一种用于LNG加注船的液舱制荡系统、制荡流程及控制方法

一种用于lng加注船的液舱制荡系统、制荡流程及控制方法
技术领域
1.本发明涉及一种制荡系统及控制方法，尤其涉及一种用于lng加注船的液舱制荡系统、制荡流程及控制方法。


背景技术：

2.lng是一种高效、洁净的能源，也就是俗称的液化天然气。近年来，在我国船舶工业节能减排的大趋势下，lng船舶的发展迅速具有良好的前景。由于船舱内布置大型液罐，此类船舶不可避免地会发生液舱非满载工况，使液舱内存在自由液面，使舱内的液化天然气摇摆引发晃荡。当外部激励频率与液舱的自振频率相近时，即便是在很小的激发振幅下，液舱也会受到强烈的摆动，造成船体结构的损伤，甚至会影响到船体结构稳定性，造成严重的事故。因此，采用制荡装置来降低lng液舱晃荡带来的风险是十分必要的。
3.目前，lng液体舱制荡设备的研制尚处在初级阶段，工程应用水平较低，常规的制荡措施是通过在液舱内部增设舱壁或横隔板，但其缺点是：对船体结构强度的要求较高，制荡效果一般；随着加注船的运行，液舱中的液面会逐步下降，目前的制荡设备不能及时地根据加注船的实时工况进行调节，从而导致制荡效果不理想；在船舶处于加注作业时，常规的制荡板不能有效地降低液舱中液化天然气发生横向晃荡的所带来的冲击。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明目的是提出一种用于lng加注船的液舱制荡系统、制荡流程及控制方法，能够增大制荡板的有效制荡面积；可以降低制荡板本身因晃荡冲击所产生的应力，提高系统稳定性。
5.技术方案：本发明包括液舱，所述液舱内固定有液位探测器和数据处理器，液舱两侧对称安装有制荡板，两侧的制荡板分别通过多个连接装置与液舱连接，每个连接装置的末端均设有压力传感器，所述数据处理器与液位探测器、压力传感器及连接装置控制连接。
6.所述制荡板上设有若干水平分隔板和竖直分隔板，水平分隔板和竖直分隔板将制荡板分成若干小空间，每个小空间的制荡板均开设有通孔。
7.所述通孔采用锥形孔，且锥形孔的开口方向沿竖直方向交错分布。
8.所述连接装置为液压控制杆，位于液舱同一侧的液压控制杆的缸体与设在该侧液舱内的支架滑动连接。
9.所述液压控制杆中的活塞杆与制荡板通过万向头连接，使制荡板在多个液压控制杆的推动下可在液舱内前后移动并可作横纵方向的偏转。
10.所述数据处理器对称设置在液舱两侧，其输入端分别与液位探测器的输出端以及压力传感器的输出端连接，数据处理器的输出端与位于液舱同一侧的液压控制杆的控制端连接。
11.一种用于lng加注船的液舱制荡系统的制荡流程，包括以下步骤：
12.1)安装上述制荡系统；
13.2)液面探测器检测液舱内液位高度，并依据液位高度调节制荡板相对于液舱的位置；
14.3)压力传感器检测制荡板表面处的压力值，并依据压力值再次调节液压控制杆的伸缩量，进而控制制荡板偏转方向和角度；
15.4)压力传感器检测制荡板偏转后的制荡板表面压力值，并依据压力值再次调节液压控制杆的阻尼强度大小；
16.5)重复步骤2)至4)，直至液舱内液面晃荡高度达到最小值。
17.一种用于lng加注船的液舱制荡系统的控制方法，包括：
18.当液罐满载时，数据处理器控制对应侧的液压控制杆伸缩量，使液压杆伸缩量相同，此时，制荡板垂直于液罐表面，根据压力传感器所测数据调节液压控制杆的阻尼大小，使制荡板跟液舱内的自由液面做周期性晃动；
19.当液罐处于非满载时，数据处理器控制对应侧的液压控制杆的伸缩量，使制荡板在移动的同时绕中心轴纵向偏转，增大制荡板浸没面积，数据处理器根据压力传感器所测数据调节液压杆阻尼大小，使制荡板跟随液舱内的自由液面做周期性晃动；
