可變組合式c型lng液艙晃蕩模型試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法
【專利摘要】一種可變組合式C型LNG液艙晃蕩模型試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，屬于海洋工程LNG存儲(chǔ)與運(yùn)輸【技術(shù)領(lǐng)域】。該裝置由六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、壓板、支座、半圓套環(huán)、組合式液罐、制蕩艙壁、內(nèi)卡環(huán)、壓力傳感器、控制系統(tǒng)和攝像頭等組成。半圓套環(huán)和支座用于連接組合式液罐和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。組合式液罐分為左右兩部分。制蕩艙壁和內(nèi)卡環(huán)置于組合式液罐內(nèi)部，不同尺寸的卡環(huán)組合可以達(dá)到調(diào)節(jié)制蕩艙壁位置的作用。壓力傳感器位于組合式液罐內(nèi)部和制蕩艙壁的各指定位置，發(fā)射的無線信號(hào)由控制系統(tǒng)接收。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：可以模擬各種外部激勵(lì)；無線采集壓力數(shù)據(jù)；采用可拆卸的組合方式，便于安裝、拆除、維護(hù)、調(diào)整制蕩艙壁位置、更換制蕩艙壁形式，提高試驗(yàn)的靈活性和測試效率。
【專利說明】可變組合式C型LNG液艙晃蕩模型試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及海洋工程LNG存儲(chǔ)與運(yùn)輸【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及到一種可變組合式C型 LNG液艙晃蕩模型試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)LNG船舶獨(dú)立C型貨艙內(nèi)的液體沒有裝滿時(shí)，LNG船舶在波浪中航行時(shí)，艙內(nèi)的 液體會(huì)發(fā)生晃蕩現(xiàn)象。強(qiáng)烈的晃蕩會(huì)直接導(dǎo)致嚴(yán)重的海損污染事件，而且對(duì)于沿縱向布置 的獨(dú)立C型貨艙，當(dāng)液體晃蕩的自然頻率接近船舶的縱搖頻率時(shí)，液體的晃動(dòng)和縱搖運(yùn)動(dòng) 發(fā)生諧振，從而導(dǎo)致對(duì)獨(dú)立C型貨艙艙壁產(chǎn)生很大的晃蕩沖擊，由于該晃蕩沖擊，構(gòu)成該獨(dú) 立C型貨艙的部件可能被損壞。由于在海洋中的LNG船舶的運(yùn)動(dòng)而不可避免地發(fā)生上述晃 蕩現(xiàn)象，因此LNG船舶的晃蕩安全問題受到各界的關(guān)注和重視。而研究晃蕩問題迄今為止 最可信的方法依然是模型試驗(yàn)。
[0003] 目前，進(jìn)行晃蕩模擬的試驗(yàn)裝置基本上是不可拆解的，無法改變模型艙內(nèi)的結(jié)構(gòu)， 不利于進(jìn)行制蕩艙壁位置和形式的研究，不利于對(duì)液體晃蕩問題的研究。因此，要設(shè)計(jì)一種 結(jié)構(gòu)簡單可靠，便于安裝、拆除、維護(hù)、調(diào)整制蕩艙壁位置、更換制蕩艙壁形式，試驗(yàn)靈活性 高的C型LNG液艙晃蕩模型，對(duì)研究液艙晃蕩問題意義重大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種可變組合式C型LNG液艙晃 蕩模型試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，該試驗(yàn)裝置采用可拆卸的方式，方便調(diào)節(jié)制蕩艙壁的位置以 及更換不同形式的制蕩艙壁。