CN114701615B - 基于波浪隔膜装置耦合波浪提高港口船舶的稳定系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于波浪隔膜装置耦合波浪提高港口船舶的稳定系统，通过两个涌水管与隔膜箱组成波浪隔膜装置，多个波浪隔膜装置沿船舶的船舷下部间隔布设，电动推杆与隔膜箱和回转驱动装置连接，回转驱动装置与船舷连接，余压探测器和距离传感器与船舶的姿态系统电性连接，气体压力传感器与船舶的压水系统电性连接，电动推杆与船舶的吃水系统电性连接，回转驱动装置与船舶的观测系统电性连接，在风浪过大的情况下，压水系统根据气体压力传感器的触发方位进行对应舱段压水，并耦合距离传感器的感应频率及余压探测器的设定值，调整船舶的姿态使其处于偏顶浪或偏顺浪状态，从而保证船舶在大风浪情况下装卸的稳定。

Description

基于波浪隔膜装置耦合波浪提高港口船舶的稳定系统及方法

技术领域

本发明属于港口船舶稳定技术领域，涉及一种基于波浪隔膜装置耦合波浪提高港口船舶的稳定系统及方法。

背景技术

大型船舶在驶入港口后，面临上货或卸货的问题，需要保证船舶的稳定性，以利于货物的装卸，虽然部分船舶利用下放船锚进入水体底层对船体进行稳定，但由于装卸过程中，随着货物的增加或减少，船舶的吃水深度在不断的发生变化，从而出现自由液面，也即是吃水深度发生波动。

为了保证船舶的吃水深度在装卸过程中的一致性，采用船舶压水系统对双层底压舱水进行调节，双层底压舱是由多个舱段组成，分布于船舶底层的两侧，利用船舶吃水系统对自由液面进行监测，从而改善自由液面以改善船舶的稳定性，避免船舶大幅度摇摆。

但是上述方法只能够在风平浪静的状态下改善船舶装卸时的稳定性，针对大风大浪的情况时，即便通过船舶的观测系统能够准确及时地确定来流和涌浪方向，但是也不能够及时精准调整船舶的姿态，导致船舶姿态系统调姿失效，从而导致船舶在大风大浪装卸的情况下稳定性降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于波浪隔膜装置耦合波浪提高港口船舶的稳定系统及方法，采用两个涌水管与隔膜箱组成波浪隔膜装置，两个涌水管位于隔膜箱同一侧的与其连通，上下两个涌水管和隔膜箱内分别设置气体压力传感器、距离传感器和余压探测器，多个波浪隔膜装置沿船舶的船舷下部间隔布设，电动推杆与隔膜箱和回转驱动装置连接，回转驱动装置与船舷连接，余压探测器和距离传感器与船舶的姿态系统电性连接，气体压力传感器与船舶的压水系统电性连接，电动推杆与船舶的吃水系统电性连接，回转驱动装置与船舶的观测系统电性连接，在风浪过大的情况下，压水系统根据气体压力传感器的触发方位进行对应舱段压水，并耦合距离传感器的感应频率及余压探测器的设定值，调整船舶的姿态使其处于偏顶浪或偏顺浪状态，从而保证船舶在大风浪情况下装卸的稳定。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于波浪隔膜装置耦合波浪提高港口船舶的稳定系统，它包括隔膜箱、涌水管、电动推杆和回转驱动装置；所述涌水管与隔膜箱连通，电动推杆的伸缩端与隔膜箱连接，电动推杆的固定端与回转驱动装置的回转座连接；两个涌水管位于隔膜箱的同一端上下间隔布设，其内部分别设置有气体压力传感器和距离传感器，隔膜箱内设置有余压探测器。

