CN116198674A - 一种船舶减摇系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及船舶建造技术领域，特别是涉及一种船舶减摇系统及其使用方法，船舶减摇系统包括控制器、发电机、变速器、设置在船体一侧的第一水舱、设置在船体另一侧的第二水舱、连通第一水舱的底部和第二水舱的底部的水流通道、设置在水流通道中的叶轮，变速器的输入端与叶轮传动连接，变速装置的输出端与发电机传动连接；控制器控制变速器的传动比升高，以使叶轮的转动阻力减小，使得叶轮向水流通道内的水流所施加的阻力减小；或者控制器控制变速器的传动比降低，以使叶轮的转动阻力增大，使得叶轮向水流通道内的水流所施加的阻力增大，叶轮不仅能调节水流通道内的水流阻力，而且能将水流的动能转换为电能，满足了船舶的节能降耗需求。

Description

一种船舶减摇系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及船舶建造技术领域，特别是涉及一种船舶减摇系统及其使用方法。

背景技术

船舶运输在全球交通运输中占有较大比重，许多人与货物都需要通过船舶进行运送。但海上的风浪会使船舶发生摇晃继而危害船舶的安全性能，因此大部分船舶会配备减摇系统，其中效果较好的为减摇水舱。作为一种船舶减摇装置，减摇水舱利用舱内水摇晃周期的滞后来达到减摇的目的，提高船舶的摇荡性能。

目前，船舶上使用U型减摇水舱较多，按控制特点可分为被动式减摇水舱和主动式减摇水舱。主动式减摇水舱通过自动化监测和控制系统输出不同海况下的最佳水位指示，用水泵调整两舷水位，响应速度快，减摇效果好，但是主动式减摇水舱的水泵能源消耗大。被动式减摇水舱的结构简单，根据“双共振”原理起到减摇效果，授权公告号为CN2685229Y的中国发明专利公开了一种安装在船舶减摇水舱通道内的阻力调节器，其阻力调节器采用插板式和旋转式，插板式类似闸板阀，旋转式类似蝶阀，通过阻力调节器改变两个减摇水舱之间的水流通道内的过流面积，进而调节两个减摇水舱中的水流经水流通道时的阻力和流量，从而调节减摇力矩的作用频率，实现减摇。两个减摇水舱内水通过水流通道进行流动时，会对阻尼调节器产生较大的冲击，发明人经过研究发现，水流流经水流通道时的流速较快，水流动能较大，现有阻尼器无法有效利用流经水流通道内的水流的冲击能，若能够对流经水流通道内的水流冲击能进行回收，会有效地降低船舶运行的能源消耗，有利于船舶节能降耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有船舶减摇系统无法对流经水流通道内的水流动能进行回收，无法充分满足船舶节能降耗需求。

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种船舶减摇系统，包括发电机、变速器、设置在船体一侧的第一水舱、设置在所述船体另一侧的第二水舱、连通所述第一水舱的底部和所述第二水舱的底部的水流通道、设置在所述水流通道中的叶轮，所述变速器的输入端与所述叶轮传动连接，所述变速器的输出端与所述发电机传动连接，所述发电机与船舶供电系统电连接；

船舶减摇系统还包括与所述变速器电连接的控制器，所述控制器控制所述变速器的传动比升高，以使所述叶轮的转动阻力减小，使得所述叶轮向所述水流通道内的水流所施加的阻力减小；或者所述控制器控制所述变速器的传动比降低，以使所述叶轮的转动阻力增大，使得所述叶轮向所述水流通道内的水流所施加的阻力增大。

