CN114715558B - 一种半主动式制荡装置以及制荡方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种半主动式制荡装置以及制荡方法，包括储液载体，所述储液载体的内部两端均设有导轨，所述导轨上设有滑块，所述滑块上连接有网墙，所述网墙由若干个多孔网构成，所述网墙的中部设有网墙水平中线。上浮式多孔网墙直接作用于近自由表面的高速流体，其既可以利用尖端产生的剪切层耗散流体能量，也可以通过网墙的阻尼效应耗散流体能量，因此其制荡效果优于普通的竖直挡板与分割储液结构的网格，同时其不会受到装载率的影响，在任何装载工况都能起到较好的制荡效果；在合适的孔隙率下，上浮式多孔网墙不仅能起到优于竖直挡板的制荡效果，还能减小其本身受到的流体载荷，提高其本身的安全性。

Description

一种半主动式制荡装置以及制荡方法
技术领域
本发明涉及船舶与海洋工程领域，具体为一种半主动式制荡装置以及制荡方法。
背景技术
晃荡作为流体力学领域的热点研究问题之一，其广泛出现在各类装载液货的运输设备与储存设备中。在具有自由液面的储液载体中，外部激励引起的液体晃荡将会对载体的运动和结构带来影响。在船舶领域中，自由流体的晃荡影响是LNG船等液货船设计中不可忽略的重要因素。当LNG船的装载率在10％-70％之间时，舱内液体将发生剧烈运动，特别在30％左右的低装载率下，晃荡液体将对舱壁结构带来较大的冲击，当外部激励频率接近舱中液体的固有频率时，强大的冲击作用将会对结构的安全造成威胁甚至造成破坏。目前，抑制自由流体晃荡的方法主要可分为主动式与被动式两种。主动制荡需要借助外部控制干预自由流体的运动，被动制荡方法则以固定结构与漂浮结构为主。主动制荡方法制荡效果明显，但需要时刻保持对参数进行精确的控制，同时需要源源不断消耗能量以平衡晃荡液体的能量。被动式制荡方法在设置结束后不需要再对其进行调整，但其适用工况有限，在特殊的工况中甚至会是晃荡现象加剧。因此，对于传统的制荡方法，很多方面都有待改良；为此提供了一种半主动式制荡装置以及制荡方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种半主动式制荡装置以及制荡方法，以解决上述背景技术提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种半主动式制荡装置，包括储液载体，所述储液载体的内部两端均设有导轨，所述导轨上设有滑块，所述滑块上连接有网墙，所述网墙由若干个多孔网构成，所述网墙的中部设有网墙水平中线。
作为本发明的一种优选技术方案，所述导轨通过螺栓安装在储液载体的内部两端上，所述滑块与导轨活动相连。
作为本发明的一种优选技术方案，所述多孔网的两端均通过螺栓固定在滑块上，并处于张紧状态。
作为本发明的一种优选技术方案，所述网墙的网墙水平中线在静止自由液面高度的顶部或底部上，所述网墙水平中线与静止自由液面高度之间的距离为中线偏移量。
一种半主动式制荡方法，具体的步骤如下：
S1：在储液载体中部沿储液结构长或宽度方向设置一面或多面的多孔网墙，在两端沿垂向设置导轨，限制网墙只可沿导轨做垂向运动；
S2：检测储液结构的装载率，调整网墙的基准高度为静止自由液面高度，通过检测激励幅值、波高和压力参数以判断晃荡的剧烈程度，调整网墙的中线偏移量；
S3：网墙始终处于静止自由液面高度附近，根据对储液载体的载液率以及外激励的监测，通过改变网墙中线相对于静止自由液面的偏移量，调整网墙对晃荡流体的阻尼效果，从而实现半主动式制荡。