所述隔膜箱为中空的箱体，位于内部设置的壳体隔膜将箱体分隔成液体腔和压力腔，余压探测器的感应端位于压力腔内。

所述隔膜箱的箱体外壁设置有连接座，电动推杆的伸缩端与连接座的轴孔配合，紧固件穿过轴孔和伸缩端。

所述涌水管包括竖管连接的水平管，以及与竖管一侧连接锥形管，水平管与隔膜箱连通，锥形管的开口端远离隔膜箱。

所述涌水管的竖管内设置管隔膜，锥形管位于管隔膜一侧与竖管连通，管隔膜上部的竖管端头设置密封盖形成密封腔；与密封盖连接的气体压力传感器和距离传感器的感应端位于密封腔内。

所述电动推杆的固定端设置的连接柱与回转驱动装置的回转座连接，回转座由回转电机驱动。

所述隔膜箱和涌水管内的壳体隔膜和管隔膜皆为半圆形的中空结构，在受到外力冲击后发生形变。

所述余压探测器和距离传感器与船舶的姿态系统电性连接，气体压力传感器与船舶的压水系统电性连接，电动推杆与船舶的吃水系统电性连接，回转驱动装置与船舶的观测系统电性连接。

所述距离传感器的感应端朝下与管隔膜连接的感应板对应。

如上所述的基于波浪隔膜装置耦合波浪提高港口船舶的稳定系统的稳定方法，它包括如下步骤：

S1，安装，多个波浪隔膜装置设置于船舶的船舷下部，回转驱动装置与船舷连接；波浪隔膜装置是由隔膜箱和两个涌水管连接组成；

S2，高度调节，船舶的吃水系统提供船舶的吃水深度，电动推杆启动，驱动波浪隔膜装置下降，当两个涌水管的锥形管位于吃水水位上下后停止；此时，其中一个锥形管位于吃水水位下部，另一个锥形管位于吃水水位上部；

S3，方位调节，船舶的观测系统提供水流和涌浪方向，回转驱动装置启动，驱动电动推杆转动，波浪隔膜装置随其转动，当各波浪隔膜装置的锥形管朝向水流和涌浪方向时停止；

S4，压水，在风浪过大的情况下，浪头从吃水水位上部的锥形管进入涌水管的竖管时，冲击该竖管内的管隔膜，管隔膜发生形变使其上部密封腔内的空气压缩，被气体压力传感器感应后发送至压水系统，压水系统根据该气体压力传感器所在的船舶方位调整对应的双层底压舱的舱段水位；

S5，耦合，当同一方位的波浪隔膜装置内的距离传感器感应的数值发生频繁波动，且余压探测器探测的余压值达到设定值时，姿态系统及时精准调整船舶的姿态；姿态调整时将船舶的自动舵改为手动舵，使船舶处于偏顶浪或偏顺浪状态。

本发明的有益效果在于：

采用两个涌水管与隔膜箱一端连通组成波浪隔膜装置，多个波浪隔膜装置分布于船舶的船舷下侧。

两个涌水管和隔膜箱内分别设置有气体压力传感器、距离传感器和余压探测器，气体压力传感器与船舶的压水系统连接，余压探测器和距离传感器与船舶的姿态系统连接。

电动推杆与隔膜箱和回转驱动装置连接，回转驱动装置与船舷连接，电动推杆和回转驱动装置还与船舶的吃水系统和观测系统连接。

电动推杆根据船舶的吃水系统提供船舶的吃水深度，实时调节波浪隔膜装置的高度，使其两个锥形管分别位于吃水水位线的上部和下部。

回转驱动装置根据船舶的观测系统提供的水流和涌浪方向，实时调整波浪隔膜装置的锥形管的朝向，使其始终朝向水流和涌浪方向。

压水系统根据某一方位波浪隔膜装置的气体压力传感器发生的变化，确定并调整对应双层底压舱的舱段水位。

当同一方位的波浪隔膜装置内的距离传感器感应的数值发生频繁波动，且余压探测器探测的余压值达到设定值时，姿态系统及时精准调整船舶的姿态，姿态调整时将船舶的自动舵改为手动舵，使船舶处于偏顶浪或偏顺浪状态。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明：

