CN109625192A - 一种具有智能减摇装置的科学考察船 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有智能减摇装置的科学考察船，包括船体及船舱，所述智能减摇装置包括一由左舱室、右舱室及连通左、右舱室的连接舱室组成的水舱本体，在水舱本体内加注有充满连接舱室并分别沿左、右舱室向上漫延的可产生周期性重力矩的液体，左舱室内设置有一调节机构，以及与水舱本体连接的当调节机构控制左舱室内液体液位升降时控制水舱本体内液体量增减的水量控制机构，以及用于控制右舱室内液体液位下降将液体经连接舱室补充到另一侧的左舱室内的气压调节装置，在船体内还设置有用于控制水舱本体横向摇动的旋转控制装置。利用检测信号实现自动化控制。在低频和高频范围内均不会产生增摇现象，大大提高了减摇速度。

Description

一种具有智能减摇装置的科学考察船

技术领域

本发明涉及船舶设备技术领域，尤其涉及一种具有智能减摇装置的科学考察船。

背景技术

船舶在海上航行、工作时，由于受到海浪、海风以及海流等海洋环境扰动的作用，不可避免的产生摇荡运动，剧烈的摇荡不但影响船舶的航行，还会极大的降低了人们在航行过程中的舒适性，并对船舶上装备带来不良的影响，对船上的货物和人员带来不安全因素。船舶在静水或波浪上航行时围绕某一平衡位置做周期性的往复运动称为船舶摇荡。船舶的摇荡，包括横摇，纵摇、首摇、纵荡、横荡和垂荡(起伏)。其中，对船舶影响较大的是横摇、纵摇和垂荡，三者通常可用摆幅和周期(或频率)来表征。其中，横摇、纵摇和垂荡对船舶航行的影响最大，而横摇又最易发生，摇荡幅值也最大，严重影响船舶安全。船舶的摇荡，导致航行阻力增大、螺旋桨效率降低，影响武器、技术器材的使用，造成人员疲劳、晕船，恶化了舰艇的航海性能。

摇荡运动对船舶的影响是不利的，主要表现在以下几方面：

(1)、对船舶性能的影响：剧烈的横摇可能使船舶丧失稳性而倾覆，纵摇和垂荡会引起螺旋桨飞车，导致航速下降。剧烈的摇荡使船舶阻力增加；推进器情况恶化，给船舶操纵带来困难。

(2)、对船舶结构和设备的影响：船舶摇荡时会发生拍底现象，使船体构件内产生附加应力，使某些构件损坏。摇荡会引起甲板上浪，损坏甲板上的设备和建筑。

(3)、船舶摇荡会影响机械设备和仪器、仪表的正常工作；同时引起船员和旅客晕船，使工作和生活环境恶化；还会引起货物移动或倒塌造成货损。

(4)、在用驳船队运输时，由于各驳船在风浪中的摇荡幅值和时问上不一致。

(5)、船舶摇荡会使科考设备超出工作环境，影响科考数据的采集。

船舶的摇荡是无法完全避免的，船舶在海上最容易发生横摇且摇摆幅度最大，对船舶的使用和安全、船员生活与工作有严重影响，因此，船舶耐波性中首先要研究船舶横摇。虽然无法避免船体横摇现象，但可设法减少波浪遭遇角度以及减小摇荡幅度，适当增大摇荡周期，采用减摇设备可减小摇荡幅度。

为此，在军船、公务船、科考船上都必须安装相应的减摇装置，而在船舶上安装减摇水舱装置可以克服上述问题，因此，船用可控被动式减摇水舱形成了一个新的船舶设备制造市场。可控被动式减摇水舱有气阀控制、水阀控制和联合控制三种方式，其基本减摇原理是调节水舱的自摇周期，使之与船的固有横摇周期相匹配，因为只有当船的固有横摇周期变化范围较大时才能发挥最大减摇作用。