20.当加注船处在加注工况下时，根据液位探测器和压力传感器检测的液位高度和液体压力数据处理器控制单侧液压杆伸缩量，使制荡板绕中心轴横向偏转，根据压力传感器所测数据调节液压控制杆阻尼大小，使制荡板跟随液舱内的自由液面做周期性晃动。
21.有益效果：
22.(1)当制荡板受到液舱内液化天然气的冲击时，液压杆调节液压阻尼强度而允许制荡板随液舱晃荡做往复运动，吸收因液体晃荡所带来的冲击，根据传感器所测数据制荡板自动调节角度，增大制荡板有效制荡面积，制荡板上横纵隔板的设置可以降低制荡板本身因晃荡冲击所产生的应力，提高系统稳定性；
23.(2)可根据液舱内液位和船体晃荡程度的实时变化，进行适时调整，在最大程度上保证液舱晃荡时的液位高度时刻处于最低值，可大幅度提高制荡效果，进而有效降低因液舱晃荡而带来的对舱壁的损伤。
附图说明
24.图1为本发明的整体结构图；
25.图2为本发明的制荡板结构示意图；
26.图3为本发明的制荡板开孔结构图；
27.图4为本发明的制荡系统处于非满载状态下的局部剖视图；
28.图5为本发明的制荡系统处于船舶横摇状态下的局部剖视图；
29.图6为本发明的控制模块图。
具体实施方式
30.下面结合附图对本发明作进一步说明。
31.如图1至图5所示，本发明包括液舱1、液位探测器2、制荡板3、压力传感器4、数据处理器5和液压控制杆6，液舱1采用c型液舱，液位探测器2位于液舱1顶部且与液舱固定连接，用于实时检测液舱内液位的变化情况，液位探测器2优选为雷达式液位探测器。液舱1的左
右两侧对称设有制荡板3，两侧的制荡板3分别通过多个液压控制杆6与液舱1固定，液压控制杆6选用磁流变液压杆，该制荡板3的四周侧壁与液舱1内壁留有间隔，便于制荡板3位置的调节。压力传感器4固定安装于液压控制杆6末端，位于同一侧的液压控制杆6的缸体均与设在液舱1内的支架7滑动连接，使液压控制杆6可在数据处理器5的控制下在支架7的固定轨道内移动。每个液压控制杆6中的活塞杆均与制荡板3通过万向头连接，制荡板3在多个液压控制杆6的推动下可在液舱内前后移动并可作横纵方向的偏转，进而实现制荡板3相对液舱1内的液化天然气液面进行调整。数据处理器5对称设置在液舱1两侧，其输入端分别与液位探测器2的输出端以及压力传感器4的输出端连接，数据处理器5的输出端与位于液舱1同一侧的液压控制杆6的控制端连接。
32.如图2所示，制荡板3上设有若干水平分隔板32和竖直分隔板33，水平分隔板32和竖直分隔板33将制荡板3分成若干小空间，每个小空间的制荡板3均开设有通孔31，通孔31采用锥形孔，且锥形孔的开口方向沿垂直方向交错分布，如图3所示。制荡板3能够沿液舱1径向方向活动，因此当制荡板3受到液舱1内液化天然气的冲击时，液压杆调节液压阻尼强度允许制荡板3随液舱1晃荡做往复运动，吸收因液体晃荡所带来的冲击，根据压力传感器所测数据制荡板3自动调节角度，增大制荡板3的有效制荡面积。
33.制荡板3上横纵隔板的设置可以降低制荡板3本身因晃荡冲击所产生的应力，提高制荡板3的稳定性。当液舱1晃荡产生能量时，锥形孔能更加有效的吸收液体冲击所带来的能量，进行能量内部释放，使得震荡晃动产生的能量通过制荡板3和液压控制杆6及时散除，大幅降低因液舱晃荡带来的对液罐构件的危害，保证罐体内部的安全稳定。
