浅析减摇水舱的工作原理及其在育鲲轮上的改造应用报告Word文档下载推荐.docx

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1.1.3船舶减小横摇途径

1.2常见的减摇装置

1.3减摇装置的性能比较

1.4减摇装置的选择

1.5“育鲲”轮现有减摇装置简介

1.5.1“育鲲”轮减摇鳍的参数

1.5.2“育鲲”轮减摇鳍的特点

2减摇水舱的工作原理

2.1减摇水舱概述

2.1.1被动式减摇水舱

2.1.2主动式减摇水舱

2.1.3可控被动式减摇水舱

2.2减摇水舱的控制

2.2.1减摇水舱的气阀控制

2.2.2减摇水舱的控制输入

2.3减摇水舱内流体运动分析

3减摇水舱在“育鲲”轮上的改造应用

3.1“育鲲”轮压载水系统简介

3.2针对三号压载水舱的改造

4减摇水舱控制系统的设计

4.1减摇水舱的控制系统

4.2电磁阀的选择

4.3气源处理设备

4.4传感器

4.5工控机

5综合平衡的优势

6总结

附图：

图1减摇装置分类示意图

图2被动式水舱减摇原理图

图3被动式水舱减摇原理相位图

图4可控被动式减摇水舱工作原理图

图5减摇水舱可控系统原理

图6气阀关闭时刻舱内水的流动气阀关闭后舱内水的流动

图7“育鲲”轮压载水系统

图8“育鲲”轮三号压载舱在船体分布俯视图

图9改造后的三号压载舱概念图

图10减摇水舱控制系统流程图

图11气动系统基本线路

表一减摇装置分类表

表二各种减摇装置特性的比较

表三“育鲲”轮各压载水舱的基本数据

浅析减摇水舱的工作原理及其在“育鲲”轮上

的改造应用

前言

在海上航行的船舶由于受到海浪、海风及海流因素的影响，船舶不可避免的会产生各种摇荡，其中横摇在船舶的摇荡中最为严重，剧烈的摇荡对船舶的适航性、安全性、以及设备的正常工作、货物的固定和乘员的舒适性都会有很大的影响，特备是对于“育鲲”轮这种专用远洋实习船，一定要尽可能的减小其在海浪中的摇摆。

在减摇技术中，最为常用的是减摇鳍，减摇水舱，以及舭龙骨，由于规定舭龙骨是大多数船舶必须安装的减摇装置，所以近年来减摇水舱和减摇鳍成了研究的重点。

由于减摇水舱和减摇鳍各有优缺点，减摇鳍在系泊状态和低航速下不能有效的减摇，而减摇水舱可以弥补这一缺陷，但是减摇水舱也有缺陷，它体积大且只能在船舶的谐摇频率附近有较好的减摇效果，其减摇效果一般为50%，不能满足船舶的平衡指标。

故可以采用减摇水舱和减摇鳍联合减摇的方案来提高船舶的减摇性能。

1减摇装置的分析比较

1.1船舶横摇概述

1.1.1船舶横摇危害

自从帆船发展成机动船后，随着船舶由木质船壳变为钢制船壳，横摇阻尼更加减小，横摇角度显著增加，使船舶在海上航行、工作时有可能产生相当大的横摇运动，产生一下后果：

1.由于横摇时船舶过分倾斜而使船舶倾覆。

2.由于横摇时产生的附加应力的作用而使船体和船上个别建筑物损坏。

3.由于横摇时水阻力的增加和推进器工作条件的恶化而使船舶航速降低。

4.由于船舷或船端淹没在波面下而使甲板浸水。

5.由于横摇时的船舶倾斜而使未固定好的货物移动。

6.船舶过度横摇时会引起船员晕船，影响其工作效率。

1.1.2船舶横摇标准

1为使船舶在风浪情况下能顺利施放到水面，通常要求横摇值不超过15°

。

2相关专家指出，船舶人员对横摇的忍耐程度，认为横摇幅值不应超过10°

，相应的，横摇周期不应大于5s~6s。

3为保证拖船的正常使用，相关专家认为其船舶幅值不应超过10°

.

4为保证雷达能正常工作，英国交通部门规定要求船舶雷达天线在船舶横摇幅值为10°

时任有合适的性能。

1.1.3船舶减小横摇途径

人们提出了各种装置来减小船舶的横摇，主要通过一下三种不同途径来实现：

1增大阻尼系数

这种做法称为“阻尼”稳定。

由于“阻尼”的物理意义是指能量的消散，所以这种减摇方式在任何情况下都是有效的，尤其是谐摇区效果最显著。

如舭龙骨。

2减小船舶的固有频率

这种减摇方式称为“谐摇稳定”。

即减小船舶固有频率，是船舶的固有频率避开波浪扰动频率。

它只对强制振荡有效，使遭遇频率按正确的方向改变，但是，由于实际的海面上有着各种频率的波浪，改变船舶固有频率的做法并不总是合适的，并且制造一种装置来改变船舶固有频率也是不现实的，只能在设计船舶时考虑这点，使船舶的周期避开此船服务海域发生最频繁的波浪的周期。

