CN114313131B - 一种基于螺旋平衡浆的工程船舶减摇方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于螺旋平衡浆的工程船舶减摇方法，包括以下步骤：步骤一、计算船舶的耐波性和可能出现的最大倾覆力矩；步骤二、确定螺旋平衡桨的最大功率；步骤三、根据螺旋平衡桨的功率，选择发动机的最大功率；步骤四、安装螺旋平衡桨；步骤五、在船舶上配置六自由度传感器，以实时获取船舶的运动数据；步骤六、控制中心根据船舶的实时运动数据计算出倾覆力矩和抵抗船舶纵横摇所需要的回复力矩；步骤七、控制中心控制螺旋平衡浆按照计算得到的加速度进行转动。本发明在船舶四周安装垂直于水面的装配式螺旋桨，结合六自由度传感器，转动螺旋桨产生与船舶升沉加速度反方向的推力，提高在涌浪等恶劣海况下工程船舶的施工精度与效率。

Description

一种基于螺旋平衡浆的工程船舶减摇方法

技术领域

本发明涉及工程船舶减摇方法领域。更具体地说，本发明涉及一种基于螺旋平衡浆的工程船舶减摇方法。

背景技术

随着城市交通的不断发展，海洋资源的不断开发，越来越多的跨海桥梁、海上风机建设在波浪条件恶劣的海域。在这些工程中，与常规内河桥梁相比，最大的难题就在于复杂海况将导致海上船舶发生较大的纵横摇运动，从而降低施工质量和效率。

船舶在波浪上将承受波浪产生的波浪力和倾覆力矩，而在船舶产生一定倾角变化后，会导致排水体积的变化，从而提供反方向的浮力和回复力矩；如需减少船舶运动的倾角，在波浪力不变的条件下，便需增大船舶的回复力矩。传统在增加减摇鳍、舭龙骨等方法，在高航速运行的船舶中有一定效果，但在零航速船舶的工程船舶中效果不佳；工程中曾在大型工程中研究过的波浪补偿装置，主要通过平衡船舶两侧的重量分配，形成类似跷跷板的原理，减少船舶横摇，但重物移动所提高的回复力矩较为有限，而平衡系统的周期也很难跟上船舶横摇周期。

综上所述，需要研究一种适应恶劣海况的工程船舶减摇方法。

发明内容

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，本发明的一优选实施方案提供了一种基于螺旋平衡浆的工程船舶减摇方法，包括以下步骤：

步骤一、计算施工海域作业的船舶的耐波性，得到船舶可能出现的最大倾覆力矩；

步骤二、根据最大倾覆力矩和螺旋平衡桨的数量，确定螺旋平衡桨的最大功率和规格型号；

步骤三、根据螺旋平衡桨的功率，选择发动机的最大功率，其中，发动机的最大功率需大于螺旋平衡桨的功率；

步骤四、将螺旋平衡桨安装在船舶的预设位置；

步骤五、在船舶上配置六自由度传感器，以实时获取船舶的运动数据，其包括沿x轴方向、y轴方向、z轴方向的转动角度、角加速度、位移以及加速度；

步骤六、六自由度传感器将船舶的实时运动数据实时传递到控制中心，控制中心根据船舶的实时运动数据计算出倾覆力矩，并根据倾覆力矩计算出抵抗船舶纵横摇所需要的回复力矩；

步骤七、控制中心根据抵抗船舶纵横摇所需要的回复力矩，计算出不同位置螺旋平衡桨需要的加速度，所述控制中心控制螺旋平衡浆按照计算得到的加速度进行转动。

根据本发明的一优选实施方案，所述的基于螺旋平衡浆的工程船舶减摇方法中，在所述步骤一之前，根据施工海域的波浪条件，选定施工海域作业的船舶。

根据本发明的一优选实施方案，所述的基于螺旋平衡浆的工程船舶减摇方法中，所述步骤二之前，根据船舶尺寸和船体结构图，确定船舶的螺旋平衡浆的安装位置和安装数量。

根据本发明的一优选实施方案，所述的基于螺旋平衡浆的工程船舶减摇方法中，所述步骤四中，先在船舶横舱壁所在位置的船舶甲板上焊接吊耳，将螺旋平衡浆通过起重机吊装到甲板附近，再将螺旋平衡桨安装在步骤二中确定的安装位置。