CN101780834A公开了一种减摇水舱气动控制装置，主要解决提高减摇水舱的减摇效果等技术问题，其采用技术方案是，装置在执行气缸和电磁换向阀之间连接有一梭阀组，该梭阀组由左、右气控梭阀组成，分别形成有连接执行缸的接口A和接口B，连接气源的接口P和连接大气的接口0，还有连接电磁换向阀的接口a和接口b，适用于各式可控被动式减摇水舱的控制。CN101624087A公开了一种减摇水舱控制装置，主要解决提高船舶减摇效果等技术问题，其采用技术方案是，在U型减摇水舱的左、右舷气室项部设有左、右节流通道，在二通道上设有节流组件，该二组件连接有控制器，该控制器连接有检测器，检测的船摇摆周期信号输入控制器，并按设定规则输出控制信号给二节流组件，节流组件调节二节流通道的有效截面积，实现和船摇摆周期相同的U型减摇水舱的水位交变周期，适用于各式U型减摇水舱。

上述专利对被动式减摇水舱进行控制的方案，解决了传统被动式减摇水舱只能依靠船舶横摇运动自身所产生的能量使水舱内的水流动，产生力矩来抵消船舶的横摇的弊端，而且大大提高了减摇频率范围，但同时也存在一些弊端，例如完全通过信号控制的方式不但结构复杂，而且故障率较高，设备维修保养成本太高；而且包括上述专利在内的减摇水舱并不能实现快速减摇的目的，也就是说现有技术中的减摇水舱并不能够实现提高剩余横摇角趋向于0的速度，这成为了目前克服船舶横摇问题研究过程的一大阻碍。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种结构简单，控制方便，能够快速控制水舱内水位高度变化周期与船舶横摇周期接近，提高剩余横摇角趋近于0的速度，快速提高减摇效果，实现自动化控制的具有智能减摇装置的科学考察船。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种具有智能减摇装置的科学考察船，包括船体及船舱，在船舱内设置有智能减摇装置，所述智能减摇装置包括一由左舱室、右舱室及连通左、右舱室的连接舱室组成的水舱本体，在水舱本体内加注有充满连接舱室并分别沿左、右舱室向上漫延的可产生周期性重力矩的液体，所述左舱室内设置有一控制水舱本体内的液体液位沿左舱室轴线方向快速升降的调节机构，以及与水舱本体连接的当调节机构控制左舱室内液体液位升降时控制水舱本体内液体量增减的水量控制机构，所述水舱本体外设置有一与右舱室连通的当左舱室内液位升高时，用于控制右舱室内液体液位下降将液体经连接舱室补充到另一侧的左舱室内的气压调节装置，还包括控制器以及用于实时监测船舶横向摇摆时的剩余横摇角的传感器，所述传感器监测到船舶横摇周期接近固定横摇周期时，发送信号至控制器，控制器接到信号后发送驱动液位升降的启动信号至调节机构，调节机构根据一个周期内的船舶向左或向右的横摇角度从开始产生到达到最大值的过程中驱动左舱室内的液体液位逐渐达到最高点，同时发送驱动水舱本体内液体量增加的启动信号至水量控制机构，以及发送驱动右舱室内液体液位逐渐下降将液体经连接舱室补充到另一侧的左舱室内的信号至气压调节装置，利用水舱本体内液体产生的重力力矩抵消船舶的横摇，在船体内还设置有用于控制水舱本体横向摇动的旋转控制装置。

上述的具有智能减摇装置的科学考察船，所述调节机构包括一设于左舱室内并与左舱室内壁滑动连接的升降板，在左舱室内设置有一驱动升降板沿左舱室轴线方向升降的导向杆，所述导向杆与升降板螺纹连接，在左舱室顶部设置有一用于驱动导向杆转动的伺服电机，所述控制器发送驱动液位升降的启动信号至伺服电机。

