布放方式；中、深水多波束往往尺寸较大，通常采用固定式安装方式。因多波束换能器工作时对船体安装的精度和环境条件要求较高，不能有气泡对其工作性能产生干扰，同时由于其体积较大，不宜伸出船底太多（伸出船底太多会导致阻力过大）。因此，对于导流罩式的安装方式，要求既能最大程度地防止气泡下泻对换能器测量效果产生影响，同时又能最大限度的优化船体阻力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种科考船用的升降式多波束声学设备导流罩，该导流罩既能降低多波束换能器导流罩的阻力，又能保证多波束声学设备的探测效果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种科考船用的升降式多波束声学设备导流罩，包括固定导流罩、升降导流罩、升降机构；

所述固定导流罩固定在船体底部，多波束声学设备的换能器置于固定导流罩内；所述固定导流罩的艏部与水流来流方向的夹角为钝角；所述固定导流罩的两侧板与船体底部的夹角为锐角（内倾式）；

所述升降导流罩与升降机构相连，升降导流罩置于固定导流罩的外部前方；升降机构带动升降导流罩上升，使升降导流罩置于船底的凹槽内；升降导流罩下降后，升降导流罩的底部与固定导流罩的底部齐平；所述升降导流罩的艏部与水流来流方向的夹角为锐角，所述升降导流罩的两侧板与船体底部的夹角为钝角（外飘式）。

按上述方案，所述固定导流罩的艏部与水流来流方向的夹角（迎角）为105-110度，优选为107度；所述固定导流罩的两侧板与船体底部的夹角为70-75度，优选为72度；所述升降导流罩的艏部与水流来流方向的夹角（迎角）为40-50度，优选为45度。

按上述方案，所述升降机构包括调节连杆和液压传动装置；所述调节连杆有4个，均布在升降导流罩上；

所述调节连杆包括升降杆和连接柱体，连接柱体的一端通过八个直径为20mm的定位螺杆与升降导流罩连接；连接柱体的另一端通过八个直径为15mm的定位螺杆与升降杆的一端连接；

所述液压传动装置包括液压缸、液压泵、开关阀、安全阀、电磁阀、控制器、限位开关，液压缸的无杆腔分别通过第一油路、第二油路、第三油路、第四油路与油箱连通；开关阀设在第一油路上，液压泵设在第二油路上，安全阀设在第三油路上，电磁阀设在第四油路上；限位开关与控制器连接；控制器控制液压泵、开关阀、安全阀、电磁阀工作；油箱出油由开关阀和电磁阀控制,可利用升降导流罩自重减少液压系统阀件的成本；

液压缸的活塞与四个升降杆同时连接，能够同时伸长缩短。

按上述方案，所述凹槽的顶部设有维修孔，维修孔上设有可拆卸板，所述可拆卸板上设有通孔；升降机构的升降杆穿过通孔后与升降机构的活塞杆连接；升降导流罩的上表面与凹槽的顶面齐平。

按上述方案，固定导流罩焊接在船体底部，升降导流罩在重力作用下下降，无需额外提供动力，节能又环保。固定导流罩导与升降导流罩紧密相接。

按上述方案，液压缸为单作用缓冲柱塞缸，液压泵为单向定量泵，液压系统不需要调速和换向。

本发明的有益效果在于：

本发明结构紧凑，便于通过升降机构控制升降，操作简便、安装维护方便；

当多波束声学设备使用时，升降机构对升降导流罩进行提升至船体底部凹槽内，能避免海水中气泡下泻对多波束声学设备的工作性能造成影响；减小气泡对多波束声学设备测量的影响，提高多波束声学设备测量精度；当多波束声学设备不使用时，升降导流罩在重力作用下或在升降机构的作用下下降，利于减小阻力，提高船舶航行经济性；

对固定导流罩和升降导流罩的艏部、两侧板进行设计能实现流场来流和去流更为平滑，减小了兴波阻力；在多波束声学设备不工作时，不需要考虑引导气泡的问题，降下升降导流罩，全船阻力可减小5%左右；

升降导流罩下降后，升降导流罩的底部与固定导流罩的底部齐平，使流场来流和去流更平滑，全船阻力减小约5%。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是科考船用的升降式多波束声学设备导流罩与船体的连接结构示意图；

