可变组合式c型lng液舱晃荡模型试验装置及试验方法
【专利摘要】一种可变组合式C型LNG液舱晃荡模型试验装置及试验方法，属于海洋工程LNG存储与运输【技术领域】。该装置由六自由度运动平台、压板、支座、半圆套环、组合式液罐、制荡舱壁、内卡环、压力传感器、控制系统和摄像头等组成。半圆套环和支座用于连接组合式液罐和运动平台。组合式液罐分为左右两部分。制荡舱壁和内卡环置于组合式液罐内部，不同尺寸的卡环组合可以达到调节制荡舱壁位置的作用。压力传感器位于组合式液罐内部和制荡舱壁的各指定位置，发射的无线信号由控制系统接收。本发明的优点在于：可以模拟各种外部激励；无线采集压力数据；采用可拆卸的组合方式，便于安装、拆除、维护、调整制荡舱壁位置、更换制荡舱壁形式，提高试验的灵活性和测试效率。
【专利说明】可变组合式C型LNG液舱晃荡模型试验装置及试验方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及海洋工程LNG存储与运输【技术领域】，特别涉及到一种可变组合式C型 LNG液舱晃荡模型试验装置及试验方法。
【背景技术】
[0002] 当LNG船舶独立C型货舱内的液体没有装满时，LNG船舶在波浪中航行时，舱内的 液体会发生晃荡现象。强烈的晃荡会直接导致严重的海损污染事件，而且对于沿纵向布置 的独立C型货舱，当液体晃荡的自然频率接近船舶的纵摇频率时，液体的晃动和纵摇运动 发生谐振，从而导致对独立C型货舱舱壁产生很大的晃荡冲击，由于该晃荡冲击，构成该独 立C型货舱的部件可能被损坏。由于在海洋中的LNG船舶的运动而不可避免地发生上述晃 荡现象，因此LNG船舶的晃荡安全问题受到各界的关注和重视。而研究晃荡问题迄今为止 最可信的方法依然是模型试验。
[0003] 目前，进行晃荡模拟的试验装置基本上是不可拆解的，无法改变模型舱内的结构， 不利于进行制荡舱壁位置和形式的研究，不利于对液体晃荡问题的研究。因此，要设计一种 结构简单可靠，便于安装、拆除、维护、调整制荡舱壁位置、更换制荡舱壁形式，试验灵活性 高的C型LNG液舱晃荡模型，对研究液舱晃荡问题意义重大。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供了一种可变组合式C型LNG液舱晃 荡模型试验装置及试验方法，该试验装置采用可拆卸的方式，方便调节制荡舱壁的位置以 及更换不同形式的制荡舱壁。
[0005] 本发明采用的技术方案是：一种可变组合式C型LNG液舱晃荡模型试验装置，它包 括六自由度运动平台、控制系统和摄像头，所述六自由度运动平台通过导线束与控制系统 进行电连接；它还包括一个组合式液罐，所述组合式液罐通过两个支座固定在六自由度运 动平台上，组合式液罐采用左罐体与右罐体的分体组合结构，对接处以法兰的形式连接；采 用多个内卡环把第一制荡舱壁和第二制荡舱壁固定于组合式液罐的内部，内卡环、第一制 荡舱壁和第二制荡舱壁的外径与组合式液罐的内径相配合，第一制荡舱壁和第二制荡舱壁 上设有流水孔和底部流水孔；在组合式液罐一端封头内侧的垂直向设有第一压力传感器， 另一端封头内侧的垂直向设有第二压力传感器，在第一制荡舱壁的两侧设有第三压力传感 器，所有压力传感器发射由控制系统采集的无线信号；组合式液罐位于封头与罐体接合处 的上部和下部分别开有进水孔和排水孔。
[0006] 所述组合式液罐为独立C型罐体，罐体为圆筒形，两端封头为半球形，在封头和罐 体接合处的外壁上设有指示液面高度的液位刻度。
[0007] 所述支座由半圆筒型垫板通过支座腹板和支座筋板与支座底板固定连接构成，半 圆筒型垫板与相配合的半圆套环通过螺栓连接，支座底板与六自由度运动平台之间使用三 个压板固定连接。
