具有抑制液体晃荡功能的船用燃料储罐

1.本发明涉及特种船舶制造技术领域，尤其是一种具有抑制液体晃荡功能的船用燃料储罐。


背景技术：

2.近年来，船舶海工行业积极响应国家节能减排政策，大力发展绿色船舶技术。双燃料推进船舶作为未来远洋船舶制造发展的趋势，其设计和建造也持续朝着自动化程度高、节能环保的方向进行迈进，并激发了一大批大中型船厂致力于双燃料推进船舶的市场开拓。近期，招商局金陵鼎衡船舶（扬州）有限公司与江苏科技大学联合研发了全球首制氨动力特种不锈钢化学品船，并已经实施建造。
3.在氨动力特种不锈钢化学品船内配套有燃料罐，其为一种低温压力容器，被用来存储燃气发电机组做功所需的液态氨气或氢气。在船舶行驶进程中，罐中液态燃料势必会发生晃荡，如此，一方面，导致罐内快速失压，出现初始热力学平衡被破坏等问题，进而会影响到向外输气的稳定性，且还会加快罐体内侧壁的腐蚀速度；另一方面，用来支撑罐体的底座不但需承受罐体及其装载液货的重力，且因受到液体晃荡而引起的、加速度值以及方向不定的惯性力，受力工况极为复杂，从而极易导致其过快损坏，不但后期需投入大量的人力、物力对其执行换新操作，而且还会影响到燃料罐的固定可靠性；再者，在航行进程中，化学品船不但要经受波浪引起的载荷，还要承受因液态燃料晃荡而引起的附加力矩，从而在一定程度上增加了船只失稳或局部结构损坏等风险，甚至可能酿成重大翻船事故。因而，亟待本课题组解决上述问题。

技术实现要素：
故，本发明课题组鉴于上述现有的问题以及缺陷，乃搜集相关资料，经由多方的评估及考量，并经过课题组人员不断实验以及修改， 最终导致该具有抑制液体晃荡功能的船用燃料储罐的出现。
4.为了解决上述技术问题，本发明涉及了一种具有抑制液体晃荡功能的船用燃料储罐，其包括罐体、底座、晃荡测试单元以及主动干预单元。罐体借由底座以实现与主甲板的固定连接，且辅以输气管道以向着燃气发电机组持续地供应可燃性气体。底座为非刚性支撑。晃荡测试单元与主动干预单元相配套应用，其用来对液态燃料的晃荡强度以及晃荡方向进行测定，且内置于罐体的空腔中。当罐体受到来自于主动干预单元的干涉力作用时其自身方位可发生自适应性调整。
5.作为本发明所公开技术方案的进一步改进，底座的数目至少为2，且沿着罐体的轴向进行线性排布。
6.作为本发明所公开技术方案的更进一步改进，底座包括有基板、支撑组件以及第一弧形托顶板。基板直接搁置于主甲板上。第一弧形托顶板半环抱于罐体上。支撑组件作为基板和第一弧形托顶板之间的柔性连接过渡，且其由多根相互交错的、长短不一的、且同时连接基板和第一弧形托顶板的非刚性支撑柱构成。
7.作为本发明所公开技术方案的更进一步改进，非刚性支撑柱优选由工程塑料制
成。
8.当然，作为上述技术方案的另一种改型设计，非刚性支撑柱亦可优选为复合结构，其由塑胶体和辅助增强体复合而成。多个辅助增强体被包裹于塑胶体中。
9.作为本发明所公开技术方案的更进一步改进，辅助增强体为多条分散于塑胶体中的弹簧钢卷或柱状弹簧段。
10.作为本发明所公开技术方案的进一步改进，晃荡测试单元包括波浪传感器。波浪传感器用来同时测定沿着罐体的轴向来犯液态燃料的晃荡强度以及沿着罐体的径向来犯液态燃料的晃荡强度。
11.作为本发明所公开技术方案的更进一步改进，晃荡测试单元还包括有控制器。控制器实时接收、分析、且处理经由波浪传感器传输而来的数据，并对应地发出控制信号至主动干预单元。
