阅读说明：本技术 一种船用智能减摇系统 (Intelligent anti-rolling system for ship ) 是由 马强 宋新刚 刘刚 史晓萍 张少君 徐海东 苑仁民 张业威 于 2020-05-07 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种船用智能减摇系统,该减摇系统包括至少一个减摇单元,所述减摇单元包括位于船体底部左右侧的减摇板、阻尼腔体,通过减摇板与阻尼腔体中的压缩气体之间的相互挤压和推压作用,当船体一侧受到冲击时,该侧的减摇板能够挤压该侧阻尼腔体中的压缩气体,既使得浪体的冲击力能够被缓冲吸收冲击能量,同时也降低了该侧船体受到的浮力,然后压缩气体被排向另一侧的阻尼腔体并进一步地推动另一侧的减摇板向外转动,使得船体另一侧既能够受到另一侧减摇板的阻尼作用,同时也增大了另一侧船体受到的浮力；通过双向的摇摆阻尼作用以及浮力补偿调节,能够大大地减弱船体受到的横向摇摆的影响。(The invention relates to a marine intelligent anti-rolling system, which comprises at least one anti-rolling unit, wherein the anti-rolling unit comprises anti-rolling plates and damping cavities, the anti-rolling plates are positioned on the left side and the right side of the bottom of a ship body, and through mutual extrusion and pushing action between the anti-rolling plates and compressed gas in the damping cavities, when one side of the ship body is impacted, the anti-rolling plates on the side can extrude the compressed gas in the damping cavities on the side, so that the impact force of a wave body can be buffered to absorb impact energy, meanwhile, the buoyancy force borne by the ship body on the side is reduced, then the compressed gas is discharged to the damping cavities on the other side and further pushes the anti-rolling plates on the other side to rotate outwards, so that the other side of the ship body can bear the damping action of the anti-rolling plates on the other side, and the buoyancy force borne; the influence of the transverse swing on the ship body can be greatly reduced through the bidirectional swing damping effect and the buoyancy compensation adjustment.)

一种船用智能减摇系统

技术领域

本发明涉及船舶技术领域，尤其涉及船用智能减摇系统。

背景技术

船舶在海上、湖上或河上航行和工作过程中，会遭受浪、风以及水流等因素的影响，特别是在海上，由于经常会出现大风大浪的情况，船舶容易产生摇摆，而剧烈的摇摆会严重影响船舶的安全航行、乘船的舒适性以及船舶上各种机械设备及装备的正常工作。同时，船舶在航行中，海浪的波峰波谷的不断变化会对船舶底部产生直接的碰撞，特别在大风大浪中航行，船舶底部容易遭受砰击从而引起船舶的高频振动，而同时砰击引起船舶底部的局部强度和总强度问题也严重地威胁船舶的航行安全。

为了减少船舶的摇摆，现有采用了多种手段，主要包括减摇鳍、动力吸振器、减摇水箱或增加浮筒配重。其中，减摇鳍技术来源于船舶减摇设计技术，其主要针对船舶横摇的控制，但是在低速流情况下则需要较大鳍板面积的减摇鳍；动力吸振器可以有效控制船舶的低频运动，但是针对低频大幅运动，则需要配置质量较大的吸振器，增加了减摇成本且升高了船舶质心，容易影响船舶结构稳定性；增加浮筒配重可以显著控制船舶升降，但是对横摇等回转运动的控制作用并不明显。

针对上述问题，本领域中一直致力于改进船舶的摇摆问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种船用智能减摇系统，所述减摇系统包括至少一个减摇单元，所述减摇单元包括位于船体底部且能够枢转的减摇板、阻尼腔体、导气管路、缓冲储气室；所述减摇板包括船体左侧减摇板和船体右侧减摇板，该两个减摇板位于船体中间的一端枢接在位于船体底部中点的枢转点上，使得两个所述减摇板能够相对于该枢转点转动，该两个减摇板面积及形状相同且布置在枢转点两侧；阻尼腔体包括在船体底部的枢转点两侧分别布置地、容积可变的船体左侧阻尼腔体与船体右侧阻尼腔体，所述船体左侧阻尼腔体与船体右侧阻尼腔体相对于船体中线左右布置，所述船体左侧减摇板与船体密封地围成所述船体左侧阻尼腔体，所述船体右侧减摇板与船体密封地围成所述船体右侧阻尼腔体，船体左侧阻尼腔体与船体右侧阻尼腔体通过导气管路相连通并且在所述船体左侧阻尼腔体、船体右侧阻尼腔体和导气管路中充有压缩气体；在导气管路上还设置有缓冲储气室，用以减缓压缩气体的压力变化趋势。