[0008] -种可变组合式C型LNG液舱晃荡模型的试验方法包括如下步骤： (a) 开启监控试验全程的摄像头； (b) 通过压板将支座固定在六自由度运动平台上，安装压力传感器； (c) 根据试验工况将所需的内卡环与第一制荡舱壁和第二制荡舱壁装入左罐体和右罐 体中，合并组合式液罐并拧紧法兰上的螺栓，使罐体组合并密封； (d) 使用半圆套环将组合式液罐固定到支座的半圆筒型垫板上； (e) 按照试验工况从进水孔注水到所需的最低液位； (f) 启动六自由度运动平台的控制系统，根据试验工况指定相应的运动函数； (g) 使用控制系统记录各测点压力传感器的压力随时间的变化参数； (h) 根据试验工况更改运动函数，重复g试验步骤； (i )该液位的试验结束后，继续从进水孔注水提高水位，重复f_h试验步骤； (j )各水位试验完成后，通过排水孔排水，卸下并拆开组合式液罐，使用不同的内卡环 组合调整第一制荡舱壁和第二制荡舱壁位置或更换不同形式的第一制荡舱壁和第二制荡 舱壁，组装好组合式液罐后，重复e_i试验步骤，并采集数据。
[0009] 本发明的有益效果是：该试验装置由六自由度运动平台、压板、支座、半圆套环、组 合式液罐、制荡舱壁、内卡环、压力传感器、控制系统和摄像头等组成。半圆套环和支座用于 连接组合式液罐和运动平台。组合式液罐分左罐体和右罐体两部分。制荡舱壁和内卡环置 于组合式液罐内部，使用不同尺寸的卡环组合可以达到调节制荡舱壁位置的作用。压力传 感器位于组合式液罐内部和制荡舱壁的各指定位置，发射无线信号，由控制系统采集。本发 明的优点在于：可以模拟各种外部激励；无线采集各测点的压力数据；采用可拆卸的组合 方式，便于安装、拆除、维护、调整制荡舱壁位置、更换制荡舱壁形式，提高试验的灵活性和 测试效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 图1是一种可变组合式c型LNG液舱晃荡模型试验装置的结构图。
[0011] 图2是一种可变组合式C型LNG液舱晃荡模型试验装置右视图。
[0012] 图3是组合式液罐内部的结构图。
[0013] 图4是图3中的A-A视图。
[0014] 图5是图3中的B-B视图。
[0015] 图6是图3中的J的局部放大图。
[0016] 图7是图3中的K的局部放大图。
[0017] 图8是第一制荡舱壁的左视图。
[0018] 图9是图1中的I的局部放大图。
[0019] 图10是图9中的A向视图。
[0020] 图11是图10中的C-C视图。
[0021] 图12是图1中的L的局部放大图。
[0022] 图中：1、六自由度运动平台，2、压板，3、支座，3a、半圆筒型垫板，3b、支座底板，3c、 支座腹板，3d、支座筋板，4、半圆套环，5、组合式液罐，5a、左罐体，5b、右罐体，6、第一制荡舱 壁，6a、流水孔，6b、底部流水孔，7、第二制荡舱壁，8、内卡环，9、第一压力传感器，9a、第二压 力传感器，9b、第三压力传感器，10、进水孔，11、排水孔，12、液位刻度，13、控制系统，14、摄 像头，15、导线束。
【具体实施方式】
[0023] 以下参照附图对本发明的结构做进一步描述。