上述的具有智能减摇装置的科学考察船，所述升降板下降时的最低位置高于左舱室与连接舱室的连接处。

上述的具有智能减摇装置的科学考察船，所述水量控制机构包括设于水舱本体外的进出水管路，该进出水管路的一端与连接舱室连通，另一端与水源连通，在进出水管路上设置有一用于接收将外部水源的水沿进出水管路进入连接舱室的信号的电磁阀，所述控制器接到信号后发送驱动液位上升的启动信号至伺服电机，当升降板向上升起驱动液位升高时发送开启信号至电磁阀，外部水源的水受到升降板上升时在左舱室内产生的负压作用经进出水管路进入连接舱室。

上述的具有智能减摇装置的科学考察船，所述水源为进出水管路经船舶船舷处向外伸出并通向海洋内的海水。

上述的具有智能减摇装置的科学考察船，所述气压调节装置包括设置于左、右舱室外的气体发生器，在气体发生器上连接有通向右舱室内的气压输送管路，所述左舱室内液位升高时，控制器发送用于控制右舱室内液体液位下降将液体经连接舱室补充到另一侧的左舱室内的信号至气体发生器。

上述的具有智能减摇装置的科学考察船，所述旋转控制装置包括固定于船体内并沿左右船舷方向横向布置的底座，在底座上设置有一转动座，所述转动座内设置有一与水舱本体固定连接的转轴，水舱本体通过转轴与底座转动连接，在底座的两侧分别设置有用于驱动水舱本体绕转动座横向旋转摆动的左侧、右侧升降油缸，所述左舱室内液位升高时，控制器分别发送用于驱动水舱本体向右舱室方向旋转的信号至左侧、右侧升降油缸，所述左侧升降油缸伸出，右侧升降油缸收缩。

上述的具有智能减摇装置的科学考察船，所述左、右舱室在船体内分别靠近左船舷及右船舷位置，智能减摇装置在船体内设置于靠近船艏或船艉位置。

本发明具有智能减摇装置的科学考察船的优点是：利用改变减摇水舱的固有横摇周期的减摇原理，采用封闭式与开放式减摇水舱相结合，实现了减摇水舱的可控性，本发明三管齐下，利用检测信号实现自动化控制。通过实时监测船舶横向摇摆时的剩余横摇角自动对调节机构、水量控制机构、气压调节装置的进行调节，能够对减摇水舱的固有横摇周期做连续的多频率控制，而且通过液位的快速升降调节，能够实现减摇力矩的快速作用，由于调节机构的原理是通过改变左右舱室内的水量，达到水位的调节，重心的改变实现减摇速度的提高，而且通过气压调节装置对液位的辅助配合，在低频和高频范围内均不会产生增摇现象，设置的旋转控制装置能够在调节机构与水量控制机构控制水舱本体摇摆周期的同时，起到了辅助增强减摇力矩的产生速度，大大提高了减摇速度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为智能减摇装置的结构示意图；

图3为本发明的减摇过程状态图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明；

如图1、2、3所示，一种具有智能减摇装置的科学考察船，包括船体15及船舱16，在船舱16内设置有智能减摇装置17，所述智能减摇装置17包括一由左舱室1、右舱室2及连通左舱室1及右舱室2的连接舱室3组成的水舱本体，左舱室1、右舱室2在船体15内分别靠近左船舷及右船舷位置，智能减摇装置17在船体15内设置于靠近船艏或船艉位置。在水舱本体内加注有充满连接舱室3并分别沿左舱室1、右舱室2向上漫延的可产生周期性重力矩的液体4，在左舱室1内设置有一控制水舱本体内的液体4的液位沿左舱室1的轴线方向快速升降的调节机构5，调节机构5包括一设于左舱室1内并与左舱室1的内壁滑动连接的升降板6，在左舱室1内设置有一驱动升降板6沿左舱室1的轴线方向升降的导向杆7，导向杆7与升降板6螺纹连接，在左舱室1的顶部设置有一用于驱动导向杆7转动的伺服电机8，控制器发送驱动液位升降的启动信号至伺服电8机。