作为优选方案，所述船舶减摇系统包括连通所述第一水舱的上部和所述第二水舱的上部的气流通道，所述气流通道内设有与所述控制器电连接的控制阀。

作为优选方案，所述水流通道的中部设有缩颈段，所述缩颈段至所述水流通道的第一端口的直径逐渐增大，所述缩颈段至所述水流通道的第二端口的直径逐渐增大；

所述叶轮设置在所述缩颈段中。

作为优选方案，所述船舶减摇系统包括用于检测所述船体的晃动方向的监测装置，所述监测装置与所述控制器电连接。

作为优选方案，所述监测装置为设置在所述船体上的倾斜传感器。

作为优选方案，所述叶轮的叶片截面包括锥形部和设置在所述锥形部的大径端的导流部，所述叶片关于第一平面对称布置，所述第一平面与所述叶轮的轴线垂直。

作为优选方案，所述导流部呈弧形，所述导流部的凸起方向与所述锥形部的凸起方向相背。

作为优选方案，所述船舶减摇系统包括储能装置，所述发电机的输出端与所述储能装置的输入端电连接，所述储能装置的输出端与船舶供电系统电连接。

一种上述的船舶减摇系统的使用方法，包括以下步骤：

通过增大或减小水流通道的流量，使得第一水舱和第二水舱内的水对船体产生的的力矩与波浪对船体所产生的力矩相反；需减小水流通道的流量时，控制器控制变速器的传动比降低，以使叶轮的转动阻力增大，使得所述叶轮向所述水流通道内的水流所施加的阻力增大；需增大所述水流通道的流量时，所述控制器控制所述变速器的传动比升高，以使所述叶轮的转动阻力减小，使得所述叶轮向所述水流通道内的水流所施加的阻力减小。

作为优选方案，需改变所述水流通道的流量时，控制器控制变速器的传动比改变的同时，控制器控制控制阀的开启或关闭，以使所述第一水舱和所述第二水舱内的水对所述船体产生的的力矩与波浪对所述船体所产生的力矩相反。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明的船舶减摇系统，包括控制器、发电机、变速器、设置在船体一侧的第一水舱、设置在船体另一侧的第二水舱、连通第一水舱的底部和第二水舱的底部的水流通道、设置在水流通道中的叶轮，变速器的输入端与叶轮传动连接，变速装置的输出端与发电机传动连接；控制器控制变速器的传动比升高，以使叶轮的转动阻力减小，使得叶轮向水流通道内的水流所施加的阻力减小，从而增大水流通道内的水流量；或者控制器控制变速器的传动比降低，以使叶轮的转动阻力增大，使得叶轮向水流通道内的水流所施加的阻力增大，从而减小水流通道内的水流量，叶轮不仅能调节水流通道内的水流阻力，而且能将水流的动能转换为电能，向船舶供电，满足了船舶的节能降耗需求。

附图说明

图1为本发明的船舶减摇系统的原理示意图；

图2为叶轮的结构示意图；

图中，1、第一水舱；2、第二水舱；3、水流通道；4、叶轮；41、锥形部；42、导流部；5、气流通道；51、控制阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”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，因此不能理解为对本发明的限制。应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

如图1、图2所示，本发明一种船舶减摇系统的优选实施例，包括发电机、变速器、设置在船体一侧的第一水舱1、设置在船体另一侧的第二水舱2、连通第一水舱1的底部和第二水舱2的底部的水流通道3、设置在水流通道3中的叶轮4，变速器的输入端与叶轮4传动连接，变速器的输出端与发电机传动连接，发电机与船舶供电系统电连接；船舶减摇系统还包括与变速器电连接的控制器，控制器控制变速器的传动比升高，以使叶轮4的转动阻力减小，使得叶轮4向水流通道3内的水流所施加的阻力减小，从而增大水流通道3内的水流量；或者控制器控制变速器的传动比降低，以使叶轮4的转动阻力增大，使得叶轮4向水流通道3内的水流所施加的阻力增大，从而减小水流通道3内的水流量，叶轮4不仅能调节水流通道3内的水流阻力，而且能将水流的动能转换为电能，向船舶供电，满足了船舶的节能降耗需求。

具体的，变速器的输出端与发电机的动子传动连接，发电机为常规发电机，发电机动子的转动阻力恒定不变，当变速器的传动比升高时，变速器挡位降低，此时叶轮4转动多圈仅需带动发电机的动子转动一圈，叶片转动阻力降低；当变速器的传动比降低时，变速器挡位升高，此时叶轮4转动一圈需要带动发电机动子转动多圈，因此叶轮4的转动阻力增大。其中，叶轮4通过固定架与水流通道3同轴布置，发电机和变速器可以设置在第一水舱1中或第二水舱2中，或者在第一水舱1和第二水舱2中各设置一个。

本实施例中，船舶减摇系统包括连通第一水舱1的上部和第二水舱2的上部的气流通道5，气流通道5内设有与控制器电连接的控制阀51。通过开启控制阀51能够使得第一水舱1和第二水舱2上部空间内的气体连通，加速水流在水流通道3内的流动；通过关闭控制阀51能够使得第一水舱1和第二水舱2上部空间内的气体隔绝，降低水流在水流通道3内的流动速度。

