一種船舶壓載系統、其控制方法及具有其的船舶與流程
2023-04-27 10:03:42 1
本發明涉及船舶機械技術領域，尤其涉及一種適用於極地航行的船舶壓載系統、其控制方法及具有其的船舶。
背景技術：
壓載系統廣泛地應用於各種船舶及海上平臺，通過對設置於船體或平臺下部的壓載水艙執行壓載/排載操作，調節吃水和船體縱、橫向的平穩及安全高度，有利於提高船舶和海上平臺在壓載航行或拖航時的穩定性，減少船體變形，以免引起過大的彎曲力矩和剪切力，降低船體振動並且改善空艙適航性，從而避免船舶在風浪中的激烈搖擺。壓載水艙內設置有與大氣連通的透氣系統，一個作用是使壓載水艙進行壓載或排載操作時保持艙內壓力的平衡，另一個作用是排出注入壓載腔內過多的海水。而如何實現快速、平穩的對壓載水艙進行排水是船舶發展應用的關鍵。
現有船舶壓載系統都是在每個壓載水艙的艙頂引出一個透氣管，並將透氣管引至甲板。這種設計方式導致甲板上分布的排氣管數量眾多，嚴重影響了甲板的空間利用率，不利於存放貨物。同時，在一般的環境下行駛的船舶，甲板上排出的海水可以在航行時候流入海中，滯留海水對於船體的影響較小，但是對於行駛在寒冷環境下的船舶(如極地航行船舶)，甲板上滯留的海水很容易結冰，進而導致船體損壞，嚴重影響船舶的安全性能。
技術實現要素：
本發明的一個目的是提出一種船舶壓載系統，以擴大船舶甲板的利用率及防止船舶在寒冷環境下因甲板結冰而損壞；
本發明的另一個目的是提出一種適用於上述船舶壓載系統的控制方法；
本發明的再一個目的是提出一種具有上述船舶壓載系統的船舶。
為達此目的，本發明採用以下技術方案：
一種船舶壓載系統，包括至少一個壓載水艙，還包括與外部大氣相連通的溢流艙，所述壓載水艙通過透氣管與所述溢流艙相連通；所述透氣管的頂端低於所述溢流艙的頂端；所述壓載水艙的下方設置有排水艙，所述溢流艙通過排水管與所述排水艙相連通。
作為一種船舶壓載系統的優選方案，所述透氣管為開口向上的U型管，其一端位於壓載艙內，另一端位於溢流艙內。
作為一種船舶壓載系統的優選方案，包括第一壓載水艙和第二壓載水艙，所述第一壓載水艙通過第一透氣管與溢流艙連通；所述第二壓載水艙通過第二透氣管與溢流艙連通，所述溢流艙的底部通過排水管與排水艙的頂部相連通。
作為一種船舶壓載系統的優選方案，所述溢流艙內設置有低位報警傳感器，所述排水管上設置有第一自動閥，當溢流艙內的水位達到低位報警線時，所述低位報警傳感器發出報警，同時第一自動閥打開進行排水。
作為一種船舶壓載系統的優選方案，所述溢流艙內設置有高位報警傳感器，所述壓載水艙連接有進水泵，當溢流艙內的水位達到高位報警線時，所述高位報警傳感器發出報警，同時進水泵關閉停止進水。
作為一種船舶壓載系統的優選方案，所述透氣管的底部連接有洩放管，所述壓載水艙的下方設置有洩放艙，所述洩放管與所述洩放艙連通。
作為一種船舶壓載系統的優選方案，所述洩放管上設置有第二自動閥和手動閥，當所述溢流艙內液體排淨後，所述第二自動閥和手動閥打開進行排水。
作為一種船舶壓載系統的優選方案，所述排水管與所述洩放管通過連接管連通。
一種船舶壓載系統的控制方法，其包括如下步驟：
S1：啟動進水泵向壓載水艙內進水，壓載水艙內的空氣通過透氣管排出至溢流艙；壓載水艙內水滿後，水流通過透氣管進入溢流艙；
S2：檢測溢流艙內水位是否到達低位報警點，若是，則產生報警並開啟第一自動閥進行排水，若否，則返回步驟S1繼續向壓載水艙內注水；
S3：檢測溢流艙內水位是否到達高位報警點，若是，則產生報警同時進水泵停止向壓載水艙內注水，若否，則返回步驟S1繼續向壓載水艙內注水；
S4：檢測溢流艙內積水是否排淨，若是，則打開第二自動閥和手動閥進行排水，若否，則繼續該檢測過程。
一種船舶，包括如以上所述的船舶壓載系統。
本發明的有益效果為：
