CN109050817A - 一种基于密度改变的减摇装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于密度改变的减摇装置，属于船舶技术领域，可同时用于减轻横摇和纵摇。本发明包括支撑结构和调温阵列，调温阵列由半导体制冷片组成；调温阵列安装在支撑结构上，支撑结构对称安装在船体两侧。其工作原理为半导体制冷片工作时会在其两侧产生温度差，即一侧的温度降低而另一侧的温度的上升，温度的改变导致了水的密度改变，半导体制冷片可以使其两侧的水的温度不同，温度不同导致密度不同，形成压力差，将这种压力差作为减轻船舶摇荡运动的阻尼，从而减轻船舶的摇荡运动。该发明不需要制冷剂，也没有动作部件，体积小，同时热惯性小，制冷制热响应快，相比现有减摇装置没有动作机构，有利于船体结构设计和舱室布置设计。

Description

一种基于密度改变的减摇装置
技术领域
本发明属于船舶技术领域，具体涉及一种基于密度改变的减摇装置。
背景技术
减摇装置的作用是用来减轻船舶在航行中的摇荡作用，现有的减摇装置主要是根据船舶的摇摆运动在控制机构的控制下做出转动动作，转动动作使其产生力矩，这种力矩产生减轻摇荡的作用，从而实现对船舶减摇。通常实现减摇的装置为减摇鳍或在船体摇荡过程中产生额外的阻尼来减轻摇荡的舭龙骨，这两种常见的减摇装置都可以有效的减轻船舶的摇荡运动，但是减摇鳍需要有非常巨大的操纵机构和运动机构以达到减摇的目的，而舭龙骨则仅利用船舶运动的过程中，其产生的水动力阻尼来减轻摇荡运动，故其效果稍差。
半导体制冷片是一种半导体热泵，利用半导体材料的Peltier效应，当直流电通过两种不同半导体材料串联形成的电偶时，在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量，从而实现热量的转移，其工作的过程中不需要制冷剂，也没有动作部件，具有体积小、不需要动作机构的优点，同时热惯性小，制冷制热响应快，可以快速地在两侧分别形成热源和冷源。水的密度随时间改变而改变，正常水的密度的最大值出现在4℃处，在4℃之后，随着温度的上升，水的密度逐渐降低，这种性质可以使不同温度的水体之间形成压力差，将这种压力差用于产生减轻船舶摇荡的阻尼，可以有效地降低船舶的摇荡运动。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用半导体制冷片改变水的密度从而实现船舶减摇的基于密度改变的减摇装置。
本发明的目的是这样实现的：
本发明公开了一种基于密度改变的减摇装置，包括支撑结构1和调温阵列2，调温阵列2由半导体制冷片4组成；调温阵列2安装在支撑结构1上，支撑结构对称安装在船体3两侧。
优选的，所述的调温阵列2中的半导体制冷片4以均匀间隔分布，穿透安装在支撑结构1上；半导体制冷片4包括制冷面和制热面，调温阵列2中相邻半导体制冷片4的制冷面和制热面交错分布，制热面和制冷面均直接与水接触。
优选的，所述的调温阵列2中首尾两端的半导体制冷片4的面朝向相反，即首端半导体制冷片4制冷面朝上时，尾端的半导体制冷片4制热面朝上；首端半导体制冷片4制热面朝上时，尾端的半导体制冷片4制冷面朝上。
本发明的有益效果在于：本发明公开的一种基于密度改变的减摇装置，利用半导体制冷片组成调温阵列，通过改变温度实现水密度的改变，形成压力差，从而实现对船舶减摇的目的。该发明不需要制冷剂，也没有动作部件，具有体积小、不需要动作机构的优点，同时热惯性小，制冷制热响应快，相比现有减摇装置没有动作机构，有利于船体结构设计和舱室布置设计。
附图说明
图1为本发明中减摇装置的组成结构示意图；
图2为本发明中减摇装置中对称调温阵列的安装示意图；
图3为本发明中调温阵列中半导体制冷片的结构示意图；
图4为本发明中船体两侧调温阵列结构的放大示意图；
图5为本发明中减摇装置的工作原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
