CN1185137C - 减轻船舶摇动的水槽装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

减轻船舶摇动的水槽装置及其控制方法。在船的稳定性值的范围广的场合，在对应于它的过去的被动控制式减控水槽，即ART中，使用液体量、箱的自由表面二次矩的值等过大，即使在由于兼顾稳定性原理而设置困难的船舶中，也能进行ART装载。将第一箱与第二箱作为一体型做成U字型管型减摇水槽本体，第一箱具有同一尺寸的液体通路的高度，共有将前后分开的横向间壁，用于改变ART固有周期，第二箱能调整对应于GM值的箱的自由表面二次矩；能对应于宽范围的GM值与横摇周期自动操作第一箱与第二箱的组合和箱A、B、C的选择、ART周期改变和液体制动等。

Description

减轻船舶摇动的水槽装置 及其控制方法

技术领域

本发明涉及减轻船舶摇动的水槽装置及其控制方法，它在与减轻船舶摇动的水槽有关的U字形管型减摇水槽中，能自动控制由第一箱与第二箱作成一体型的形状和调节器的开闭而产生的多个固有周期，而自动控制液体的移动或停止，其中，第一箱能产生至少两种以上的固有周期，第二箱能调整箱的自由液面二次矩。

背景技术

已经知道，作为减轻船舶的横摇的装置，一直都是U字形管型的被动控制式减摇水槽(下面也称为ART)。

设计ART时的重要事项为掌握船的横摇周期范围。按照船舶稳定性规则确定的横摇固有周期的概略计算式如下：

$\mathrm{Ts}=(2.01\×B\×K)/\sqrt{\mathrm{GM}}$

Ts-船的横摇固有周期，B-船的宽度；

K-旋转半经(系数)，GM-定倾中心高度。

如同以此式所理解的那样，GM值越大，船的横摇固有周期越短(越快)。

如果列举ART的各性能要素，则有下列所述：

(1)箱的自由表面二次矩可用下面的计算式求得。

ART的截面二次矩(Ti)＝(TB3-B13)×L/12

TB箱的整个宽度；

B1箱的内部宽度；

L箱的长度。

(2)设箱的整个宽度不变，则翼箱的宽度越大，自由表面二次矩越大。

(3)再有，箱的自由表面二次矩越大，减摇矩越大。

(4)在翼箱的宽度不变的情况下：

a.如果液体通路(以下也简称导管)的高度变高，则

固有周期变短(变快)。

b.理所当然的是，液体通路的高度变低，则有周期变长(变慢)。

(5)在液体通路高度不变的情况下：

a.翼箱的宽度变宽，则箱的固有周期变长。

b.翼箱的宽度变狭，则箱的固有周期变短。

(6)在翼箱的宽度不变的情况下：

a.如果翼箱的长度与液体通路的长度相同，则可得到

在该箱的形状中的最短固有周期。

b.如果液体通路的长度做得比翼箱的宽度小，则可得

到较长的固有周期。

因此，使前述(5)的导管高度不变，构成多个翼箱，则可通过空气导管的开闭研制周期可变的ART，(日本实用新型专利注册第216073号)。可是，

(1)翼箱的宽度有一极限，周期改变量为0.5-1秒左右，故不能得到减摇装置所要求的宽范围的箱周期。

(2)船的快的(短的)横摇在GM值大的时候出现，但是，对应于船的快的(短的)横摇，必须将翼箱的宽度变少，其结果为，自由表面二次矩变少，减摇效率也变小。

由此，存在这样的问题，即，限于比较小型的船，而且是只限于GM的变化量少的船种。

如同以前述ART的各性能要素所理解的那样，对应于GM值大的满载状态，为了确保快的(短期)周期，采取高的液体通路，为了确保高的减摇效率，必须确保使箱的长度变长，有大的自由表面二次矩。还有，在对应于大的GM值的尺寸时，为了对应于GM值小的入港状态，为了得到慢的(长的)周期，必须设置多个箱数。再有，在入港时的小GM时，箱的自由表面二次矩过大。换句话说，如果满载出航与入港之间的GM值的幅度过大，则在过去的箱中，其尺寸变得很大，由于ART的自重，过多的液体使用量、装载货物量的减少及稳定性原则等的关系，常常有设置上发生困难的情况。

