一种坐底船防冲刷保护装置及其工作方法

1.本发明涉及坐底船结构保护技术领域，尤其是涉及一种坐底船防冲刷保护装置及其工作方法。


背景技术：

2.随着海洋开发领域技术的迅速发展，坐底船得到广泛应用，波浪对坐底船底部的冲刷情况也日益严峻。坐底船受到波浪作用，其底部泥沙会逐渐流失，影响坐底船平台工作能力。随着这一危害加剧，甚至导致坐底船破坏。因此选择合理适用的防冲刷方案对底船长时间安全稳定工作、保证经济效益具有重要意义。
3.目前常见的防冲刷保护装置，如抛石、沙袋固沙装置等，都只能被动检测冲刷坑的深度以及冲刷量，再根据检测结果回填、压实冲刷坑。此类装置并不能干预冲刷坑的生长，只能在发现冲刷坑对坐底船造成安全影响后，进行冲刷扫测检查并紧急回填，且当抛石和沙袋等覆盖物被海底水流冲离海床设计保护范围后,海床基础会受到严重地冲刷影响，采用传统防冲刷保护装置工作难度较大且在操作过程中极有可能对海洋生态环境造成污染。此外，由于海床侵蚀、海底土层沉降、潮流冲刷引起的大面积冲刷，会加速冲刷坑的形成甚至出现反复冲刷和回填的现象，使得冲刷的影响分析更为复杂。在不同海域中，冲刷坑的发展速度也难以准确判断，使用传统方法需要更长时间观察和调查分析，工作效率较低。


技术实现要素：

4.发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种坐底船防冲刷保护装置，降低波浪冲刷对坐底船的影响，优化结构，提高稳定性。并提供了其工作方法。
5.技术方案：一种坐底船防冲刷保护装置，包括柔性网状促淤系统、支撑力补偿系统、控制中心，柔性网状促淤系统包括收放电机结构、限位器、柔性网状框架结构，收放电机结构、限位器分别安装于主甲板尾部，限位器设置于收放电机结构的后方，柔性网状框架结构安装于船尾艉封板处，收放电机结构、限位器、柔性网状框架结构三者依次通过金属铁链连接，支撑力补偿系统安装于船尾舱室内，其顶部与底部分别与船尾舱室的上舱壁和下舱壁抵合，其相对两侧与船尾舱室的相对两侧舱壁滑动连接，控制中心包括自动控制中心、力传感器、风浪流传感器，力传感器安装于支撑力补偿系统的底部，风浪流传感器安装于柔性网状框架结构的外侧面上，力传感器、风浪流传感器、收放电机结构、柔性网状框架结构、支撑力补偿系统分别与自动控制中心信号连接。
6.进一步的，支撑力补偿系统包括多组依次间隔排列的液压支撑组件，液压支撑组件包括液压缸、可滑动油箱结构、滑块，液压缸设有两个，间隔安装于可滑动油箱结构的顶部，可滑动油箱结构的相对两侧面上分别依次平行间隔设有多条沿竖向延伸的滑块，船尾舱室的相对两侧舱壁上对应设有多条滑槽，每条滑块与对应的一条滑槽配合连接，力传感器安装于可滑动油箱结构的底部，液压缸与自动控制中心信号连接。
7.最佳的，多组液压支撑组件依次排列的总长为坐底船垂线间长的18.5％～
20.5％。
8.进一步的，收放电机结构包括滚筒支座、从动齿轮、电动机、主动齿轮、滚筒一，滚筒一通过滚筒轴安装于滚筒支座中，其两端设有径向滑动轴承，电动机安装于滚筒支座的一外侧面上，其电机轴上安装有主动齿轮，滚筒轴的对应一端安装有从动齿轮，从动齿轮与主动齿轮啮合，金属铁链缠绕于滚筒一上，滚筒支座安装于主甲板尾部上，电动机与自动控制中心信号连接。
9.进一步的，限位器包括限位器支座、滚筒二，滚筒二安装于限位器支座上，金属铁链缠绕于滚筒二上，限位器支座安装于主甲板尾部上。