本發明在船艙內設置溢流艙，通過透氣管將壓載水艙與溢流艙連通，當壓載水艙注水時，氣體從溢流艙溢出，保持壓載水艙內外壓力平衡；當壓載水艙注滿水後，壓載水艙內多餘的水流入透氣管，並從透氣管內溢出至溢流艙，最後經排水管排至排水艙。本發明透氣管的頂端低於溢流艙的頂端，有效防止了壓載水艙內海水溢出至甲板、凍壞船體事故的發生，同時排水管的設置及時消除了溢流艙內可能出現的自由液面，防止溢流艙內海水的積存結冰，保障了船舶的完整穩性，實現了船舶在寒冷環境下安全行駛的目的；另一方面本發明減少了船舶甲板上設置透氣管的數量，增大了甲板的可用空間，便於裝載更多貨物，大大提高了甲板的空間利用率。
附圖說明
圖1是本發明實施例一提供的船舶壓載系統的結構示意圖；
圖2是本發明實施例二提供的船舶壓載系統的控制方法的流程圖。
圖中標記如下：
1-第一壓載水艙；2-第二壓載水艙；3-第一透氣管；4-第二透氣管；5-溢流艙；6-低位報警傳感器；7-第一自動閥；8-排水管；9-排水艙；10-高位報警傳感器；11-洩放管；12-第二自動閥；13-連接管；14-手動閥；15-洩放艙。
具體實施方式
為了使本領域技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖並通過具體實施方式來進一步說明本發明的技術方案。
實施例一
如圖1所示，本實施例提供了一種優選的船舶壓載系統，包括兩個壓載水艙，分別為第一壓載水艙1和第二壓載水艙2，還包括與外部大氣相連通的溢流艙5，第一壓載水艙1通過第一透氣管3與溢流艙5相連通，第二壓載水艙2通過第二透氣管4與溢流艙5相連通，進而，保證壓載水艙與大氣連通在一起，這樣可以使壓載水艙進行壓載或排載操作時保持艙內壓力的平衡，另外可以排出注入壓載水艙內過多的液體。透氣管的頂端低於溢流艙5的頂端，這種設計方式可以避免甲板上分布過多的透氣管，提高了甲板空間的利用率，有利於存放更多的貨物。第一壓載水艙1的下方設置有排水艙9，溢流艙5通過排水管8與排水艙9相連通，排水管8一端連接在溢流艙5底部，另一端連接在排水艙9頂部，具體地，排水艙9用於貯存溢流艙5排出的液體並將所述液體排到船舶外界。通過這種設計方式，可以將注入到溢流艙5中過多的積水排出到船體外部，解決在寒冷環境下船舶甲板被凍裂的問題，實現了船舶在寒冷環境下安全行駛的效果。
進一步地，透氣管為開口向上的U型管，其一端固定壓載艙內，另一端固定溢流艙5內，因為船舶在航行中會加速或者減速，船體會產生較大的震動，將透氣管設計成U型可以對透氣管中的液體起到緩衝作用，穩定透氣管中液體的液面。這樣就保障了當船舶在航行不穩時，壓載水艙中的液體不會快速大量地直接湧入溢流艙5內。
優選地，溢流艙5內設置有低位報警傳感器6，排水管8上設置有第一自動閥7，當溢流艙5內的水位達到低位報警線時，低位報警傳感器6發出報警，同時第一自動閥7打開，進行排水，具體地，可以在溢流艙5側壁上設置有低位報警傳感器6，低位報警傳感器6的高度高於溢流艙5底面，用於判斷溢流艙5內液體是否到達低位報警線，當液體到達報警的高度後，低位報警傳感器6向控制器發出報警指令，控制器控制第一自動閥7打開，將溢流艙5內液體排出。
進一步地，溢流艙5內設置有高位報警傳感器10，壓載水艙連接有進水泵，當溢流艙5內的水位達到高位報警線時，高位報警傳感器10發出報警，同時進水泵關閉，停止向壓載水艙中注水。具體地，可以在溢流艙5側壁上設置有高位報警傳感器10，高位報警傳感器10位置高於低位報警傳感器6，且低於透氣管的開口高度，用於判斷溢流艙5內液體是否到達高位報警線。
更進一步，低位報警傳感器6和高位報警傳感器10可以選擇音叉振動式液位計、磁浮式液位計、壓力式液位計、超聲波液位計、聲吶波液位計、磁翻板液位計或雷達液位計，用於測量溢流艙5中液體的高度。
具體地，透氣管的底部連接有洩放管11，壓載水艙的下方設置有洩放艙15，洩放管11與洩放艙15連通，洩放管11上設置有第二自動閥12和手動閥14，當溢流艙5內液體排淨後，第二自動閥12和手動閥14打開進行排水。溢流艙5中的液體被排除乾淨之後，由於透氣管的形狀是U形的，所以透氣管中還是殘留有液體的，但是，在寒冷環境下，這些殘留液體會發生結冰造成透氣管阻塞，或者導致透氣管凍裂，影響設備的正常的使用，洩放管11設計可以保障透氣管中的殘留液體完全排出。