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種可變組合式C型LNG液艙晃蕩模型試驗(yàn)裝置，它包 括六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、控制系統(tǒng)和攝像頭，所述六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)通過導(dǎo)線束與控制系統(tǒng) 進(jìn)行電連接；它還包括一個(gè)組合式液罐，所述組合式液罐通過兩個(gè)支座固定在六自由度運(yùn) 動(dòng)平臺(tái)上，組合式液罐采用左罐體與右罐體的分體組合結(jié)構(gòu)，對(duì)接處以法蘭的形式連接；采 用多個(gè)內(nèi)卡環(huán)把第一制蕩艙壁和第二制蕩艙壁固定于組合式液罐的內(nèi)部，內(nèi)卡環(huán)、第一制 蕩艙壁和第二制蕩艙壁的外徑與組合式液罐的內(nèi)徑相配合，第一制蕩艙壁和第二制蕩艙壁 上設(shè)有流水孔和底部流水孔；在組合式液罐一端封頭內(nèi)側(cè)的垂直向設(shè)有第一壓力傳感器， 另一端封頭內(nèi)側(cè)的垂直向設(shè)有第二壓力傳感器，在第一制蕩艙壁的兩側(cè)設(shè)有第三壓力傳感 器，所有壓力傳感器發(fā)射由控制系統(tǒng)采集的無線信號(hào)；組合式液罐位于封頭與罐體接合處 的上部和下部分別開有進(jìn)水孔和排水孔。
[0006] 所述組合式液罐為獨(dú)立C型罐體，罐體為圓筒形，兩端封頭為半球形，在封頭和罐 體接合處的外壁上設(shè)有指示液面高度的液位刻度。
[0007] 所述支座由半圓筒型墊板通過支座腹板和支座筋板與支座底板固定連接構(gòu)成，半 圓筒型墊板與相配合的半圓套環(huán)通過螺栓連接，支座底板與六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)之間使用三 個(gè)壓板固定連接。
[0008] -種可變組合式C型LNG液艙晃蕩模型的試驗(yàn)方法包括如下步驟： (a) 開啟監(jiān)控試驗(yàn)全程的攝像頭； (b) 通過壓板將支座固定在六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，安裝壓力傳感器； (c) 根據(jù)試驗(yàn)工況將所需的內(nèi)卡環(huán)與第一制蕩艙壁和第二制蕩艙壁裝入左罐體和右罐 體中，合并組合式液罐并擰緊法蘭上的螺栓，使罐體組合并密封； (d) 使用半圓套環(huán)將組合式液罐固定到支座的半圓筒型墊板上； (e) 按照試驗(yàn)工況從進(jìn)水孔注水到所需的最低液位； (f) 啟動(dòng)六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的控制系統(tǒng)，根據(jù)試驗(yàn)工況指定相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)函數(shù)； (g) 使用控制系統(tǒng)記錄各測點(diǎn)壓力傳感器的壓力隨時(shí)間的變化參數(shù)； (h) 根據(jù)試驗(yàn)工況更改運(yùn)動(dòng)函數(shù)，重復(fù)g試驗(yàn)步驟； (i )該液位的試驗(yàn)結(jié)束后，繼續(xù)從進(jìn)水孔注水提高水位，重復(fù)f_h試驗(yàn)步驟； (j )各水位試驗(yàn)完成后，通過排水孔排水，卸下并拆開組合式液罐，使用不同的內(nèi)卡環(huán) 組合調(diào)整第一制蕩艙壁和第二制蕩艙壁位置或更換不同形式的第一制蕩艙壁和第二制蕩 艙壁，組裝好組合式液罐后，重復(fù)e_i試驗(yàn)步驟，并采集數(shù)據(jù)。
[0009] 本發(fā)明的有益效果是：該試驗(yàn)裝置由六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、壓板、支座、半圓套環(huán)、組 合式液罐、制蕩艙壁、內(nèi)卡環(huán)、壓力傳感器、控制系統(tǒng)和攝像頭等組成。半圓套環(huán)和支座用于 連接組合式液罐和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。組合式液罐分左罐體和右罐體兩部分。制蕩艙壁和內(nèi)卡環(huán)置 于組合式液罐內(nèi)部，使用不同尺寸的卡環(huán)組合可以達(dá)到調(diào)節(jié)制蕩艙壁位置的作用。壓力傳 感器位于組合式液罐內(nèi)部和制蕩艙壁的各指定位置，發(fā)射無線信號(hào)，由控制系統(tǒng)采集。本發(fā) 明的優(yōu)點(diǎn)在于：可以模擬各種外部激勵(lì)；無線采集各測點(diǎn)的壓力數(shù)據(jù)；采用可拆卸的組合 方式，便于安裝、拆除、維護(hù)、調(diào)整制蕩艙壁位置、更換制蕩艙壁形式，提高試驗(yàn)的靈活性和 測試效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1是一種可變組合式c型LNG液艙晃蕩模型試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0011] 圖2是一種可變組合式C型LNG液艙晃蕩模型試驗(yàn)裝置右視圖。