图1为本发明整的使用状态图。

图2为图1的主视示意图。

图3为图2的俯视示意图。

图4为本发明波浪隔膜装置的结构示意图。

图5为图4的主视示意图。

图6为图5的侧视示意图。

图7为图6的俯视示意图。

图8为图7的A-A处剖视示意图。

图9为本发明壳体隔膜和管隔膜的结构示意图。

图10为本发明船舶各系统的连接简图。

图中：隔膜箱1，壳体隔膜11，液体腔12，压力腔13，余压探测器14，连接座15，涌水管2，锥形管21，管隔膜22，密封盖23，气体压力传感器24，距离传感器25，感应板26，电动推杆3，连接柱31，回转驱动装置4，回转座41，回转电机42。

具体实施方式

如图1~图10中，一种基于波浪隔膜装置耦合波浪提高港口船舶的稳定系统，它包括隔膜箱1、涌水管2、电动推杆3和回转驱动装置4；所述涌水管2与隔膜箱1连通，电动推杆3的伸缩端与隔膜箱1连接，电动推杆3的固定端与回转驱动装置4的回转座41连接；两个涌水管2位于隔膜箱1的同一端上下间隔布设，其内部分别设置有气体压力传感器24和距离传感器25，隔膜箱1内设置有余压探测器14。使用时，两个涌水管2与隔膜箱1组成波浪隔膜装置，多个波浪隔膜装置沿船舶的船舷下部间隔布设，电动推杆3与隔膜箱1和回转驱动装置4连接，回转驱动装置4与船舷连接，余压探测器14与船舶的姿态系统电性连接，气体压力传感器24与船舶的压水系统电性连接，距离传感器25和电动推杆3与船舶的吃水系统电性连接，回转驱动装置4与船舶的观测系统电性连接，在风浪过大的情况下，压水系统根据气体压力传感器24的触发方位进行对应舱段压水，并耦合距离传感器25的感应频率及余压探测器14的设定值，调整船舶的姿态使其处于偏顶浪或偏顺浪状态，从而保证船舶在大风浪情况下装卸的稳定。

优选地方案中，所述隔膜箱1为中空的箱体，位于内部设置的壳体隔膜11将箱体分隔成液体腔12和压力腔13，余压探测器14的感应端位于压力腔13内。使用时，隔膜箱1的液体腔12内的水对壳体隔膜11施加压力，壳体隔膜11发生形变后压缩压力腔13内的空气，余压探测器14探测压力腔13内的余压。

优选地方案中，所述隔膜箱1的箱体外壁设置有连接座15，电动推杆3的伸缩端与连接座15的轴孔配合，紧固件穿过轴孔和伸缩端。使用时，电动推杆3驱动隔膜箱1上下运动，调整隔膜箱1的高度。

优选地方案中，所述涌水管2包括竖管连接的水平管，以及与竖管一侧连接锥形管21，水平管与隔膜箱1连通，锥形管21的开口端远离隔膜箱1。使用时，锥形管21朝向来流和涌浪的方向，从而使水从锥形管21沿涌水管2进入隔膜箱1的液体腔12内。

优选地方案中，所述涌水管2的竖管内设置管隔膜22，锥形管21位于管隔膜22一侧与竖管连通，管隔膜22上部的竖管端头设置密封盖23形成密封腔；与密封盖23连接的气体压力传感器24和距离传感器25的感应端位于密封腔内。使用时，两个涌水管2的下部的一个涌水管2位于船舶吹水水位线以下，上部的一个涌水管2位于船舶吹水水位线以上。

优选地，当浪头从上部的一个涌水管2的锥形管21涌入后，使其对应的管隔膜22发生形变，压缩该密封腔内的空气，从而使气体压力传感器24感应气体压力的变化。

优选地，当液体腔12内的水从下部的一个涌水管2的锥形管21排出时，或者船舶吃水水位线以下的水从下部的一个涌水管2的锥形管21涌入时，与该锥形管21对应的管隔膜22发生形变，从而被距离传感器25感应。