在水舱本体上连接有一当调节机构5控制左舱室1内液体液位升降时控制水舱本体内液体量增减的水量控制机构9，所述水量控制机构9包括设于水舱本体外的进出水管路10，该进出水管路10的一端与连接舱室3连通，另一端与水源连通，在进出水管路10上设置有一用于接收将水源的水沿进出水管路10进入连接舱室3的信号的电磁阀11，控制器接到信号后发送驱动液位上升的启动信号至伺服电机8，当升降板6向上升起驱动液位升高时发送开启信号至电磁阀11，外部水源的水受到升降板6上升时在左舱室1内产生的负压作用经进出水管路10进入连接舱室3。为节约船舱内的空间，降低船体的重量，节约能耗，本发明中水源为进出水管路10经船舶船舷处18向外伸出并通向海洋内的海水。

本发明为了达到快速增大减摇力矩的目的，提高船舶减摇效率，左舱室1中的液体通过升降板6分隔为两部分，上半部分的液体通过升降板6密封在左舱室1的上部，下半部分的液体与连接舱室3及右舱室2连通，为确保升降板6在上升时能够对连接舱室3及右舱室2内产生足够的负压，同时避免左舱室1内上半部分的液体泄漏，升降板6与左舱室1内壁之间密封滑动连接，同时，升降板6下降时的最低位置高于左舱室1与连接舱室3的连接处。为辅助调节机构5及水量控制机构9对液位的快速控制，水舱本体外设置有一与右舱室2连通的当左舱室1内液位升高时，用于控制右舱室2内液体4液位下降将液体4经连接舱室补充到另一侧的左舱室1内的气压调节装置12，气压调节装置12包括设置于左舱室1、右舱室2外的气体发生器13，在气体发生器13上连接有通向右舱室2内的气压输送管路14，当左舱室1内液位升高时，控制器发送用于控制右舱室2内液体4液位下降将液体经连接舱室3补充到另一侧的左舱室1内的信号至气体发生器13。

在船体15内还设置有用于控制水舱本体横向摇动的旋转控制装置19，旋转控制装置19包括固定于船体15内并沿左右船舷方向横向布置的底座20，在底座20上设置有一转动座21，所述转动座21内设置有一与水舱本体固定连接的转轴22，水舱本体通过转轴22与底座20转动连接，在底座20的两侧分别设置有用于驱动水舱本体绕转动座21横向旋转摆动的左侧升降油缸23及右侧升降油缸24，当左舱室1内液位升高时，控制器分别发送用于驱动水舱本体向右舱室2的方向旋转的信号至左侧升降油缸23及右侧升降油缸24，左侧升降油缸23伸出，右侧升降油缸24收缩。

