CN114166499A - 一种可伸缩的安全系泊系统模型试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可伸缩的安全系泊系统模型试验装置，用于船舶，包括供能组件；供能组件顶部设置有若干个供能连接口；调节组件设置有若干个；调节组件通过供能连接口与供能组件通过输送件连接；输送件上还设置有单向封闭件；调节组件一端与缆绳固定连接；缆绳与船舶固定连接。本试验装置可以有效地避免断缆现象的发生，并可以简化试验过程中预张力的调节过程，同时制作相对投入小，安装调试方便，且后期维护成本低。

Description

一种可伸缩的安全系泊系统模型试验装置

技术领域

本发明涉及海洋工程试验技术领域，特别是涉及一种可伸缩的安全系泊系统模型试验装置。

背景技术

港口系泊安全性影响因素因素十分复杂，既有自然条件的风、浪、流等外界自然条件的影响，也受船舶、码头及系泊形式等自身参数的影响。在码头和船舶一定的条件下，系泊缆和外界环境条件对系泊安全性起决定性的作用。目前船舶采用的系缆方式和设施，在某些波浪条件作用下，船舶某些自由度的运动量变化幅度会非常大，这样缆绳会出现松弛张紧反复交替的现象，缆绳间的缆力非常不均匀，并且极易产生较大的冲击张力，造成缆绳疲劳，从而引发断缆的风险。

为解决上述问题，一种可伸缩恒张力系泊系统将应用在码头系泊上，为了测试这种装置的应用效果，需要进行前期模型或现场测试。作为一种新型的系泊系统，通过物理模型试验研究恒张力系泊控制系统的动态响应规律，能有效推进对恒张力系泊控制系统的了解，对恒张力系泊系统的改进和应用具有重要的指导意义，而目前相关的模型试验装置还未有开发，以往试验都是采用传统的系泊技术，即固定系缆点，然后通过缆绳将固定系缆点与船上的绞车连接。

发明内容

本发明的目的是提供一种可伸缩的安全系泊系统模型试验装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够在物理模型试验中研究恒张力系泊装置对中长周期波浪下船舶或其他浮体结构模型运动的抑制作用。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种可伸缩的安全系泊系统模型试验装置，用于船舶或其他浮体结构模型，包括供能组件；所述供能组件顶部设置有若干个供能连接口；

调节组件；所述调节组件设置有若干个；所述调节组件通过所述供能连接口与所述供能组件通过输送件连接；所述输送件上还设置有单向封闭件；所述调节组件一端与缆绳固定连接；所述缆绳与所述船舶或其他浮体结构模型固定连接。

所述船舶或其他浮体结构模型一侧壁关于所述船舶或其他浮体结构模型中心对称设有至少两根所述缆绳；每一所述缆绳均与一所述调节组件固定连接。

所述调节组件包括气缸，设置在所述气缸内的活塞杆；所述活塞杆的一端伸出所述气缸一端，且与所述缆绳固定连接。

所述气缸顶部两侧均开设有一输出连接口，靠近所述活塞杆伸出端的所述输出连接口上安装有压力表；另一所述输出连接口与所述输送件连通。

所述输送件为中空气管；所述中空气管两端分别通过快速接头与所述供能连接口和输出连接口连通；

所述快速接头包括快速接头公头和快速接头母头；所述中空气管两端分别固定连接有所述快速接头公头；所述供能连接口和输出连接口处均安装有所述快速接头母头；所述快速接头公头和快速接头母头相互配合；所述压力表也通过所述快速接头安装在所述输出连接口上。

所述单向封闭件为单向节流阀；所述单向节流阀限定气流从所述供能连接口流向所述输出连接口。

所述供能组件为储气罐；所述储气罐顶部开设的每一所述供能连接口均与一所述输送件连通；所述储气罐底部还安装有排水阀。

本发明公开了以下技术效果：可伸缩的安全系泊系统模型试验装置作为一个单独的试验模块，可以较方便地与其他试验器材组合，实现新型系泊系统模拟测试的试验需求。可伸缩的安全系泊系统模型试验装置可以有效地避免断缆现象的发生，降低船舶/其他浮体结构模型的运动幅度，同时制作相对投入小，安装调试方便，且后期维护成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为船舶与缆绳连接示意图；

图2为整体结构示意图；

图3为快速接头结构示意图；

图4为单向节流阀结构示意图；

图5为本发明另一实施例结构示意图；

图6为本发明系绳结构示意图；

其中，1、缆绳；2、气缸；3、活塞杆；4、输出连接口；5、压力表；6、中空气管；7、快速接头公头；8、快速接头母头；9、单向节流阀；10、储气罐；11、安全阀；12、先导式溢流阀；13、定差式溢流阀；14、先导式减压阀；15、压强传感器；16、空气压缩机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种可伸缩的安全系泊系统模型试验装置，一种可伸缩的安全系泊系统模型试验装置，用于船舶/其他浮体结构模型，包括供能组件；供能组件顶部设置有若干个供能连接口；