优选地方案中，所述电动推杆3的固定端设置的连接柱31与回转驱动装置4的回转座41连接，回转座41由回转电机42驱动。使用时，回转驱动装置4的回转电机42驱动回转座41转动带动电动推杆3转动，从而使波浪隔膜装置随其转动调整锥形管21的方向。

优选地方案中，所述隔膜箱1和涌水管2内的壳体隔膜11和管隔膜22皆为半圆形的中空结构，在受到外力冲击后发生形变。制作时，壳体隔膜11和管隔膜22皆采用聚四氟乙烯膜片制备，壳体隔膜11半圆形中空的内凹端朝向压力腔13，管隔膜22半圆形中空的内凹端朝向密封腔。

优选地方案中，所述余压探测器14和距离传感器25与船舶的姿态系统电性连接，气体压力传感器24与船舶的压水系统电性连接，电动推杆3与船舶的吃水系统电性连接，回转驱动装置4与船舶的观测系统电性连接。使用时，余压探测器14和距离传感器25感应的数值耦合气体压力传感器24的设定值，用于姿态系统调整船舶的姿态。

优选地方案中，所述距离传感器25的感应端朝下与管隔膜22连接的感应板26对应。使用时，当管隔膜22发生形变时，推动感应板26向上或向下运动，从而使距离传感器25的感应值发生变化。

优选地，感应板26包括平板连接杆体，杆体另一端与管隔膜22连接，平板和杆体采用轻质塑料制作。

优选地方案中，如上所述的基于波浪隔膜装置耦合波浪提高港口船舶的稳定系统的稳定方法，它包括如下步骤：

S1，安装，多个波浪隔膜装置设置于船舶的船舷下部，回转驱动装置4与船舷连接；波浪隔膜装置是由隔膜箱1和两个涌水管2连接组成；

S2，高度调节，船舶的吃水系统提供船舶的吃水深度，电动推杆3启动，驱动波浪隔膜装置下降，当两个涌水管2的锥形管21位于吃水水位上下后停止；此时，其中一个锥形管21位于吃水水位下部，另一个锥形管21位于吃水水位上部；

S3，方位调节，船舶的观测系统提供水流和涌浪方向，回转驱动装置4启动，驱动电动推杆3转动，波浪隔膜装置随其转动，当各波浪隔膜装置的锥形管21朝向水流和涌浪方向时停止；

S4，压水，在风浪过大的情况下，浪头从吃水水位上部的锥形管21进入涌水管2的竖管时，冲击该竖管内的管隔膜22，管隔膜22发生形变使其上部密封腔内的空气压缩，被气体压力传感器24感应后发送至压水系统，压水系统根据该气体压力传感器24所在的船舶方位调整对应的双层底压舱的舱段水位；

S5，耦合，当同一方位的波浪隔膜装置内的距离传感器25感应的数值发生频繁波动，且余压探测器14探测的余压值达到设定值时，姿态系统及时精准调整船舶的姿态；姿态调整时将船舶的自动舵改为手动舵，使船舶处于偏顶浪或偏顺浪状态。

上述方法通过在船舶船舷的下部设置多个波浪隔膜装置，利用波浪浪头和涌流冲击管隔膜22和壳体隔膜11，使其发生形变，从而改变其密封腔和压力腔13的压力，利用气体压力传感器24感应浪头的高度和确定浪头的具体方位，使压水系统精准调节对应舱段的水位，利用距离传感器25的波动频率耦合余压探测器14的设定值，使姿态系统及时精准调整船舶的姿态，同时控制船舶处于偏顶浪或偏顺浪状态，保持在大风浪及装卸过程中船舶的稳定。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于波浪隔膜装置耦合波浪提高港口船舶的稳定系统，其特征是：它包括隔膜箱（1）、涌水管（2）、电动推杆（3）和回转驱动装置（4）；所述涌水管（2）与隔膜箱（1）连通，电动推杆（3）的伸缩端与隔膜箱（1）连接，电动推杆（3）的固定端与回转驱动装置（4）的回转座（41）连接；两个涌水管（2）位于隔膜箱（1）的同一端上下间隔布设，其内部分别设置有气体压力传感器（24）和距离传感器（25），隔膜箱（1）内设置有余压探测器（14）；

