可變組合式c型lng液艙晃蕩模型試驗裝置及試驗方法
【專利摘要】一種可變組合式C型LNG液艙晃蕩模型試驗裝置及試驗方法，屬于海洋工程LNG存儲與運輸【技術領域】。該裝置由六自由度運動平臺、壓板、支座、半圓套環、組合式液罐、制蕩艙壁、內卡環、壓力傳感器、控制系統和攝像頭等組成。半圓套環和支座用于連接組合式液罐和運動平臺。組合式液罐分為左右兩部分。制蕩艙壁和內卡環置于組合式液罐內部，不同尺寸的卡環組合可以達到調節制蕩艙壁位置的作用。壓力傳感器位于組合式液罐內部和制蕩艙壁的各指定位置，發射的無線信號由控制系統接收。本發明的優點在于：可以模擬各種外部激勵；無線采集壓力數據；采用可拆卸的組合方式，便于安裝、拆除、維護、調整制蕩艙壁位置、更換制蕩艙壁形式，提高試驗的靈活性和測試效率。
【專利說明】可變組合式C型LNG液艙晃蕩模型試驗裝置及試驗方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及海洋工程LNG存儲與運輸【技術領域】，特別涉及到一種可變組合式C型 LNG液艙晃蕩模型試驗裝置及試驗方法。
【背景技術】
[0002] 當LNG船舶獨立C型貨艙內的液體沒有裝滿時，LNG船舶在波浪中航行時，艙內的 液體會發生晃蕩現象。強烈的晃蕩會直接導致嚴重的海損污染事件，而且對于沿縱向布置 的獨立C型貨艙，當液體晃蕩的自然頻率接近船舶的縱搖頻率時，液體的晃動和縱搖運動 發生諧振，從而導致對獨立C型貨艙艙壁產生很大的晃蕩沖擊，由于該晃蕩沖擊，構成該獨 立C型貨艙的部件可能被損壞。由于在海洋中的LNG船舶的運動而不可避免地發生上述晃 蕩現象，因此LNG船舶的晃蕩安全問題受到各界的關注和重視。而研究晃蕩問題迄今為止 最可信的方法依然是模型試驗。
[0003] 目前，進行晃蕩模擬的試驗裝置基本上是不可拆解的，無法改變模型艙內的結構， 不利于進行制蕩艙壁位置和形式的研究，不利于對液體晃蕩問題的研究。因此，要設計一種 結構簡單可靠，便于安裝、拆除、維護、調整制蕩艙壁位置、更換制蕩艙壁形式，試驗靈活性 高的C型LNG液艙晃蕩模型，對研究液艙晃蕩問題意義重大。
【發明內容】
[0004] 為了克服現有技術中存在的問題，本發明提供了一種可變組合式C型LNG液艙晃 蕩模型試驗裝置及試驗方法，該試驗裝置采用可拆卸的方式，方便調節制蕩艙壁的位置以 及更換不同形式的制蕩艙壁。
[0005] 本發明采用的技術方案是：一種可變組合式C型LNG液艙晃蕩模型試驗裝置，它包 括六自由度運動平臺、控制系統和攝像頭，所述六自由度運動平臺通過導線束與控制系統 進行電連接；它還包括一個組合式液罐，所述組合式液罐通過兩個支座固定在六自由度運 動平臺上，組合式液罐采用左罐體與右罐體的分體組合結構，對接處以法蘭的形式連接；采 用多個內卡環把第一制蕩艙壁和第二制蕩艙壁固定于組合式液罐的內部，內卡環、第一制 蕩艙壁和第二制蕩艙壁的外徑與組合式液罐的內徑相配合，第一制蕩艙壁和第二制蕩艙壁 上設有流水孔和底部流水孔；在組合式液罐一端封頭內側的垂直向設有第一壓力傳感器， 另一端封頭內側的垂直向設有第二壓力傳感器，在第一制蕩艙壁的兩側設有第三壓力傳感 器，所有壓力傳感器發射由控制系統采集的無線信號；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水孔和排水孔。
[0006] 所述組合式液罐為獨立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成，半 圓筒型墊板與相配合的半圓套環通過螺栓連接，支座底板與六自由度運動平臺之間使用三 個壓板固定連接。
[0008] -種可變組合式C型LNG液艙晃蕩模型的試驗方法包括如下步驟： (a) 開啟監控試驗全程的攝像頭； (b) 通過壓板將支座固定在六自由度運動平臺上，安裝壓力傳感器； (c) 根據試驗工況將所需的內卡環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) 使用半圓套環將組合式液罐固定到支座的半圓筒型墊板上； (e) 按照試驗工況從進水孔注水到所需的最低液位； (f) 啟動六自由度運動平臺的控制系統，根據試驗工況指定相應的運動函數； (g) 使用控制系統記錄各測點壓力傳感器的壓力隨時間的變化參數； (h) 根據試驗工況更改運動函數，重復g試驗步驟； (i )該液位的試驗結束后，繼續從進水孔注水提高水位，重復f_h試驗步驟； (j )各水位試驗完成后，通過排水孔排水，卸下并拆開組合式液罐，使用不同的內卡環 組合調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e_i試驗步驟，并采集數據。