34.如图6所示，数据处理器5包括数据接收模块51、数据处理模块52以及电流控制模块53，其中，数据接收模块51的输入端分别与液位探测器2的输出端以及压力传感器4的输出端连接，数据处理模块52的输入端与数据接收模块51的输出端连接，电流控制模块53的输入端与数据处理模块52的输出端连接，电流控制模块53的输出端分别与每个液压控制杆6的控制端连接。数据接收模块51分别接收液位探测器2以及压力传感器4发送的液位高度信息和液面压力信息，并将接收到的液位高度信息和液面压力信息发送到数据处理模块52，数据处理模块52根据液位高度信息和液面压力信息换算出对应液压控制杆6的伸缩量以及对应的所需电流，由电流控制模块53将所需的电流输送到液压控制杆6，从而实现液压控制杆6对制荡板3的调节。
35.使用时，数据处理器5首先根据液位探测器2和压力传感器4分别检测的液位高度和制荡板3所受压力，驱动液压控制杆6进行运动，使制荡板3进行位置调节，完成制荡板3在液舱1内的位置粗调；之后，数据处理器5再根据压力传感器4检测的实时液面压力信息，再次控制液压控制杆6进行运动，驱动制荡板3进行角度偏转，完成制荡板3在液舱1内的位置精调；最后调整液压控制杆6的液压阻尼强度，进而把因液舱晃荡引起的安全风险降至最低。
36.具体制荡控制流程为：
37.1)在液舱内的中部设置有可相对液舱进行左右移动的制荡板；
38.2)液面探测器检测液舱内液位高度，并依据液位高度调节制荡板相对于液舱的位置；
39.3)压力传感器检测制荡板表面处的压力值，并依据压力值再次调节液压控制杆的
伸缩量进而控制制荡板偏转方向和角度；
40.4)压力传感器检测制荡板偏转后的制荡板表面压力值，并依据压力值再次调节液压控制杆的阻尼强度大小；
41.5)重复步骤2)至4)，直至液舱内液面晃荡高度达到最小值。
42.由于设置有液位探测器和压力传感器，可以对液舱内的液位高度和液面压力进行实时检测，进而确保制荡板可根据液舱内的液位高度以及压面压力变化进行适时调整，可及时消除液舱晃荡现象，避免对舱壁造成损伤。
43.制荡板可以根据液舱液化天然气的储量和加注船工况实现对液体晃荡的控制，其控制方法包括：
44.当液罐接近满载时，由于液化天然气特性，液舱最大承载量为容积的90％，保证留有一定的压力空间，此时数据处理器控制液压杆伸缩量，使液压杆伸缩量相同，制荡板垂直于液罐表面。根据压力传感器所测数据调节液压控制杆阻尼大小，使制荡板跟随液化天然气自由液面做周期性晃动，吸收绝大部分因液体晃荡所产生的对液舱的抨击力，实现制荡目的；
45.如图4所示，当液罐处于非满载时，数据处理器控制对应侧液压杆伸缩量，使制荡板不但左右移动并且可以绕中心轴在一定范围纵向偏转，增大制荡板浸没面积，使制荡有效面积最大，数据处理器根据压力传感器所测数据调节液压杆阻尼大小，使制荡板跟随液化天然气自由液面做周期性晃动，吸收绝大部分因液体晃荡所产生的对液舱的抨击力，实现制荡目的。
46.如图5所示，当lng加注船处在加注工况下，船舶易处于横摇状态，根据液位探测器和压力传感器检测的液位高度和液体压力数据处理器控制单侧液压杆伸缩量，使制荡板绕中心轴在一定范围横向偏转，使制荡板同时抵消由于船体横摇带来的晃荡，根据压力传感器所测数据调节液压控制杆阻尼大小，使制荡板跟随液化天然气自由液面做周期性晃动，吸收绝大部分因液体晃荡所产生的对液舱的抨击力，实现制荡目的。
47.用于提升该液舱制荡系统的有效性，在液舱制荡系统中还设有:船用gps定位器、船用电子倾斜仪、船用气象仪、航海测深仪以及应力感应器；其中,船用gps定位器的输出端、船用电子倾斜仪的输出端、船用气象仪输出端、航海测深仪的输出端以及应力感应器的输出端均与数据处理器5的输入端连接。数据处理器5可以通过收集船用gps定位器、船用电子倾斜仪、船用气象仪、航海测深仪等的信息,通过应力感应器收集lng液舱关键节点的实时应力状态信息，经过云计算，大数据分析通过制荡板的不同调节状态从而实现根据装载液体的特性、航线路径、航行海况等条件达到液舱自由液面的自动控制，最大程度降低船舶因液舱晃荡带来的危害和损失。

