CN109649581B - 载有矿物的船舶在运输过程中的稳定性监测方法 - Google Patents

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Abstract

一种载有矿物的船舶在运输过程中的稳定性监测方法，包括：在船舶的舱壁上预先设置多组传感器，所述多组传感器由上至下间隔分布，每组传感器包括含水率传感器、压力传感器以及应变传感器；船舶在运输过程中，由含水率传感器、压力传感器以及应变传感器分别实时检测矿物的含水率、矿物对舱壁的压力以及舱壁变形量；进行一级预警；进行二级预警；进行三级预警。本发明从多维度来感知矿物在运输过程中发生的状态变化：矿物的含水率、矿物对舱壁的压力以及舱壁变形量，通过三种数据的变化预测矿砂状态变化对于船舶稳性和安全的影响，并给出不同级别的预警提醒，填补了国内外在该技术上的空白。

Description

载有矿物的船舶在运输过程中的稳定性监测方法
技术领域
本发明属于船舶监测技术领域，尤其涉及一种载有矿物的船舶在运输过程中的稳定性监测方法。
背景技术
载有矿物的船舶在运输过程中,通过矿物的含水率、矿物对舱壁的压力以及矿物对舱壁作用后舱壁产生的变形量三个方面来判断矿物的状态变化，状态变化后的矿物会对船舶稳定性产生影响，故需要对船舶在运输过程中的稳定性进行监测，目前没有相应的监测技术。
发明内容
基于此，针对上述技术问题，提供一种载有矿物的船舶在运输过程中的稳定性监测方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种载有矿物的船舶在运输过程中的稳定性监测方法，其特征在于，包括：
在船舶的舱壁上预先设置多组传感器，所述多组传感器由上至下间隔分布，每组传感器包括含水率传感器、压力传感器以及应变传感器；
船舶在运输过程中，由含水率传感器、压力传感器以及应变传感器分别实时检测矿物的含水率、矿物对舱壁的压力以及舱壁变形量；
当有2/3的含水率传感器检测到的含水率均大于TML时，进行一级预警，提示矿物已经局部液化；
当同时满足以下条件时，进行二级预警：
有3/4的含水率传感器检测到的含水率均大于74％(体积含水率)；
有1/2的压力传感器检测到的压力增量为100KPa，或者，有1/2的应变传感器检测到的变形增量为1000με；
二级预警船复原力臂计算修正值GZ1<0.2，GZ1通过公式
Figure BDA0001959907220000021
计算获得；
当同时满足以下条件时，进行三级预警：
最上层两组传感器的含水率传感器检测到含水率大于99％的次数大于100次；
三级预警船复原力臂计算修正值GZ2<0.2，GZ2通过公式
Figure BDA0001959907220000022
计算获得；
其中，GM0为船舶初稳性高，G1M为修正后船舶稳性高，其公式为
Figure BDA0001959907220000023
GZ0为原船复原力臂，GZ1为二级预警船复原力臂计算修正值，GZ2为三级预警船复原力臂计算修正值，船复原力臂与船舶稳性高的换算公式为GZ＝GM*sinφ，ix为自由液面的面积对其横倾轴线的横向惯性矩，Δ为排水量，ф为横摇角，P为矿物移动的质量，y1为矿物移动前的重心距船中的距离，y2为矿物移动后的重心距船中的距离,w为矿物液化后液体的密度,wix是w和ix相乘；
所述每组传感器中含水率传感器、压力传感器以及应变传感器各为一个，所述含水率传感器与压力传感器水平间隔布置，两者的间距为700mm，所述应变传感器位于压力传感器的下侧，两者的高度差为645mm。
所述含水率传感器以及压力传感器嵌入式安装于舱壁上，所述应变传感器焊接安装于舱壁的背面。
所述传感器为六组，三组传感器布置于前舱壁左侧，另外三组传感器布置于后舱壁右侧，呈对角线布置。
所述三组传感器由下至上离船底距离分别为10.155m、15.8m以及21.9m。
本发明从多维度来感知矿物在运输过程中发生的状态变化：矿物的含水率、矿物对舱壁的压力以及舱壁变形量，通过三种数据的变化预测矿砂状态变化对于船舶稳性和安全的影响，并给出不同级别的预警提醒，填补了国内外在该技术上的空白。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式本发明进行详细说明：