进一步地，在所述船体左侧阻尼腔体与船体右侧阻尼腔体中设置有气囊，所述气囊通过所述导气管路相互连通，所述气囊是弹性的且充满所述船体左侧阻尼腔体和船体右侧阻尼腔体，所述气囊能够被所述船体左侧减摇板或所述船体右侧减摇板压缩，或所述气囊能够膨胀推动所述船体左侧减摇板或所述船体右侧减摇板转动。

进一步地，所述导气管路上设置有左侧开度调节阀和右侧开度调节阀，所述左侧开度调节阀位于所述船体左侧阻尼腔体与缓冲储气室之间，所述右侧开度调节阀位于所述船体右侧阻尼腔体与缓冲储气室之间。

进一步地，所述减摇系统还设置有补充气室和补充气泵，补充气泵的进口连接到补充气室，补充气泵的出口连接到缓冲储气室。

进一步地，所述减摇系统还包括控制器，控制器与所述补充气泵、左侧开度调节阀、右侧开度调节阀相连。

进一步地，所述压缩气体采用空气、氮气或二氧化碳，或者空气、氮气、二氧化碳中至少两种气体的组合。

进一步地，在所述导气管路上还设置有气体压力传感器，所述气体压力传感器与所述控制器相连。

进一步地，所述船体左侧减摇板或船体右侧减摇板在船体纵向方向上的长度为船体长度的1/50—1/10。

进一步地，所述减摇系统包括在船体纵向方向上间隔排布的至少两个减摇单元。

进一步地，所述控制器与每个减摇单元中的补充气泵、左侧开度调节阀、右侧开度调节阀相连。

实施本发明，具有如下有益效果：使用本发明的减摇系统，其通过在船体的左右两侧分别设置减摇板以及阻尼腔体，通过减摇板与阻尼腔体中的压缩气体之间的相互挤压和推压作用，当船体一侧受到浪体冲击时，该侧的减摇板能够挤压该侧阻尼腔体中的压缩气体，既能够使得浪体的冲击力能够被缓冲吸收冲击能量，同时也降低了该侧船体受到的浮力，然后压缩气体被排向另一侧的阻尼腔体并进一步地推动另一侧的减摇板向外转动，使得船体另一侧既能够受到另一侧减摇板的阻尼作用，同时也增大了另一侧船体受到的福利；通过双向的摇摆阻尼作用以及浮力补偿调节，能够大大地减弱船体受到的横向摇摆的影响。

同时，控制器能够控制导气管路上的左侧开度调节阀和右侧开度调节阀，来调节阻尼效果。而且还可以在船体底部纵向方向上设置间隔排布的减摇单元，通过控制器控制纵向前后减摇单元中的补充气泵来调节不同减摇单元中的压缩气体压力，也能够减弱或消除船体受到的纵向摇摆。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，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它附图。

图1是本发明的减摇系统中的减摇单元的结构图。

其中：1.船体左侧减摇板；2.船体右侧减摇板；3.枢转点；4.阻尼腔体圆弧端壁；5.导气管路；6.缓冲储气室；7.左侧开度调节阀；8.右侧开度调节阀；9.补充气泵；10.补充气室；11.控制器；12.船体左侧阻尼腔体；13.船体右侧阻尼腔体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提出一种船用智能减摇系统，所述减摇系统包括至少一个减摇单元，如图1所示，所述减摇单元包括位于船体底部且能够枢转的减摇板、阻尼腔体、导气管路5、缓冲储气室6，所述减摇板包括船体左侧减摇板1和船体右侧减摇板2，该两个减摇板位于船体中间的一端枢接在位于船体底部中点的枢转点3上，使得两个所述减摇板能够相对于该枢转点3转动，该两个减摇板面积及形状相同且布置在枢转点3两侧。

阻尼腔体包括在船体底部的枢转点3两侧分别布置地、容积可变的船体左侧阻尼腔体12与船体右侧阻尼腔体13，所述船体左侧阻尼腔体12与船体右侧阻尼腔体13相对于船体中线左右布置，所述船体左侧减摇板1与船体密封地围成所述船体左侧阻尼腔体12，所述船体右侧减摇板2与船体密封地围成所述船体右侧阻尼腔体13，船体左侧阻尼腔体12与船体右侧阻尼腔体13通过导气管路5相连通并且在所述船体左侧阻尼腔体12、船体右侧阻尼腔体13和导气管路5中充有压缩气体。在导气管路5上还设置有缓冲储气室6，用以减缓压缩气体的压力变化趋势。所述压缩气体采用空气、氮气或二氧化碳，或者空气、氮气、二氧化碳中至少两种气体的组合。