[0009] 本發明的有益效果是：該試驗裝置由六自由度運動平臺、壓板、支座、半圓套環、組 合式液罐、制蕩艙壁、內卡環、壓力傳感器、控制系統和攝像頭等組成。半圓套環和支座用于 連接組合式液罐和運動平臺。組合式液罐分左罐體和右罐體兩部分。制蕩艙壁和內卡環置 于組合式液罐內部，使用不同尺寸的卡環組合可以達到調節制蕩艙壁位置的作用。壓力傳 感器位于組合式液罐內部和制蕩艙壁的各指定位置，發射無線信號，由控制系統采集。本發 明的優點在于：可以模擬各種外部激勵；無線采集各測點的壓力數據；采用可拆卸的組合 方式，便于安裝、拆除、維護、調整制蕩艙壁位置、更換制蕩艙壁形式，提高試驗的靈活性和 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液艙晃蕩模型試驗裝置的結構圖。
[0011] 圖2是一種可變組合式C型LNG液艙晃蕩模型試驗裝置右視圖。
[0012] 圖3是組合式液罐內部的結構圖。
[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、六自由度運動平臺，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，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、內卡環，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、進水孔，11、排水孔，12、液位刻度，13、控制系統，14、攝 像頭，15、導線束。
【具體實施方式】
[0023] 以下參照附圖對本發明的結構做進一步描述。
[0024] 圖1、2示出了一種可變組合式C型LNG液艙晃蕩模型試驗裝置的結構圖。圖中， 該試驗裝置由六自由度運動平臺1、壓板2、支座3、半圓套環4、組合式液罐5、第一制蕩艙壁 6、第二制蕩艙壁7、內卡環8、壓力傳感器、控制系統13和攝像頭14等部分組成。支座3與 半圓套環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和內卡環8由聚甲 基丙烯酸甲酯制成，以方便觀察艙內液體情況。六自由度運動平臺1與支座3之間通過壓 板2進行螺栓連接，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位置和結構形式。內卡環8、第一制蕩艙壁6和第二制蕩艙壁7置于組合式液罐5 內部。7個壓力傳感器9和3個壓力傳感器9a過組合式液罐5,探頭深入組合式液罐5內 壁。3個壓力傳感器9b布置于第一制蕩艙壁6兩側，用于檢測關鍵點處的沖擊壓力。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內部布置。組合式液罐5罐體部分的內徑比封 頭與罐體交界處的內徑大，這樣，當圓筒形內卡環8裝入組合式液罐5中時，可以限定卡環 的縱向位置（圖7)。內卡環8的長度根據實際需要制作，使用不同的內卡環8組合來控制第 一制蕩艙壁6和第二制蕩艙壁7的位置，從而起到調節制蕩艙壁位置的作用（圖6)。組合時 將內卡環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。拆解時將內卡 環8、第一制蕩艙壁6和第二制蕩艙壁7依次取出。內卡環8的外徑與組合式液罐5罐體的 內徑相配合，以能正好裝入組合式液罐5中，內卡環8厚度剛好填補組合式液罐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罐體內徑相配合，可以恰好裝入組合式液罐5內 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與六自由度運動平臺1連接示意圖。一個支座底板3b 與六自由度運動平臺1之間使用3個壓板2進行連接，其中二個壓板2共線排列，另一個壓 板2與它們垂直排列，以限制支座3相對于六自由度運動平臺1六個自由度的運動。