调节组件；调节组件设置有若干个；调节组件通过供能连接口与供能组件通过输送件连接；输送件上还设置有单向封闭件；调节组件一端与缆绳1固定连接；缆绳1与船舶/其他浮体结构模型固定连接。

船舶/其他浮体结构模型一侧壁关于船舶/其他浮体结构模型中心对称设有至少两根缆绳1；每一缆绳1均与一调节组件固定连接。

调节组件包括气缸2，设置在气缸2内的活塞杆3；活塞杆3的一端伸出气缸2一端，且与缆绳1固定连接。

气缸2顶部两侧均开设有一输出连接口4，靠近活塞杆3伸出端的输出连接口4上安装有压力表5；另一输出连接口4与输送件连通。

输送件为中空气管6；中空气管6两端分别通过快速接头与供能连接口和输出连接口4连通；

快速接头包括快速接头公头7和快速接头母头8；中空气管6两端分别固定连接有快速接头公头7；供能连接口和输出连接口4处均安装有快速接头母头8；快速接头公头7和快速接头母头8相互配合；压力表4也通过快速接头安装在输出连接口4上。

单向封闭件为单向节流阀9；单向节流阀9限定气流从供能连接口流向输出连接口4。

供能组件为储气罐10；储气罐10顶部开设的每一供能连接口均与一输送件连通；储气罐10底部还安装有安全阀11。

在本发明的一个实施例中，通过该装置可以实现缆绳1受到恒定的拉力F，缆绳1的破断力为T0，根据规范要求，缆绳1的最大拉力不应大于50％的最小破断力，故为了安全起见，此处设F＝0.45*T0，通过活塞杆3的来回变化改变腔室内的压强，进而保证恒定的拉力F值。

进一步的，现有技术中，船舶/其他浮体结构模型发生了较大的位移后，采用常规缆绳1的话，一侧的缆绳1的伸长会较大，造成较大的缆绳1拉力，而另一侧缆绳1会松弛，缆绳1受力会较小，缆绳1之间拉力不均匀性增大。而采用本发明后，则通过活塞杆3的行程，控制缆绳拉力在一稳定数值。

进一步的，恒张力系泊试验装置包括储气罐10，储气罐10下方设有安全阀11，上方还设有压力表5，压力表5安装在中心位置的供能连接口出，其余供能连接口连通进气口和出气口的气管。

储气罐10罐体有4个气孔。

快速接头起到封闭气孔的作用。

气缸2的两侧输出连接孔分别与快速接头母头9连接。远离活塞杆3的一侧连接中空气管6。其中气缸2分为两个腔室，一个腔室的横截面积是S1，一个腔室的横截面积是S2。S2和S1的关系如下：

P1S1＝P2S2+F，通过活塞杆3的运动，调节两个腔室的压强值P1和P2，使等式成立，从而保证系泊缆绳对船舶一个恒定的约束力。

外力拉动活塞杆3向外运动时，因为压力的变化，储气罐10内的气体通过中空气管6和单向节流阀9向气缸流动，但受到单向节流阀9的影响，保持恒定流速，实现活塞杆3对外的恒定张力。

在本发明的另一个实施例中，如图5，缆绳1与拉杆相连，拉杆为活塞杆3；气缸2两输出连接口4连接有两中空气管6；两中空气管6通过三通与另一中空气管6连接；且另一中空气管6上安装有定差式减压阀13；气缸2右侧中空气管6上安装有先导式溢流阀12，且与储气罐10连通；气缸2左侧中空气管6通过先导式减压阀14连接有一中转腔，中转腔连通有空气压缩机16。

P1为气缸2右侧右腔室内的压强，P2为气缸2左侧左腔室内的压强，拉杆直径d与腔室直径D的比值为0.1，S2为右腔室的作用面积，S1为左腔室的作用面积，

因此可认为S1≈S2＝S，F为外部拉力，本装置的预张力和恒定值都为F(即缆绳始终保持F的作用力)。

1试验前先不接中空气管6，将活塞杆3推到初始状态，然后调定P1S＝P2 S，压差值P1-P2＝0，接上气管设置并将缆绳分别于停靠船舶和装置相连接。

2左腔室内气压在稳定状态下始终保持为大气压P0，先导式溢流阀设定值为大气压。

3施加预张力到F，此时通过仪表人为记录(或是控制系统记录)压强差P1-P2，这是一个定值C，根据F+P2S＝P1S，F＝(P1-P2)*S。

4右腔室内气压在稳定状态下始终保持为P1＝(F+P2S)/S。

5选定定差式溢流阀差值为P1-P2，先导式减压阀的出口压力为P1＝(F+P2S)/S。

6工作前系统稳定为F+P2S＝P1S；

7工作开始时加大拉力F，使得F>P1S-P2S，活塞杆3向右移动，P1增大，P2随之减小，此时压力差大于定差式溢流阀调定压力差，定差式溢流阀打开，直到压差降至C＝P1-P2；随着活塞杆3向右移动，F减小，直至变成F＝P1S-P2S＝(P1-P2)*S，因为P1-P2＝C为定值，所以F的值稳定后保持不变。该过程持续调节F的大小恒定且单次时间较短，可以认为系统始终保持恒定力。