10.进一步的，柔性网状框架结构包括柔性网、柔性网框架、主对接杆、液压杆、三角形副对接杆，柔性网框架为矩形框架结构，柔性网框架上安装有柔性网，主对接杆设有一对，两者的一端分别与柔性网框架相邻的两个顶角连接，另一端分别连接有一个液压杆，液压杆与柔性网框架对应的一侧边连接，三角形副对接杆在两个主对接杆之间安装于柔性网框架的一侧边上，主对接杆与液压杆的两个连接点分别与船尾艉封板铰接，金属铁链的一端与三角形副对接杆连接，两个液压杆分别与自动控制中心信号连接。
11.最佳的，液压杆安装于柔性网框架侧边的1/3～2/3处。
12.一种上述的坐底船防冲刷保护装置的工作方法，包括以下步骤：
13.步骤一：坐底船开始工作，自动控制中心发出指令启动收放电机结构，使其上的金属铁链旋转放松，金属铁链绕过限位器后下放，使柔性网状框架结构绕铰接点下放，直至靠近海床时，风浪流传感器发出信号给自动控制中心，收放电机结构停止运行，同时柔性网状框架结构进行姿态调整；
14.步骤二：力传感器实时监控坐底船底部支撑力变化情况，当冲刷发生，海床支撑力临近许用支撑力时，力传感器传递信号给自动控制中心，自动控制中心发出电信号，控制支撑力补偿系统启动张开，使得其产生下压力提供补偿，当支撑力补偿完成后，力传感器发出信号给自动控制中心，支撑力补偿系统停止；
15.步骤三：坐底船工作结束，自动控制中心控制支撑力补偿系统启动缩回，同时反向运转收放电机结构，使得柔性网状框架结构、支撑力补偿系统恢复原位。
16.有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：
17.1.柔性网状结构采用高分子聚乙烯材料，具有较好的延展性，可吸收部分海浪冲击能量，且稳定性高，抗海水腐蚀能力较强，满足环保要求。而密集的网格可增大与海浪的接触面积，提升消浪促淤的效率。
18.2.柔性网状结构采用常规液压装置与起重装置控制，先由坐底船甲板上的起重装置将柔性网状结构放入海中，再由液压装置精准控制，将网状结构调整至合适角度。此系统操作简便，可靠性强，工作量小。
19.3.支撑力自动补偿系统可自动检测坐底船底部支撑力变化，自动提供支撑力补偿，相较于传统保护方式，更精确有效，保护更及时。可有效防止海浪冲刷对坐底船结构造成破坏。
20.4.新型防冲刷保护方法结合主动促淤、被动补偿。以被动补偿为主，主动促淤为辅。此种方式可以削弱波浪对坐底船底部的冲击，减少坐底船底部海床泥沙的流失。从主动促淤和被动补偿两个角度出发，同时对坐底船结构进行保护，增强保护效果。
附图说明
21.图1为本发明的结构示意图；
22.图2为柔性网状促淤系统的结构示意图；、支撑力补偿系统、限位器、
23.图3为柔性网状框架结构的立体结构示意图；
24.图4为柔性网状框架结构的主视图；
25.图5为柔性网状框架结构的侧视图；
26.图6为收放电机结构的结构示意图；
27.图7为液压杆的结构示意图；
28.图8为液压支撑组件的立体结构示意图；
29.图9为液压支撑组件的侧视图；
30.图10为液压支撑组件的正视图；
31.图11为舱壁上滑槽的结构示意图；
32.图12为液压缸的结构示意图；
33.图13为限位器的侧视图；
34.图14为控制中心的示意图；
35.图15为本发明的工作流程图。
具体实施方式
36.下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
