CN113148044B - 一种船舶减摇装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种船舶减摇装置，该装置包括：倾斜台、减摇重物、防水弹性材料、驱动油缸、支架、油管、工作油缸、工作活塞、压板、固定铰支座、滑轨、铰链和驱动杆。在船舶航行过程中发生横摇运动时，本发明浸水侧的压板会在水压的作用下驱动甲板上的减摇重物向非浸水侧方向移动，进而通过减摇重物移动造成左右舷的重量差形成力矩，从而减缓船舶横摇程度。此外，在减摇过程中减摇重物无需人为控制，自动化程度高；和传统的减摇装置相比，本发明装置不会造成额外流阻，因此不会给船舶航行带来额外的能量消耗。

Description

一种船舶减摇装置

技术领域

本发明属于船舶技术领域，具体涉及一种船舶减摇装置。

背景技术

当船舶在海洋中航行时，不可避免会受到风浪影响，船舶在风浪等因素的影响下，做周期性的横纵向摇摆和偏荡运动的性能叫船舶摇摆性，这是一种有害的性能，剧烈的摇摆运动会降低船舶航速，造成货损，破坏船体和机器；使船舶的适航性和操纵性变差；使船上人员晕眩，影响船上人员工作和生活，降低船舶舒适度。

船舶的摇摆运动可以分为横摇、纵摇、艏摇、纵荡、横荡和垂荡六个自由度的运动，其中，横摇运动最为剧烈，船舶的横摇程度受自身条件以及外界因素影响，当外界因素一致时，船体的尺寸越小，其在风浪的作用下横摇运动越剧烈，适航性和操纵性也就越差。由此可见，越是中小型船舶的摇摆运动越剧烈，所以减摇装置用于中小型船舶上更有实际意义。

船舶减摇装置是用来调整船舶姿态、减缓摇摆程度，提高船舶适航性和操纵性的关键装置。目前常用的减摇装置有减摇鳍、减摇水舱和舭龙骨等。减摇鳍在船舶横摇时通过转大鳍角的角度来提高升力，实现船舶减摇，但转大后的鳍角会带来较大的额外流阻，使船舶产生额外的能量消耗，此外，减摇鳍装置复杂，造价昂贵；减摇水舱装置所需的设备较多，可见装置比较复杂，并且费用比较高；舭龙骨装置减摇效果较差，安装舭龙骨会使船舶阻力增加，造成船舶产生额外的能量消耗。

基于此，提出一种嵌入船体两侧干舷部分的减摇装置，该装置在船舶发生横摇运动时，利用海水对两侧干舷的压力为船舶减摇，所以，对于摇摆运动比较剧烈的中小型船舶而言，这种减摇装置具有非常大的实际应用价值和实际意义。

发明内容

本发明的目的是针对上述提到的问题，提出一种船舶减摇装置，该装置是在船舶设计之初将压板嵌入船体两侧干舷部分的舷侧外板内，在船舶航行过程中发生横摇运动时，船舶左右两侧干舷部分会交替浸入水中，浸水侧的压板会在水压的作用下驱动甲板上的减摇重物向非浸水侧方向移动，进而通过减摇重物移动造成左右舷的重量差形成力矩，从而减缓船舶横摇程度。

该装置包括：倾斜台、减摇重物、防水弹性材料、驱动油缸、支架、油管、工作油缸、工作活塞、压板、固定铰支座、滑轨、铰链和驱动杆。

在船舶设计之初将船体两侧干舷位置开设凹槽，凹槽下边缘位于吃水线上，所述凹槽是将干舷部分的舷侧外板向内变形所得，凹槽内的舷侧外板实际为船体钢板，开设的凹槽不会对船体的整体结构强度造成破坏。所述防水弹性材料将船体干舷上预设的凹槽区域完全包覆，防水弹性材料具有一定的弹性，与凹槽边缘水密性贴合，与凹槽形成密封空间，防止海水进入凹槽中。

所述倾斜台安装在船舶甲板上，其长度为1/2船宽，倾斜台中倾斜面与船舶甲板的夹角θ在20°至30°内，可根据不同船型调整不同的θ，从而保证倾斜角大于船舶最大航行横摇角，在倾斜面上设有轨道，所述减摇重物与轨道配合，可沿着倾斜面移动。

所述驱动油缸通过支架固定在货舱顶部，将驱动油缸倾斜安装，其倾斜程度与倾斜台中的倾斜面倾斜程度相同。所述工作油缸通过固定螺栓固定在货舱侧壁上。工作油缸与驱动油缸之间通过油管连接，工作油缸中的液压油可以通过油管进入驱动油缸中。