12.作为本发明所公开技术方案的更进一步改进，主动干预单元包括有第一主动干预子单元和第二主动干预子单元。第一主动干预子单元和第二主动干预子单元均与波浪传感器相配套应用。当波浪传感器检测到液态燃料沿着罐体的轴向进行来犯时，第一主动干预子单元向着罐体施加轴向干涉力。且轴向干涉力的大小与沿着罐体轴向进行来犯的液态燃料的晃荡强度呈正相关关系。当波浪传感器检测到液态燃料沿着所述罐体的径向进行来犯时，第二主动干预子单元向着罐体施加径向干涉力。且径向干涉力的大小与沿着罐体径向进行来犯的液态燃料的晃荡强度呈正相关关系。
13.作为本发明所公开技术方案的更进一步改进，第一主动干预子单元包括有第一往复电机和第二弧形托顶板。第二主动干预子单元包括有第二往复电机和第三弧形托顶板。第一往复电机和第二往复电机均置放、且可拆卸地固定于主甲板上。第二弧形托顶板、第三弧形托顶板分别由第一往复电机、第二往复电机进行驱动，且两者均对罐体的外侧壁进行半环抱。
14.作为本发明所公开技术方案的更进一步改进，第一主动干预子单元还包括有第一弹性橡胶垫。第一弹性橡胶垫被弹性地压靠于第二弧形托顶板和罐体之间。第二主动干预子单元还包括有第二弹性橡胶垫。第二弹性橡胶垫被弹性地压靠于第三弧形托顶板和罐体之间。第一弹性橡胶垫和第二弹性橡胶垫的厚度值t均不小于25cm。
15.相较于传统设计结构的双燃料船用液态燃料储罐，在本发明所公开的技术方案中，增设了晃荡测试单元和主动干预单元。在实际应用中，借由晃荡测试单元以实时地对罐体内液态燃料的晃荡方向和晃荡强度进行测定，并根据测定结果，主动干预单元向着罐体施加干涉力（干涉力方向与液态燃料的晃荡方向相一致，且干涉力大小与液态燃料的晃荡强度相匹配），罐体的具体方位发生自适应性调整，以确保液态燃料相对于罐体尽可能具有较小的线性速度以及初始加速度，进而罐体内液态燃料的晃荡强度得到了有效地抑制。
16.得益于液态燃料的晃荡强度得到有效抑制，双燃料船用液态燃料储罐在实际应用中至少取得了以下几方面的有益技术效果：1）在向外输气的整个进程中，罐体内的压降速度保持于可控范围内，进而确保了向外输气进程得以稳定、且持续地进行，且罐体内始终保持于热应力平衡态，从而有效地延缓了其侧壁的腐蚀速度，进而利于大幅延长其使用寿命；2）因液态燃料晃荡而引起的附加力矩得到有效地控制，从而不但降低了船舶局部
结构受损风险，而且还确保了其航行的稳定性以及安全性。
17.附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1是本发明中具有抑制液体晃荡功能的船用燃料储罐的立体示意图。
20.图2亦是本发明中具有抑制液体晃荡功能的船用燃料储罐的立体示意图（隐线可见状态下）。
21.图3是本发明具有抑制液体晃荡功能的船用燃料储罐中底座的立体示意图。
22.图4是本发明具有抑制液体晃荡功能的船用燃料储罐中非刚性支撑柱的立体示意图。
23.图5是本发明具有抑制液体晃荡功能的船用燃料储罐中第一主动干预子单元的立体示意图。
24.图6是本发明具有抑制液体晃荡功能的船用燃料储罐中第一往复电机的立体示意图。
25.图7是本发明具有抑制液体晃荡功能的船用燃料储罐中第二主动干预子单元的立体示意图。
26.图8是本发明具有抑制液体晃荡功能的船用燃料储罐中第二往复电机的立体示意图。