8当拉力F减小时，则F<P1S-P2S，活塞杆3向左移动，P1减小，P2随之增大，此时P2大于大气压，先导式溢流阀打开，使得P2减小为大气压，同时P1<(F+P2S)/S，减压阀打开，使得P1＝(F+P2S)/S；随着活塞杆3向左移动，F增大，直至变成F＝P1S-P2S＝(P1-P2)*S，因为P1-P2＝C为定值，所以F的值稳定后保持不变。该过程持续调节F的大小恒定且单次时间较短，可以认为系统始终保持恒定力。

9持续作业过程中，右腔室内气压的增大通过空气压缩机，气压的减小通过定差式溢流阀将空气压入左腔室内；左腔室内气压的增大通过右腔室将空气压入，减小通过先导式溢流阀。

进一步添加装置：在右腔室内安装高精度压强传感器，监测P1；

在左腔室内安装高精度压强传感器，监测P2；

添加控制器，用于调节定差式溢流阀和减压阀调定值大小；

添加小型空气压缩机16，用于调节P1大小，保证P1-P2＝C；

添加定差式溢流阀13，用于减小右腔室气压，增大左腔室气压；

添加先导式溢流阀12，用于控制左腔室内气压为大气压。

例选定船舶吨级原型为20万吨散货船，船舶的原型参数和模拟参数如表1所示，根据工程经验，原型需要缆绳为20根缆绳，模型中的系缆方式如图6所示。

较短的缆绳受力往往较大，容易超标，因此选取较短的缆绳替换为本发明原方案装置，具体布置方案如图6所示，模型中缆绳的最小破断力为2.78N(原型对应为600kN),考虑到缆绳的安全富裕度，故本发明装置的所需恒定调节拉力设置2.78N的45％左右，即1.25N；进一步的，选定气缸及活塞杆3(他们的体积长度30cm，初始气压值为大气压，活塞杆3直径1.5cm)；当有超过界定拉力1.25N(超过数值区间)时，拉动活塞杆3，活塞杆3的移动距离区间为30cm。通过定差式溢流阀和减压阀的调节，保证拉力F恒定在1.25N左右。

表1 20万吨散货船模拟参数(比尺1:60)

满载	实船	模型	单位
				船总长	312	5.20	m
船型宽	50	0.83	m
				型深	25.5	0.43	m
吃水	18.5	0.31	m
				排水量	233238000	1079.81	Kg

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种可伸缩的安全系泊系统模型试验装置，用于船舶，其特征在于，包括：供能组件；所述供能组件顶部设置有若干个供能连接口；

调节组件；所述调节组件设置有若干个；所述调节组件通过所述供能连接口与所述供能组件通过输送件连接；所述输送件上还设置有单向封闭件；所述调节组件一端与缆绳(1)固定连接；所述缆绳(1)与所述船舶固定连接。

2.根据权利要求1所述的可伸缩的安全系泊系统模型试验装置，其特征在于：所述船舶一侧壁关于所述船舶中心对称设有至少两根所述缆绳(1)；每一所述缆绳(1)均与一所述调节组件固定连接。

3.根据权利要求2所述的可伸缩的安全系泊系统模型试验装置，其特征在于：所述调节组件包括气缸(2)，设置在所述气缸(2)内的活塞杆(3)；所述活塞杆(3)的一端伸出所述气缸(2)一端，且与所述缆绳(1)固定连接。

4.根据权利要求3所述的可伸缩的安全系泊系统模型试验装置，其特征在于：所述气缸(2)顶部两侧均开设有一输出连接口(4)，靠近所述活塞杆(3)伸出端的所述输出连接口(4)上安装有压力表(5)；另一所述输出连接口(4)与所述输送件连通。

5.根据权利要求4所述的可伸缩的安全系泊系统模型试验装置，其特征在于：所述输送件为中空气管(6)；所述中空气管(6)两端分别通过快速接头与所述供能连接口和输出连接口(4)连通；

所述快速接头包括快速接头公头(7)和快速接头母头(8)；所述中空气管(6)两端分别固定连接有所述快速接头公头(7)；所述供能连接口和输出连接口(4)处均安装有所述快速接头母头(8)；所述快速接头公头(7)和快速接头母头(8)相互配合；所述压力表(4)也通过所述快速接头安装在所述输出连接口(4)上。

6.根据权利要求5所述的可伸缩的安全系泊系统模型试验装置，其特征在于：所述单向封闭件为单向节流阀(9)；所述单向节流阀(9)限定气流从所述供能连接口流向所述输出连接口(4)。

7.根据权利要求1所述的可伸缩的安全系泊系统模型试验装置，其特征在于：所述供能组件为储气罐(10)；所述储气罐(10)顶部开设的每一所述供能连接口均与一所述输送件连通；所述储气罐(10)底部还安装有安全阀(11)。

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