这样，当船体的一侧受到海浪的冲击时，如图1所示，当船体的左侧受到海浪的冲击时，船体左侧减摇板1受到海浪的冲击而被推动转动，船体左侧减摇板1压缩船体左侧阻尼腔体12中的压缩气体并通过导气管路5排出船体左侧阻尼腔体12，使得船体左侧阻尼腔体12的体积减小；因而，首先，海浪对船体左侧减摇板1的冲击力即被船体左侧阻尼腔体12中的压缩气体缓冲且吸收，那么海浪对船体左侧的冲击力及横向摇摆影响相应地减小；其次，由于船体左侧阻尼腔体12的体积减小导致船体左侧的排水容积减小，船体左侧受到的浮力相应地也减小，这更近一步地能够降低和消除海浪对船体左侧的冲击摇摆效应。

船体左侧阻尼腔体12中的压缩气体被压缩，经过导气管路5被挤入船体右侧阻尼腔体13中，使得船体右侧阻尼腔体13中的压缩气体的压力增大，从而推动船体右侧减摇板2向外转动，船体右侧阻尼腔体13的体积增大。船体右侧减摇板2向外转动的过程中，首先，船体右侧减摇板2与海水的推压作用，使得船体右侧受到海水被推压的反作用力，这会减弱和抵消船体左侧受到冲击的摇摆效应；其次，船体右侧阻尼腔体13的体积增大导致船体右侧的排水容积增大，船体右侧受到的浮力相应地也增大，这更近一步地能够降低和消除海浪对船体左侧的冲击摇摆效应。

相应地，当海浪冲击船体右侧时，减摇系统的作用过程和原理与海浪冲击船体左侧的作用过程和原理相同，在此不作赘述。

由此，所述减摇单元能够通过在船体左侧以及右侧同时的作用来减弱乃至消除海浪对船体的横向摇摆冲击。

进一步地，为了降低对船体左侧阻尼腔体12与船体右侧阻尼腔体13的密封性的要求，在所述船体左侧阻尼腔体12与船体右侧阻尼腔体13中设置有气囊(图中未示出)，位于所述船体左侧阻尼腔体12与船体右侧阻尼腔体13中的气囊通过所述导气管路5相互连通。所述气囊是弹性的且充满所述船体左侧阻尼腔体12和船体右侧阻尼腔体13，所述气囊能够被所述船体左侧减摇板1或所述船体右侧减摇板2压缩，或所述气囊能够膨胀推动所述船体左侧减摇板1或所述船体右侧减摇板2转动。采用弹性气囊的方式，能够使得船体左侧减摇板1或所述船体右侧减摇板2的远离枢转点3的一端与阻尼腔体圆弧端壁4的密封接触要求没有那么高，甚至于可以设置船体左侧减摇板1或所述船体右侧减摇板2的远离枢转点3的一端与阻尼腔体圆弧端壁4之间可以存在间隙，这并不影响气囊与船体左侧减摇板1以及所述船体右侧减摇板2的相互挤压作用。

进一步地，为了能够对在船体左侧阻尼腔体12和船体右侧阻尼腔体13之间相互流动的压缩气体进行调节和控制，在所述导气管路5上设置有左侧开度调节阀7和右侧开度调节阀8，所述左侧开度调节阀7位于所述船体左侧阻尼腔体12与缓冲储气室6之间，所述右侧开度调节阀8位于所述船体右侧阻尼腔体13与缓冲储气室6之间。

由于压缩空气的流体性质，可以通过调节左侧开度调节阀7的开度大小，来控制船体左侧阻尼腔体12中的压缩气体排出速率或充气速率，也即能够调节船体左侧阻尼腔体12中的压缩气体的压力的变化速率，这会直接调节船体左侧阻尼腔体12对船体左侧减摇板1的阻尼效果，也即来调节左侧减摇板1对船体左侧的减摇效果。对于右侧开度调节阀8的控制原理与左侧开度调节阀7的控制原理是相同的。通过对左侧开度调节阀7以及右侧开度调节阀8的单独或同时控制，能够分别或组合地调节两侧减摇的效果。

进一步地，压缩气体在该减摇单元中难免会有泄漏，从而导致压缩气体的总量减少，进而影响减摇的效果。因此，所述减摇系统还设置有补充气室10和补充气泵9，补充气泵9的进口连接到补充气室10，补充气泵9的出口连接到缓冲储气室6。由此，可以对两个阻尼腔体中的压缩气体进行补充或者调节。