发明内容

本发明的目的为提供减轻船舶摇动的水槽装置及其控制方法，其特征为，即使满载出航与入港之间的GM值的幅度大，也能通过箱的形状的组合，以少的液体使用量、少的箱，确保宽范围的ART周期范围，根据摇动状况，自动控制箱的形状的选择和ART的固有周期的可变性以及液体的制动。

本发明是为了达到前述目的而形成的，本发明的第1方案为，将具有同一尺寸的液体通路高度且共有分割前后的横向间壁的第一箱与第二箱的两水槽成一体型的U字形管型减摇水槽作为本体。

第一箱构成设定在船体的两舷上的一对至少两个翼箱，在两个翼箱内，左右对称地使任意宽度的纵向间壁沿船体的前后方向并列下垂，形成多个分开的箱，其纵向间壁的下端边缘做成与液体通路的高度的内部尺寸有同样的高度。

第一箱构成为包括：设定在船体两舷上的翼箱、连接此翼箱的底部而使液体朝左右方向移动的液体通路、在液体通路内并且其目的为改变ART的固有周期之调节器、在调节器开闭时在其中途能使之停止的至少一个以上的装置、在使调节器在规定的地方停止的场所能对通过调节器周围的液体进行整流的一对整流板，再有，通过在前述分割成多个的两翼箱的相对位置的上部附近的、能改变液体的制动和ART的固有周期的远距离驱动式阀等装置连通内侧翼箱用的和外侧翼箱用的空气导管。

第二箱在第一箱的分开的翼箱的外侧的纵向间壁的同一位置形成作为翼箱的内侧的两舷的一对翼箱，并由连结用的液体通路和通过远距离驱动式阀等装置连通的空气导管构成，该液体通路在这些翼箱的底部与第一箱的液体通路的高度的内部高度有同一尺寸，而该阀则能在两翼箱的上部附近进行液体的制动。

在第一箱中，设有用于变动ART固有周期的调节器，装有用于开闭调节器的开闭装置和用于测出调节器的停止位置的电位计，以及将调节器的全闭、中途停止、全开等的位置变成电气信号送入控制部分的传送装置。

减轻船舶摇动的水槽装置，其特征为，作为ART本体的控制装置包括解读以检测船的横摇动角的倾斜传感器输出的信息的内容，同时输出控制信号的控制部分，和根据来自控制部分的控制信号、远距离驱动前述阀与调节器的开闭机械装置，其特征还在于：对应于船的平均周期，实行预先规定的控制模式，能自动操作第一箱与第二箱的组合与箱A、B、C的选择、ART周期的改变，液体制动等。

根据本发明第1方案的第一箱是用于确保多个固有周期的箱，同样，第二箱是调整用的箱，它得到对应于大的GM值的自由表面二次矩，同时，在小的GM值时得到使自由表面二次矩几乎接近于零的值。

根据本发明的第2方案之减轻船舶摇动的水槽装置的控制方法，其特征为，在如第1方案记述的减轻船舶摇动的水槽装的控制方法中，能测出船的横摇角，根据用该值运算横摇的单周期和平均横摇周期的结果，对应于其平均周期值，实行根据需要而预先规定的驱动阀和调节器的控制模式，自动操作第一箱与第二箱的组合和第一箱所具有的箱A、B、C的选择、箱的周期的改变、液体制动等。