图1为本发明传感器的安装位置侧视示意图；
图2为本发明传感器的安装位置俯视示意图；
图3为本发明的含水率传感器、压力传感器以及应变传感器的位置关系示意图。
具体实施方式
如图所示，一种载有矿物的船舶在运输过程中的稳定性监测方法，包括：
一、如图1以及图2所示，在船舶的舱壁上预先设置多组传感器110，多组传感器110由上至下间隔分布，安装在不同高度可以使得测量的局部范围尽量大，在不同高度测量到的值变化也不同，对应的时间点也不同，从而通过监测数值的变化来判断矿物液化进行的程度。
每组传感器110包括含水率传感器111、压力传感器112以及应变传感器113。
在本实施例中，如图3所示，每组传感器110中含水率传感器111、压力传感器112以及应变传感器113各为一个，含水率传感器111与压力传感器112水平间隔布置，两者的间距为700mm，应变传感器113位于压力传感器112的下侧，两者的高度差为645mm。
含水率传感器111以及压力传感器112嵌入式安装于舱壁上，应变传感器113焊接安装于舱壁的背面。
较佳地，传感器110为六组，三组传感器110布置于前舱壁21左侧，另外三组传感器110布置于后舱壁22右侧，呈对角线布置，可以保证监测的冗余度。
三组传感器110由下至上离船底距离分别为10.155m、15.8m以及21.9m。
含水率传感器111技术参数：体积含水率量程：0～100％，精度：±2％，每秒传输一个数据，前舱壁21三个含水率传感器并联，后舱壁22三个含水率传感器并联，各有一根线通向船首网关采集箱。
压力传感器112技术参数：量程：0～2000Kpa，精度：0.5％，每秒传输一个数据，前舱壁21三个压力传感器并联，后舱壁22三个压力传感器并联，各有一根线通向船首网关采集箱。
应变传感器113技术参数：量程：2000με，精度：0.5％，十五秒传输一个数据。前舱壁21三个应变传感器并联，后舱壁22三个应变传感器并联，各有一根线通向船首网关采集箱。
二、船舶在运输过程中，由含水率传感器111、压力传感器112以及应变传感器113分别实时检测矿物的含水率、矿物对舱壁的压力以及舱壁变形量。
三、从网关采集箱采集数据，采集频率为一秒一个数据，根据矿物的含水率、矿物对舱壁的压力以及舱壁变形量进行船舶稳定性监测：
A、当有2/3的含水率传感器111检测到的含水率均大于TML时，进行一级预警，提示矿物已经局部液化。TML为Transportable Moisture Limit，矿物适运水分极限，是安全运输时所允许的最大含水量，不同矿物的值不同，如铁矿的TML为为8.56％。
B、当同时满足以下条件时，进行二级预警，提示调整航向和航速，减少受风面积：
a、有3/4的含水率传感器111检测到的含水率均大于74％(体积含水率)。
b、有1/2的压力传感器112检测到的压力增量至少为100KPa，或者，有1/2的应变传感器113检测到的变形增量至少为1000με。
c、二级预警船复原力臂计算修正值GZ1<0.2(稳性不满足)，GZ1通过公式
Figure BDA0001959907220000041
计算获得。
C、当同时满足以下条件时，进行三级预警，提示寻找锚地或者就近靠港停船：
a、最上层两组传感器的含水率传感器检测到含水率大于99％的次数大于100次。
b、三级预警船复原力臂计算修正值GZ2<0.2(稳性不满足)，GZ2通过公式
Figure BDA0001959907220000051
计算获得。
将GM定义为船舶稳性高，将GZ定义为全船复原力臂，两者的换算公式为GZ＝GM*sinφ。
其中，GM0为船舶初稳性高，G1M为修正后船舶稳性高，其公式为
Figure BDA0001959907220000052
GZ0为原船复原力臂，GZ1为二级预警船复原力臂计算修正值，GZ2为三级预警船复原力臂计算修正值，ix为自由液面的面积对其横倾轴线的横向惯性矩，Δ为排水量，ф为横摇角，P为矿物移动的质量，y1为矿物移动前的重心距船中的距离，y2为矿物移动后的重心距船中的距离，w为矿物液化后液体的密度，wix是w和ix相乘。
GM0、GZ0、Δ以及P均可从船舶装载计算机中获得；ix、y1以及y2由船舶自身参数计算获得；ф为船舶系统数据。
但是，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (4)