本实施例中，水流通道3的中部设有缩颈段，缩颈段至水流通道3的第一端口的直径逐渐增大，缩颈段至水流通道3的第二端口的直径逐渐增大；叶轮4设置在缩颈段中。缩颈段的设置能够增加水流流过叶轮4时的速度，提高动能转换效率；水流通道3的直径和缩颈段的直径可根据船体大小和对水流流量调节要求而设置。

本实施例中，船舶减摇系统包括用于检测船体的晃动方向的监测装置，监测装置与控制器电连接。具体的，监测装置为设置在船体上的倾斜传感器。

其中，叶轮4的叶片截面包括锥形部41和设置在锥形部41的大径端的导流部42，叶片4关于第一平面对称布置，第一平面与叶轮4的轴线垂直。锥形部41的设置使得叶轮4正反两个方向都具有较好的、相似的能量转换效率，叶轮4在正反两种流向下都具有相同的旋向，充分吸收水的动能，提高整个发电机组的发电效率。进一步地，为降低叶轮4在转动时所受到的与叶轮转动方向相反的水流阻力，导流部42呈弧形，导流部42的凸起方向与锥形部41的凸起方向相背。

通过调整叶轮4的各个叶片之间的间隔以及叶片的长度，能够调整水流通道3内水流的最大流量，本发明的其他实施例中，叶轮4的各个叶片的一端均与叶轮4的中心轴铰接，叶轮4的中心轴中部套设有可沿中心轴的轴向移动的圆环，各叶片的中部均交接有连杆，各连杆远离对应的叶片的一端均铰接在圆环外侧，中心轴上还固定有用于推动圆环沿中心轴的轴向移动的伸缩驱动装置，伸缩驱动装置与控制器电连接，各个叶片与中心轴之间的结构类似伞状，需要增大水流通道3内的水流量时，控制器控制伸缩驱动装置驱动圆环向远离各叶片的方向移动，使得各叶片与中心轴之间的夹角减小，需要减小水流通道3内的水流量时，控制器控制伸缩驱动装置驱动圆环向靠近叶片的方向移动，使得叶片与中心轴之间的夹角逐步增大，待叶片与中心轴之间的夹角为90°时且变速器的传动比降至最低时，水流通道3内的水流量最小。将各叶片设置为可折叠式伞骨结构，不仅能够在减摇过程中提高水流通道3内水流的流量调节范围，而且能够在需要调节第一水舱和第二水舱内的水位时将各叶片折叠，缩短调节用时。

本实施例中，船舶减摇系统包括储能装置，发电机的输出端与储能装置的输入端电连接，储能装置的输出端与船舶供电系统电连接。

一种权利上述的船舶减摇系统的使用方法，包括以下步骤：

通过增大或减小水流通道3的流量，使得第一水舱1和第二水舱2内的水对船体产生的的力矩与波浪对船体所产生的力矩相反；需减小水流通道3的流量时，控制器控制变速器的传动比降低，以使叶轮4的转动阻力增大，使得叶轮4向水流通道3内的水流所施加的阻力增大；需增大水流通道3的流量时，控制器控制变速器的传动比升高，以使叶轮4的转动阻力减小，使得叶轮4向水流通道内的水流所施加的阻力减小。

其中，需改变水流通道3的流量时，控制器控制变速器的传动比改变的同时，控制器控制控制阀51的开启或关闭，以使第一水舱1和第二水舱2内的水对船体产生的的力矩与波浪对船体所产生的力矩相反。

具体的，以第一水舱1和第二水舱2左右对称布置为例，当船舶左倾时，倾斜传感器可以探测船体摇摆，并演算得出船体的横摇周期和倾斜角，右舷通道的水在重力作用下流向左舷通道，冲击叶轮4转动发电并储存，与此同时，控制器控制变速器的传动比降低，使得叶轮4对水流通道3内的水流阻力增大，水的流速减小，流量减小，使第一水舱1和第二水舱2内水的固有震荡周期与船舶的横摇周期一致且滞后于船舶。由于船舶周期对波浪周期存在90°的相位延迟，当第一水舱1和第二水舱2内的水对船舶横摇的延迟达到90°时，第一水舱1和第二水舱2内水的力矩与波浪的力矩刚好反向，相互抵消，船舶横摇角度减小，摇荡性能提高。如遇顺浪、急转弯等状态，可结合来自船舶航行数据记录仪的航速，舵角指令，风向，风速等数据进行顺浪和急回旋等预测演算，通过控制器关闭控制阀51，及时制动。