27.1-罐体；2-底座；21-基板；22-支撑组件；221-非刚性支撑柱；2211-塑胶体；2212-辅助增强体；22121-柱状弹簧段；23-第一弧形托顶板；3-晃荡测试单元；31-波浪传感器；4-主动干预单元；41-第一主动干预子单元；411-第一往复电机；412-第二弧形托顶板；413-第一弹性橡胶垫；42-第二主动干预子单元；421-第二往复电机；422-第三弧形托顶板；423-第二弹性橡胶垫。
28.具体实施方式
29.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”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。
30.下面结合具体实施例，对本发明所公开的内容作进一步详细说明，图1、图2分别示出了本发明中具有抑制液体晃荡功能的船用燃料储罐两种不同状态下的立体示意图，可知，其主要由罐体1、底座2、晃荡测试单元3以及主动干预单元4等几部分构成，其中，罐体1借由底座2以实现与主甲板的固定连接，且辅以输气管道以向着燃气发电机组持续地供应可燃性气体。底座2为非刚性支撑，其数目为2，且沿着罐体1的轴向进行线性排布。晃荡测试
单元3与主动干预单元4相配套应用，其用来对液态燃料的晃荡强度以及晃荡方向进行测定，且内置于罐体1的空腔中。当罐体1受到来自于主动干预单元4的干涉力作用时其自身方位可发生自适应性调整。在实际应用中，借由晃荡测试单元3以实时地对罐体1内液态燃料的晃荡方向和晃荡强度进行测定，并根据测定结果，主动干预单元4向着罐体1施加干涉力（干涉力方向与液态燃料的晃荡方向相一致，且干涉力大小与液态燃料的晃荡强度相匹配），罐体1的具体方位发生自适应性调整，以确保液态燃料相对于罐体1尽可能具有较小的线性速度以及初始加速度，进而罐体1内液态燃料的晃荡强度得到了有效地抑制。
31.得益于液态燃料的晃荡强度得到有效抑制，双燃料船用液态燃料储罐在实际应用中至少取得了以下几方面的有益技术效果：1）在向外输气的整个进程中，罐体1内的压降速度保持于可控范围内，进而确保了向外输气进程得以稳定、且持续地进行，且罐体1内始终保持于热应力平衡态，从而有效延缓了其内侧壁的腐蚀速度，进而利于大幅延长其使用寿命；2）因液态燃料晃荡而引起的附加力矩得到有效地控制，从而不但降低了船舶局部结构受损风险，而且还确保了其航行的稳定性以及安全性；在此，还需要说明的是，在确保罐体1得以稳定支撑的前提下，底座2设计为非刚性结构，从而保证其具有良好的交变载荷承受能力，进而确保其在相对长时间段内免于受到损坏。
32.已知，根据设计常识，底座2可以采取多种设计结构以实现对罐体1的柔性（非刚性）支撑，进而确保罐体1受到干涉力作用时其相对方位可发生自适应性调整，不过，在此推荐一种设计结构简单、易于制造实施，且制造成本相对较低的实施方案，具体为：如图3中所示，底座2优选为组合式结构，其包括有基板21、支撑组件22以及第一弧形托顶板23。其中，当燃料储罐被定位完毕后，基板21直接搁置于主甲板上，而第一弧形托顶板23半环抱于罐体1上。支撑组件22作为基板21和第一弧形托顶板23之间的柔性连接过渡，且其由多根相互交错的、长短不一的、且同时连接基板21和第一弧形托顶板23的非刚性支撑柱221构成。如此，可以有效地确保罐体1受到干涉力作用时具有良好的动作灵敏度以及响应速度，具体表现为：在具体应用中，当液态燃料发生晃荡，主动干预单元4即时向着罐体1施以主动干涉力，罐体1的相对方位得以发生自适应性改变，与此同时，第一弧形托顶板23直接受到罐体1的施压以及拉扯，与第一弧形托顶板23相连接的非刚性支撑柱221得以快速地发生自适应性压缩或伸长。
