全回转起重船的压载系统管理优化设计与数学建模
发布时间：2021-02-22 19:00
全回转起重船在海上风电、石油开采等大型工业领域有重要的应用,压载系统作为全回转起重船的关键组成部分,在起重船重心和平衡保持等方面发挥着重要作用。本文首先针对全回转起重船的运行工况进行力学特性分析和建模,结合现有的压载系统组成设计了一种新型的起重船自动压载系统,并阐述了自动压载系统的液位检测、电液控制等关键模块。
【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(22)北大核心
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
起重船水泵压载系统的原理图Fig.2Schematicdiagramofballastsystemforwaterpumpofcraneship
1全回转起重船的力学参数特性分析与建模本文以7500t大型起重船为研究对象，将起重船分为固定起吊和回转起吊2种工作状态，首先建立全回转起重船作业时的力学模型如图1所示。图1全回转起重船作业时的力学模型Fig.1Mechanicalmodeloffullswingcraneshipinoperationθθxy图中，起重船作业的吊臂长度为L，转动角度为，当角度变化为时，重物的横向位移为，纵向位置为。假定起重机工作过程中始终处于平衡状态，起吊重量为G，此时产生的横向和纵向倾覆力矩分别如下式：Mx=G·x，My=G·y，由图1可知：x=L[cos(θ+θ)sinθ]，y=L[sin(θ+θ)]，可得起重船的倾覆力矩力学方程为：Mx=2G·Lsin(θ+θ)·sinθ2，My=2G·Lcos(θ+θ2)·sinθ2。MgMg=√(Mx2+My2)当起重船吊起的重量为G时，产生的倾覆力矩为，，可得起重船的平衡方程为：F=G;Mf=Mg。如果吊起的重物质量过大，超出了船体倾斜的角度，这时就需要压载系统调节船舶的浮态[3]，产生新的平衡方程：F=G+W;Mf+Mw=Mg,式中：Mw为压载系统产生的力矩。2全回转起重船的压载系统管理优化设计2.1起重船液压压载系统的研究现状大型全回转起重船的压载系统是为了保证船舶在各种工况下保持相对稳定的状态，包括吃水深度、质心高度等，因此，压载系统的快速响应与控制具有重要的意义。目前，大型起重船采用的压载系统以液压压载为主，可以利用液压回路随时调整各压载舱的压载，将载水(舷外水)泵入压载回?
压载系统不需要消耗过多的能源，进水口位于船舶吃水线以下，船舶根据自身的平衡状态控制进水口的开闭，在重力作用下自动完成压载舱的进水和排水。这种压载系统的结构与原理简单，但响应速度较慢。2.2全回转起重船自动压载系统的设计本文结合全回转起重船的压载系统的受力特点，在水泵压载系统的基础上，设计了一种起重船的自动压载系统，该系统主要包括吃水检测系统、阀门遥控系统、自动泵控制系统、报警系统、中央处理器、预压载系统、起重机自动控制系统和压载舱水位监测系统，原理示意图如图3所示。图3起重船的自动压载系统原理图Fig.3Schematicdiagramofautomaticballastsystemofcraneship下面着重介绍吃水检测系统、压载舱水位监测系统和自动泵控制系统。1）吃水检测系统该自动压载系统中，吃水检测系统采用压力吃水传感器，通过检测一定时间内的吃水变化量，可以获得船舶起重过程的排水量参数[4]；2）压载舱水位监测系统压载舱水位监测系统采用的硬件传感器包括雷达式、压力式、超声波式传感器等，其中，压力式传感器的液位测量公式为：h=PbPtρ+d0。PbPtd0ρ其中：为顶部传感器采集的压力；为底部传感器采集的压力；为传感器到压载舱底面的距离；为压载水的密度。3）自动泵控制系统本文设计的自动泵控制系统主要由中央处理系统（PLC、上位机)、接线盒、液压站、水泵、溢流阀等组成，原理如图4所示。图4自动泵控制系统原理图Fig.4Schematicdiagramofautomaticpumpcontrolsystem3结语本文针对全回转起重船的压载系统进行了优化设计与力学建模，设计了一种自动压载系统，并重点介绍了该系统的吃水检测、压载舱水位监测和
【参考文献】：
期刊论文
[1]BSKYTM压载水处理装置在实船中的应用[J]. 王子华,周军. 天津航海. 2020(02)
[2]坞门压载水舱排水系统优化设计分析[J]. 张永伟. 石油和化工设备. 2020(06)
[3]大型全回转起重船抗横倾系统设计[J]. 张彩华. 船舶. 2019(03)