37.一种坐底船防冲刷保护装置，如图1～14所示，包括柔性网状促淤系统1、支撑力补偿系统2、控制中心3，柔性网状促淤系统1包括收放电机结构1-1、限位器1-2、柔性网状框架结构1-3。控制中心3包括自动控制中心3-1、力传感器3-2、风浪流传感器3-3。力传感器3-2、风浪流传感器3-3、收放电机结构1-1、柔性网状框架结构1-3、支撑力补偿系统2分别与自动控制中心3-1信号连接。
38.收放电机结构1-1、限位器1-2分别安装于主甲板尾部，限位器1-2设置于收放电机结构1-1的后方，柔性网状框架结构1-3安装于船尾艉封板处，收放电机结构1-1、限位器1-2、柔性网状框架结构1-3三者依次通过金属铁链1-1-6连接。
39.收放电机结构1-1包括滚筒支座1-1-1、从动齿轮1-1-2、电动机1-1-3、主动齿轮1-1-5、滚筒一1-1-7，滚筒一1-1-7通过滚筒轴安装于滚筒支座1-1-1中，其两端设有径向滑动轴承，电动机1-1-3安装于滚筒支座1-1-1的一外侧面上，其电机轴1-1-4上安装有主动齿轮1-1-5，滚筒轴的对应一端安装有从动齿轮1-1-2，从动齿轮1-1-2与主动齿轮1-1-5啮合，金属铁链1-1-6缠绕于滚筒一1-1-7上，滚筒支座1-1-1安装于主甲板尾部上，电动机1-1-3与自动控制中心3-1信号连接。
40.限位器1-2包括限位器支座1-2-1、滚筒二1-2-2，滚筒二1-2-2安装于限位器支座1-2-1上，其滚筒轴套有径向滑动轴承穿过限位器支座1-2-1的通孔，金属铁链1-1-6缠绕于滚筒二1-2-2上，限位器支座1-2-1安装于主甲板尾部上。
41.柔性网状框架结构1-3包括柔性网1-3-1、柔性网框架1-3-2、主对接杆1-3-3、液压杆1-3-4、三角形副对接杆1-3-5，柔性网框架1-3-2为矩形框架结构，柔性网框架1-3-2上安
装有柔性网1-3-1，主对接杆1-3-3设有一对，两者的一端分别与柔性网框架1-3-2相邻的两个顶角连接，另一端分别连接有一个液压杆1-3-4，液压杆1-3-4与柔性网框架1-3-2对应的一侧边连接，三角形副对接杆1-3-5在两个主对接杆1-3-3之间安装于柔性网框架1-3-2的一侧边上，主对接杆1-3-3与液压杆1-3-4的两个连接点分别与船尾艉封板铰接，金属铁链1-1-6的一端与三角形副对接杆1-3-5连接，两个液压杆1-3-4分别与自动控制中心3-1信号连接，风浪流传感器3-3安装于柔性网框架1-3-2上。柔性网框架1-3-2的四个顶顶角和安装液压杆1-3-4的两侧侧边的1/3～2/3位置处分别设置有吊耳。
42.在本系统中，收放电机结构1-1安装在主甲板尾部，限位器1-2设置于收放电机结构1-1后方。柔性网状框架结构安装于船尾艉封板处，通过主对接杆1-3-3、液压杆1-3-4与艉封板处的吊耳铰接。收放电机结构1-1牵引金属铁链1-1-6、绕过限位器1-2与柔性网状框架结构1-3中的三角形副对接杆1-3-5连接。在金属铁链1-1-6的牵引下，柔性网状框架结构1-3可以绕着主对接杆1-3-3、液压杆1-3-5与吊耳铰接处的支点旋转。
43.支撑力补偿系统2包括多组依次间隔排列的液压支撑组件，液压支撑组件包括液压缸2-1、可滑动油箱结构2-2、滑块2-3，液压缸2-1设有两个，间隔安装于可滑动油箱结构2-2的顶部，可滑动油箱结构2-2的相对两侧面上分别依次平行间隔设有多条沿竖向延伸的滑块2-3，船尾舱室的相对两侧舱壁上对应设有多条滑槽2-4，每条滑块2-3与对应的一条滑槽2-4配合连接，力传感器3-2安装于可滑动油箱结构2-2的底部，液压缸2-1与自动控制中心3-1信号连接。
44.多组液压支撑组件依次排列的总长为坐底船垂线间长的18.5％～20.5％。