图2是科考船用的升降式多波束声学设备导流罩与船体的连接结构示意图；

图3是科考船用的升降式多波束声学设备导流罩左半边导流罩的立体示意图；

图4是升降导流罩与调节连杆的连接结构示意图；

图5是升降导流罩与调节连杆的连接结构示意图；

图6是科考船用的升降式多波束声学设备导流罩的仰视结构示意图（A为升降导流罩和固定导流罩紧密接触的仰视图；B为仅有固定导流罩的仰视图）；

图7是图6的侧视图；

图8是调节连杆的结构示意图；

图9是电控装置的流程图；

图10是液压传动装置的液压系统原理图；

图11是调节连杆的运动示意图。

其中：1、固定导流罩；2、升降导流罩；3、调节连杆；3-1、 连接柱体；3-2、升降杆；4、油箱；5、液压泵；6、开关阀；7、液压缸；8、安全阀；9、电磁阀；10、船体；11、凹槽；12、可拆卸板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1-图11，一种科考船用的升降式多波束声学设备导流罩，包括固定导流罩1、升降导流罩2和升降机构。固定导流罩1焊接在船体10底部，用嵌入式或采用分隔安装的工艺在固定导流罩1中封装多波束声学设备的换能器；为了防止气泡对多波束声学设备的影响，固定导流罩1的艏部与水流来流方向的夹角为钝角，固定导流罩1的两侧板与船体10底部的夹角为锐角（内倾式）。升降导流罩2置于固定导流罩1的外部前方，与固定导流罩1紧密贴合；升降导流罩2的艏部与水流来流方向的夹角为锐角，升降导流罩2的两侧板与船体10底部的夹角为钝角（外飘式），以减小导流罩产生的阻力，提高船舶的航行速度；升降机构带动升降导流罩2上升，使升降导流罩2置于船底的凹槽11内；升降导流罩2在升降机构或在自重的作用下下降后，升降导流罩2的底部与固定导流罩1的底部齐平，升降导流罩2与固定导流罩1的前部、侧部紧密贴合。升降机构包括4个均布在升降导流罩上的调节连杆3和与调节连杆3连接的液压传动装置；调节连杆3包括升降杆3-2和连接柱体3-1，连接柱体3-1的一端通过八个直径为20mm的定位螺杆与升降导流罩2连接；连接柱体3-1的另一端通过八个直径为15mm的定位螺杆与升降杆3-2的一端连接；液压传动装置包括液压缸7、液压泵5、开关阀6、安全阀8、电磁阀9、控制器、限位开关，液压缸7的无杆腔分别通过第一油路、第二油路、第三油路、第四油路与油箱连通；开关阀6设在第一油路上，液压泵5设在第二油路上，安全阀8设在第三油路上，电磁阀9设在第四油路上；限位开关与控制器连接；控制器控制液压泵5、开关阀6、安全阀8、电磁阀9工作； 液压缸7的活塞与四个升降杆同时连接，能够同时伸长缩短。液压泵5由发动机驱动，发动机由控制器控制；当开关阀6关闭且电磁阀9失电关闭时，来自液压泵5的油不经过开关阀直接进入液压缸7，并使液压缸7中的活塞杆件运动，从而带动升降导流罩2上升。当开关阀6打开时，来自液压泵5的油通过开关阀6回到油箱4，升降导流罩2依靠自重下降，液压缸7排出的油也经过开关阀6与油箱4相通。当升降导流罩2过重或液压系统压力突然升高时，安全阀8开启，使高压油溢流返回油箱4，防止系统过载。当调节连杆3上升或下降到设定位置时，触动限位开关，限位开关将信号传递给控制器，控制器控制电磁阀9得电，电磁阀9开启，使高压腔与低压腔相通，液压泵5的来油经电磁阀9返回油箱4不再往液压缸7内供油，达到调节连杆3停止运动的限位目的。由于靠自重回程且无速度要求，液压缸7为单作用缓冲柱塞缸，液压泵5为单向定量泵，其他辅助元件，如压力表、滤油器、冷却器和管件等不再在图中标出。

本发明中，固定导流罩1的艏部与水流来流方向的夹角（迎角）为105-110度，优选为107度；固定导流罩1的两侧板与船体底部的夹角为70-75度，优选为72度；升降导流罩2的艏部与水流来流方向的夹角（迎角）为40-50度，优选为45度。

升降导流罩2降下和升起时的对比图见图6和图7。图6中上半部分为降下升降导流罩2时的外形，下半部分为只有固定导流罩1的外形。

连接柱体3-1的顶端圆面与升降导流罩2的上面板紧密相连，相连处设有与八个直径为20mm的定位螺栓相对应的八个内围螺孔和八个外围螺孔。连接柱体3-1的底端圆面和升降杆3-2的下面板紧密相连，相连处设有与八个直径为15mm的定位螺栓相对应的八个内围螺孔和八个外围螺孔。

