CN113772021A - 一种可调节液舱制荡的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可调节液舱制荡的方法，在液舱底部沿船长方向设置一块或多块间断分布的纵向隔板，沿横向设置多条滑轨，纵隔板与滑轨相连接实现沿船宽方向的运动。纵隔板通过弹簧和阻尼器与舱壁相连接，弹簧的劲度系数与阻尼器的阻尼系数可实时调整，根据对液舱的载液率以及外激励的监测，调整过弹簧与阻尼器的参数，使舱内液体的实际一阶共振频率远离外激励频率，防止发生共振；同时，当舱内液体发生晃荡时，在纵隔板、弹簧以及阻尼器的共同作用下，可吸收并耗散液体晃荡的能量，从而降低液舱壁面整体所受的冲击压力，并延长纵隔板的使用寿命，以降低由液舱晃荡带来的安全事故发生的概率，保证船舶行驶的安全。
Description
技术领域
本发明涉及船舶与海洋工程领域，具体为一种可调节液舱制荡的方法。
背景技术
液舱晃荡问题作为科学界与工程界的热点问题之一，一直受到各界科研人员与工程师的广泛关注与研究，特别伴随着LNG船的发展与应用，晃荡问题进一步的凸显其在船舶设计以及船舶安全方面重要性。对于船体结构，液体晃荡带来冲击压力在舱内液体发生共振时对壁面造成的影响最大，因此如何降低晃荡液体造成的冲击压力以及如何使舱内液体的实际一阶固有频率远离外激励频率成为了研究制荡问题以及船舶设计问题的重点。目前常见的改变液舱结构形状的制荡方法，都只能降低局部的晃荡冲击压力，但其余位置很有可能产生压力上升的现象，且设置固定结构的方法极有可能将液体的冲击压力转移到构件上，造成构件的破坏从而产生安全事故。同时改变液舱的结构形状或曾设固定构件的方法只能够将舱内液体的一阶固有频率从一个定值改变为另一个定值，且多为降低其一阶固有频率，但随着液舱载液率的变化，如油轮燃料舱，其舱内液体的一阶固有频率将随着载液率的降低而降低，实际工况中常出现携带高能量的低频外激励，则很有可能伴随着某一载液率和外激励频率的共同发生下，舱内液体发生共振。因此固定结构与构件对于改变舱内液体一阶固有频率从而达到制荡作用的效果在某些工况下有待提高。对于液舱制荡的方法与装置也有待改良，为此提供一种可调节液舱制荡的方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种可调节液舱制荡的方法，不但可以吸收并耗散舱内液体的晃动能量，降低壁面受到的晃荡冲击力，而且能调整在不同的载液率下舱内液体的一阶共振频率，防止其在不同的载液率以及外激励作用下发生共振。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可调节液舱制荡的方法，具体的方法如下：
在液舱底部沿船长方向设置一块或多块间断分布的纵向隔板，通过与沿船宽方向的滑轨相连接实现纵隔板的横向运动，并通过弹簧和阻尼器与舱壁相连接，根据对液舱的载液率以及外激励的监测，调整过弹簧和阻尼器的参数，使得在液舱晃荡的过程中，舱内液体的实际共振频率远离外激励频率，同时在纵隔板、弹簧以及阻尼器的共同作用下，吸收并耗散液体晃荡的能量，从而降低液舱壁面整体所受的冲击压力。
作为本发明的一种优选技术方案，所述纵隔板作为制荡原件，纵隔板的高度为液舱高度的10％-50％。
作为本发明的一种优选技术方案，所述纵隔板为液舱长度的整板或为沿液舱长度均布的多块分板，分布数量为1-4块。
作为本发明的一种优选技术方案，所述纵隔板与液舱壁面通过劲度系数可变的渐增型弹簧相连接，弹簧的劲度系数范围根据液舱尺寸进行调整。
作为本发明的一种优选技术方案，所述阻尼器与弹簧并联，将纵隔板与液舱壁面相连接，阻尼器为阻尼系数可变的阻尼器，阻尼系数范围根据液舱尺寸进行调整。
本发明的有益效果是：1、沿船长方向设置纵隔板，可使晃荡流体流经纵隔板时在板顶端附近产生漩涡，耗散流体的晃荡能量，以此在液舱处于中低装载率时能够较好降低流体对舱壁的冲击压力；
2、纵隔板可沿船宽方向移动，采用弹簧与阻尼器并联将纵隔板与舱壁连接，可使得液舱晃荡时弹簧与阻尼器吸收并逐步耗散流体的晃荡能量，从而进一步降低流体单一舱壁的冲击压力；
3、弹簧与阻尼器能降低中低装载时大幅突变激励引起的流体的对纵隔板对冲击作用，从而可降低纵隔板的强度要求，延长其寿命；
4、弹簧可吸收存储能量，辅助阻尼器实现对晃荡能量的耗散，并起到保护阻尼器的作用，当晃荡较剧烈时，弹簧可暂时的存储能量，同时与阻尼器一起起到支撑纵隔板的作用；
5、弹簧的劲度系数与阻尼器的阻尼系数可实时改变，从而可改变舱内液体的实际一阶固有频率，避免在某种载液率和外激励频率的共同发生下产生液舱内液体共振，对壁面产生巨大冲击压力；避免了固定结构下降低的一阶固有频率正好与实际工况中常见的高能低频现象相重合。不同劲度系数与阻尼系数的配合可调整弹簧与阻尼器在制荡作用中的比重，使装置能适应与各种不同对工况。
