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船舶减摇装置

/ship stabilizer/
条目作者陈海泉

陈海泉

最后更新 2022-03-26
浏览 196
最后更新 2022-03-26
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利用水舱内水重力形成的力矩使船舶摇摆程度减小的装置。

英文名称
ship stabilizer
所属学科
交通运输工程 水路运输

船舶减摇装置的形式主要有减摇水舱和减摇鳍,其中应用最广泛的是减摇鳍。

减摇水舱能使船舶在任何航速下(即使停泊时)依然有较好的减摇效果,即减摇效果与航速无关。可分为被动式减摇水舱和主动式减摇水舱两种。

设置在船中部两舷的水舱底部用管道相连,舱内注入一定量的水。船体的横摇运动会引起水舱内水的运动,这种运动使水舱内水的重心发生改变,从而产生抑制船舶横摇的稳定力矩。因不要任何动力而被称为被动式减摇水舱。最常用的是U型水舱和槽型水舱。

其减摇机理是水舱内振荡的固有频率和船舶横摇的固有频率相等,这样在发生共振时,减摇水舱随船一起运动,而减摇水舱内的水的运动滞后横摇角90°。当船横摇的固有频率等于波浪的扰动力距频率时,也发生共振,这时船的横摇角滞后波浪力距90°。此时,减摇水舱内水的运动就滞后波浪扰动力矩180°,即水舱里水的重量引起的稳定力矩方向和波浪扰动力矩方向正好相反,从而使共振区横摇减小。

被动式减摇水舱仅在中等海况和船舶初稳心高的限定范围内,且在接近船舶固有频率,才提供有限的减摇效果,最好的减摇效果可达60%~70%。离开共振区,其减摇效果显著下降。其优点是设备简单、费用低及在任何航速下均有一定的减摇效果。

为了改善被动减摇水舱的性能,还设计了一种可控被动减摇水舱,即在水舱底部的连通管道上安装节流阀,通过横摇传感装置调节节流阀开度,以控制水的流量,使这种减摇水舱比被动减摇水舱能在较宽的频率范围内有效工作。

利用角速度陀螺仪检测船舶的横摇角速度信号,然后,控制水泵和阀伺服机构,将一定量的水从一舷的减摇水舱输送到另一舷的减摇水舱,以建立稳定力矩实现船舶减摇。

所需设备主要包括:控制系统、伺服系统、检测减摇水舱内水头(压力)传感器、水流速传感器、大功率泵等。可见装置比较复杂,运行费用比较高。总之,减摇水舱对改善低速船、海上作业的浮动平台、火车轮渡等特种船舶的横摇性能具有独特的优点。

减摇鳍是最常用的一种主动式减摇装置,主要包括机翼型的鳍(至少一对)、转鳍的液压传动装置和电气控制系统。船舶航行时,水以一定的速度流过机翼型的鳍,因此在鳍上产生升力,使船舶左右两舷的鳍形成一对稳定力矩,可以对抗波浪引起的船舶横摇,从而达到减小船舶横摇的目的。

最早专利是由英国造船工程师J.桑尼克罗夫特(John Isaac Thornycroft,1843~1928)在1889年获得。1923年,日本的元良信太郎设计了第一套实用的减摇鳍,经装船实验得到了良好的减摇效果。

减摇鳍分为非收放式减摇鳍和可收放式减摇鳍。①非收放式减摇鳍。装置的鳍一直伸出在舷外,不能收回,按控制规律转动,产生升力。其主要特点是结构简单,几乎适用于各种船舶。但该鳍的升力系数比收放式减摇鳍的升力系数小,因而在面积相等、航速一样的情况下,升力较小。当船舶航行时,鳍像舭龙骨一样,对船舶产生附加阻力。鳍一直伸出在舷外,故易损坏。②可收放式减摇鳍。装置的鳍在船舶遇风浪需要减摇时放出舷外,在控制信号作用下转鳍,产生稳定力矩。不用鳍时,将鳍收进舱内。其主要特点是鳍的升力系数较大,静水航行时鳍收进船舱,不产生附加阻力。但装置多了一个收放机构,需要占用一定的船内空间。

减摇效果最好的是主动式减摇装置。通常航速在5~8节时的减摇效果最好,减摇效果可达90%。例如,1985年英国“玛丽皇后”号在大风浪条件下进行了减摇性能实验。当减摇鳍工作时,船的横摇角平均在2°左右;而减摇鳍不工作时,横摇角达25°。

减摇鳍一般安装在客船(邮轮)、滚装船、集装箱船、军舰等船舶上(见图)。

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