结合图1至图5，本发明公开了一种基于密度改变的减摇装置，包括支撑结构1和调温阵列2，调温阵列2由半导体制冷片4组成；调温阵列2安装在支撑结构1上，支撑结构对称安装在船体3两侧。
优选的，所述的调温阵列2中的半导体制冷片4以均匀间隔分布，穿透安装在支撑结构1上；半导体制冷片4包括制冷面和制热面，调温阵列2中相邻半导体制冷片4的制冷面和制热面交错分布，制热面和制冷面均直接与水接触。
优选的，所述的调温阵列2中首尾两端的半导体制冷片4的面朝向相反，即首端半导体制冷片4制冷面朝上时，尾端的半导体制冷片4制热面朝上；首端半导体制冷片4制热面朝上时，尾端的半导体制冷片4制冷面朝上。
本发明的技术方案通过以下实现：
本发明的基于密度改变的减摇装置由调温阵列和支撑结构组成，呈对称安装在船体两侧。调温阵列安装在支撑结构上，调温阵列用于产生温差，支撑结构用于安装调温阵列，并将温差产生的压力差传递给船体。
1)调温阵列由偶数片调温阵列成，半导体制冷片以均匀间隔安装在支撑结构上，半导体制冷片穿透支撑结构，制热面和制冷面均直接与水接触。支撑结构上的相邻的半导体制冷片朝向相反，即制热面朝上和制冷面朝上间隔安装，制热面朝上的半导体制冷片相邻的两片半导体制冷片均为制冷面朝上，同样的，制冷面朝上的半导体制冷片的相邻半导体制冷片也为制热面朝上，这种排布使得调温阵列可以切换热量转移方向，从而可以改变阻尼方向。
2)减摇装置艏艉两端的半导体制冷片安装方向相反，通过相反安装使其能够在船舶发生纵摇时在纵摇方向上制造阻尼。
实施例1
结合图1至图5，阻力可控型船用舵的实现方式为：
当船舶发生横摇运动时，船体左侧的减摇装置中的制热面朝上的半导体制冷片工作，而船体右侧的减摇装置中的制冷面朝上的半导体制冷片工作，使船体左侧的减摇装置上方的流体密度低，产生了向上的压力差，而船体右侧的减摇装置上方的流体密度大，产生了向下的压力差，这两个压力差共同形成的力矩构成了减轻横摇运动的阻尼力矩，有助于抑制横摇的产生，如需要产生相反方向的的阻尼力矩，则使安装方向相反的半导体制冷片工作，即船体左侧的减摇装置开启制冷面朝上的半导体制冷片，而右侧开启制热面朝上的半导体制冷片.
实施例2
与实施例1相同，其主要区别在于：
当船舶发生纵摇时，位于减摇装置首尾两端的半导体制冷片工作，由于减摇装置首尾两端的半导体制冷片安装方向相反，而减摇装置左右对称安装在船体两侧，故其会在减摇装置首部上方形成低密度区，首部的压力差向上，而在尾部的上方形成高密度区，尾部的压力差向下,从而实现一个纵摇阻尼力矩。
实施例3
当船体发生垂荡运动时，位于船体两侧的制热面朝上的半导体制冷片工作，建立一个向上的压力差，抑制船体的垂荡运动。
使用半导体制冷片来改变流体的密度，产生压力差，通过在船体两侧或者前后形成同方向的压力差来产生抑制摇荡运动的阻尼力矩或者自拟，从而降低船体的摇荡运动。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于密度改变的减摇装置，其特征在于：包括支撑结构(1)和调温阵列(2)，调温阵列(2)由半导体制冷片(4)组成；调温阵列(2)安装在支撑结构(1)上，支撑结构对称安装在船体(3)两侧。
2.根据权利要求1所述的一种基于密度改变的减摇装置，其特征在于：所述的调温阵列(2)中的半导体制冷片(4)以均匀间隔分布，穿透安装在支撑结构(1)上；
半导体制冷片(4)包括制冷面和制热面，调温阵列(2)中相邻半导体制冷片(4)的制冷面和制热面交错分布，制热面和制冷面均直接与水接触。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于密度改变的减摇装置，其特征在于：所述的调温阵列(2)中首尾两端的半导体制冷片(4)的面朝向相反，即首端半导体制冷片(4)制冷面朝上时，尾端的半导体制冷片(4)制热面朝上；首端半导体制冷片(4)制热面朝上时，尾端的半导体制冷片(4)制冷面朝上。
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