所述固定铰支座共需两个，两个固定铰支座分别固定在凹槽顶部；所述压板设于凹槽内，在压板上设有转轴，压板转轴的两端分别与两个固定铰支座配合。

所述驱动杆分别连接减摇重物与驱动油缸中的活塞。

所述工作活塞设于工作油缸中，其活塞杆与铰链配合，可以与铰链相对转动；所述铰链与滑轨配合，可以实现沿滑轨移动。所述滑轨固定在压板上。

设工作油缸的半径为R，行程为H，则工作油缸截面积S＝πR²，体积V＝πR²H。设驱动油缸的半径为r，行程为h，则驱动油缸截面积s＝πr²，体积v＝πr²h。令R＝10r，当工作油缸的体积V与驱动油缸的体积v相等时，由等式V＝πR²H＝v＝πr²h可得：h＝100H，也即工作油缸中活塞移动1cm相当于驱动油缸中活塞移动100cm，同时也会通过驱动杆推动减摇重物移动100cm，所以，工作活塞即使有较小的行程移动，减摇重物也会产生较大的位移。

本发明装置在船舶上成对安放，分别为左倾装置(减缓船舶左倾程度的装置)和右倾装置(减缓船舶右倾程度的装置)。

当船舶航行过程中发生左倾时，船体左侧的干舷部分会浸入水中，左侧干舷上的防水弹性材料会受到水的压力，进而会对压板产生一定的作用力，压板会绕固定铰支座发生转动，进而通过铰链与滑轨的配合推动工作活塞向油管方向移动，使得工作油缸中液压油通过油管流向驱动油缸，进入驱动油缸的液压油会推动驱动杆带动减摇重物沿倾斜台倾斜面向船舶右舷方向移动，通过减摇重物移动造成左右舷的重量差异形成力矩，从而减缓船舶左倾程度。

当船舶航行过程中发生右倾时，船体右侧的干舷部分会浸入水中，右侧干舷上的防水弹性材料会受到水的压力，进而会对压板产生一定的作用力，压板会绕固定铰支座发生转动，进而通过铰链与滑轨的配合推动工作活塞向油管方向移动，使得工作油缸中液压油通过油管流向驱动油缸，进入驱动油缸的液压油会推动驱动杆带动减摇重物沿倾斜台倾斜面向船舶左舷方向移动，通过减摇重物移动造成左右舷的重量差异形成力矩，从而减缓船舶右倾程度。

本发明有益效果：

1.在船舶发生横摇运动时，本发明利用海水压力实现减摇重物发生偏移进而达到船舶减摇的目的，在减摇过程中减摇重物无需人为控制，自动化程度高。

2.本发明利用海水压力实现减摇重物发生偏移进而达到船舶减摇的目的，和传统的减摇装置相比，本发明装置无需额外的能量消耗，此外，本发明装置不会造成额外流阻，因此不会给船舶航行带来额外的能量消耗。

3.本发明装置结构简单，容易实现自动化，易于推广。

附图说明

图1是本发明倾斜台与防水弹性材料安装位置示意图；

图2是船体预设凹槽位置示意图；

图3是本发明工作油缸与驱动油缸的固定方式示意图；

图4是本发明各零件安装位置示意图；

图5是本发明驱动杆的连接位置示意图；

图6是本发明滑轨与铰链的配合示意图；

图7是船舶发生左倾时本发明的示意图；

图8是本发明压板转动时的示意图；

图9是一组本发明装置中采用三个工作油缸的示意图；

图10是一组本发明装置中采用三个压板的示意图；

附图中：1.倾斜台；2.减摇重物；3.防水弹性材料；4.驱动油缸；5.支架；6.油管；7.工作油缸；8.工作活塞；9.压板；10.固定铰支座；11.滑轨；12.铰链；13.驱动杆。

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，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。

一种船舶减摇装置，如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，该装置包括：倾斜台1、减摇重物2、防水弹性材料3、驱动油缸4、支架5、油管6、工作油缸7、工作活塞8、压板9、固定铰支座10、滑轨11、铰链12和驱动杆13。

如图1和图2所示，所述倾斜台1安装在船舶甲板上，其长度为1/2船宽，倾斜台1中倾斜面与船舶甲板的夹角θ在20°至30°内，可根据不同船型调整不同的θ，从而保证倾斜角大于船舶最大航行横摇角，在倾斜面上设有轨道，所述减摇重物2与轨道配合，可沿着倾斜面移动。

在船舶设计之初将船体两侧干舷位置开设凹槽，凹槽下边缘位于吃水线上，所述凹槽是将干舷部分的舷侧外板向内变形所得，凹槽内的舷侧外板实际为船体钢板，开设的凹槽不会对船体的整体结构强度造成破坏。所述防水弹性材料3将船体干舷上预设的凹槽区域完全包覆，防水弹性材料3具有一定的弹性，与凹槽边缘水密性贴合，与凹槽形成密封空间，防止海水进入凹槽中。

