一種設(shè)有舷門的減搖水艙及其減搖方法
【專利說明】
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技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種可控減搖水艙，特別是關(guān)于一種船舶低速行駛過程中使用的設(shè)有艙門的開式減搖水艙結(jié)構(gòu)，以及一種船舶減搖方法。
(二)
【背景技術(shù)】
[0002]減搖水艙是減輕船舶橫搖的有效裝置之一，已被廣泛的應(yīng)用于各類船艇。減搖水艙的工作原理是利用船舶在環(huán)境載荷的作用下橫搖時(shí)，減搖水艙兩舷側(cè)水位高度差產(chǎn)生的力矩，抵抗波浪力矩，從而實(shí)現(xiàn)船舶的減搖。減搖水艙減搖的前提是雙共振減搖原理，即:水艙內(nèi)水的固有頻率、船橫搖的固有頻率、波浪擾動力矩的頻率三者相等，同時(shí)水艙內(nèi)水的運(yùn)動落后波浪擾動力矩180°，從而使水艙內(nèi)水的重量引起的穩(wěn)定力矩方向恰好和波浪擾動力矩方向相反，從而共振區(qū)橫搖減小。
[0003]由此可見影響減搖水艙減搖效果的重要因素是水艙的振蕩頻率和相位角。被動式減搖水艙頻率基本固定，相位角隨船舶橫搖隨機(jī)確定；主動式減搖水艙通過水栗或者外加氣壓的方式調(diào)節(jié)水艙的振蕩頻率和相位角。被動可控式減搖水艙通過控制左右舷水艙下部的連通水道的水閥或者左右舷水艙上部的連通氣閥在一定程度上控制水艙的頻率和相位角。
[0004]但是，現(xiàn)有的幾種減搖水艙都有各自的缺點(diǎn)。被動式減搖效果過于依賴海浪頻率，減搖范圍窄，只能在水艙有限的波頻范圍內(nèi)減搖。主動式減搖水艙雖然克服了被動式減搖水艙的缺點(diǎn)，但是消耗功率過大，經(jīng)濟(jì)性差。并且在水艙控制系統(tǒng)失靈的情況下極有可能增搖。被動可控式減搖水艙由于具有耗能少，減搖頻率寬的特點(diǎn)，是目前減搖水艙的主流結(jié)構(gòu)形式，但是該種形式的減搖水艙也有自身的缺點(diǎn)。
[0005]U型被動可控減搖水艙調(diào)節(jié)周期和相位角的手段有兩種:控制左右舷連通水道水閥或者可控制左右舷連通氣道的氣閥。前者由于水閥尺寸的限制不適用于大噸位船舶以及液貨船。并且，水閥迅速開啟關(guān)閉引起的水錘效應(yīng)會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。后者由于空氣的壓縮性強(qiáng)，控制精度不高。這兩種形式的U型被動可控減搖水艙的共同缺點(diǎn)是，要求船上必須有足夠的空間來布置水道和氣道，給減搖水艙的設(shè)計(jì)、建造帶來諸多不便。同時(shí)，用減搖水艙來減輕船的縱搖時(shí)，很難劃出空間用于布置水道和氣道。
(三)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)合主動減搖水艙和被動減搖水艙的優(yōu)點(diǎn)，并摒棄二者缺點(diǎn)的新型減搖水艙及其減搖方法。通過將這種減搖水艙裝配到船舶以及海洋結(jié)構(gòu)物中，可以在消耗功率遠(yuǎn)小于主動減搖水艙的基礎(chǔ)上達(dá)到主動減搖水艙迅速及時(shí)調(diào)節(jié)各水艙水位的效果。同時(shí)，在減搖水艙控制系統(tǒng)失控的情況下，可以排空各艙積水，規(guī)避主動式減搖水艙控制系統(tǒng)失控情況下可能增搖的現(xiàn)象。本發(fā)明在船舶不需要減搖的情況下，排空各水艙積水，具有現(xiàn)有減搖水艙不具備的不影響橫/縱穩(wěn)性高度的優(yōu)點(diǎn)。
[0007]—種設(shè)有舷門的減搖水艙，所述減搖水艙設(shè)置在船艏和/或船艉的左右兩側(cè)，水艙的數(shù)量在一對以上，水艙包括艙室，以及右艙門和左艙門，艙室頂部設(shè)有艙頂，艙頂?shù)纳戏皆O(shè)有水艙排氣及排水管道，左舷的左艙門和右舷的右艙門設(shè)置在船體吃水線以上，右艙門和左艙門通過轉(zhuǎn)軸與所述船體舷側(cè)連接，右艙門和左艙門通過所述轉(zhuǎn)軸可以自由開啟或者關(guān)閉，右艙門和左艙門關(guān)閉以后水艙具有隔水性，所述水艙的上方設(shè)置有水艙排氣及排水管道，船體內(nèi)部設(shè)置有轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸、驅(qū)動軸、控制軸、壓力傳感器、控制器和角速度陀螺，其中，轉(zhuǎn)軸由轉(zhuǎn)子驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，所述轉(zhuǎn)子通過驅(qū)動軸帶動控制軸，所述驅(qū)動軸與控制軸垂直嚙合，壓力傳感器位于所述船體的舷側(cè)靠近所述轉(zhuǎn)軸的水艙的下方，所述角速度陀螺與控制箱連接，所述轉(zhuǎn)子、壓力傳感器和角速度陀螺均與控制箱連接。