[0012] 圖3是組合式液罐內(nèi)部的結(jié)構(gòu)圖。
[0013] 圖4是圖3中的A-A視圖。
[0014] 圖5是圖3中的B-B視圖。
[0015] 圖6是圖3中的J的局部放大圖。
[0016] 圖7是圖3中的K的局部放大圖。
[0017] 圖8是第一制蕩艙壁的左視圖。
[0018] 圖9是圖1中的I的局部放大圖。
[0019] 圖10是圖9中的A向視圖。
[0020] 圖11是圖10中的C-C視圖。
[0021] 圖12是圖1中的L的局部放大圖。
[0022] 圖中：1、六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，2、壓板，3、支座，3a、半圓筒型墊板，3b、支座底板，3c、 支座腹板，3d、支座筋板，4、半圓套環(huán)，5、組合式液罐，5a、左罐體，5b、右罐體，6、第一制蕩艙 壁，6a、流水孔，6b、底部流水孔，7、第二制蕩艙壁，8、內(nèi)卡環(huán)，9、第一壓力傳感器，9a、第二壓 力傳感器，9b、第三壓力傳感器，10、進(jìn)水孔，11、排水孔，12、液位刻度，13、控制系統(tǒng)，14、攝 像頭，15、導(dǎo)線束。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 以下參照附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步描述。
[0024] 圖1、2示出了一種可變組合式C型LNG液艙晃蕩模型試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖中， 該試驗(yàn)裝置由六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)1、壓板2、支座3、半圓套環(huán)4、組合式液罐5、第一制蕩艙壁 6、第二制蕩艙壁7、內(nèi)卡環(huán)8、壓力傳感器、控制系統(tǒng)13和攝像頭14等部分組成。支座3與 半圓套環(huán)4由鋼制成。組合式液罐5、第一制蕩艙壁6、第二制蕩艙壁7和內(nèi)卡環(huán)8由聚甲 基丙烯酸甲酯制成，以方便觀察艙內(nèi)液體情況。六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)1與支座3之間通過壓 板2進(jìn)行螺栓連接，方便拆卸。組合式液罐5固定于支座3的半圓筒形墊板3a上，半圓套 環(huán)4與半圓筒形墊板3a使用螺栓連接，夾緊組合式液罐5。所述組合式液罐5分為左右兩 部分，對(duì)接處以法蘭的形式連接，以方便拆解組合式液罐5,改變第一制蕩艙壁6或第二制 蕩艙壁7位置和結(jié)構(gòu)形式。內(nèi)卡環(huán)8、第一制蕩艙壁6和第二制蕩艙壁7置于組合式液罐5 內(nèi)部。7個(gè)壓力傳感器9和3個(gè)壓力傳感器9a過組合式液罐5,探頭深入組合式液罐5內(nèi) 壁。3個(gè)壓力傳感器9b布置于第一制蕩艙壁6兩側(cè)，用于檢測關(guān)鍵點(diǎn)處的沖擊壓力。組合 式液罐5的上部和下部靠近封頭處分別開有進(jìn)水孔10和排水孔11，用于注水和排水。
[0025] 圖3、4、5、6、7示出了組合式液罐5內(nèi)部布置。組合式液罐5罐體部分的內(nèi)徑比封 頭與罐體交界處的內(nèi)徑大，這樣，當(dāng)圓筒形內(nèi)卡環(huán)8裝入組合式液罐5中時(shí)，可以限定卡環(huán) 的縱向位置（圖7)。內(nèi)卡環(huán)8的長度根據(jù)實(shí)際需要制作，使用不同的內(nèi)卡環(huán)8組合來控制第 一制蕩艙壁6和第二制蕩艙壁7的位置，從而起到調(diào)節(jié)制蕩艙壁位置的作用（圖6)。組合時(shí) 將內(nèi)卡環(huán)8與第一制蕩艙壁6和第二制蕩艙壁7依次裝入組合式液罐5中。拆解時(shí)將內(nèi)卡 環(huán)8、第一制蕩艙壁6和第二制蕩艙壁7依次取出。內(nèi)卡環(huán)8的外徑與組合式液罐5罐體的 內(nèi)徑相配合，以能正好裝入組合式液罐5中，內(nèi)卡環(huán)8厚度剛好填補(bǔ)組合式液罐5罐體與兩 端封頭部分罐壁厚度的差值，使罐內(nèi)部表面平齊（圖6)。