33.再者，由图4中所示还可以明确看出，非刚性支撑柱221呈复合结构，其由塑胶体2211和辅助增强体2212复合而成。在本实施例中，辅助增强体2212优选为抗弯曲能力以及拉拉展能力极强的柱状弹簧段22121。多个柱状弹簧段22121被包裹于塑胶体2211中，且呈均布状。如此，当非刚性支撑柱221因受到外力作用而被压缩或拉伸时，塑胶体2211同步地发生形变，与此同时，柱状弹簧段22121发生侧弯形变或轴向拉长或压缩形变。
34.为了实现相同设计目的，除了可以选用上述的柱状弹簧段22121作为辅助增强体2212，亦可以根据实际设计需要选取弹簧钢卷（图中未示出）。
35.当然，在确保罐体1得以稳定支撑的前提下，出于尽可能地降低制造、成型成本方面考虑，非刚性支撑柱221亦可直接由工程塑料制成。
36.再者，由图2中所示可以明确地看出，晃荡测试单元3主要由波浪传感器31和控制
器（图中未示出）等构成。其中，波浪传感器31固定于罐体1的内腔中，且被液态燃料所浸没。在实际应用中，波浪传感器31可用来同时测定沿着罐体1的轴向来犯液态燃料的晃荡强度以及沿着罐体1的径向来犯液态燃料的晃荡强度，而控制器实时接收、分析、且处理经由波浪传感器31传输而来的数据，并对应地发出控制信号至主动干预单元4。
37.波浪传感器31技术极为成熟，需要时整体购置即可，例如：ws-i型波浪传感器可同时测定波高、波向和波周期等波浪要素。且其内部配置阻尼结构，能减少环境高频振动对测量单元的影响。ws-i型波浪传感器通过安装附件可以固定在不同的浮体内部。
38.如图2中所示，主动干预单元4由第一主动干预子单元41和第二主动干预子单元42构成。其中，第一主动干预子单元41和第二主动干预子单元42均与波浪传感器31相配套应用，且协同作用以实现对罐体1姿态以及方位的良好控制。具体控制手法为：波浪传感器31检测到液态燃料沿着罐体1的轴向进行来犯时，第一主动干预子单元41向着罐体1施加轴向干涉力，而此时，第二主动干预子单元42并未启动。且轴向干涉力的大小与沿着罐体1轴向进行来犯的液态燃料的晃荡强度呈正相关关系。当波浪传感器31检测到液态燃料沿着罐体1的径向进行来犯时，第二主动干预子单元42向着罐体1施加径向干涉力，而此时，第一主动干预子单元41并未启动。且径向干涉力的大小与沿着罐体1径向进行来犯的液态燃料的晃荡强度呈正相关关系。
39.作为上述技术方案的进一步细化，如图5、6中所示，第一主动干预子单元41主要由第一往复电机411和第二弧形托顶板412等几部分构成。如图7、8中所示，第二主动干预子单元42主要由第二往复电机421和第三弧形托顶板422等几部分构成。第一往复电机411和第二往复电机421均置放、且可拆卸地固定于主甲板上。第二弧形托顶板412、第三弧形托顶板422分别由第一往复电机411、第二往复电机421进行驱动，且两者均对罐体1的外侧壁进行半环抱。如此，在实际应用中，当波浪传感器31检测到液态燃料沿着罐体1的轴向进行来犯时，第一往复电机411启动，借由第二弧形托顶板412以向着罐体1施加轴向干涉力，而此时，第二往复电机421保持于停机状态。轴向干涉力的大小由第一往复电机411的瞬时输出功率所决定，且其与沿着罐体1轴向进行来犯的液态燃料的晃荡强度呈正相关关系。而当波浪传感器31检测到液态燃料沿着罐体1的径向进行来犯时，第二往复电机421启动，借由第三弧形托顶板422以向着罐体1施加径向干涉力，而此时，第一往复电机411保持于停机状态。径向干涉力的大小由第二往复电机421的瞬时输出功率所决定，且其与沿着罐体1径向进行来犯的液态燃料的晃荡强度呈正相关关系。