对于减摇效果的调节，一种替代地乃至补充的方式，通过补充气泵9对船体左侧阻尼腔体12、船体右侧阻尼腔体13以及导气通路5中的压缩气体的压力进行调节，也可以达到调节船体两侧减摇的效果。如果再同时联合对左侧开度调节阀7以及右侧开度调节阀8的控制，那么对于船体两侧的减摇效果的调节将更加充分和明显。

进一步地，为了实现对减摇的调节，特别是自动化的调节，所述减摇系统还包括控制器11，控制器11与所述补充气泵9、左侧开度调节阀7、右侧开度调节阀8相连。在所述导气管路上5还设置有气体压力传感器(图中未示出)，所述气体压力传感器与所述控制器11相连。为了监测船体的摇摆状态，船上还设置有船体摇摆状态监测器(图中未示出)，船体摇摆状态监测器与所述控制器11相连，用以获取当前船体的状态。控制器11通过获取船体当前的状态，来控制补充气泵9、左侧开度调节阀7、右侧开度调节阀8，分别地或者组合地调节船体左侧的减摇系统和/或船体右侧的减摇系统。

一种特别地情况，控制器11可以将左侧开度调节阀7或右侧开度调节阀8完全关闭，仅通过单侧的阻尼腔体的阻尼效果以及浮力减弱的作用来对摇摆进行调整。这一般应用于海浪较小，或者说冲击力较弱的场景。当然，在这种情况下，控制器11可以通过补充气泵9来调节该单侧阻尼腔体中的压缩气体压力，调整阻尼效果，更进一步地适配当前的情况。

相比于常用的减摇鳍，本发明的减摇板的面积和尺寸与减摇板大致相当，所述船体左侧减摇板1或船体右侧减摇板2在船体纵向方向上的长度为船体长度的1/50—1/10。

具有左右布置的船体左侧减摇板1和船体右侧减摇板2的减摇单元能够很好地减弱乃至消除横向冲击对船体造成的横向摇摆效应。

而更近一步地，所述减摇系统还可以对船体受到的纵向冲击造成的纵向摇摆效果进行消除。所述减摇系统还包括在船体纵向方向上间隔排布的至少两个减摇单元。所述控制器11与每个减摇单元中的补充气泵9、左侧开度调节阀7、右侧开度调节阀8相连。

每个减摇单元中的压缩气体不相互连通。当然，也可以相互连通，但是这样可能会增大控制的难度。

当船体受到纵向冲击而产生纵向摇摆时，假定船体受到冲向船头的海浪的影响，控制器11控制位于船体纵向靠近船头的减摇单元的补充气泵9，维持或减小阻尼腔体中的压缩气体的压力，使得船头侧的减摇单元的船体左侧减摇板1和船体右侧减摇板2对船头受到的纵向冲击进行缓冲和阻尼。同时，控制器11控制船尾侧的减摇单元中的补充气泵9，使其增大船尾侧减摇单元的阻尼腔体中的压缩气体的压力，进而推动船尾侧的减摇单元的船体左侧减摇板1和船体右侧减摇板2产生抵抗纵向摇摆的阻尼作用。两侧减摇单元共同作用，能够大大降低乃至消除船体的纵向摇摆。当然，控制器11也可以控制仅一端的减摇单元起作用。

实施本发明，具有如下有益效果：使用本发明的减摇系统，其通过在船体的左右两侧分别设置减摇板以及阻尼腔体，通过减摇板与阻尼腔体中的压缩气体之间的相互挤压和推压作用，当船体一侧受到浪体冲击时，该侧的减摇板能够挤压该侧阻尼腔体中的压缩气体，既能够使得浪体的冲击力能够被缓冲吸收冲击能量，同时也降低了该侧船体受到的浮力，然后压缩气体被排向另一侧的阻尼腔体并进一步地推动另一侧的减摇板向外转动，使得船体另一侧既能够受到另一侧减摇板的阻尼作用，同时也增大了另一侧船体受到的福利；通过双向的摇摆阻尼作用以及浮力补偿调节，能够大大地减弱船体受到的横向摇摆的影响。

同时，控制器能够控制导气管路上的左侧开度调节阀和右侧开度调节阀，来调节阻尼效果。而且还可以在船体底部纵向方向上设置间隔排布的减摇单元，通过控制器控制纵向前后减摇单元中的补充气泵来调节不同减摇单元中的压缩气体压力，也能够减弱或消除船体受到的纵向摇摆。

以上所揭露的仅为本发明的几个较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。