CN111196339B - 一种浮式双体清污船模型试验装置 - Google Patents

Abstract

一种浮式双体清污船模型试验装置，属于船舶与海洋工程、环境保护工程领域。该试验装置采用双体船结构，并用框架连接双片体，在片体之间设置导流机构和传送机构，漂浮在水面的污物在导流板引导下汇集，并通过传送带收集起来。测量机构放置在船首区域，电脑控制测量数据采集，并反馈试验参数分析结果。双体船结构具有较好的漂浮稳性和耐波性，提供较大的甲板面积用于专业设备布置。喇叭口形式的船首形状和导流板多角度设置，提高漂浮物的汇聚能力。传送带设置角度及其与导流板协调布置，进一步提高漂浮物的汇集与传送能力。开放式的船前体内、外舷侧和导流格栅结构，提高船体截面的水流通透率。该试验装置组合方便，能够提供多种工况试验测试工作。

Description

一种浮式双体清污船模型试验装置

技术领域

本发明涉及一种浮式双体清污船模型试验装置，属于船舶与海洋工程、环境保护工程和试验测试技术领域。

背景技术

海岸边核电站发电工作时需要大量海水对设备进行冷却，这些冷却水从海边通过导流渠道引入核电站，随着海水的引入，海上漂浮的污物也随之流入，堵塞引水渠道，影响核电站正常工作。因此需要研发一种用于海岸边核电站冷却水渠道里作业的清污船，该清污船需要具备以下三个特点。第一是能够抵抗海上风、浪、流环境影响，船体要有更高的作业安全性和平稳性；第二是船体横截面能够提供良好的水流通透率，保障单位时间流经渠道的水流量；第三是船体结构形式要适应高效率的海上漂浮污物汇集、收集、传送能力。目前还没有能够适用于该作业工况需求的专用漂浮污物清污船，因此有必要针对上述三个特点去开发专用船型。在一种新船型开发前期，通常需要进行船模试验验证工作，为后续装备研制打好基础。

发明内容

为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种浮式双体清污船模型试验装置。该双体清污船应采用具有通透效果的导流格栅、开放式的船体内舷侧、开设通透孔的船体外舷侧、链式传送带，以及两个片体间的水流通道，在漂浮物导向和水流通透率方面选择最佳的平衡点；船体首部采用开放式的喇叭口结构形式，优化导流格栅匹配角度组合和传送带位置及角度设置，并采用曲面格栅，进一步提升海面漂浮物在船首部汇聚，并通过导流板汇集到传送带位置，最后由传送机构把海面漂浮物输送到船体甲板。

本发明采用的技术方案是：一种浮式双体清污船模型试验装置，它包括船体机构、连接机构、传送机构、导流格栅机构和测量机构，所述船体机构采用两个左右对称的片体，所述片体是采用甲板、船底板、外侧的外舷侧板、内侧的内舷侧板及导流格栅机构、首封板、尾封板和尾楔板固定连接成首尖尾方的整体结构，在片体内采用横舱壁分隔为前舱和后舱；

所述两个片体采用由两个纵杆和两个横杆构成井字形框架的连接机构连接在一起，在两个片体之间形成尾部为保持适当宽度的尾部水流通道，首部为逐步收缩、喇叭口式的首部水流通道；

所述前舱是呈开放式的非水密舱，内部设置浮力块，前舱的甲板上设置前舱甲板孔，外舷侧板上设置前舱外舷侧板孔和调节前舱外舷侧板孔大小的舷侧舱门；

所述后舱是水密舱，内部设置配重块，后舱的甲板上设置后舱甲板孔；

所述传送机构设置在尾部水流通道与首部水流通道的结合部，传送机构采用电机经主动轮驱动缠绕在主动轮、从动轮上的传送带, 主动轮、从动轮分别设置在连接板的两端， 传送机构的上端经支撑板固定支撑在尾部水流通道两侧的甲板上，下端经下门字框、调节螺杆与活动式支撑在尾部水流通道两侧甲板上的上门字框连接；

所述导流格栅机构包含平面格栅和曲面格栅，平面格栅的第一平面导流板、第二平面导流板与第三平面导流板之间均采用铰链连接，在三个平面导流板上均开设通透孔，曲面格栅的两端分别连接在第一平面导流板的两端，曲面格栅上设置通透窗；