40.在实际设计中，根据实际应用情形以及功能的不同，第一往复电机411和第二往复电机421可以择优选取往复摇摆电机、往复直线电机或电驱动线性模组等。
41.最后，需要说明的是，根据设计规范，无论是第一往复电机411，抑或是第二往复电机421，其受力具有方向性要求，不可同时受到多方向力的作用，否则，极易受损，甚至“烧机”，鉴于此，作为上述技术方案的进一步优化，如图5、7中所示，第一主动干预子单元41还增设有第一弹性橡胶垫413。第一弹性橡胶垫413被弹性地压靠于第二弧形托顶板412和罐体1之间。第二主动干预子单元42还增设有第二弹性橡胶垫423。第二弹性橡胶垫423被弹性地压靠于第三弧形托顶板422和罐体1之间。第一弹性橡胶垫413和第二弹性橡胶垫423的厚度值t均不小于25cm。如此一来，在实际应用中，当波浪传感器31检测到液态燃料沿着罐体1的轴向进行来犯时，第一往复电机411启动，而此时，第二往复电机421保持于停机状态，但
因受到第一弹性橡胶垫413因素影响，其受到非刚性牵扯力的作用，在确保罐体1得以顺利、快速地执行轴向窜动位移的前提下，第二往复电机421得以在相当长时间周期内始终保持有良好的工作性能。抑或，当波浪传感器31检测到液态燃料沿着罐体1的径向进行来犯时，第二往复电机421启动，而此时，第一往复电机411保持于停机状态，但因受到第二弹性橡胶垫423因素影响，其受到非刚性牵扯力的作用，在确保罐体1得以顺利、快速地执行径向位置变动的前提下，第一往复电机411得以在相当长时间周期内始终保持有良好的工作性能。
42.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.具有抑制液体晃荡功能的船用燃料储罐，其特征在于，包括罐体、底座、晃荡测试单元以及主动干预单元；所述罐体借由所述底座以实现与主甲板的固定连接，且辅以输气管道以向着燃气发电机组持续地供应可燃性气体；所述底座为非刚性支撑；所述晃荡测试单元与所述主动干预单元相配套应用，其用来对液态燃料的晃荡强度以及晃荡方向进行测定，且内置于所述罐体的空腔中；当所述罐体受到来自于所述主动干预单元的干涉力作用时其自身方位可发生自适应性调整。2.根据权利要求1所述的具有抑制液体晃荡功能的船用燃料储罐，其特征在于，所述底座的数目至少为2，且沿着所述罐体的轴向进行线性排布。3.根据权利要求2所述的具有抑制液体晃荡功能的船用燃料储罐，其特征在于，所述底座包括有基板、支撑组件以及第一弧形托顶板；所述基板直接搁置于主甲板上；所述第一弧形托顶板半环抱于所述罐体上；所述支撑组件作为所述基板和所述第一弧形托顶板之间的柔性连接过渡，且其由多根相互交错的、长短不一的、且同时连接所述基板和所述第一弧形托顶板的非刚性支撑柱构成。4.根据权利要求3所述的具有抑制液体晃荡功能的船用燃料储罐，其特征在于，所述非刚性支撑柱由工程塑料制成。5.