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方法包括如下步驟： (a) 開啟監控試驗全程的攝像頭14 ; (b) 通過壓板2將支座3固定在六自由度運動平臺1上，安裝壓力傳感器； (c) 根據試驗工況將所需的內卡環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) 按照試驗工況從進水孔10注水到所需的最低液位； (f) 啟動六自由度運動平臺1的控制系統13,根據試驗工況指定相應的運動函數； (g) 使用控制系統13記錄各測點壓力傳感器的壓力隨時間的變化參數； (h) 根據試驗工況更改運動函數，重復g試驗步驟； (i) 該液位的試驗結束后，繼續從進水孔10注水提高水位，重復f_h試驗步驟； (j) 各水位試驗完成后，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 卡環8組合調整第一制蕩艙壁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e-i試驗步驟，并采集數據。
【權利要求】
1. 一種可變組合式C型LNG液艙晃蕩模型試驗裝置，它包括六自由度運動平臺（1 )、控 制系統（13)和攝像頭（14)，所述六自由度運動平臺（1)通過導線束（15)與控制系統（13) 進行電連接；其特征在于，它還包括一個組合式液罐（5)，所述組合式液罐（5)通過兩個支 座（3 )固定在六自由度運動平臺（1)上，組合式液罐（5 )采用左罐體（5a)與右罐體（5b )的 分體組合結構，對接處以法蘭的形式連接；采用多個內卡環（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)的內部，內卡環（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)的內徑相配合，第一制蕩艙壁（6)和第二制蕩艙壁（7)上設有 流水孔（6a)和底部流水孔（6b);在組合式液罐（5)-端封頭內側的垂直向設有第一壓力傳 感器（9)，另一端封頭內側的垂直向設有第二壓力傳感器（9a)，在第一制蕩艙壁（6)的兩側 設有第三壓力傳感器（％)，所有壓力傳感器發射由控制系統（13)采集的無線信號；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水孔（10)和排水孔（11)。
2. 根據權利要求1所述的可變組合式C型LNG液艙晃蕩模型試驗裝置，其特征在于，所 述組合式液罐（5)為獨立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 處的外壁上設有指示液面高度的液位刻度（12)。
3. 根據權利要求1所述的可變組合式C型LNG液艙晃蕩模型試驗裝置，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 定連接構成，半圓筒型墊板（3a)與相配合的半圓套環（4)通過螺栓連接，支座底板（3b)與 六自由度運動平臺（1)之間使用三個壓板（2)固定連接。
4. 權利要求1所述的可變組合式C型LNG液艙晃蕩模型的試驗方法，其特征在于，包括 如下步驟： (a) 開啟監控試驗全程的攝像頭（14); (b) 通過壓板（2)將支座（3)固定在六自由度運動平臺（1)上，安裝壓力傳感器； (c) 根據試驗工況將所需的內卡環（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（4)將組合式液罐（5)固定到支座（3)的半圓筒型墊板（3a)上； (e) 按照試驗工況從進水孔（10)注水到所需的最低液位； (f) 啟動六自由度運動平臺（1)的控制系統（13)，根據試驗工況指定相應的運動函數； (g) 使用控制系統（13)記錄各測點壓力傳感器的壓力隨時間的變化參數； (h) 根據試驗工況更改運動函數，重復g試驗步驟； (i )該液位的試驗結束后，繼續從進水孔（10)注水提高水位，重復f_h試驗步驟； (j)各水位試驗完成后，通過排水孔（11)排水，卸下并拆開組合式液罐（5)，使用不同 的內卡環（8)組合調整第一制蕩艙壁（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e-i試驗步驟，并采集數 據。
【文檔編號】G01M10/00GK104111158SQ201410359571
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月28日 優先權日:2014年7月28日
【發明者】管官, 林焰, 陳明, 金朝光, 于雁云, 李楷 申請人:大連理工大學