所述测量机构包含T型架和探头，T型架的横杆固定在纵杆的首端，探头安装在T型架的垂直杆底端。

所述连接机构用连接螺杆穿过由纵杆与横杆构成的井字形框架、甲板和船底板用紧固螺母紧固，在纵杆和横杆的端部均设有吊耳。

所述前舱的甲板靠近外舷侧板一侧设置甲板滑轨，船底板靠近外舷侧板一侧设置底板滑轨，舷侧舱门上端的上滑槽滑扣于甲板滑轨上，下端的下滑槽滑扣于底板滑轨上。

所述甲板上设置三对支撑板，支撑板上设置支撑板轴孔；所述上门字框的两个上门字框立板的顶部连接上门字框横板，下部采用非固定式结构支撑在两个片体的甲板上；在外舷侧板的头部、外舷侧板的尾部和首封板上设置吃水线。

所述连接板通过主动轮轴和从动轮轴分别连接主动轮和从动轮，主动轮轴安装在支撑板轴孔上。

所述通透窗其中有一部分的外侧设有与曲面格栅相切的凸起片。

所述甲板和船底板是连续平板构件。

所述传送带采用链式传送带结构。

本发明的有益效果是：这种浮式双体清污船模型试验装置包括船体机构、连接机构、传送机构、导流格栅机构和测量机构。船体首部采用开放式的喇叭口结构形式，增加了船首部的水流量及水面漂浮物的汇集量，通过减小喇叭口的截面面积，能够进一步提高水的流动速度。通过优化导流格栅匹配角度组合、传送带位置及角度设置，同时采用曲面格栅，进一步提升海面漂浮物在船首部的汇聚，通过导流板汇集到传送带位置，最后由传送机构把海面漂浮物输送到船体甲板。船首部的水流一部分通过两片体内舷侧板之间的通道流出，另一部分水流流经前舱后从前舱的外舷侧孔处流出，这种船体结构形成了水流量汇集、加速流通的通道，极大的提高了漂浮在水面的污物的收集效率。通过设置尾楔板使得船体机构的尾部呈楔形，当船体拖航工况时，水流流经尾楔板，减小了船体的水流阻力和拖航功率，增加了拖航的航向稳定性。连接机构不仅将两个片体连接为一体，还能起到保护船模的作用，以及安全吊装船模进出试验水池的功能。设置曲面格栅有助于减小长条形漂浮物吸附粘贴力。在曲面格栅上开设若干个通透窗，进一步调节水流的通透率，在部分通透窗的位置设置凸起片，减小了水面漂浮物附着在导流格栅表面的吸附力，使水面漂浮物能够顺畅沿着喇叭口形状的导流格栅漂流到传送带进口区域。

附图说明

图1是一种浮式双体清污船模型试验装置的立体图。

图2是一种浮式双体清污船模型试验装置的立体局部剖视图。

图3是一种浮式双体清污船模型试验装置的正视图。

图4是一种浮式双体清污船模型试验装置的侧视图。

图5是一种浮式双体清污船模型试验装置的俯视图。

图6是图4中的A-A视图。

图7是图5中的B-B视图。

图8是图5中的C-C视图。

图9是图2中H放大图。

图10是图2中M放大图。

图11是图2中T放大图。

图12是图7中L放大图。

图13是图7中K放大图。

图14是平面格栅的结构图。

图15是平面格栅的三种不同角度的结构图。

图中：1、坐标系，2、水面，3、片体，10、甲板，10a、后舱甲板孔，10b、前舱甲板孔，10c、前舱外舷侧孔，10d、甲板滑轨，11、船底板，11d、底板滑轨，12、外舷侧板，13、内舷侧板，14、首封板，15、尾封板，16、尾楔板，17、横舱壁，18、前舱，18a、浮力块，19、后舱，19a、配重块，20、吃水线，21、舷侧舱门，21a、上滑槽，21b、下滑槽，22、支撑板，22a、支撑板轴孔，23、上门字框，23a、上门字框立板，23b、上门字框横板，30、曲面格栅，30a、通透窗，30b、凸起片，31、第一平面导流板，32、第二平面导流板，33、第三平面导流板，34、通透孔，35、导轴管，36、转角轴，40、电机，41、主动轮，42、从动轮，43、轮轴，44、连接板，45、传送带，46、下门字框，46a、下门字框立板，46b、下门字框横板，46c、调节螺杆，46d、定位螺母，50、纵杆，51、横杆，52、连接螺杆，53、紧固螺母，54、吊耳，60、T型架，61、探头。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的装置做进一步描述。