附图说明

图1为斜视图，它示出本发明涉及的将第一箱与第二箱做成一体型的减摇水槽本体的实施形态。

图2为框图，它示出本发明涉及的控制部分和阀与调节器的开闭操作的控制机构的组成关系的实施形态。

图3为本发明涉及的减摇水槽本体的箱的顶板的平面图。

图4为本发明涉及的减摇水槽本体的液体通路部分的顶板的平面图。

图5为本发明涉及的减摇水本体的箱的底面的平面图。

图6为横截面图，它示出构成本发明涉及的减摇水槽本体的第一箱的实施形态。

图7为横截面图，它示出构成本发明涉及的减摇水槽本体的第二箱的实施形态。

图8示出箱A的横截面图，该箱使图6中的第一箱中的装在内侧的空气导管上的阀关闭，装在外侧的空气导管上的阀打开，由此使液体能够移动。

图9示出箱B的横截面图，该箱使图6中的第一箱中的装在内侧的空气导管上的阀打开，装在外侧的空气导管上的阀关闭，由此使液体能够移动。

图10示出箱C的横截面图，该箱使图6中的第一箱中的装在内侧的空气导管上的阀与装在外侧的空气导管上的阀两者都打开，由此使液体能够移动。

图11示出横截面图，在图7中的第二箱中，通过打开装在空气导管上的阀使液体能够移动。

图12示出将图5中的整流板的配置扩大时，调节器的位置(中间)与整流板的状态。

具体实施方式

下面参考附图说明本发明的实施例，它在将由第一箱2与第二箱3组成的两个水槽做成一体型的ART本体1中，设置三组空气导管和一组调节器，具有由非工作状态与四种ART固有周期构成的五种控制模式(非工作状态、工作状态1、工作状态2、工作状态3、工作状态4)。

用于达到前述目的的基本ART的结构本体，如图1所示，为具有同一尺寸的液体通路5、6的高度，将共有分割前后的横向间壁13的第一箱2与第二箱3的两个水槽做成一体型的U字形管型减摇水槽本体1，在本体中，

第一箱2构成为在船体的两舷上设置的一对至少两个翼箱16a、16b，在两个翼箱内，左右对称地使任意宽度的纵向间壁15a、15b沿船体的前后方向并列下垂，开成多个分开的箱4a、4b、4c、4d，其纵向间壁15a、15b的下端边缘做成与液体通路5的高度的内部尺寸有相同的高度。

进一步，具有在船体的两舷上放置的翼箱16a、16b和将这些翼箱的底部连接起来以使液体W朝左右方向移动的液体通路5，和能改变液体通路内的ART固有周期的一组调节器9。

在调节器9中，采用了能作90度左右的开闭的远距离驱动方式，安装了能在其开闭的中途至少在一个以上的地方停止的装置，和用于测出调节器的停止位置的电位计17，以及将调节器9的全闭、中途停止、全开的位置变成电气信号送入控制部分18的传送手段。

还有，在将调节器9停在规定的位置上的地方，如图12所示，设置一对能对通过调节器周围的液体W进行整流的整流板11a、11b。

在前述分割成多个的两个翼箱4a、4b、4c、4d的相对位置的上部附近，构成通过能改变液体W的制动与ART的固有周期的远距离驱动式阀7a、7b等装置而用于连通内侧翼箱4c、4d和用于连通外侧翼箱4a、4b的空气导管8a、8b。

第二箱3在第一箱2的分开的翼箱4c、4d的外侧的纵向间壁15a、15b的同一位置形成作为翼箱4e、4f的内侧的两舷的一对翼箱，并构成为包括连结液体通路6和通过远距离驱动式阀7c等装置连通的空气导管8c，该液体通路6在这些翼箱4e、4f的底部与第一箱2的液体通路5的高度的内部尺寸有同一尺寸，而阀7c则在两翼箱4e、4f的上部附近，能进行液体W的制动。

还有，在箱本体1中，图中虽未示出，但可以实施注排水管、测深管、排放空气管等水槽的必要的装置，不过，前述注排水管，测深管，排放空气管等的外部，应当理解，要用封闭装置封闭在管中，成为密闭状态。