3直接减小扰动力或力矩

这种方式称为“平衡稳定”，在原则上它可以适用于所有的摇荡运动。

在这种情况下，施加一个与扰动力矩相位相反的稳定力矩，从而使扰动力矩减小。

但在实际中，由于只有横摇的幅值较大而扰动力矩较下，才能有效的力矩减摇。

如减摇水舱。

1.2常用的减摇装置

1舭龙骨

舭龙骨是应用最广泛，也是最简单的减摇装置。

它沿着船长方向安装在船的舭部，在横摇时扰动船体周围的流场，使船产生附加阻尼，借以增加横摇阻尼从而达到减摇目的的被动式减摇装置。

它在任何情况下都有效，在近似共振状态下最明显。

唯一缺点是装上舭龙骨会使船舶的阻力有所增加。

由于它简单、建造成本低和对航速影响小等优点，几乎在所有海船都毫无例外的装有舭龙骨，它已称为海船船体的一部分。

所以，在一般情况下所谓减摇装置糸指舭龙骨以外的减摇措施和设备。

2减摇鳍

减摇鳍是减摇效果最好的主动式减摇装置，设计的好的减摇鳍在任何情况下都可以使横摇幅值保持在3°

以内。

它是通过船体中部两舭伸出的一对机翼型叶片，当船在风浪中横摇时，在自动控制系统的控制下，根据横摇的情况，不断的改变鳍角的大小，使鳍上产生的升力在左右两船舷的方向始终相反，一边产生向上的升力，另一边产生向下的升力，总的力矩恰好抵消风浪的扰动力矩，从而达到减小横摇的目的。

在减小横摇的同时，在航速方面也可以得到好处。

但是减摇鳍结构复杂，成本较高，需要动力和控制系统，而且它有一个严重的缺点，就是航速达到一定程度时才会在鳍上产生明显的升力，随着航速的下降，减摇效果也急剧下降。

减摇鳍分为在不需要时收放在船体内的收放式和固定在舷外的非收放式两种。

前者由于有鳍箱，需要占用一定的船内空间，后者不占用空间，但鳍易损坏。

3减摇水舱

它是装在船体内的一种特制水舱，当船横摇时，水舱内的水，从一舷流向另一舷，从而产生抵抗横摇的稳定力矩。

从水舱的工作原理来分，大体有三种形式：

被动式水舱、可控被动式水舱和主动式水舱。

图一减摇装置分类示意图

按稳定力的力学性质

按控制方式

按工作机构的形式

按稳定力的实施范围

按改变船对扰动的感受性

被动式

主动或可控式

重力

各种不同结构的被动水舱和重物

各种不同结构的主动水舱和重物

液体和可移动固体重物

减少横摇，偶尔也用于减少纵摇

根据减摇装置对阻尼，自由振荡频率或扰动力起作用，相应的分为阻尼式，频率式和动力平衡式

流体动力

舭龙骨，鳍翼，自行整位的鳍板及舵

各种不同结构的可控鳍，喷水推进器

各种形式的附体

减少各种摇摆和偏航

陀螺力

被动式陀螺稳定器

主动式陀螺稳定器

陀螺

减少横摇

1.3减摇装置的性能比较

类型

舭龙骨

减摇鳍

舵减摇

被动式减摇水舱

可控式减摇水舱

减摇百分数

35%

80~90%

30~55%

50%

35~60%

低航速效果

有效

几乎无效

装置重量占排水量比例

几乎没有

1%

1~4%

对阻力影响

略有

工作时略有

减摇时略有

无

驱动功率

较大

所占空间

一般

小

较小

横向连续空间

不要

要

GB的影响

降低

噪声

有

造价

低

高

较高

维修费

较低

易损性

易

不易

有效的波浪范围

广

有限

较广

1.4减摇装置的选择

通常在选择减摇装置时，应考虑下述诸因素，并且根据船的使用要求、船体结构和布置等特点进行比较分析。

1减摇效果：

一般情况下减摇鳍的减摇效果最好，其次是可控被动减摇水舱，而被动式减摇水舱效果稍差。

但是，因为鳍的升力与船速的平方成正比，所以在低航速和无航速情况几乎没有减摇作用。

减摇水舱由于它的减摇力矩不受船航速的影响，它在不同航速都有相近的减摇效果，因此它特别适用于低航速或是无航速船舶的减摇。

2船内空间的占有率：

减摇装置的空间占有率是根据体积大小来判断的。

一般来说，减摇水舱比减摇鳍占据更大的空间，而且平面水舱往往要占据相当有用的空间。

3对航速和功率的影响：

减摇水舱因为布置在船体内部，所以不影响船体阻力，而减摇鳍由于从两舷伸入水中，且具有船体开口，将使井水阻力增加。

但是，因为减摇效果，使船横摇损失的航速减少，而减摇鳍比减摇水舱有更大的优点。

1.5“育鲲”轮现有减摇装置简介

1.5.1“育鲲”轮减摇鳍参数

“育鲲”使用的减摇鳍型号是Aquarius50系列，每舷各有一个叶片，叶片面积为3.03㎡，总重量为20.3吨,叶片伸出长度2.75m，叶片长宽比