[0008]采用上述方案后，由于轉(zhuǎn)機(jī)可以帶動艙門開啟或關(guān)閉，使減搖水艙可以裝有任意體積的水，能夠?qū)崿F(xiàn)在船舶無搖擺情況下減搖水艙排空積水，不影響船舶的穩(wěn)性；在劇烈搖晃下，同主動式減搖水艙一樣迅速、及時(shí)調(diào)節(jié)各艙水的容量，最大限度減搖。
[0009]艙門開啟以后，沒于海水中，可以起到類似舭龍骨的效果，增大船舶阻尼，起到進(jìn)一步的減搖作用。
[0010]本新型減搖水艙的控制裝置及傳動裝置簡單，易于操作。
(四)
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明減搖水艙在船舶縱向布置的側(cè)視圖
[0012]圖2-圖7為本發(fā)明在船舶橫搖一個(gè)周期內(nèi)水艙開閉的控制示意圖
[0013]圖8為本發(fā)明減搖水艙的立體圖
[0014]圖9為本發(fā)明轉(zhuǎn)軸及艙門的結(jié)構(gòu)示意圖
[0015]圖10本發(fā)明艙門、轉(zhuǎn)軸及舷側(cè)的結(jié)構(gòu)連接圖
(五)
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面本發(fā)明將結(jié)合附圖中的實(shí)施例作進(jìn)一步的描述:
[0017]如圖1所示，包括右艙門1、壓力傳感器8。
[0018]如圖2所示，包括減搖水艙的艙室4、左艙門6、水艙排氣及排水管道2、水艙艙頂3。
[0019]如圖8所示，包括轉(zhuǎn)軸5、轉(zhuǎn)子7、驅(qū)動軸13、控制器9、角速度控制陀螺10、非連續(xù)縱艙壁14。
[0020]如圖10所示，包括艙門上的肋骨11、肋骨上的開口 12。
[0021]以下所述為本發(fā)明的減搖水艙的工作原理及操作過程。
[0022]如圖1所示，在船的兩側(cè)設(shè)置左右對稱的水艙，在船艏和船艉設(shè)置前后對稱的水艙。
[0023]如圖2所示，水艙包括艙室4，以及右艙門I和左艙門6，艙室4頂部設(shè)有艙頂3，艙頂3的上方設(shè)有水艙排氣及排水管道2。當(dāng)船舶行駛于海況良好的海域，不需要減搖時(shí)，各水艙將海水排空，左艙門6和右艙門I關(guān)閉，船舶穩(wěn)性處于良好的狀態(tài)。
[0024]如圖3-7所示，為船舶在一個(gè)搖擺周期內(nèi)的減搖水艙的操作和減搖過程。
[0025]其中，當(dāng)船舶左右橫向搖擺，船舶需要減橫搖時(shí)，如圖3所示，當(dāng)船舶發(fā)生右傾時(shí)，水艙的右艙門I浸入海水中，左艙門6遠(yuǎn)高于海平面，此時(shí)打開右艙門I和左艙門6，海水進(jìn)入右舷水艙，右舷艙室4中將灌入海水，左舷艙室4中沒有海水。此時(shí)船舶的回復(fù)力矩對船舶有一個(gè)旋轉(zhuǎn)力矩，從船首向船尾的方向來看，力矩為逆時(shí)針方向，使得船舶逆時(shí)針方向搖擺，而進(jìn)入右舷艙室4中的海水將產(chǎn)生順時(shí)針方向的力矩，該力矩將抵消掉部分回復(fù)力矩，從而降低船舶的左右搖擺，產(chǎn)生減搖效果。
[0026]如圖4所示，當(dāng)接下來船舶回到正浮狀態(tài)，但仍在波浪作用下逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，關(guān)閉左艙門6和右艙門1，此時(shí)進(jìn)入右舷艙室4中的海水將產(chǎn)生順時(shí)針方向的力矩，該力矩將抵消掉部分回復(fù)力矩，從而降低船舶的左右搖擺，產(chǎn)生減搖效果。
[0027]如圖5所示，當(dāng)船舶繼續(xù)在波浪作用下逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，船舶發(fā)生左傾，水艙的右艙門I