图1示出了一种浮式双体清污船模型试验装置的立体图，图中，这种浮式双体清污船模型试验装置包括船体机构、连接机构、传送机构、导流格栅机构、和测量机构。坐标系1是这种浮式双体清污船模型试验装置的参考坐标系，分别表示出沿船长方向的纵向X方向、船宽方向的横向Y方向和吃水方向的垂向Z方向。

如图1所示，船体机构通过连接机构将船体两片体3连接在一起，成为本试验装置的浮式载体，它搭载了导流格栅机构、传送机构和测量机构等，形成浮式双体清污船模型试验装置。

如图1、2、3、4、5、6、7、9、10所示，船体机构由左右对称的两个片体3组成，主要包括了甲板10、后舱甲板孔10a、前舱甲板孔10b、前舱外舷侧孔10c、甲板滑轨10d、船底板11、底板滑轨11d、外舷侧板12、内舷侧板13、首封板14、尾封板15、尾楔板16、横舱壁17、前舱18、浮力块18a、后舱19、配重块19a、吃水线20、舷侧舱门21、上滑槽21a、下滑槽21b、支撑板22、支撑板轴孔22a、上门字框23、上门字框立板23a、上门字框横板23b等构件组成。船体上表面是连续的甲板10，在甲板10上开设两个操作孔，分别是后舱甲板孔10a和前舱甲板孔10b；沿X方向在两个片体3的船体甲板10上，设置三对三角形支撑板22，在支撑板22上有支撑板轴孔22a，其用于传送机构在这三个位置定位安装。上门字框23由两边的上门字框立板23a和上门字框横板23b组成，设置在船体中心线上，上门字框立板23a分别垂直放置（不与甲板固定）在左右两个船体片体3的甲板10面上，上门字框23在X方向的布置位置与传送机构的下门字框46对应，上门字框23与下门字框46配合使用。船底板11也是连续平板构件，在船体首部设置垂直的首封板14，其上端和下端分别与甲板10和船底板11连接。在船体尾部设置垂直的尾封板15，在尾封板15与船底板之间设置尾楔板16。在每个船体片体3侧面设置垂直舷侧构件，在船体外侧设置纵向连续外舷侧板12，外舷侧板12周边与甲板10、船底板11、尾楔板16、尾封板15和首封板14连接。在船后体内侧设置内舷侧板13，内舷侧板13周边与甲板10、船底板11、尾楔板16、尾封板15和横舱壁17连接。在船体的两个片体3中间位置，分别设置横向垂直水密横舱壁17，把船体片体3分成前舱18和后舱19。后舱19是水密舱，里边设置若干个可人工搬动的配重块19a，配重块19a的重量是可变载荷，可以根据电脑指令人工移动其放置位置和改变配重重量。后舱甲板孔10a用于后舱19水密密性观察和配重块19a布置位置调整。前舱18是开放式的非水密舱，里边设置有浮力块18a，其浮力大小是可变的，可以根据电脑指令人工调节其布置位置和浮力大小。配重块19a和浮力块18a分别提供重力和浮力载荷，使得船体能漂浮在指定的吃水线20上，并保持船体具有稳定的工作浮态。在前舱18的外舷侧板12上设置前舱外舷侧孔10c，前舱18的内舷侧是全通透的，用于安装导流格栅机构。通过前舱18的通透内舷侧和前舱外舷侧孔10c，形成水流贯穿区域和通道，增加水流通量。在前舱18内的甲板10下表面和船底板11上表面，分别设置了X方向甲板滑轨10d和底板滑轨11d。在前舱18内贴近前舱外舷侧孔10c处，设置可以滑动的垂直舷侧舱门21，舷侧舱门21上下端分别有上滑槽21a和下滑槽21b，舷侧舱门21通过上滑槽21a和下滑槽21b在甲板滑轨10d和底板滑轨11d导向上移动。舷侧舱门21与前舱外舷侧孔10c的相对位置根据电脑指令人工调节，用于控制在前舱外舷侧孔10c处的水流通量。前舱甲板孔10b用于前舱18内浮力块18a布置位置调整和观察舱内水流状况。

如图1、5所示，从俯视角度看，两片体3组成的船体机构具有宽阔的甲板10面积用于专业设备布置，双体船结构的船体浮性好、耐波性强。在船首部形成三角形开放式形状，在安装导流格栅机构后，进一步形成不同角度的喇叭口形状，这样能增加船首部的水流及水面漂浮物量汇集，随着喇叭口截面面积减小，提高了水流动速度。船首部水流一部分通过两片体3内舷侧板13之间的通道流出，另一部分水流流经前舱18后，从前舱外舷侧孔10c处流出。这种船体结构形成了水流量汇集、加速流通的通道，为漂浮在水面的污物收集效率提供了有利条件。