控制装置的机构概略地讲由控制部分18与开闭机械装置部分19组成，该控制部分含倾斜传感器20。

控制部分18由运算译码电路21与控制执行电路22和信息处理电路23组成，该运算译码电路解读以倾斜传感器20输出的信息的内容。

运算译码电路21以从倾斜传感器20输出的数据为基础由瞬时横摇角与横摇周期值算出各自的平均值。平均值的算出采用动态平均方式，它将两至五次左右的单周期平均，并一直将新值算入，去掉旧的值。还有，除去摇动信息以外，如果将风向与风速，而且还有船速等信息取入而进行运算解读，则可以做到高精度的控制。

根据用运算译码电路21解读的结果，判别属于什么样的控制模式，将实现预先设定的阀7a、7b、7c与调节器9的开闭模式的控制信号经由控制执行电路22向开闭机械装置19输出。

还有，各机械的工作状况以信息处理电路23把握，将其信息保存在集成电路存储器中，同时，在图中未示出的控制板上示出。

还有，还可将倾斜角、周期等状况作为航海信息向其它航海机械送出信息号，这在图中未示出。

开闭机械装置19由驱动机、电磁阀25a、25b、25c、25d，调节器的开闭装置10，电位计17，带开闭器的阀7a、7b、7c等构成。根据机构的不同，也有不需要驱动机的场合。例如，从其它管线直接供给或接受驱动源的场合等，可省去驱动机的起动或停止工序。

本实施例的构成为将阀7a、7b、7c与调节器9的驱动方式假设为液压驱动，但是，在采用气压或电动式的场合，也可根据其方式，在开闭机械装置部分19的里面省去。还有，作为空气导管8a、8b、8c的连结方式的例子，也可以不将空气导管左右连接起来，作为分别并单独向大气开放的方式，分别设置阀7a、7b、7c，或者在一个舷上设置一阀，而得到同样的效果。

本实施例虽然是设置一组调节器9，使中途的开度在一个地方，但是，如果使其中途开度在两个地方，则箱的周期数可增加一个，进而如果将调节器增加一组，则箱的周期可进一步增加两个。因此，最好考虑设置的船的周期范围，设置所需要的调节器9的数目。

首先，在本实施例中，实际上是将第一箱2的箱A、箱B和箱C，并且将第二箱3合在一起形成的四组箱，并根据使用条件选择其组合。

图8所示的状态称为箱A。此状态所形成的场合为将内侧用的装在空气导管8a上的阀7a关闭，而将外侧用的装在空气导管8b上的阀7b打开。如果关闭阀7a，切断空气的流通，则内侧的翼箱4c、4d成为密闭状态，只有外侧的翼箱4a、4b成为具有ART的功能的箱。这种形状，如同在前述ART的各性能要素所说的那样，由于箱内的液体以快的(短的)周期在液体通路内移动，故对于横摇周期短的状态是适应的。在本实施例中，假设作为工作状态1的箱A的状态的固有周期为6秒。

图9所示的状态称为箱B。此状态所形成的场合为将内侧用的装在空气导管8a上的阀7a打开，而将外侧用的装在空气导管8b上的阀7b关闭。如果关闭阀7b，切断空气的流通，则外侧的翼箱4a、4b成为密闭状态，只有内侧的翼箱4c、4d成为具有ART的功能的箱。这种形状，虽然箱内的液体以比箱A更快(短)的周期在液体通路内移动，但是，由于减摇矩的值比箱A小，故不单独使用，而是在减摇鳍并用时使用。

图10所示的状态称为箱C。形成此状态的场合为装在两个空气导管8a、8b上的阀7a、7b都打开。在此情况，箱A与箱B成为合体，成为具有作为单体翼箱16a、16b的功能，由于液体W的移动比箱A慢，以长的周期在导管内移动，故对于横摇周期长的状态比较合适。在本实施例中，假设作为工作状态2的箱C的状态的固有周期为8秒。

此处说明箱A、B、C的形成。如果关闭装在各空气导管8a、8b、8c的阀7a、7b、7c，则由于用空气导管8a、8b、8c连结起来的各个翼箱4a、4b、4c、4d、4e、4f内的空气的流通被切断，箱内成为完全气密的状态，故即使船体摇动，液体也差不多静止不动，不能移动，可是，如果各个阀打开，则各箱通过空气导管而使箱内的空气相互流动，液体可对应于船体的横摇而移动。