综上，本发明的船舶减摇系统，包括发电机、变速器、设置在船体一侧的第一水舱1、设置在船体另一侧的第二水舱2、连通第一水舱1的底部和第二水舱2的底部的水流通道3、设置在水流通道3中的叶轮4，变速器的输入端与叶轮4传动连接，变速器的输出端与发电机传动连接，发电机与船舶供电系统电连接；船舶减摇系统还包括与变速器电连接的控制器，控制器控制变速器的传动比升高，以使叶轮4的转动阻力减小，使得叶轮4向水流通道3内的水流所施加的阻力减小，从而增大水流通道3内的水流量；或者控制器控制变速器的传动比降低，以使叶轮4的转动阻力增大，使得叶轮4向水流通道3内的水流所施加的阻力增大，从而减小水流通道3内的水流量，叶轮4不仅能调节水流通道3内的水流阻力，而且能将水流的动能转换为电能，向船舶供电，满足了船舶的节能降耗需求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种船舶减摇系统，其特征在于，包括发电机、变速器、设置在船体一侧的第一水舱(1)、设置在所述船体另一侧的第二水舱(2)、连通所述第一水舱(1)的底部和所述第二水舱(2)的底部的水流通道(3)、设置在所述水流通道(3)中的叶轮(4)，所述变速器的输入端与所述叶轮(4)传动连接，所述变速器的输出端与所述发电机传动连接，所述发电机与船舶供电系统电连接；

船舶减摇系统还包括与所述变速器电连接的控制器，所述控制器控制所述变速器的传动比升高，以使所述叶轮(4)的转动阻力减小，使得所述叶轮(4)向所述水流通道(3)内的水流所施加的阻力减小；或者所述控制器控制所述变速器的传动比降低，以使所述叶轮(4)的转动阻力增大，使得所述叶轮(4)向所述水流通道(3)内的水流所施加的阻力增大。

2.根据权利要求1所述的船舶减摇系统，其特征在于，所述船舶减摇系统包括连通所述第一水舱(1)的上部和所述第二水舱(2)的上部的气流通道(5)，所述气流通道(5)内设有与所述控制器电连接的控制阀(51)。

3.根据权利要求1所述的船舶减摇系统，其特征在于，所述水流通道(3)的中部设有缩颈段，所述缩颈段至所述水流通道(3)的第一端口的直径逐渐增大，所述缩颈段至所述水流通道(3)的第二端口的直径逐渐增大；

所述叶轮(4)设置在所述缩颈段中。

4.根据权利要求1所述的船舶减摇系统，其特征在于，所述船舶减摇系统包括用于检测所述船体的晃动方向的监测装置，所述监测装置与所述控制器电连接。

5.根据权利要求4所述的船舶减摇系统，其特征在于，所述监测装置为设置在所述船体上的倾斜传感器。

6.根据权利要求1所述的船舶减摇系统，其特征在于，所述叶轮(4)的叶片截面包括锥形部(41)和设置在所述锥形部(41)的大径端的导流部(42)，所述叶片(4)关于第一平面对称布置，所述第一平面与所述叶轮(4)的轴线垂直。

7.根据权利要求6所述的船舶减摇系统，其特征在于，所述导流部(42)呈弧形，所述导流部(42)的凸起方向与所述锥形部(41)的凸起方向相背。

8.根据权利要求1所述的船舶减摇系统，其特征在于，所述船舶减摇系统包括储能装置，所述发电机的输出端与所述储能装置的输入端电连接，所述储能装置的输出端与船舶供电系统电连接。

9.一种权利要求1至8任一项所述的船舶减摇系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过增大或减小水流通道(3)的流量，使得第一水舱(1)和第二水舱(2)内的水对船体产生的的力矩与波浪对船体所产生的力矩相反；需减小水流通道(3)的流量时，控制器控制变速器的传动比降低，以使叶轮(4)的转动阻力增大，使得所述叶轮(4)向所述水流通道(3)内的水流所施加的阻力增大；需增大所述水流通道(3)的流量时，所述控制器控制所述变速器的传动比升高，以使所述叶轮(4)的转动阻力减小，使得所述叶轮(4)向所述水流通道(3)内的水流所施加的阻力减小。

10.根据权利要求9所述的船舶减摇系统的使用方法，其特征在于，需改变所述水流通道(3)的流量时，控制器控制变速器的传动比改变的同时，控制器控制控制阀(51)的开启或关闭，以使所述第一水舱(1)和所述第二水舱(2)内的水对所述船体产生的的力矩与波浪对所述船体所产生的力矩相反。

Images