根据本发明的一优选实施方案，所述的基于螺旋平衡浆的工程船舶减摇方法中，所述螺旋平衡桨为多个，均匀分布在船舶周围，相邻两个螺旋平衡桨之间的距离一致。

根据本发明的一优选实施方案，所述的基于螺旋平衡浆的工程船舶减摇方法中，所述步骤五中，在船舶甲板处配置六自由度传感器。

根据本发明的一优选实施方案，所述的基于螺旋平衡浆的工程船舶减摇方法中，所述螺旋平衡桨的外部包裹设置有螺旋保护罩。

本发明至少包括以下有益效果：

本发明提供一种基于螺旋平衡浆的工程船舶减摇方法，通过在船舶四周安装垂直于水面的装配式螺旋桨，结合六自由度传感器，转动螺旋桨产生与船舶升沉加速度反方向的推力，来增加船舶纵横摇阻尼，减小船舶运动姿态，提高在涌浪等恶劣海况下工程船舶的施工精度与效率。

本发明的方法能迅速降低船舶的纵横摇运动响应，大幅度提高施工精度，克服恶劣海况无法作业的难题；

本发明的方法能有效提高船舶在外海或跨海桥梁中的施工窗口期，提高施工进度，保证施工工期；

本发明的方法能避免因大水深导致的单设栈桥等固定式平台所造成的成本增加。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明一实施方案中船舶的布置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变形。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，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是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，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，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

如图1所示，本发明的本发明的一优选实施方案提供了一种基于螺旋平衡浆的工程船舶减摇方法，包括以下步骤：

步骤1、根据施工海域的波浪条件，比如谱峰周期、波向等条件，选定施工海域作业的船舶；

耐波性是指船舶在风浪等外力作用下，产生摇荡运动以及砰击、上浪、失速等现象时仍具有足够的稳性和船体结构强度，并能保持一定的航速安全航行的性能。耐波性通过根据势流理论进行计算，一般可采用商业软件如SESAM等，从而获得船舶在波浪和风荷载下的横摇值大小，可以按排水量乘以船舶在该角度下的静稳性臂获得，静稳性臂指船舶重心到浮心之间的水平距离。

采用势流理论计算施工海域作业的船舶的耐波性，得到船舶可能出现的最大倾覆力矩；对于船舶横摇或纵摇等而言，同一方向各位置的转动角度一样，角速度一样，角加速度一样，根据圆周运动，测量点距离船中的距离，再乘以转动角加速度，就可以得到线加速度a1；平衡浆距离船中的距离，乘以同样的转动角加速度，就可以得到线加速度a2；a2减去a1再加上测量点已测的加速度A1，就可得到螺旋桨处的加速度；如果计算螺旋桨处的竖直向下的加速度比较大，也就是说倾覆力向下，计算出倾覆力矩，

步骤2、根据船舶尺寸和船体结构图，确定船舶1的螺旋平衡浆2的安装位置和安装数量。

其中，所述螺旋平衡浆多采用三叶或四叶螺旋桨，所述螺旋平衡浆在船舶的强骨材区域进行设置，如连接船舶甲板横舱壁或纵强骨材处甲板强度不能满足要求，可与船舶外侧壁进行连接。

步骤3、根据最大倾覆力矩和螺旋平衡桨2的数量，确定螺旋平衡桨2的最大功率和规格型号；

步骤4、根据螺旋平衡桨的功率，选择发动机的最大功率；其中，发动机的最大功率需大于螺旋平衡桨的功率。

步骤5、先在船舶横舱壁所在位置的船舶甲板上焊接吊耳，将螺旋平衡浆2通过起重机吊装到甲板附近，再将螺旋平衡桨2安装在预设的安装位置。其中，所述螺旋平衡桨2为多个，均匀分布在船舶1周围，相邻两个螺旋平衡桨2之间的距离一致。

步骤6、在船舶的甲板处配置六自由度传感器5，以实时获取船舶的运动数据，其包括沿x轴方向、y轴方向、z轴方向的转动角度、角加速度、位移以及加速度；所述六自由度传感器可以只设置一个。

步骤7、六自由度传感器5将船舶1的实时运动数据实时传递到控制中心6，控制中心根据船舶的实时运动数据计算出倾覆力矩，并根据倾覆力矩计算出抵抗船舶纵横摇所需要的回复力矩；