[4]全回转起重船起重作业系统建模与半实物仿真[J]. 王立权,许元革,王波,李震. 华中科技大学学报(自然科学版). 2012(02)
本文编号：3046423
【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(22)北大核心
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
起重船水泵压载系统的原理图Fig.2Schematicdiagramofballastsystemforwaterpumpofcraneship
1全回转起重船的力学参数特性分析与建模本文以7500t大型起重船为研究对象，将起重船分为固定起吊和回转起吊2种工作状态，首先建立全回转起重船作业时的力学模型如图1所示。图1全回转起重船作业时的力学模型Fig.1Mechanicalmodeloffullswingcraneshipinoperationθθxy图中，起重船作业的吊臂长度为L，转动角度为，当角度变化为时，重物的横向位移为，纵向位置为。假定起重机工作过程中始终处于平衡状态，起吊重量为G，此时产生的横向和纵向倾覆力矩分别如下式：Mx=G·x，My=G·y，由图1可知：x=L[cos(θ+θ)sinθ]，y=L[sin(θ+θ)]，可得起重船的倾覆力矩力学方程为：Mx=2G·Lsin(θ+θ)·sinθ2，My=2G·Lcos(θ+θ2)·sinθ2。MgMg=√(Mx2+My2)当起重船吊起的重量为G时，产生的倾覆力矩为，，可得起重船的平衡方程为：F=G;Mf=Mg。如果吊起的重物质量过大，超出了船体倾斜的角度，这时就需要压载系统调节船舶的浮态[3]，产生新的平衡方程：F=G+W;Mf+Mw=Mg,式中：Mw为压载系统产生的力矩。2全回转起重船的压载系统管理优化设计2.1起重船液压压载系统的研究现状大型全回转起重船的压载系统是为了保证船舶在各种工况下保持相对稳定的状态，包括吃水深度、质心高度等，因此，压载系统的快速响应与控制具有重要的意义。目前，大型起重船采用的压载系统以液压压载为主，可以利用液压回路随时调整各压载舱的压载，将载水(舷外水)泵入压载回?
压载系统不需要消耗过多的能源，进水口位于船舶吃水线以下，船舶根据自身的平衡状态控制进水口的开闭，在重力作用下自动完成压载舱的进水和排水。这种压载系统的结构与原理简单，但响应速度较慢。2.2全回转起重船自动压载系统的设计本文结合全回转起重船的压载系统的受力特点，在水泵压载系统的基础上，设计了一种起重船的自动压载系统，该系统主要包括吃水检测系统、阀门遥控系统、自动泵控制系统、报警系统、中央处理器、预压载系统、起重机自动控制系统和压载舱水位监测系统，原理示意图如图3所示。图3起重船的自动压载系统原理图Fig.3Schematicdiagramofautomaticballastsystemofcraneship下面着重介绍吃水检测系统、压载舱水位监测系统和自动泵控制系统。1）吃水检测系统该自动压载系统中，吃水检测系统采用压力吃水传感器，通过检测一定时间内的吃水变化量，可以获得船舶起重过程的排水量参数[4]；2）压载舱水位监测系统压载舱水位监测系统采用的硬件传感器包括雷达式、压力式、超声波式传感器等，其中，压力式传感器的液位测量公式为：h=PbPtρ+d0。PbPtd0ρ其中：为顶部传感器采集的压力；为底部传感器采集的压力；为传感器到压载舱底面的距离；为压载水的密度。3）自动泵控制系统本文设计的自动泵控制系统主要由中央处理系统（PLC、上位机)、接线盒、液压站、水泵、溢流阀等组成，原理如图4所示。图4自动泵控制系统原理图Fig.4Schematicdiagramofautomaticpumpcontrolsystem3结语本文针对全回转起重船的压载系统进行了优化设计与力学建模，设计了一种自动压载系统，并重点介绍了该系统的吃水检测、压载舱水位监测和
【参考文献】：
期刊论文
[1]BSKYTM压载水处理装置在实船中的应用[J]. 王子华,周军. 天津航海. 2020(02)
[2]坞门压载水舱排水系统优化设计分析[J]. 张永伟. 石油和化工设备. 2020(06)
[3]大型全回转起重船抗横倾系统设计[J]. 张彩华. 船舶. 2019(03)
[4]全回转起重船起重作业系统建模与半实物仿真[J]. 王立权,许元革,王波,李震. 华中科技大学学报(自然科学版). 2012(02)
本文编号：3046423
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