船舶利用气动式自动抗横倾装置的控制

来源:用户上传      作者: 秦艾思 刘效川 秦永昌

　　【摘要】由于船舶领域的不断进步，为了保证海上工作的正常的运行，人们对抗横倾装置有了更深一步的探索和研究，横倾的危害在集装箱船、重型起重船、滚装船等这类船舶上危害最大，这样不仅把海上工作的效率降低，而且对货物有一定的损失，对经济带来极大的负担，所以在船舶上安装抗横倾装置是非常重要的。随着我国在生产和设计技术上有了突飞猛进，技术团队也不断的扩大，而且现在船舶对抗横倾装置自动控制依赖性增强，气动式自动抗横倾装置在国外被广泛应用，它取得的成功对我国的影响力挺大，为了将它的技术引进中国，对船舶进行了气动式自动抗横倾的分析，证明了它对调整船舶平衡有一定的作用，可以较好的调节船舶的横倾角到规定的范围内，这样我国也在高效的生产气动式自动抗横倾装置，使我国的船舶技术更加前进一步，本文对这一理论依据做了相关探索和研究，制订了气动式自动抗横倾装置的设计相关流程。
　　【关键词】船舶；气动自动抗横倾装置；设计相关流程
　　
　　前 言
　　船舶气动式自动抗横倾装置是为特殊船只提供，目的是提高工作效率，保证船只的安全性能，它也是现在船舶工业上重要研究和讨论的问题，用手动方式来控制横向平衡控制系统是最简单的，它由一个左右平衡水泵、平衡水舱和四个气动蝶阀组成，当平衡失控时，工作人员按顺序打开阀门，开启平衡水泵，平衡水泵是用来调节左右舱的水相互平衡的装置，这样就调节了船舶平衡，但这适用于一般的船舶，对于那些特殊的还是完全实现不了的，这样控制起来也比较繁琐，反映也比较慢，气动式自动抗横倾装置是一种新型的自动抗横倾装置，应用这个新型的装置更具有可靠性、反映更加灵敏、动力元件连续工作、横倾补偿率高。完全可以达到船舶抗衡的要求，并且适合特殊的船舶。
　　气动式自动抗横倾装置的结构
　　气动式自动抗横倾装置主要由自动抗衡横倾系统、鼓风机、空气阀、左右平衡水舱、高精度的液位变速器组成，如果船舶横倾超过设定的调整倾角时，自动抗衡横倾装置根据液位变送器数据可得船舶倾斜水舱所需的压载水量，然后起动鼓风机，鼓风机会使水舱里的空气压力迅速打开注水管道的空气阀，在较短的几秒时间内能调整左右舱的水量，最终达到平衡，这些迅速的反映都是自动抗横倾系统发挥的作用。
　　从基本机构上和工作原理上可以分析出，气动式自动抗衡倾装置比其它的装置有明显优势，运动的所有部件均不接触水，因为它的运动元件只包括鼓风机和自动抗横倾控制阀，可靠性较高，因此它的结构也复杂，造价也很高，故障难检等特点。
　　船舶横倾运动坐标系分析
　　如果研究动力学物体，首先从静力学方面来考虑，从数学坐标系的形式分析，然后在从动力方面去研究，从数学角度来分析，用船体坐标系o-xyz表示，通常如下直角坐标系：
　　在讨论船舶浮态的状态下，先确定船舶的重心和浮心的位置，因为直角坐标系是以三个互相垂直的主坐标平面的交点作原点及o，与平面间的交线作为坐标轴，x轴是基面和中线面的交线，中线面是把船体分为2个部分，是船宽中点的垂直平面；中站面与基面的交线是y轴，中线面和中站面是z轴，中站面是垂直于中线面的横向平面。
　　如果研究船舶的横倾运动学，那么我们假设物体加载到船舶上，船舶倾斜，当然船舶倾斜的很慢，我们认为它的倾斜角度为零，当倾斜到有一定角度时，而且倾斜有一定的角度和角速度，为了研究它的运动状态，在施加船舶一个外力矩，于是船舶便产生了一个与横倾方向相反的力，这个力叫做复原力，这个力会使船舶恢复到原状态，力的作用还会使船舶产生惯性，惯性使船舶超过正浮位置向上倾斜，这是船舶的自由横倾运动。
　　船舶气动式抗横倾过程控制
　　船舶横倾运动控制过程主要是自动化的控制，自动化是生产过程的重要组成部分，基本构成为：气动抗横倾系统、实时船态横倾、横倾检测仪、信号传输通道、控制单元、信号传输通道。这几个系统之间互通连接，实现抗横倾系统的整个过程，船舶气动式抗横倾装置的自动控制对象是船舶，它的倾斜角度必须在目标范围之内，当船舶在扰动的作用下发生横倾（实时船态横倾），横倾检测仪将横倾的角度测量出来，与实际的角度比较得出差值信号，气动横倾系统得到差值信号后，与系统设定标准角度信号，如果横倾角超出设定角度，气动抗横倾系统将判断横倾方向并且发出相应的控制信号，此时鼓风机产生压缩空气便进入横倾侧的舱室，舱内产生水压，最终使船舶平衡，同时控制器还能根据液位差的变化速度计算横倾补偿速度，有时气动抗横倾装置的速度在抗横倾的过程中不同，原因是每次装载货物的状态不同，导致船舱的密封空间压力有差异。
　　在船舶开始工作前，应注意的问题首先要对控制系统设好需要的参数，如：启动角度，停止角度、超前角度、超前时间等，启动角度就是船舶倾斜到设定的角度时，控制系统会启动开阀系统，抗横倾装置来调节左右水舱的水位，最终使船舶平衡；停止角度是船舶的倾角调到正常角度时，会发出信号给抗横倾装置系统，然后自动关闭水阀；停止角度是根据起停角度来设定的；超前时间是在停止角度到达之前的时间；超前角度是超前时间调整引起的。这样就可以更好的调节船舶横倾时导致的不必要的因素。
　　结 语
　　控制系统设计是个很复杂的控制，研究整个系统的控制过程工作过程是很重要的参考价值，船舶自动化抗横倾装置它主要通过PLC自动化的控制来实现每个功能，利用液体产生压力抵消各种扰动船舶横倾的力矩，最终使船舶回复平衡，本文简单的介绍了抗横倾的基本原理和组成结构，并对船舶气动式抗横倾过程控制进行了分析，当船舶横倾时能够迅速的调整，从动力学分析船舶抗横倾运动的过程，研究了船舶在不规则外力矩的作用下动态响应，这个抗横倾装置不足之处就是造价比较昂贵，希望以后能够技术的发展能够改进，通过本文的分析，这说明我国在原有的基础上能够设计出更具有可靠性抗横倾装置，这将意味我国在船舶工业上又迈上了一个行的台阶。

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