参见图9，手动调整选择档位升起或降下：如果多波束设备是工作状态，选择升起按钮，液压驱动活塞杆，升降导流罩2抬升至预定位置；如果多波束设备关闭，选择降下按钮，液压装置不推动活塞杆，升降导流罩2通过自重落回原位，结束。

本发明的紧固性与可靠性通过阴极保护和在船底凹槽11顶部设置维修孔实现，维修孔上设有可拆卸板12，可拆卸板12上设有通孔；升降杆3-2穿过通孔后与液压缸7的活塞杆连接；升降导流罩2的上表面与凹槽11的顶面齐平。海洋环境对船底板、导流罩外板和连接柱体上的螺孔等连接装置有很强的腐蚀作用，影响了紧固性和可靠性。对此，需在本发明的外表面采取铝合金牺牲阳极阴极保护系统并结合防腐涂层的联合防腐措施。另外在4个调节连杆上设置有位移传感器，若发现材料结构变形引起的位移异常时，位移传感器将信号传递给控制器，控制器及时将连接柱体3-1和升降杆3-2提升至高位，见图11的虚线部分提升至实线部分。然后，在船内打开维修孔并拆解升降杆3-2，对连接柱体3-1的螺孔进行检查。由于升降导流罩的上表面外板为平板，在打开维修孔后仍可保持较好的水密性。

本发明将导流罩分为固定导流罩1和升降导流罩2，实现其外形可变，能有效避免海水中气泡下泻对多波束声学设备的工作性能造成影响，提高多波束声学设备测量精度；也有利于减小阻力，提高船舶航行经济性。通过安装较小的液压系统，实现了较大的节能效果。以一艘三千吨级的科学考察船为例，一年可节约上百万元。本发明经济效益明显，可操作性强。

与现有技术相比，本发明的多波束导流罩的外围部分是升降式的，既能在设备工作时提高测量精度，又可在设备关闭时减阻提高营运经济性，具有节能且有效保护设备的优点。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种科考船用的升降式多波束声学设备导流罩，其特征在于：包括固定导流罩、升降导流罩、升降机构；

所述固定导流罩固定在船体底部，多波束声学设备的换能器置于固定导流罩内；所述固定导流罩的艏部与水流来流方向的夹角为钝角；所述固定导流罩的两侧板与船体底部的夹角为锐角；

所述升降导流罩与升降机构相连，升降导流罩置于固定导流罩的外部前方；升降机构带动升降导流罩上升，使升降导流罩置于船底的凹槽内；升降导流罩下降后，升降导流罩的底部与固定导流罩的底部齐平；所述升降导流罩的艏部与水流来流方向的夹角为锐角，所述升降导流罩的两侧板与船体底部的夹角为钝角；

所述固定导流罩的艏部与水流来流方向的夹角为105-110度；所述固定导流罩的两侧板与船体底部的夹角为70-75度；所述升降导流罩的艏部与水流来流方向的夹角为40-50度。

2.根据权利要求1所述的科考船用的升降式多波束声学设备导流罩，其特征在于：所述升降机构包括调节连杆和液压传动装置；

所述调节连杆包括升降杆和连接柱体，连接柱体的一端与升降导流罩连接，连接柱体的另一端与升降杆的一端连接；

所述液压传动装置包括液压缸、液压泵、开关阀、安全阀、电磁阀、控制器、限位开关，液压缸的无杆腔分别通过第一油路、第二油路、第三油路、第四油路与油箱连通；开关阀设在第一油路上，液压泵设在第二油路上，安全阀设在第三油路上，电磁阀设在第四油路上；液压缸的活塞与升降杆的另一端连接；限位开关与控制器连接；控制器控制液压泵、开关阀、安全阀、电磁阀工作。

3.根据权利要求1所述的科考船用的升降式多波束声学设备导流罩，其特征在于：所述凹槽的顶部设有维修孔，维修孔上设有可拆卸板，所述可拆卸板上设有通孔；升降机构的升降杆穿过通孔后与升降机构的活塞杆连接；升降导流罩的上表面与凹槽的顶面齐平。

4.根据权利要求2所述的科考船用的升降式多波束声学设备导流罩，其特征在于：液压缸为单作用缓冲柱塞缸，液压泵为单向定量泵。