如图3所示，所述驱动油缸4通过支架5固定在货舱顶部，将驱动油缸4倾斜安装，其倾斜程度与倾斜台1中的倾斜面倾斜程度相同。所述工作油缸7通过固定螺栓固定在货舱侧壁上。工作油缸7与驱动油缸4之间通过油管6连接，工作油缸7中的液压油可以通过油管6进入驱动油缸4中。

如图4和图5所示，所述固定铰支座10共需两个，两个固定铰支座分别固定在凹槽顶部；所述压板9设于凹槽内，在压板9上设有转轴，压板9转轴的两端分别与两个固定铰支座配合。所述驱动杆13分别连接减摇重物2与驱动油缸4中的活塞。

如图6所示，所述工作活塞8设于工作油缸7中，在工作油缸7固定的货舱侧壁上设有通孔，通孔连接货舱与凹槽，工作油缸7的活塞杆穿过通孔与铰链12配合，可以与铰链12相对转动，工作油缸7的活塞杆与通孔部分水密式配合。所述铰链12与滑轨11配合，可以实现沿滑轨11移动。所述滑轨11固定在压板9上。

设工作油缸7的半径为R，行程为H，则工作油缸7截面积S＝πR²，体积V＝πR²H。设驱动油缸4的半径为r，行程为h，则驱动油缸4截面积s＝πr²，体积v＝πr²h。令R＝10r，当工作油缸7的体积V与驱动油缸4的体积v相等时，由等式V＝πR²H＝v＝πr²h可得：h＝100H，也即工作油缸7中活塞移动1cm相当于驱动油缸4中活塞移动100cm，同时也会通过驱动杆13推动减摇重物2移动100cm，所以，工作活塞8即使有较小的行程移动，减摇重物2也会产生较大的位移。在实际应用中，若想使减摇重物2移动的位移变大，可以通过以下三种方式：

第一，可以改变R与r的比值，在其它条件不变的情况下，R的比值越大，减摇重物2的位移越大。第二，可以增大工作油缸7的行程H，在其它条件不变的情况下，H越大，减摇重物2的位移越大。第三，可以增加工作油缸7的数目，在其它条件不变的情况下，工作油缸7越多，减摇重物2的位移越大。

在船舶上本发明装置是成对存在的，分别为左倾装置(减缓船舶左倾程度的装置)和右倾装置(减缓船舶右倾程度的装置)。但左倾装置和右倾装置沿船长方向安装时要有间距，这是要避免两组装置在货舱中的零件相互碰撞。上述仅介绍减缓船舶左倾程度的这组本发明装置的情况。

以左倾装置为例，如图7和图8所示，当船舶航行过程中发生左倾时，船体左侧的干舷部分会浸入水中，左侧干舷上的防水弹性材料3会受到水的压力，进而会对压板9产生一定的作用力，压板9会绕固定铰支座10发生转动，进而通过铰链12与滑轨11的配合推动工作活塞8向油管6方向移动，使得工作油缸7中液压油通过油管6流向驱动油缸4，进入驱动油缸4的液压油会推动驱动杆13带动减摇重物2沿倾斜台1倾斜面向船舶右舷方向移动，通过减摇重物2移动造成左右舷的重量差异形成力矩，从而减缓船舶左倾程度；当船舶由左倾到正浮过程时，海水对船舶左侧干舷部分的压力逐渐变小，左倾装置中工作油缸7不再受压板9的挤压，此时，左倾装置中减摇重物2在重力的侧分力作用下沿着倾斜台1倾斜面向船舶左舷方向移动，直至移到甲板中间位置，使得推动杆13移动将驱动油缸4中的液压油推至工作油缸7中，进而工作油缸7中工作活塞8恢复至左侧极限位置；当船舶发生右倾时，船舶右侧干舷部分浸入水中，由于左倾装置中倾斜台1倾斜面的倾斜角大于船舶最大航行横摇角，所以在船舶发生右倾时左倾装置中的减摇重物2不会向船舶右舷移动，减摇重物2保持在甲板中间位置，不会加重船舶右倾程度。

以右倾装置为例，当船舶航行过程中发生右倾时，右倾装置与上述左倾装置的工作原理相同，从而减缓船舶右倾程度；当船舶由右倾到正浮过程时，海水对船舶右侧干舷部分的压力逐渐变小，右倾装置中工作油缸7不再受压板9的挤压，此时，右倾装置中减摇重物2在重力的侧分力作用下沿着倾斜台1倾斜面向船舶右舷方向移动，直至移到甲板中间位置，使得推动杆13移动将驱动油缸4中的液压油推至工作油缸7中，进而工作油缸7中工作活塞8恢复至右侧极限位置；当船舶发生左倾时，船舶左侧干舷部分浸入水中，由于右倾装置中倾斜台1倾斜面的倾斜角大于船舶最大航行横摇角，所以在船舶发生左倾时右倾装置中的减摇重物2不会向船舶左舷移动，减摇重物2保持在甲板中间位置，不会加重船舶左倾程度。