[0026] 圖8示出了第一制蕩艙壁6左視圖。第一制蕩艙壁6開有流水孔6a和底部流水 孔6b，由于該裝置可拆卸更換第一制蕩艙壁6,第一制蕩艙壁6的形式可以不斷改變。但第 一制蕩艙壁6的外徑始終與組合式液罐5罐體內(nèi)徑相配合，可以恰好裝入組合式液罐5內(nèi) 部。第二制蕩艙壁7與第一制蕩艙壁6相似，但不布置壓力傳感器9。
[0027] 圖9、10、11示出了支座3與六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)1連接示意圖。一個(gè)支座底板3b 與六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)1之間使用3個(gè)壓板2進(jìn)行連接，其中二個(gè)壓板2共線排列，另一個(gè)壓 板2與它們垂直排列，以限制支座3相對(duì)于六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)1六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。支座 3由半圓筒型墊板3a、支座底板3b、支座腹板3c和支座筋板3d組成。半圓筒型墊板3a的 內(nèi)徑與組合式液罐5的外徑相配合，使組合式液罐5能固定在其上。
[0028] 圖12示出了在封頭和罐體接合處的外壁上設(shè)有指示液面高度的液位刻度12。
[0029] 這種可變組合式C型LNG液艙晃蕩模型的試驗(yàn)方法包括如下步驟： (a) 開啟監(jiān)控試驗(yàn)全程的攝像頭14 ; (b) 通過壓板2將支座3固定在六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)1上，安裝壓力傳感器； (c) 根據(jù)試驗(yàn)工況將所需的內(nèi)卡環(huán)8與第一制蕩艙壁6和第二制蕩艙壁7裝入左罐體 5a和右罐體5b中，合并組合式液罐5并擰緊法蘭上的螺栓，使罐體組合并密封； (d) 使用半圓套環(huán)4將組合式液罐5固定到支座3的半圓筒型墊板3a上； (e) 按照試驗(yàn)工況從進(jìn)水孔10注水到所需的最低液位； (f) 啟動(dòng)六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)1的控制系統(tǒng)13,根據(jù)試驗(yàn)工況指定相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)函數(shù)； (g) 使用控制系統(tǒng)13記錄各測點(diǎn)壓力傳感器的壓力隨時(shí)間的變化參數(shù)； (h) 根據(jù)試驗(yàn)工況更改運(yùn)動(dòng)函數(shù)，重復(fù)g試驗(yàn)步驟； (i) 該液位的試驗(yàn)結(jié)束后，繼續(xù)從進(jìn)水孔10注水提高水位，重復(fù)f_h試驗(yàn)步驟； (j) 各水位試驗(yàn)完成后，通過排水孔11排水，卸下并拆開組合式液罐5,使用不同的內(nèi) 卡環(huán)8組合調(diào)整第一制蕩艙壁6和第二制蕩艙壁7位置或更換不同形式的第一制蕩艙壁6 和第二制蕩艙壁7,組裝好組合式液罐5后，重復(fù)e-i試驗(yàn)步驟，并采集數(shù)據(jù)。
【權(quán)利要求】
1. 一種可變組合式C型LNG液艙晃蕩模型試驗(yàn)裝置，它包括六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)（1 )、控 制系統(tǒng)（13)和攝像頭（14)，所述六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)（1)通過導(dǎo)線束（15)與控制系統(tǒng)（13) 進(jìn)行電連接；其特征在于，它還包括一個(gè)組合式液罐（5)，所述組合式液罐（5)通過兩個(gè)支 座（3 )固定在六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)（1)上，組合式液罐（5 )采用左罐體（5a)與右罐體（5b )的 