所述余压探测器（14）和距离传感器（25）与船舶的姿态系统电性连接，气体压力传感器（24）与船舶的压水系统电性连接，电动推杆（3）与船舶的吃水系统电性连接，回转驱动装置（4）与船舶的观测系统电性连接；

所述距离传感器（25）的感应端朝下与管隔膜（22）连接的感应板（26）对应；

其稳定方法包括如下步骤：

S1，安装，多个波浪隔膜装置设置于船舶的船舷下部，回转驱动装置（4）与船舷连接；波浪隔膜装置是由隔膜箱（1）和两个涌水管（2）连接组成；

S2，高度调节，船舶的吃水系统提供船舶的吃水深度，电动推杆（3）启动，驱动波浪隔膜装置下降，当两个涌水管（2）的锥形管（21）位于吃水水位上下后停止；此时，其中一个锥形管（21）位于吃水水位下部，另一个锥形管（21）位于吃水水位上部；

S3，方位调节，船舶的观测系统提供水流和涌浪方向，回转驱动装置（4）启动，驱动电动推杆（3）转动，波浪隔膜装置随其转动，当各波浪隔膜装置的锥形管（21）朝向水流和涌浪方向时停止；

S4，压水，在风浪过大的情况下，浪头从吃水水位上部的锥形管（21）进入涌水管（2）的竖管时，冲击该竖管内的管隔膜（22），管隔膜（22）发生形变使其上部密封腔内的空气压缩，被气体压力传感器（24）感应后发送至压水系统，压水系统根据该气体压力传感器（24）所在的船舶方位调整对应的双层底压舱的舱段水位；

S5，耦合，当同一方位的波浪隔膜装置内的距离传感器（25）感应的数值发生频繁波动，且余压探测器（14）探测的余压值达到设定值时，姿态系统及时精准调整船舶的姿态；姿态调整时将船舶的自动舵改为手动舵，使船舶处于偏顶浪或偏顺浪状态。

2.根据权利要求1所述的基于波浪隔膜装置耦合波浪提高港口船舶的稳定系统，其特征是：所述隔膜箱（1）为中空的箱体，位于内部设置的壳体隔膜（11）将箱体分隔成液体腔（12）和压力腔（13），余压探测器（14）的感应端位于压力腔（13）内。

3.根据权利要求2所述的基于波浪隔膜装置耦合波浪提高港口船舶的稳定系统，其特征是：所述隔膜箱（1）的箱体外壁设置有连接座（15），电动推杆（3）的伸缩端与连接座（15）的轴孔配合，紧固件穿过轴孔和伸缩端。

4.根据权利要求1所述的基于波浪隔膜装置耦合波浪提高港口船舶的稳定系统，其特征是：所述涌水管（2）包括竖管连接的水平管，以及与竖管一侧连接锥形管（21），水平管与隔膜箱（1）连通，锥形管（21）的开口端远离隔膜箱（1）。

5.根据权利要求4所述的基于波浪隔膜装置耦合波浪提高港口船舶的稳定系统，其特征是：所述涌水管（2）的竖管内设置管隔膜（22），锥形管（21）位于管隔膜（22）一侧与竖管连通，管隔膜（22）上部的竖管端头设置密封盖（23）形成密封腔；与密封盖（23）连接的气体压力传感器（24）和距离传感器（25）的感应端位于密封腔内。

6.根据权利要求1所述的基于波浪隔膜装置耦合波浪提高港口船舶的稳定系统，其特征是：所述电动推杆（3）的固定端设置的连接柱（31）与回转驱动装置（4）的回转座（41）连接，回转座（41）由回转电机（42）驱动。

7.根据权利要求1所述的基于波浪隔膜装置耦合波浪提高港口船舶的稳定系统，其特征是：所述隔膜箱（1）和涌水管（2）内的壳体隔膜（11）和管隔膜（22）皆为半圆形的中空结构，在受到外力冲击后发生形变。

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