根据权利要求3所述的具有抑制液体晃荡功能的船用燃料储罐，其特征在于，所述非刚性支撑柱为复合结构，其由塑胶体和辅助增强体复合而成；多个所述辅助增强体被包裹于所述塑胶体中。6.根据权利要求5所述的具有抑制液体晃荡功能的船用燃料储罐，其特征在于，所述辅助增强体为多条分散于所述塑胶体中的弹簧钢卷或柱状弹簧段。7.根据权利要求1-6中任一项所述的具有抑制液体晃荡功能的船用燃料储罐，其特征在于，所述晃荡测试单元包括波浪传感器；所述浪传感器用来同时测定沿着所述罐体的轴向来犯液态燃料的晃荡强度以及沿着所述罐体的径向来犯液态燃料的晃荡强度。8.根据权利要求7所述的具有抑制液体晃荡功能的船用燃料储罐，其特征在于，所述晃荡测试单元还包括有控制器；所述控制器实时接收、分析、且处理经由所述波浪传感器传输而来的数据，并对应地发出控制信号至所述主动干预单元。9.根据权利要求8所述的具有抑制液体晃荡功能的船用燃料储罐，其特征在于，所述主动干预单元包括有第一主动干预子单元和第二主动干预子单元；所述第一主动干预子单元、所述第二主动干预子单元均与所述波浪传感器相配套应用；当所述波浪传感器检测到液态燃料沿着所述罐体的轴向进行来犯时，所述第一主动干预子单元向着所述罐体施加轴向干涉力；且所述轴向干涉力的大小与沿着所述罐体轴向进行来犯的液态燃料的晃荡强度呈正相关关系；当所述波浪传感器检测到液态燃料沿着所述罐体的径向进行来犯时，所述第二主动干预子单元向着所述罐体施加径向干涉力；且所述径向干涉力的大小与沿着所述罐体径向进行来犯的液态燃料的晃荡强度呈正相关关系。10.根据权利要求9所述的具有抑制液体晃荡功能的船用燃料储罐，其特征在于，所述第一主动干预子单元包括有第一往复电机和第二弧形托顶板；所述第二主动干预子单元包括有第二往复电机和第三弧形托顶板；所述第一往复电机和所述第二往复电机均置放、且可拆卸地固定于主甲板上；所述第二弧形托顶板、所述第三弧形托顶板分别由所述第一往复电机、所述第二往复电机进行驱动，且两者均对所述罐体的外侧壁进行半环抱。
11.根据权利要求10所述的具有抑制液体晃荡功能的船用燃料储罐，其特征在于，所述第一主动干预子单元还包括有第一弹性橡胶垫；所述第一弹性橡胶垫被弹性地压靠于所述第二弧形托顶板和所述罐体之间；所述第二主动干预子单元还包括有第二弹性橡胶垫；所述第二弹性橡胶垫被弹性地压靠于所述第三弧形托顶板和所述罐体之间；所述第一弹性橡胶垫和所述第二弹性橡胶垫的厚度值t均不小于25cm。

技术总结
本发明涉及特种船舶制造技术领域，尤其是一种具有抑制液体晃荡功能的船用燃料储罐，包括罐体、底座、晃荡测试单元以及主动干预单元。罐体借由底座以实现与主甲板的固定连接。底座为非刚性支撑。晃荡测试单元与主动干预单元相配套应用，且其内置于罐体的空腔中。当罐体受到来自于主动干预单元的干涉力作用时其自身方位可发生自适应性调整。在实际应用中，借由晃荡测试单元以实时地对液态燃料的晃荡方向和晃荡强度进行测定，并根据测定结果，主动干预单元向着罐体施加干涉力，罐体的具体方位发生自适应性调整，以确保液态燃料相对于罐体尽可能具有较小的线性速度以及初始加速度，进而液态燃料的晃荡强度得到了有效地抑制。液态燃料的晃荡强度得到了有效地抑制。液态燃料的晃荡强度得到了有效地抑制。


技术研发人员：王文庆 沈中祥 张曙光 仲启春 李志富 尹群 罗嘉鑫 雍允豪
受保护的技术使用者：江苏科技大学
技术研发日：2022.12.22
技术公布日：2023/4/5