作为本发明的一种优选技术方案，所述多孔网的数量为3-5张，所述网墙的高度为储液载体高度的10-20％。
作为本发明的一种优选技术方案，所述多孔网的孔网间距保持在20-40cm，所述多孔网的孔隙率为15％-45％。
作为本发明的一种优选技术方案，所述中线偏移量不大于30％的网墙高度，所述多孔网的材料为柔性高分子材料，选择橡胶或尼龙。
本发明的有益效果是：
1、上浮式多孔网墙直接作用于近自由表面的高速流体，其既可以利用尖端产生的剪切层耗散流体能量，也可以通过网墙的阻尼效应耗散流体能量，因此其制荡效果优于普通的竖直挡板与分割储液结构的网格，同时其不会受到装载率的影响，在任何装载工况都能起到较好的制荡效果。
2、在合适的孔隙率下，上浮式多孔网墙不仅能起到优于竖直挡板的制荡效果，还能减小其本身受到的流体载荷，提高其本身的安全性。
3、对于不同的工况，可调整网墙的偏移量用以增强制荡效果或减小网墙受到的流体载荷，这使得网墙在起到较好制荡效果的同时可以兼顾自身的安全性与使用寿命，这也使得上浮式多孔网墙能适应更多的工况。
4、上浮式多孔网墙由张紧的柔性多孔网构成，相对于传统的制荡构件，其具有更小的体积与质量，消耗储液容积较小，增加的附加重量更小，这使得上浮式多孔网墙具有更高的经济性。
5、当发生故障或结构失效时，柔性多孔网不会与结构发生碰撞造成更严重的事故，这使得储液结构在设置制荡装置后不会有额外的安全风险。
附图说明
图1为本发明的半主动式制荡方法示意图；
图2为本发明的多孔网墙结构示意图；
图3为本发明网墙中下偏移量示意图；
图4为本发明半主动式制荡方法流程图。
图中：储液载体1、网墙2、滑块3、导轨4、静止自由液面5、多孔网6、静止自由液面高度7、网墙水平中线8、中线偏移量9。
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1-4，本发明提供一种技术方案：一种半主动式制荡装置，包括储液载体1，储液载体1的内部两端均设有导轨4，导轨4上设有滑块3，滑块3上连接有网墙2，网墙2由若干个多孔网6构成，网墙2的中部设有网墙水平中线8。
导轨4通过螺栓安装在储液载体1的内部两端上，滑块3与导轨4活动相连。
多孔网6的两端均通过螺栓固定在滑块3上，并处于张紧状态。
网墙2的网墙水平中线8在静止自由液面高度7的顶部或底部上，网墙水平中线8与静止自由液面高度7之间的距离为中线偏移量9。
一种半主动式制荡方法，具体的步骤如下：
S1：在储液载体1中部沿储液结构长或宽度方向设置一面或多面的多孔网墙2，在两端沿垂向设置导轨4，限制网墙2只可沿导轨做垂向运动；
S2：检测储液结构的装载率，调整网墙2的基准高度为静止自由液面高度，通过检测激励幅值、波高和压力参数以判断晃荡的剧烈程度，调整网墙的中线偏移量9；
S3：网墙2始终处于静止自由液面高度附近，根据对储液载体1的载液率以及外激励的监测，通过改变网墙中线相对于静止自由液面的偏移量，调整网墙对晃荡流体的阻尼效果，从而实现半主动式制荡。
多孔网6的数量为3-5张，网墙2的高度为储液载体1高度的10-20％；多孔网6的孔网间距保持在20-40cm，多孔网6的孔隙率为15％-45％；中线偏移量9不大于30％的网墙2高度，多孔网6的材料为柔性高分子材料，选择橡胶或尼龙。