顺便，如果装在所有空气导管8a、8b、8c的阀7a、7b、7c都关闭，则空气的流通被切断，液体W几乎不能移动，减摇箱成为非工作状态。在本实施例中，将此状态作为非工作状态。

进而，在箱C的使用状态，如图12所示，如果使设在液体通路5内的调节器9中途停止，则由于液体通路5的有效截面积比箱C小，液体W的移动比箱C慢，以长的周期在导管内移动，故对于横摇周期更长的状态是适用的。在本实施例中，假设作为工作状态3的固有周期为10秒。

进而，在箱C的使用状态，如图5所示，如果使设在液体通路内的调节器9完全关闭，则由于液体通路5的有效截面积比工作状态3少，液体W的移动比工作状态3慢，以长的周期在导管内移动，故对于横摇周期更长的状态是适用的。在本实施例中，假设作为工作状态4的固有的周期为12秒。

图11所示的第二箱由于与箱A有同样的形状，故有与箱A相同的固有周期。在本实施例中，箱A与第二箱3同时使用。

这样由非工作状态与ART的四种固有周期组成的ART本体1所具有五种控制模式(非工作状态、工作状态1、工作状态2、工作状态3、工作状态4)中的控制方法，在重复邻接从下面的(a)至(e)的各个周期范围的地方并执行某一种控制模式时，设定只要船的平均横摇周期不偏离其周期范围，则不实行其它控制模式。

为了容易理解，具体地设定数值予以说明。

(a)非工作状态可通过将全部装在空气导管8a、8b、8c的阀7a、7b、7c关闭来实现。在平均周期值为13.6秒以上和4.6秒以下时，强制关闭阀7a、7b、7c，ART成为非工作状态。在此状态，平均周期保持在13.3秒至5.0秒之间。

(b)工作状态1假设箱的固有周期为6秒。此控制模式可通过将装在空气导管上的阀7b全开、7a关闭，将调节器9打开来实现。同样，图11所示的第二箱3假设箱的固有周期为6秒。此控制模式可通过打开装在空气导管上的阀7c来实现。在平均周期值为7.3秒的范围内，可执行控制，保持其状态。

(c)工作状态2假设箱的固有周期为8秒。此控制模式可通过将装在空气导管上的阀7a和7b全开、7c关闭，将调节器9打开而成为可能。平均周期值在9.3秒至6.6秒的范围内，可保持执行控制。这种控制模式在平均周期的值偏离控制执行中的周期范围并进入相当的周期范围时执行。

(d)工作状态3假设箱的固有周期为10秒。此控制模式可通过将装在空气导管上的阀7a和7b全开、7c关闭，将调节器9放在中间位置而成为可能。平均周期值在11.3秒至8.6秒的范围内，可保持执行控制。这种控制模式在平均周期的值偏离控制执行中的周期范围并进入相当的周期范围时执行。

(e)工作状态4假设箱的固有周期为12秒。此控制模式可通过将装在空气导管上的阀7a和7b全开、7c关闭，将调节器9关闭而成为可能。平均周期值为13.3秒至10.6秒的范围内，可保持执行控制。这种控制模式在平均周期的值偏离控制执行中的周期范围并进入相当的周期范围时执行。

还有，本发明的实施虽然用例子来说明，该例子将由第一箱2与第二箱3组成的两个水槽做成一体型的，设置三组空气导管和一组调节器，具有由非工作状态与四种ART固有周期组成的五种控制模式(非工作状态、工作状态1、工作状态1、工作状态2、工作状态3、工作状态4)，但是，也可以增加调节器组，再有，重复邻接各周期范围的地方的值等是随每个船而不同的，设计者要适当地决定。