作為優選，排水管8與洩放管11通過連接管13連通，連接管13上也設置有手動閥。在溢流艙5內液體完全排出之後，排水管8中可能會殘留有部分液體，但是應用本船舶壓載系統的船舶需要在寒冷環境下行駛，如果排水管8中殘留液體，很有肯能導致排水管8崩裂，所以將排水管8與洩放管11相連通，在排出洩放管11中殘餘液體的過程中，也能夠將排水管8中殘餘液體排出。
實施例二
如圖2所示，本實施例提出一種適用於上述船舶壓載系統的控制方法，其具體包括如下步驟：
S1：首先，啟動進水泵，分別向第一壓載水艙1和第二壓載水艙2內進水，此時，兩壓載水艙內的多餘氣體分別通過第一透氣管3和第二透氣管4排出至溢流艙5，並由溢流艙5排入大氣；當第一壓載水艙1和/或第二壓載水艙2內的水滿後，則水流通過相對應的第一透氣管3和/或第二透氣管4溢至溢流艙5內；
該方法中，由於溢流艙5能起到儲存和排放溢流水的作用，有效避免了壓載水艙內的水溢出甲板，防止了在寒冷天氣下溢水結冰凍壞甲板的事件的發生。
S2：檢測溢流艙5內水位是否到達低位報警線，若是，則產生報警並開啟第一自動閥7進行排水，若否，則返回步驟S1繼續向壓載水艙內注水；
優選地，本步驟的低位報警線位於靠近溢流艙5底部的位置，且低位報警線處設置有低位報警傳感器6，當水位上升至低位報警線時，低位報警傳感器6將檢測信號傳送給控制器，控制器控制第一自動閥7開啟，將溢流艙5內的水排至排水艙9。若水位沒有達到低位報警線，則有可能壓載水艙內的水尚未注滿，此時繼續步驟S1中的注水過程。
另外，由於下雨或其它情況會使溢流艙內儲存一定的水量，因此，這種情況下，即使水位達到低位報警線，也不能認為壓載水艙內的水已注滿，所以此時只需打開第一自動閥7向外排水，而不能關閉進水泵，以免影響壓載水艙的正常注水。
S3：檢測溢流艙5內水位是否到達高位報警線，若是，則產生報警同時進水泵停止向壓載水艙內注水，若否，則返回步驟S1繼續向壓載水艙內注水；
此步驟中，如果溢流艙5內進水速度過快(即進水速度大於排水速度)，會導致水位繼續升高到達高位報警線，這說明壓載水艙內的水已注滿，此時控制器控制進水泵關閉，停止向壓載水艙內注水，以防止多餘的水從溢流艙5內溢出至甲板。
S4：檢測溢流艙5內積水是否排淨，若是，則打開第二自動閥12和手動閥14進行排水，若否，則繼續該檢測過程。
這裡，由於溢流艙5內積水排淨後，第一透氣管3和第二透氣管4內尚存有積水，因此需要控制器控制第二自動閥12打開，通過洩放管11對透氣管進行排水。進一步地，為防止判斷失誤影響壓載水艙的正常工作，本實施例中還設置了手動閥14，只有當手動閥14也打開的情況下，才能實現透氣管的排水。更進一步地，由於排水管8內也會儲存一定積水，因此本實施例在排氣管8與洩放管11之間設置了連接管13，並在連接管13上也安裝了手動閥，以便於清除排氣管8內積水。
優選地，本步驟中檢測溢流艙5內積水是否排淨所用的儀器為磁浮式液位計，其結構簡單、檢測準確，保證了該壓載系統的工作可靠性。
實施例三
本實施例提出一種具有上述船舶壓載系統的船舶，該船舶能在極地寒冷天氣下正常航行，其通過溢流艙將壓載水艙中多餘的水排出到船體外部，解決了在寒冷環境下船舶甲板被凍裂的問題，實現了船舶在寒冷環境下安全行駛的目的；同時，該船舶增大可甲板的可利用空間，便於裝載更多物品。
注意，以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施方式的限制，上述實施方式和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內，本發明的要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。