如图1、4所示，从侧视角度看船体机构的尾部呈楔形，当船体拖航工况时，水流在船尾流经尾楔板16时，减小了船体水流阻力和拖航功率，对拖航的航向稳定性也有益处。

如图1、3、4、5、7、12、13所示，连接机构由纵杆50、横杆51、连接螺杆52、紧固螺母53和吊耳54等构件组成，它的功能是将船体的两个片体3连接成一个整体，形成浮式双体船模试验平台。两根横杆51沿着Y方向，分别在接近船首和船尾位置，设置在两个片体3的甲板10上；两根纵杆50沿着X方向，分别设置在两个片体3的甲板10上方，并与两根横杆51固定连接，形成井字形框架结构。如图2、12、13所示，通过若干个Z方向的连接螺杆52穿过横杆51、船体甲板10和船底板11，在连接螺杆52两端用紧固螺母53拧紧，形成牢固的双体船船模结构。在后舱19内的船底板11与连接螺杆52和紧固螺母53结合处进行水密处理，保障后舱19水密性。在纵杆50和横杆51两端设置吊耳54，用于系缆作业。在试验测量中，连接机构还能起到保护船模的作用，以及安全吊装船模进出试验水池的功能。

如图1、4、5、8、10所示，传送机构由电机40、主动轮41、从动轮42、轮轴43、连接板44、传送带45、下门字框46、下门字框立板46a、下门字框横板46b、调节螺杆46c和定位螺母46d等构件组成，传送机构放置在两个片体3的内舷侧板13之间。两块连接板44通过轮轴43将主动轮41和若干个从动轮42连接成一体，传送带45采用透水率高的链式结构，并缠绕主动轮41和从动轮42。电机40通过轮轴43驱动主动轮41转动，主动轮41带动链式传送带45运动。主动轮41的轮轴43安装在支撑板22的支撑板轴孔22a里，在试验中根据导流格栅机构的布置形式，选择协调的安装位置。下门字框46由下门字框立板46a、下门字框横板46b和调节螺杆46c组成，两块下门字框立板46a下端通过轮轴43与连接板44转动连接，其上端与下门字框横板46b连接，调节螺杆46c连接在下门字框横板46b上，调节螺杆46c可以穿过上门字框23的上门字框横板23b，并通过定位螺母46d调节下门字框46与上门字框23在Z方向的距离，从而达到调节传送机构的传送带45输送角度。

如图1、2、3、6、8、11、14所示，导流格栅机构由平面格栅和曲面格栅组成，其垂直设置在船体首部的两个片体3之间的内舷侧位置，其左右对称，呈喇叭口形状。平面格栅由三块结构形式类似的第一平面导流板31、第二平面导流板32与第三平面导流板33采用铰链连接，平面导流板两端连接导轴管35，转角轴36穿过导轴管35把三块相邻的第一平面导流板31、第二平面导流板32与第三平面导流板33连接起来，相邻的平面导流板可以绕转角轴36转动。在船体甲板10和船底板11的相应位置设置转角轴36的定位孔，转角轴36垂直穿过这些定位孔，使得平面格栅呈现三种不同张角的喇叭口形状，图15中a示出第一平面导流板31、第二平面导流板32与第三平面导流板33位于同一平面，图15中b示出第一平面导流板31与第二平面导流板32位于同一平面，图15中c示出第二平面导流板32与第三平面导流板33位于同一平面。根据试验工况需求，在第一平面导流板31、第二平面导流板32与第三平面导流板33上开设了若干通透孔34，通透孔34数量和形状影响平面导流板的水流通透率。在第一平面导流板31表面，沿着吃水线20位置设置曲面格栅30，曲面格栅30两端与第一平面导流板31两端连接。设置曲面格栅30有助于减小长条形漂浮物吸附粘贴力。在曲面格栅30上开设若干个通透窗30a，并在某些通透窗30a位置设置与曲面格栅30相切的凸起片30b。设置通透窗30a是为了进一步调节水流通透率，设置凸起片30b是为了减小水面漂浮物附着在导流格栅表面的吸附力，使水面漂浮物能够顺畅沿着喇叭口形状的导流格栅漂流到传送带45进口区域。