工作原理：一种半主动式制荡装置，包括储液载体1、网墙2、滑块3、导轨4、静止自由液面5、多孔网6、静止自由液面高度7、网墙水平中线8、中线偏移量9，通过简单的控制以及输入少量的能量，不但可以吸收并耗散晃荡液体的能量，降低壁面受到的流体载荷，而且能调整液体的一阶共振频率，防止发生共振，其在保证的制荡效果与安全性的同时还具备较广的适用范围以及经济性；如图1所示，沿储液载体1长度或宽度方向设置网墙2，网墙2与滑块3连接并处于张紧状态，受到垂向导轨的作用，滑块3只能沿高度方向运动，滑块3受控制，使网墙2的水平中线始终处于静止自由液面高度附近，如图2所示，网墙2由多块并排的多孔网6构成，多孔网6之间保持一定的间隙，多孔网6与滑块3连接，滑块3内设置有张紧装置，保持多孔网6在工作过程中始终保持张紧状态，使得网墙2具有一定的刚度，滑块3受控制带动网墙沿高度方向运动；网墙2在默认状态下，其水平中线始终保持与静止自由液面高度重合，由于多孔网6对晃荡液体的阻尼作用，结合晃荡液体经过网墙尖端时产生剪切层致使粘性耗散，上浮式多孔网墙能起到较好的制荡作用；如图3所示，控制网墙2向下偏移时，其接触液体的部分增加将导致其阻尼作用加强，但同时，其受到的流体作用更强，因此通过控制图3中的中线偏移量9，可改变构件对流体的阻尼作用以及受流体载荷的大小，以此实现半主动式制荡；如图4所示，当制荡方法作用时，首先检测储液结构的装载率，调整网墙2的基准高度为静止自由液面高度，其次通过检测激励幅值，波高，压力等参数以判断晃荡的剧烈程度，调整网墙的中线偏移量。通过控制网墙对流体的阻尼作用，使得晃荡流体作用与储液结构壁面与网墙的载荷都不至于过大，以此在保护储液结构的同时，增加制荡装置的安全性与寿命，对于动态的工况，则采用反馈控制的方法，实时调整网墙的基准位置与中线偏移量。
上述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 (2)

1.一种半主动式制荡装置的制荡方法，包括制荡装置，其特征在于：所述制荡装置上设有储液载体(1)，所述储液载体(1)的内部两端均设有导轨(4)，所述导轨(4)上设有滑块(3)，所述滑块(3)上连接有网墙(2)，所述网墙(2)由若干个多孔网(6)构成，所述网墙(2)的中部设有网墙水平中线(8)；所述导轨(4)通过螺栓安装在储液载体(1)的内部两端上，所述滑块(3)与导轨(4)活动相连；所述多孔网(6)的两端均通过螺栓固定在滑块(3)上，并处于张紧状态；所述网墙(2)的网墙水平中线(8)在静止自由液面高度(7)的顶部或底部上，所述网墙水平中线(8)与静止自由液面高度(7)之间的距离为中线偏移量(9)；
具体的制荡方法步骤如下：
S1：在储液载体(1)中部沿储液结构长或宽度方向设置一面或多面的多孔网墙(2)，在两端沿垂向设置导轨(4)，限制网墙(2)只可沿导轨做垂向运动，网墙(2)上的多孔网(6)数量为3-5张，所述网墙(2)的高度为储液载体(1)高度的10-20％；多孔网(6)的孔网间距保持在20-40cm，多孔网(6)的孔隙率为15％-45％，多孔网(6)的材料为柔性高分子材料；
S2：检测储液结构的装载率，调整网墙(2)的基准高度为静止自由液面高度，通过检测激励幅值、波高和压力参数以判断晃荡的剧烈程度，调整网墙的中线偏移量(9)，所述中线偏移量(9)不大于30％的网墙(2)高度；
S3：网墙(2)始终处于静止自由液面高度附近，根据对储液载体(1)的载液率以及外激励的监测，通过改变网墙中线相对于静止自由液面的偏移量，调整网墙对晃荡流体的阻尼效果，从而实现半主动式制荡。
2.根据权利要求1所述的一种半主动式制荡装置的制荡方法，其特征在于：所述多孔网(6)选择橡胶或尼龙。
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