1.一种载有矿物的船舶在运输过程中的稳定性监测方法，其特征在于，包括：
在船舶的舱壁上预先设置多组传感器，所述多组传感器由上至下间隔分布，每组传感器包括含水率传感器、压力传感器以及应变传感器；
船舶在运输过程中，由含水率传感器、压力传感器以及应变传感器分别实时检测矿物的含水率、矿物对舱壁的压力以及舱壁变形量；
当有2/3的含水率传感器检测到的含水率均大于TML时，进行一级预警，提示矿物已经局部液化；
当同时满足以下条件时，进行二级预警：
有3/4的含水率传感器检测到的含水率均大于74％；
有1/2的压力传感器检测到的压力增量为100KPa，或者，有1/2的应变传感器检测到的变形增量为1000με；
二级预警船复原力臂计算修正值GZ1<0.2，GZ1通过公式
Figure FDA0002685193470000011
计算获得；
当同时满足以下条件时，进行三级预警：
最上层两组传感器的含水率传感器检测到含水率大于99％的次数大于100次；
三级预警船复原力臂计算修正值GZ2<0.2，GZ2通过公式
Figure FDA0002685193470000012
计算获得；
其中，GM0为船舶初稳性高，G1M为修正后船舶稳性高，其公式为
Figure FDA0002685193470000013
GZ0为原船复原力臂，GZ1为二级预警船复原力臂计算修正值，GZ2为三级预警船复原力臂计算修正值，船复原力臂与船舶稳性高的换算公式为GZ＝GM*sinφ，ix为自由液面的面积对其横倾轴线的横向惯性矩，Δ为排水量，ф为横摇角，P为矿物移动的质量，y1为矿物移动前的重心距船中的距离，y2为矿物移动后的重心距船中的距离，w为矿物液化后液体的密度，wix是w和ix相乘；
所述多组传感器为六组，三组传感器布置于前舱壁左侧，另外三组传感器布置于后舱壁右侧，呈对角线布置。
2.根据权利要求1所述的一种载有矿物的船舶在运输过程中的稳定性监测方法，其特征在于，所述每组传感器中含水率传感器、压力传感器以及应变传感器各为一个，所述含水率传感器与压力传感器水平间隔布置，两者的间距为700mm，所述应变传感器位于压力传感器的下侧，两者的高度差为645mm。
3.根据权利要求2所述的一种载有矿物的船舶在运输过程中的稳定性监测方法，其特征在于，所述含水率传感器以及压力传感器嵌入式安装于舱壁上，所述应变传感器焊接安装于舱壁的背面。
4.根据权利要求3所述的一种载有矿物的船舶在运输过程中的稳定性监测方法，其特征在于，布置于前舱壁左侧的三组传感器由下至上离船底距离分别为10.155m、15.8m以及21.9m，布置于后舱壁右侧的三组传感器由下至上离船底距离分别为10.155m、15.8m以及21.9m。
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