如图1、4所示，测量机构由T型架60和探头61组成，探头61安装在T型架60底端，T型架60沿YZ平面方向放置在两根纵杆50之间，并根据试验工况分别在X或Y方向移动位置。探头61埋没在水面2下方测量水流速度等参数，并通过无线信号传递给电脑。

Claims (8)

1.一种浮式双体清污船模型试验装置，它包括船体机构、连接机构、传送机构、导流格栅机构和测量机构，其特征在于，所述船体机构采用两个左右对称的片体（3），所述片体（3）是采用甲板（10）、船底板（11）、外侧的外舷侧板（12）、内侧的内舷侧板（13）及导流格栅机构、首封板（14）、尾封板（15）和尾楔板（16）固定连接成首尖尾方的整体结构，在片体（3）内采用横舱壁（17）分隔为前舱（18）和后舱（19）；

所述两个片体（3）采用由两个纵杆（50）和两个横杆（51）构成井字形框架的连接机构连接在一起，在两个片体（3）之间形成尾部为保持适当宽度的尾部水流通道，首部为逐步收缩、喇叭口式的首部水流通道；

所述前舱（18）是呈开放式的非水密舱，内部设置浮力块（18a），前舱（18）的甲板上设置前舱甲板孔（10b），外舷侧板（12）上设置前舱外舷侧板孔（10c）和调节前舱外舷侧板孔（10c）大小的舷侧舱门（20）；

所述后舱（19）是水密舱，内部设置配重块（19a），后舱（19）的甲板上设置后舱甲板孔（10a）；

所述传送机构设置在尾部水流通道与首部水流通道的结合部，传送机构采用电机（40）经主动轮（41）驱动缠绕在主动轮（41）、从动轮（42）上的传送带（45）,主动轮（41）、从动轮（42）分别设置在连接板（44）的两端， 传送机构的上端经支撑板（22）固定支撑在尾部水流通道两侧的甲板（10）上，下端经下门字框（46）、调节螺杆（46c）与活动式支撑在尾部水流通道两侧甲板（10）上的上门字框（23）连接；

所述导流格栅机构包含平面格栅和曲面格栅（30），平面格栅的第一平面导流板（31）、第二平面导流板（32）与第三平面导流板（33）之间均采用铰链连接，在三个平面导流板上均开设通透孔（34），曲面格栅（30）的两端分别连接在第一平面导流板（31）的两端，曲面格栅（30）上设置通透窗（30a）；

所述测量机构包含T型架（60）和探头（61），T型架(60)的横杆固定在纵杆（50）的首端，探头（61）安装在T型架(60)的垂直杆底端。

2.根据权利要求1所述的一种浮式双体清污船模型试验装置，其特征在于，所述连接机构用连接螺杆（52）穿过由纵杆（50）与横杆（51）构成的井字形框架、甲板（10）和船底板（11）用紧固螺母（53）紧固，在纵杆（50）和横杆（51）的端部均设有吊耳（54）。

3.根据权利要求1所述的一种浮式双体清污船模型试验装置，其特征在于，所述前舱（18）的甲板靠近外舷侧板一侧设置甲板滑轨（10d），船底板靠近外舷侧板一侧设置底板滑轨（11d），舷侧舱门（20）上端的上滑槽（21a）滑扣于甲板滑轨（10d）上，下端的下滑槽（21b）滑扣于底板滑轨（11d）上。

4.根据权利要求1所述的一种浮式双体清污船模型试验装置，其特征在于，所述甲板（10）上设置三对支撑板（22），支撑板（22）上设置支撑板轴孔（22a）；所述上门字框（23）的两个上门字框立板（23a）的顶部连接上门字框横板（23b），下部采用非固定式结构支撑在两个片体（3）的甲板（10）上；在外舷侧板（12）的头部、外舷侧板（12）的尾部和首封板（14）上设置吃水线（20）。

5.根据权利要求4所述的一种浮式双体清污船模型试验装置，其特征在于，所述连接板（44）通过主动轮轴（43a）和从动轮轴（43b）分别连接主动轮（41）和从动轮（42），主动轮轴（43a）安装在支撑板轴孔（22a）上。

6.根据权利要求1所述的一种浮式双体清污船模型试验装置，其特征在于，所述通透窗（30a）其中有一部分的外侧设有与曲面格栅（30）相切的凸起片（30b）。

7.根据权利要求1所述的一种浮式双体清污船模型试验装置，其特征在于，所述甲板（10）和船底板（11）是连续平板构件。

8.根据权利要求1所述的一种浮式双体清污船模型试验装置，其特征在于，所述传送带（45）采用链式传送带结构。

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