其中，对于船舶横摇或纵摇等而言，同一方向各位置的转动角度一样，角速度一样，角加速度一样，根据圆周运动，测量点距离船中的距离，再乘以转动角加速度，就可以得到线加速度a1；平衡浆距离船中的距离，乘以同样的转动角加速度，就可以得到线加速度a2；a2减去a1再加上测量点已测的加速度A1，就可得到螺旋桨处的加速度；如果计算螺旋桨处的竖直向下的加速度比较大，也就是说倾覆力向下，计算出倾覆力矩，这时候为了实现平衡，就需要给一个竖直向上方向比较大的反力，即回复力矩；如果计算螺旋桨处的竖直向下的加速度比较小，就需要给一个竖直向上方向比较小的反力，这个；通过螺旋浆力的平衡，实现船在波浪下承受的倾覆力矩，与船体在水中的复原力矩+螺旋桨产生的回复力矩相等，从而减少船舶的摇晃运动。

也就是说，船体倾斜的一侧对水产生向下的推力，另一侧产生对水向上的推力，从而在反作用力的作用下，产生足量的回复力矩。

步骤8、控制中心6根据抵抗船舶纵横摇所需要的回复力矩，计算出不同位置螺旋平衡桨2需要的加速度，所述控制中心6控制螺旋平衡浆2按照计算得到的加速度进行转动。

本发明的一些实施方案中，所述螺旋平衡桨2的外部包裹设置有螺旋保护罩3，以保护内部的螺旋平衡桨2。

本发明的一些实施方案中，所述螺旋平衡桨2的安装方向垂直于水面4。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种基于螺旋平衡浆的工程船舶减摇方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、计算施工海域作业的船舶的耐波性，得到船舶可能出现的最大倾覆力矩；

步骤二、根据最大倾覆力矩和螺旋平衡桨的数量，确定螺旋平衡桨的最大功率和规格型号；

步骤三、根据螺旋平衡桨的功率，选择发动机的最大功率，其中，发动机的最大功率需大于螺旋平衡桨的功率；

步骤四、将螺旋平衡桨安装在船舶的预设位置；

步骤五、在船舶上配置六自由度传感器，以实时获取船舶的运动数据，其包括沿x轴方向、y轴方向、z轴方向的转动角度、角加速度、位移以及加速度；

步骤六、六自由度传感器将船舶的实时运动数据实时传递到控制中心，控制中心根据船舶的实时运动数据计算出倾覆力矩，并根据倾覆力矩计算出抵抗船舶纵横摇所需要的回复力矩；

步骤七、控制中心根据抵抗船舶纵横摇所需要的回复力矩，计算出不同位置螺旋平衡桨需要的加速度，所述控制中心控制螺旋平衡浆按照计算得到的加速度进行转动。

2.根据权利要求1所述的基于螺旋平衡浆的工程船舶减摇方法，其特征在于，在所述步骤一之前，根据施工海域的波浪条件，选定施工海域作业的船舶。

3.根据权利要求1所述的基于螺旋平衡浆的工程船舶减摇方法，其特征在于，所述步骤二之前，根据船舶尺寸和船体结构图，确定船舶的螺旋平衡浆的安装位置和安装数量。

4.根据权利要求3所述的基于螺旋平衡浆的工程船舶减摇方法，其特征在于，所述步骤四中，先在船舶横舱壁所在位置的船舶甲板上焊接吊耳，将螺旋平衡浆通过起重机吊装到甲板附近，再将螺旋平衡桨安装在步骤二中确定的安装位置。

5.根据权利要求3所述的基于螺旋平衡浆的工程船舶减摇方法，其特征在于，所述螺旋平衡桨为多个，均匀分布在船舶周围，相邻两个螺旋平衡桨之间的距离一致。

6.根据权利要求5所述的基于螺旋平衡浆的工程船舶减摇方法，其特征在于，所述步骤五中，在船舶甲板处配置六自由度传感器。

7.根据权利要求5所述的基于螺旋平衡浆的工程船舶减摇方法，其特征在于，所述螺旋平衡桨的安装方向垂直于水面。

8.根据权利要求1所述的基于螺旋平衡浆的工程船舶减摇方法，其特征在于，所述螺旋平衡桨的外部包裹设置有螺旋保护罩。

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