45.液压缸2-1由压力泵2-1-4、压力油a2-1-6、油缸一2-1-1、油缸二2-1-2、撑杆一2-1-3、液压泵一2-1-5组成。油缸内充满压力油a2-1-6，撑杆一2-1-3较粗端套入油缸形成活塞，将整个油缸分为油缸一2-1-1和油缸二2-1-2两部分。液压泵一2-1-5和压力泵2-1-4分别与油缸一2-1-1、油缸二2-1-2相通。
46.控制中心3包括自动控制中心3-1，力传感器3-2，风浪流传感器3-3。其中自动控制中心3-1是一台用于计算分析实时数据并可以发出指令的设备，位于船长室。在自动控制中心3-1接收端，位于柔性网框架1-3-2底部外侧的风浪流传感器3-3和位于可滑动油箱结构2-2底部的力传感器3-2与自动控制中心3-1为无线连接；在输出端，收放电机结构1-1-3、支撑力补偿系统2中液压缸2-1以及柔性网状促淤系统1中的液压杆1-3-4采用有线连接。
47.如图15所示，上述的坐底船防冲刷保护装置的工作方法，包括以下步骤：
48.步骤一：当坐底船开始工作时，安装在主甲板尾部的收放电机结构1-1的电机轴1-1-4转动，电机轴末端的主动齿轮1-1-5与固定在滚筒一1-1-7的滚筒轴右侧的从动齿轮1-1-2啮合，带动滚筒一1-1-7旋转。缠绕在滚筒一1-1-7上的金属铁链1-1-6随着滚筒1-1-7旋转放松，绕过位于收放电机结构1-1后方的限位器1-2。此时与金属铁链1-1-6连接的三角形副对接杆1-3-5下落。柔性网框架1-3-2通过主对接杆1-3-3、液压杆1-3-4与艉封板处的吊耳铰接，在三角形副对接杆1-3-5的牵引下，主对接杆1-3-3、液压杆1-3-4绕着铰接支点旋转，柔性网状框架结构1-3实现整体下降。当柔性网框架1-3-2架靠近海床时，位于柔性网框架1-3-2底部外侧的风浪流传感器3-3开始检测并报告来浪位置。与此同时，位于船长室的自动控制中心3-1在接收数据后，计算出最佳迎浪姿态并发出电信号，激活两个液压杆1-3-4。液压杆1-3-4作为动力源，通过液压泵二1-3-4-4输出压力油b1-3-4-5，经油路集成块的
控制，压力油b1-3-4-5被压至油缸二1-3-4-1，撑杆二1-3-4-2伸出推动矩形框架绕框架顶部吊耳旋转至最佳位置。
49.步骤二：位于船长室的自动控制中心3-1发出电信号，激活分布于可滑动油箱结构2-2底部的由力传感器3-2组成的自动监测系统，实时监测坐底船底部支撑力变化情况。当冲刷发生，海床支撑力临近许用支撑力时，自动监测系统反馈数据至自动控制中心3-1，并由自动控制中心3-1计算出支撑力损失。在此过程后，自动控制中心3-1发出电信号，驱动液压泵一2-1-5工作，液压泵一2-1-5输出压力油a2-1-6，经油路集成块的控制，压力油a2-1-6被压至油缸一2-1-1，撑杆一2-1-3伸长将可滑动油箱结构2-2沿着轨道2-3压下。当自动监测系统检测到支撑力补偿完成后，反馈数据至自动控制中心3-1，自动控制中心3-1发出电信号停止可滑动油箱结构2-2下压完成工作。
50.步骤三：坐底船工作结束时，自动控制中心3-1控制驱动另一个压力泵2-1-4工作，压力油a2-1-6经油路集成块的控制注入油缸二2-1-2，撑杆一2-1-3缩短，可滑动油箱结构2-2收回。主甲板上的收放电机结构1-1逆时针转动，驱动滚筒一1-1-7收回金属铁链1-1-6，压力油b1-3-4-5抽回液压泵二1-3-4-4，弹簧1-3-4-2推动撑杆1-3-4-3回缩，柔性网状框架结构1-3整体收缩吊起。