分體組合結(jié)構(gòu)，對(duì)接處以法蘭的形式連接；采用多個(gè)內(nèi)卡環(huán)（8)把第一制蕩艙壁（6)和第二 制蕩艙壁（7)固定于組合式液罐（5)的內(nèi)部，內(nèi)卡環(huán)（8)、第一制蕩艙壁（6)和第二制蕩艙壁 (7)的外徑與組合式液罐（5)的內(nèi)徑相配合，第一制蕩艙壁（6)和第二制蕩艙壁（7)上設(shè)有 流水孔（6a)和底部流水孔（6b);在組合式液罐（5)-端封頭內(nèi)側(cè)的垂直向設(shè)有第一壓力傳 感器（9)，另一端封頭內(nèi)側(cè)的垂直向設(shè)有第二壓力傳感器（9a)，在第一制蕩艙壁（6)的兩側(cè) 設(shè)有第三壓力傳感器（％)，所有壓力傳感器發(fā)射由控制系統(tǒng)（13)采集的無線信號(hào)；組合式 液罐（5)位于封頭與罐體接合處的上部和下部分別開有進(jìn)水孔（10)和排水孔（11)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變組合式C型LNG液艙晃蕩模型試驗(yàn)裝置，其特征在于，所 述組合式液罐（5)為獨(dú)立C型罐體，罐體為圓筒形，兩端封頭為半球形，在封頭和罐體接合 處的外壁上設(shè)有指示液面高度的液位刻度（12)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變組合式C型LNG液艙晃蕩模型試驗(yàn)裝置，其特征在于，所 述支座（3)由半圓筒型墊板（3a)通過支座腹板（3c)和支座筋板（3d)與支座底板（3b)固 定連接構(gòu)成，半圓筒型墊板（3a)與相配合的半圓套環(huán)（4)通過螺栓連接，支座底板（3b)與 六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)（1)之間使用三個(gè)壓板（2)固定連接。
4. 權(quán)利要求1所述的可變組合式C型LNG液艙晃蕩模型的試驗(yàn)方法，其特征在于，包括 如下步驟： (a) 開啟監(jiān)控試驗(yàn)全程的攝像頭（14); (b) 通過壓板（2)將支座（3)固定在六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)（1)上，安裝壓力傳感器； (c) 根據(jù)試驗(yàn)工況將所需的內(nèi)卡環(huán)（8)與第一制蕩艙壁（6)和第二制蕩艙壁（7)裝入 左罐體（5a)和右罐體（5b)中，合并組合式液罐（5)并擰緊法蘭上的螺栓，使罐體組合并密 封； (d) 使用半圓套環(huán)（4)將組合式液罐（5)固定到支座（3)的半圓筒型墊板（3a)上； (e) 按照試驗(yàn)工況從進(jìn)水孔（10)注水到所需的最低液位； (f) 啟動(dòng)六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)（1)的控制系統(tǒng)（13)，根據(jù)試驗(yàn)工況指定相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)函數(shù)； (g) 使用控制系統(tǒng)（13)記錄各測點(diǎn)壓力傳感器的壓力隨時(shí)間的變化參數(shù)； (h) 根據(jù)試驗(yàn)工況更改運(yùn)動(dòng)函數(shù)，重復(fù)g試驗(yàn)步驟； (i )該液位的試驗(yàn)結(jié)束后，繼續(xù)從進(jìn)水孔（10)注水提高水位，重復(fù)f_h試驗(yàn)步驟； (j)各水位試驗(yàn)完成后，通過排水孔（11)排水，卸下并拆開組合式液罐（5)，使用不同 的內(nèi)卡環(huán)（8)組合調(diào)整第一制蕩艙壁（6)和第二制蕩艙壁（7)位置或更換不同形式的第一 制蕩艙壁（6 )和第二制蕩艙壁（7 )，組裝好組合式液罐（5 )后，重復(fù)e-i試驗(yàn)步驟，并采集數(shù) 據(jù)。
【文檔編號(hào)】G01M10/00GK104111158SQ201410359571
【公開日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2014年7月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月28日
【發(fā)明者】管官, 林焰, 陳明, 金朝光, 于雁云, 李楷 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)