[0024] 图1、2示出了一种可变组合式C型LNG液舱晃荡模型试验装置的结构图。图中， 该试验装置由六自由度运动平台1、压板2、支座3、半圆套环4、组合式液罐5、第一制荡舱壁 6、第二制荡舱壁7、内卡环8、压力传感器、控制系统13和摄像头14等部分组成。支座3与 半圆套环4由钢制成。组合式液罐5、第一制荡舱壁6、第二制荡舱壁7和内卡环8由聚甲 基丙烯酸甲酯制成，以方便观察舱内液体情况。六自由度运动平台1与支座3之间通过压 板2进行螺栓连接，方便拆卸。组合式液罐5固定于支座3的半圆筒形垫板3a上，半圆套 环4与半圆筒形垫板3a使用螺栓连接，夹紧组合式液罐5。所述组合式液罐5分为左右两 部分，对接处以法兰的形式连接，以方便拆解组合式液罐5,改变第一制荡舱壁6或第二制 荡舱壁7位置和结构形式。内卡环8、第一制荡舱壁6和第二制荡舱壁7置于组合式液罐5 内部。7个压力传感器9和3个压力传感器9a过组合式液罐5,探头深入组合式液罐5内 壁。3个压力传感器9b布置于第一制荡舱壁6两侧，用于检测关键点处的冲击压力。组合 式液罐5的上部和下部靠近封头处分别开有进水孔10和排水孔11，用于注水和排水。
[0025] 图3、4、5、6、7示出了组合式液罐5内部布置。组合式液罐5罐体部分的内径比封 头与罐体交界处的内径大，这样，当圆筒形内卡环8装入组合式液罐5中时，可以限定卡环 的纵向位置（图7)。内卡环8的长度根据实际需要制作，使用不同的内卡环8组合来控制第 一制荡舱壁6和第二制荡舱壁7的位置，从而起到调节制荡舱壁位置的作用（图6)。组合时 将内卡环8与第一制荡舱壁6和第二制荡舱壁7依次装入组合式液罐5中。拆解时将内卡 环8、第一制荡舱壁6和第二制荡舱壁7依次取出。内卡环8的外径与组合式液罐5罐体的 内径相配合，以能正好装入组合式液罐5中，内卡环8厚度刚好填补组合式液罐5罐体与两 端封头部分罐壁厚度的差值，使罐内部表面平齐（图6)。
[0026] 图8示出了第一制荡舱壁6左视图。第一制荡舱壁6开有流水孔6a和底部流水 孔6b，由于该装置可拆卸更换第一制荡舱壁6,第一制荡舱壁6的形式可以不断改变。但第 一制荡舱壁6的外径始终与组合式液罐5罐体内径相配合，可以恰好装入组合式液罐5内 部。第二制荡舱壁7与第一制荡舱壁6相似，但不布置压力传感器9。
[0027] 图9、10、11示出了支座3与六自由度运动平台1连接示意图。一个支座底板3b 与六自由度运动平台1之间使用3个压板2进行连接，其中二个压板2共线排列，另一个压 板2与它们垂直排列，以限制支座3相对于六自由度运动平台1六个自由度的运动。支座 3由半圆筒型垫板3a、支座底板3b、支座腹板3c和支座筋板3d组成。半圆筒型垫板3a的 内径与组合式液罐5的外径相配合，使组合式液罐5能固定在其上。
[0028] 图12示出了在封头和罐体接合处的外壁上设有指示液面高度的液位刻度12。
[0029] 这种可变组合式C型LNG液舱晃荡模型的试验方法包括如下步骤： (a) 开启监控试验全程的摄像头14 ; (b) 通过压板2将支座3固定在六自由度运动平台1上，安装压力传感器； (c) 根据试验工况将所需的内卡环8与第一制荡舱壁6和第二制荡舱壁7装入左罐体 5a和右罐体5b中，合并组合式液罐5并拧紧法兰上的螺栓，使罐体组合并密封； (d) 使用半圆套环4将组合式液罐5固定到支座3的半圆筒型垫板3a上； (e) 按照试验工况从进水孔10注水到所需的最低液位； (f) 启动六自由度运动平台1的控制系统13,根据试验工况指定相应的运动函数； (g) 使用控制系统13记录各测点压力传感器的压力随时间的变化参数； (h) 根据试验工况更改运动函数，重复g试验步骤； (i) 该液位的试验结束后，继续从进水孔10注水提高水位，重复f_h试验步骤； (j) 各水位试验完成后，通过排水孔11排水，卸下并拆开组合式液罐5,使用不同的内 卡环8组合调整第一制荡舱壁6和第二制荡舱壁7位置或更换不同形式的第一制荡舱壁6 和第二制荡舱壁7,组装好组合式液罐5后，重复e-i试验步骤，并采集数据。