附图说明
图1为本发明的可调节液舱制荡装置示意图；
图2为本发明的劲度系数可调弹簧系统安装方法示意图；
图3为本发明的渐增型弹簧图。
图中：1、液压缸，2、密封环，3、内舱壁，4、外舱壁，5、渐增型弹簧。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易被本领域人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例：请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种可调节液舱制荡的方法，具体的方法如下：
在液舱底部沿船长方向设置一块或多块间断分布的纵向隔板，通过与沿船宽方向的滑轨相连接实现纵隔板的横向运动，并通过弹簧和阻尼器与舱壁相连接，根据对液舱的载液率以及外激励的监测，调整过弹簧和阻尼器的参数，使得在液舱晃荡的过程中，舱内液体的实际共振频率远离外激励频率，同时在纵隔板、弹簧以及阻尼器的共同作用下，吸收并耗散液体晃荡的能量，从而降低液舱壁面整体所受的冲击压力。
所述纵隔板作为制荡原件，纵隔板的高度为液舱高度的10％-50％。
所述纵隔板为液舱长度的整板或为沿液舱长度均布的多块分板，分布数量为1-4块。
所述纵隔板与液舱壁面通过劲度系数可变的渐增型弹簧相连接，弹簧的劲度系数范围根据液舱尺寸进行调整。
所述阻尼器与弹簧并联，将纵隔板与液舱壁面相连接，阻尼器为阻尼系数可变的阻尼器，阻尼系数范围根据液舱尺寸进行调整。
工作原理：一种可调节液舱制荡的方法，具体步骤包括制荡装置的原理与设计、纵隔板的高度选择、渐增型弹簧5的选择与安装、阻尼器的选择；如图1所示，使用可进行横向运动的纵隔板与渐增型弹簧5和阻尼器连接，使得液舱在晃荡的过程中，纵隔板能较好的吸收与耗散液体的能量，降低液体对壁面的冲击压力；耗散能量主要由阻尼器以及液体流经横隔板时产生漩涡的过程实现，弹簧可吸收暂存能量，起到降低阻尼器工作负担、保护阻尼器、延长阻尼器寿命的作用，同时低装载时弹簧可降低大幅突变激励下液体对纵隔板的冲击作用；如图1所示，渐增型弹簧的进度系数k与阻尼器的阻尼系数c均为可变参数，一方面可使得渐增型弹簧与阻尼器能更好的配合，实现制荡效果，另一方面可根据液舱的载液率以及外激励频率实时调整舱内液体的实际一阶固有频率，使得在中低装载率时液体的共振频率不至于较低，高装载时不至于较高，且没有定值点使得在某一种装载率和外激励频率共同发生的情况下发生液体共振，产生巨大的壁面冲击压力；由于在中低装载时，液舱晃荡造成的壁面冲击压力较大，且共振效应相对明显，因此，如图1所示，纵隔板的高度不超过液舱高度的一半且不低于液舱高度的十分之一，使用渐增行弹簧与纵隔板相连接实现弹簧的劲度系数可变，如图2所示，渐增型弹簧5一端与液压缸1相连接，当需要改变劲度系数时，液压缸1伸缩使得渐增型弹簧5发生形变，一段的渐增型弹簧被压缩至于液压缸1前段接触，因而改变渐增型弹簧5的实际工作圈数而改变其劲度系数，如图3所示选择渐增型弹簧5。如图1所示阻尼器与弹簧之间采用并联的方式与纵隔板相连接，其阻尼系数可改变，可选用电磁式阻尼器通过改变其电参数实现，或借助其他阻尼器实现，其同时起到改变舱内液体实际一届固有频率以及吸收晃荡能量、降低壁面冲击作用。
上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种可调节液舱制荡的方法，其特征在于：具体的方法如下：
在液舱底部沿船长方向设置一块或多块间断分布的纵向隔板，通过与沿船宽方向的滑轨相连接实现纵隔板的横向运动，并通过弹簧和阻尼器与舱壁相连接，根据对液舱的载液率以及外激励的监测，调整过弹簧和阻尼器的参数，使得在液舱晃荡的过程中，舱内液体的实际共振频率远离外激励频率，同时在纵隔板、弹簧以及阻尼器的共同作用下，吸收并耗散液体晃荡的能量，从而降低液舱壁面整体所受的冲击压力。
2.根据权利要求1所述的一种可调节液舱制荡的方法，其特征在于：所述纵隔板作为制荡原件，纵隔板的高度为液舱高度的10％-50％。
3.根据权利要求1所述的一种可调节液舱制荡的方法，其特征在于：所述纵隔板为液舱长度的整板或为沿液舱长度均布的多块分板，分布数量为1-4块。
4.根据权利要求1所述的一种可调节液舱制荡的方法，其特征在于：所述纵隔板与液舱壁面通过劲度系数可变的渐增型弹簧相连接，弹簧的劲度系数范围根据液舱尺寸进行调整。
5.根据权利要求1所述的一种可调节液舱制荡的方法，其特征在于：所述阻尼器与弹簧并联，将纵隔板与液舱壁面相连接，阻尼器为阻尼系数可变的阻尼器，阻尼系数范围根据液舱尺寸进行调整。
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