为实现自动化的减摇调节，本发明设置有括控制器以及用于实时监测船舶横向摇摆时的剩余横摇角的传感器，传感器监测到船舶横摇周期接近固定横摇周期时，发送信号至控制器，控制器接到信号后发送驱动液位升降的启动信号至调节机构5，调节机构5根据一个周期内的船舶向左或向右的横摇角度从开始产生到达到最大值的过程中驱动左舱室1内的液体液位逐渐达到最高点，同时发送驱动水舱本体内液体量增加的启动信号至水量控制机构9，以及发送驱动右舱室2内液体液位逐渐下降将液体经连接舱室3补充到另一侧的左舱室1内的信号至气压调节装置12，利用水舱本体内液体产生的重力力矩抵消船舶的横摇。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种具有智能减摇装置的科学考察船，包括船体及船舱，在船舱内设置有智能减摇装置，所述智能减摇装置包括一由左舱室、右舱室及连通左、右舱室的连接舱室组成的水舱本体，在水舱本体内加注有充满连接舱室并分别沿左、右舱室向上漫延的可产生周期性重力矩的液体，其特征在于：所述左舱室内设置有一控制水舱本体内的液体液位沿左舱室轴线方向快速升降的调节机构，以及与水舱本体连接的当调节机构控制左舱室内液体液位升降时控制水舱本体内液体量增减的水量控制机构，所述水舱本体外设置有一与右舱室连通的当左舱室内液位升高时，用于控制右舱室内液体液位下降将液体经连接舱室补充到另一侧的左舱室内的气压调节装置，还包括控制器以及用于实时监测船舶横向摇摆时的剩余横摇角的传感器，所述传感器监测到船舶横摇周期接近固定横摇周期时，发送信号至控制器，控制器接到信号后发送驱动液位升降的启动信号至调节机构，调节机构根据一个周期内的船舶向左或向右的横摇角度从开始产生到达到最大值的过程中驱动左舱室内的液体液位逐渐达到最高点，同时发送驱动水舱本体内液体量增加的启动信号至水量控制机构，以及发送驱动右舱室内液体液位逐渐下降将液体经连接舱室补充到另一侧的左舱室内的信号至气压调节装置，利用水舱本体内液体产生的重力力矩抵消船舶的横摇，在船体内还设置有用于控制水舱本体横向摇动的旋转控制装置。

2.根据权利要求1所述的具有智能减摇装置的科学考察船，其特征是：所述调节机构包括一设于左舱室内并与左舱室内壁滑动连接的升降板，在左舱室内设置有一驱动升降板沿左舱室轴线方向升降的导向杆，所述导向杆与升降板螺纹连接，在左舱室顶部设置有一用于驱动导向杆转动的伺服电机，所述控制器发送驱动液位升降的启动信号至伺服电机。

3.根据权利要求2所述的具有智能减摇装置的科学考察船，其特征是：所述升降板下降时的最低位置高于左舱室与连接舱室的连接处。

4.根据权利要求3所述的具有智能减摇装置的科学考察船，其特征是：所述水量控制机构包括设于水舱本体外的进出水管路，该进出水管路的一端与连接舱室连通，另一端与水源连通，在进出水管路上设置有一用于接收将外部水源的水沿进出水管路进入连接舱室的信号的电磁阀，所述控制器接到信号后发送驱动液位上升的启动信号至伺服电机，当升降板向上升起驱动液位升高时发送开启信号至电磁阀，外部水源的水受到升降板上升时在左舱室内产生的负压作用经进出水管路进入连接舱室。

5.根据权利要求4所述的具有智能减摇装置的科学考察船，其特征是：所述水源为进出水管路经船舶船舷处向外伸出并通向海洋内的海水。

6.根据权利要求1所述的具有智能减摇装置的科学考察船，其特征是：所述气压调节装置包括设置于左、右舱室外的气体发生器，在气体发生器上连接有通向右舱室内的气压输送管路，所述左舱室内液位升高时，控制器发送用于控制右舱室内液体液位下降将液体经连接舱室补充到另一侧的左舱室内的信号至气体发生器。

7.根据权利要求1所述的具有智能减摇装置的科学考察船，其特征是：所述旋转控制装置包括固定于船体内并沿左右船舷方向横向布置的底座，在底座上设置有一转动座，所述转动座内设置有一与水舱本体固定连接的转轴，水舱本体通过转轴与底座转动连接，在底座的两侧分别设置有用于驱动水舱本体绕转动座横向旋转摆动的左侧、右侧升降油缸，所述左舱室内液位升高时，控制器分别发送用于驱动水舱本体向右舱室方向旋转的信号至左侧、右侧升降油缸，所述左侧升降油缸伸出，右侧升降油缸收缩。

8.根据权利要求1所述的具有智能减摇装置的科学考察船，其特征是：所述左、右舱室在船体内分别靠近左船舷及右船舷位置，智能减摇装置在船体内设置于靠近船艏或船艉位置。