【权利要求】
1. 一种可变组合式C型LNG液舱晃荡模型试验装置，它包括六自由度运动平台（1 )、控 制系统（13)和摄像头（14)，所述六自由度运动平台（1)通过导线束（15)与控制系统（13) 进行电连接；其特征在于，它还包括一个组合式液罐（5)，所述组合式液罐（5)通过两个支 座（3 )固定在六自由度运动平台（1)上，组合式液罐（5 )采用左罐体（5a)与右罐体（5b )的 分体组合结构，对接处以法兰的形式连接；采用多个内卡环（8)把第一制荡舱壁（6)和第二 制荡舱壁（7)固定于组合式液罐（5)的内部，内卡环（8)、第一制荡舱壁（6)和第二制荡舱壁 (7)的外径与组合式液罐（5)的内径相配合，第一制荡舱壁（6)和第二制荡舱壁（7)上设有 流水孔（6a)和底部流水孔（6b);在组合式液罐（5)-端封头内侧的垂直向设有第一压力传 感器（9)，另一端封头内侧的垂直向设有第二压力传感器（9a)，在第一制荡舱壁（6)的两侧 设有第三压力传感器（％)，所有压力传感器发射由控制系统（13)采集的无线信号；组合式 液罐（5)位于封头与罐体接合处的上部和下部分别开有进水孔（10)和排水孔（11)。
2. 根据权利要求1所述的可变组合式C型LNG液舱晃荡模型试验装置，其特征在于，所 述组合式液罐（5)为独立C型罐体，罐体为圆筒形，两端封头为半球形，在封头和罐体接合 处的外壁上设有指示液面高度的液位刻度（12)。
3. 根据权利要求1所述的可变组合式C型LNG液舱晃荡模型试验装置，其特征在于，所 述支座（3)由半圆筒型垫板（3a)通过支座腹板（3c)和支座筋板（3d)与支座底板（3b)固 定连接构成，半圆筒型垫板（3a)与相配合的半圆套环（4)通过螺栓连接，支座底板（3b)与 六自由度运动平台（1)之间使用三个压板（2)固定连接。
4. 权利要求1所述的可变组合式C型LNG液舱晃荡模型的试验方法，其特征在于，包括 如下步骤： (a) 开启监控试验全程的摄像头（14); (b) 通过压板（2)将支座（3)固定在六自由度运动平台（1)上，安装压力传感器； (c) 根据试验工况将所需的内卡环（8)与第一制荡舱壁（6)和第二制荡舱壁（7)装入 左罐体（5a)和右罐体（5b)中，合并组合式液罐（5)并拧紧法兰上的螺栓，使罐体组合并密 封； (d) 使用半圆套环（4)将组合式液罐（5)固定到支座（3)的半圆筒型垫板（3a)上； (e) 按照试验工况从进水孔（10)注水到所需的最低液位； (f) 启动六自由度运动平台（1)的控制系统（13)，根据试验工况指定相应的运动函数； (g) 使用控制系统（13)记录各测点压力传感器的压力随时间的变化参数； (h) 根据试验工况更改运动函数，重复g试验步骤； (i )该液位的试验结束后，继续从进水孔（10)注水提高水位，重复f_h试验步骤； (j)各水位试验完成后，通过排水孔（11)排水，卸下并拆开组合式液罐（5)，使用不同 的内卡环（8)组合调整第一制荡舱壁（6)和第二制荡舱壁（7)位置或更换不同形式的第一 制荡舱壁（6 )和第二制荡舱壁（7 )，组装好组合式液罐（5 )后，重复e-i试验步骤，并采集数 据。
【文档编号】G01M10/00GK104111158SQ201410359571
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月28日 优先权日:2014年7月28日
【发明者】管官, 林焰, 陈明, 金朝光, 于雁云, 李楷 申请人:大连理工大学