本发明弹性防水材料3在受水压变形时的凹陷程度沿着船长方向相同，船体沿船长方向依旧保持非常好的流线型，不会给船舶造成额外的航行阻力，原因如下：

其一：由于工作油缸7的尺寸较大，所以工作活塞8即使有较小的行程移动就能产生丰富的液压油，因此弹性防水材料3沿船长方向的形变量很小；其二：压板9与凹槽边缘之间间隙非常小，所以弹性防水材料3受水压变形时不会嵌入间隙内。因此弹性防水材料3在受水压变形时的凹陷程度沿着船长方向相同，船体沿船长方向依旧保持非常好的流线型，不会给船舶造成额外的航行阻力。

此外，除了上述本发明的具体实施例外，还提出以下4个本发明的补充实施例：

实施例1，如图9和图10所示的改进方案，在一组本发明装置中可以设置三个压板驱动三个工作油缸的液压油汇集到一个驱动油缸中，这样可以使减摇重物2产生更大的位移或者使减摇重物2的重量更大，进而产生更好的附加力矩效果，有效地减缓了船舶的横摇程度。

实施例2，还可以沿船舶干舷方向设置两组、三组甚至多组本发明装置，当船舶航行过程中受风浪作用发生横摇运动时，干舷部分浸入海水的面积非常大，造成海水对干舷的压力很大，这样可以推动多组装置中的减摇重物2来减缓船舶横摇运动程度。

实施例3，可以将倾斜台1和支架5做成可调节的，通过调节倾斜台1的倾斜程度和支架5的长度，使其适应船舶不同程度横摇角的变化。

实施例4，可以将甲板以上的本发明部分设置在货舱或空闲舱室内，节约了船舶甲板空间。

本发明提出一种船舶减摇装置，当船舶在海上航行受风浪作用发生横摇运动时，本发明利用海水对两侧干舷的压力通过移动减摇重物2的方式实现减摇目的，这种装置结构简单且易于安装，在减摇过程中减摇重物2无需人为控制，自动化程度高。此外，越是中小型船舶，其摇摆运动越剧烈，所以本发明对于中小型船舶更有实际应用意义，尤其适用于科考船、中小型客船、海平台供应船和海洋调查船等船舶。

以上所述仅是本发明的优先实施方式，但实现时不受上述实施例限制，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种船舶减摇装置，其特征在于：该装置包括倾斜台(1)、减摇重物(2)、防水弹性材料(3)、驱动油缸(4)、支架(5)、油管(6)、工作油缸(7)、工作活塞(8)、压板(9)、固定铰支座(10)、滑轨(11)、铰链(12)和驱动杆(13)，

在船体两侧干舷位置开设凹槽，所述防水弹性材料(3)将船体干舷上开设的凹槽区域完全包覆，所述固定铰支座(10)固定在凹槽顶部，所述压板(9)设于凹槽内，压板(9)通过转轴与固定铰支座(10)配合，所述工作油缸(7)中设有工作活塞(8)，所述工作活塞(8)通过活塞杆与铰链(12)配合，所述铰链(12)与滑轨(11)配合，所述滑轨(11)固定在压板(9)上，所述驱动油缸(4)通过支架(5)固定在货舱顶部，在驱动油缸(4)与工作油缸(7)之间通过油管(6)连接，所述驱动杆(13)分别连接减摇重物(2)与驱动油缸(4)中的活塞，所述减摇重物(2)与倾斜台(1)上的轨道配合。

2.根据权利要求1所述的一种船舶减摇装置，其特征在于：所述倾斜台(1)安装在船舶甲板上，其长度为1/2船宽，倾斜台(1)中倾斜面与船舶甲板的夹角θ在20°至30°内，在倾斜面上设有轨道。

3.根据权利要求1所述的一种船舶减摇装置，其特征在于：所述工作油缸(7)通过固定螺栓固定在货舱侧壁上。

4.根据权利要求1所述的一种船舶减摇装置，其特征在于：所述驱动油缸(4)通过支架(5)固定在货舱顶部，将驱动油缸(4)倾斜安装，其倾斜程度与倾斜台(1)中的倾斜面倾斜程度相同。

5.根据权利要求1所述的一种船舶减摇装置，其特征在于：所述固定铰支座(10)共需两个，两个固定铰支座分别固定在凹槽顶部，所述压板(9)设于凹槽内，在压板(9)上设有转轴，压板(9)转轴的两端分别与两个固定铰支座配合。

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