技术特征：
1.一种用于lng加注船的液舱制荡系统，其特征在于，包括液舱，所述液舱内固定有液位探测器和数据处理器，液舱两侧对称安装有制荡板，两侧的制荡板分别通过多个连接装置与液舱连接，每个连接装置的末端均设有压力传感器，所述数据处理器与液位探测器、压力传感器及连接装置控制连接。2.根据权利要求1所述的一种用于lng加注船的液舱制荡系统，其特征在于，所述制荡板上设有若干水平分隔板和竖直分隔板，水平分隔板和竖直分隔板将制荡板分成若干小空间，每个小空间的制荡板均开设有通孔。3.根据权利要求2所述的一种用于lng加注船的液舱制荡系统，其特征在于，所述通孔采用锥形孔，且锥形孔的开口方向沿竖直方向交错分布。4.根据权利要求1所述的一种用于lng加注船的液舱制荡系统，其特征在于，所述连接装置为液压控制杆，位于液舱同一侧的液压控制杆的缸体与设在该侧液舱内的支架滑动连接。5.根据权利要求4所述的一种用于lng加注船的液舱制荡系统，其特征在于，所述液压控制杆中的活塞杆与制荡板转动连接。6.根据权利要求1所述的一种用于lng加注船的液舱制荡系统，其特征在于，所述数据处理器对称设置在液舱两侧，其输入端分别与液位探测器的输出端以及压力传感器的输出端连接，数据处理器的输出端与位于液舱同一侧的液压控制杆的控制端连接。7.根据权利要求1～6任一项所述的一种用于lng加注船的液舱制荡系统的制荡流程，其特征在于，包括以下步骤：1)安装上述制荡系统；2)液面探测器检测液舱内液位高度，并依据液位高度调节制荡板相对于液舱的位置；3)压力传感器检测制荡板表面处的压力值，并依据压力值再次调节液压控制杆的伸缩量，进而控制制荡板偏转方向和角度；4)压力传感器检测制荡板偏转后的制荡板表面压力值，并依据压力值再次调节液压控制杆的阻尼强度大小；5)重复步骤2)至4)，直至液舱内液面晃荡高度达到最小值。8.根据权利要求1～6任一项所述的一种用于lng加注船的液舱制荡系统的控制方法，其特征在于，包括：当液罐满载时，数据处理器控制对应侧的液压控制杆伸缩量，使液压杆伸缩量相同，此时，制荡板垂直于液罐表面，根据压力传感器所测数据调节液压控制杆的阻尼大小，使制荡板跟液舱内的自由液面做周期性晃动；当液罐处于非满载时，数据处理器控制对应侧的液压控制杆的伸缩量，使制荡板在移动的同时绕中心轴纵向偏转，增大制荡板浸没面积，数据处理器根据压力传感器所测数据调节液压杆阻尼大小，使制荡板跟随液舱内的自由液面做周期性晃动；当加注船处在加注工况下时，根据液位探测器和压力传感器检测的液位高度和液体压力数据处理器控制单侧液压杆伸缩量，使制荡板绕中心轴横向偏转，根据压力传感器所测数据调节液压控制杆阻尼大小，使制荡板跟随液舱内的自由液面做周期性晃动。

技术总结
本发明公开了一种用于LNG加注船的液舱制荡系统、制荡流程及控制方法，包括液舱，所述液舱内固定有液位探测器和数据处理器，液舱两侧对称安装有制荡板，两侧的制荡板分别通过多个连接装置与液舱连接，每个连接装置的末端均设有压力传感器，所述数据处理器与液位探测器、压力传感器及连接装置控制连接。本发明当制荡板受到液舱内液化天然气的冲击时，液压杆调节液压阻尼强度而允许制荡板随液舱晃荡做往复运动，吸收因液体晃荡所带来的冲击，根据传感器所测数据制荡板自动调节角度，增大制荡板有效制荡面积，制荡板上横纵隔板的设置可降低制荡板本身因晃荡冲击所产生的应力，提高系统稳定性；根据液舱内液位和船体晃荡程度的实时变化，进行适时调整。进行适时调整。进行适时调整。


技术研发人员：薛鑫源 管义锋 成辰 梁福艺 赵鲁华
受保护的技术使用者：江苏科技大学
技术研发日：2023.03.31
技术公布日：2023/5/11