如同从上面的说明所了解的那样，根据本发明的船舶的减轻摇动的水槽装置及其控制方法：

(1)能用一组调节器得到四种以上的ART固有周期。

(2)由于调节器的数目减少，故能减少设备费用。

(3)在设置两组调节器的场合，由于ART固有周期数增加，故ART的有效期范围进一步扩大。

(4)有效周期范围扩大，能事先防止顺流波等长周期时产生的反效果。

(5)这意味着在液体有效工作的周期范围内的控制自不待言，由于某种因素，ART的液体不能有效地工作的状况下产生的固有的缺点可抑制成最少限度。

(6)再有，所谓有效周期范围窄的ART的固有缺点可容易地消除，而且，这种控制，不需要人工，而是自动地进行。

这样，本发明即使满载出航与入港之间的GM值的幅度加宽，对第一箱与第二箱的组合和箱A、B、C的选择、ART的周期变化，还有液体制动等都能自动操作，故对于由于汇流周期和海上气象状况等的影响而产生的经常变化的船的横摇周期，可自动变化认为最合适的ART固有周期，或者即时在遭到受到前述反效果的横摇周期的场合，也能为了防止同步的横摇而使ART非工作状态，等等，其作用效果为得到总是稳定的减摇效果，在工业是效果大的发明。

Claims (3)

1.减轻船舶摇动的水槽装置，其特征为，它具有第一箱(2)、第二箱(3)、控制部分(18)和开闭机械装置(19)，

第一箱(2)具有在分别构成设置在船体的舷上的一对翼箱(16a、16b)的外侧翼箱(4a、4b)和内侧翼箱(4c、4d)，其中，其下端边缘在与液体通通路(5)的高度的内部尺寸大致同一高度处并使任意宽度的纵向间壁(15a、15b)在两翼箱(16a、16b)内左右对称地沿船体的前后方向并列下垂，并由此形成外侧的翼箱(4a、4b)及内侧的翼箱(4c、4d)，还具有连接箱(16a、16b)的底部并使液体(W)朝左右方向移动的液体通路(5)，设置在液体通路内、能在开闭的中途在至少一个以上的地方停止并将其位置信号传送控制部分(18)的远距离驱动式调节器(9)，设在外侧的翼箱(4a、4b)的上部附近、包含远距离驱动式阀(7b)并在外侧的翼箱(4a、4b)之间连通      导管(8b)，设在内侧的翼箱(4c、4d)的上部附近、包含远距离驱动式阀(7a)并在内侧的翼箱(4c、4d)之间连通的空气导管(8a)；

第二箱(3)具有与第一箱的翼箱(16a、16b)的纵向间壁(15a、15b)同一位置的作为翼箱的内侧的两舷的一对翼箱(4e、4f)，设在这些翼箱(4e、4f)的底部、将其连结并与第一箱的液体通路(5)的高度的内部尺寸有大致相同的高度尺寸的液体通路(6)，设在两翼箱(4e、4f)的上部附近、包含远距离驱动式阀(7c)并在两翼箱(4e、4f)之间连通的空气导管(8c)；

控制部分(18)包含测出船的摇动角的倾斜传感器(20)、解读从倾斜传感器输出的信息的内容的运算译码电路(21)、控制执行电路(22)，信息处理电路(23)；

开闭机械装置(19)根据用控制部分解读的结果执行预先设定的阀(7a、7b、7c)或调节器(9)的开闭模式。

2.如权利要求1的减轻船舶摇动的水槽装置，其特征为，在将液体通路(5)内的调节器(9)停止在规定的位置上的地方，设置整流通过调节器周围的液体的一对整流板(11a、11b)。

3.如权利要求1记载的减轻船舶摇动的水槽装置的控制方法，其特征为，

检测船的横摇角度，并根据依上述检测值计算出的横摇单周期、平均横摇周期之计算结果，执行控制模式以驱动对应于平均周期值且根据需要预先决定的阀、调节器，可自动操作第一箱的第二箱的结合、选择第一箱具有的箱A状态、箱B状态、箱C状态，箱周期的改变、液体制动等。

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