LNG液舱围护系统多面角区大流量高压水摆动冲击装置

lng液舱围护系统多面角区大流量高压水摆动冲击装置
技术领域
1.本发明涉及工程实验设备技术领域，特别是涉及lng液舱围护系统多面角区大流量高压水摆动冲击装置。


背景技术：

2.lng液货围护系统是海上lng运输、存储与装卸货的核心部件，具有保温、绝热、承载、防泄露等多种功能，成为保障lng液货安全的关键结构。海上风浪流作用引起船舶运动(如横摇、纵摇等)，lng液货围护系统遭受液舱内部货物的晃荡冲击载荷作用，液货冲击载荷下围护系统安全评估成为重点。随着lng船舶大型化，单个lng液舱容积不断增加，部分超过5万立方米，其角隅遭受的冲击载荷更加恶劣。因此，研究液货冲击载荷下lng液舱围护系统的安全性，对产业安全与科学研究均具有重要意义。
3.大流量高压水摆动冲击试验的原理是，利用多个高压水射流形成一定规则截面形状的高压水柱，实现对围护系统复杂内表面的同步冲击加载，通过调整喷嘴分布、水流速度、作用位置等参数，测量围护系统内表面冲击压力变化，模拟lng液舱的液货冲击载荷波形与载荷幅值。
4.现有冲击试验装置存在以下问题：(1)对于晃荡试验装置，通常缩尺简化后的刚性壁，无法模拟真实围护系统的内表面外形，并且晃荡试验能够实现的冲击载荷幅值过小，远远达不到造成围护系统局部损伤所需的载荷水平；(2)对于落水试验装置，通常适用于平直区试验模型，但是复杂外形结构表面与液面之间存在空气截留，在冲击作用过程中容易形成气垫，改变流体冲击载荷作用于结构表面的幅值与分布；(3)对于现有高压水射流试验装置，存在载荷作用面积小、角度单一、位置不可调的问题，难以模拟围护系统同步大面积冲击载荷作用。因此亟需一种lng液舱围护系统多面角区大流量高压水摆动冲击装置来解决。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供lng液舱围护系统多面角区大流量高压水摆动冲击装置，以解决上述问题，达到对lng液舱围护系统进行不同冲击载荷模拟的目的。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种lng液舱围护系统多面角区大流量高压水摆动冲击装置，包括移动组件、支撑组件和供水组件，所述供水组件将所述移动组件和所述支撑组件连通，所述移动组件位于所述支撑组件上方；
7.所述移动组件包括固定架，所述固定架下方可调连接有基盘，所述基盘下方固接有若干喷嘴，所述喷嘴与所述供水组件连通。
8.优选的，所述固定架下方固接有两光轴，两所述光轴对称设置，所述光轴滑动连接有滑块，所述滑块传动连接有第一动力部；所述滑块下方通过转动部与所述基盘固接。
9.优选的，所述第一动力部包括丝杠，所述丝杠两端与所述固定架相对的侧壁转动连接，所述丝杠中部与所述滑块螺纹连接，所述丝杠端部固接有电机。
10.优选的，所述转动部包括四个气缸，所述气缸竖直设置，四个所述气缸分别位于所
述滑块下方四角处，所述气缸两端分别通过球铰与所述滑块和所述基盘铰接。
11.优选的，所述供水组件包括水箱，所述水箱底部通过第一水管与所述喷嘴连通，所述第一水管底部依次连通有过滤器、变频高压泵、出水阀和流速仪；所述水箱顶部通过回收部与所述支撑组件连通；所述水箱顶部连通有调压溢出阀。
12.优选的，所述支撑组件包括支撑框架，所述支撑框架位于所述基盘下方，所述支撑框架底部与地面固接，所述支撑框架顶部固接有围护系统试验模型，所述围护系统试验模型上固接有若干微型压力传感器，所述支撑框架通过所述回收部与所述水箱顶部连通。
13.优选的，所述回收部包括集水槽，所述集水槽位于所述支撑框架下方，所述集水槽通过第二水管与所述水箱顶部连通，所述第二水管依次连通有集水泵和补水阀。
14.优选的，所述水箱侧壁连通有进水阀。
15.本发明具有如下技术效果：供水组件将水泵送至喷嘴处，基盘带动喷嘴转动，基盘可实现多自由度的运动，基盘可相对于支撑组件呈现不同的角度和位置关系，从而达到对围护系统试验模型进行不同冲击载荷模拟的目的。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本发明结构示意图；
18.图2为本发明移动组件结构示意图；
19.图3为本发明移动组件俯视图；
20.图4为本发明围护系统试验模型两面角区结构示意图；
21.图5为本发明围护系统试验模型三面角区结构示意图；
22.图6为本发明微型压力传感器安装位置结构示意图；
23.图7为本发明喷嘴呈方形布置结构示意图；
24.图8为本发明喷嘴呈圆形布置结构示意图；
25.其中，1、水箱；2、进水阀；3、调压溢出阀；4、变频高压泵；5、过滤器；6、出水阀；7、流速仪；8、喷嘴；10、围护系统试验模型；11、支撑框架；12、集水槽；13、集水泵；14、补水阀；17、微型压力传感器；901、基盘；902、球铰；903、气缸；904、滑块；905、固定架；906、光轴；907、电机；908、丝杠；18、大波纹；19、小波纹。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
28.参照图1-8，本实施例提供一种lng液舱围护系统多面角区大流量高压水摆动冲击装置，包括移动组件、支撑组件和供水组件，供水组件将移动组件和支撑组件连通，移动组件位于支撑组件上方；
29.移动组件包括固定架905，固定架905下方可调连接有基盘901，基盘901下方固接有若干喷嘴8，喷嘴8与供水组件连通。供水组件将水泵送至喷嘴8处，基盘901带动喷嘴8转动，基盘901可实现多自由度的运动，基盘901可相对于支撑组件呈现不同的角度和位置关系，从而达到对围护系统试验模型进行不同冲击载荷模拟的目的。
30.进一步优化方案，固定架905下方固接有两光轴906，两光轴906对称设置，光轴906滑动连接有滑块904，滑块904传动连接有第一动力部；滑块904下方通过转动部与基盘901固接。固定架905可安装在实验室吊顶上，滑块904可沿两光轴906做直线滑动，进而滑块904间接带动基盘901做直线运动，第一动力部为滑块904的滑动提供动力。
31.进一步优化方案，第一动力部包括丝杠908，丝杠908两端与固定架905相对的侧壁转动连接，丝杠908中部与滑块904螺纹连接，丝杠908端部固接有电机907。电机907的转动带动丝杠908转动，丝杠908通过螺纹配合带动滑块904做直线运动，电机907可选步进电机，精度高，响应快。
32.进一步优化方案，转动部包括四个气缸903，气缸903竖直设置，四个气缸903分别位于滑块904下方四角处，气缸903两端分别通过球铰902与滑块904和基盘901铰接。四个气缸903的伸长和缩短可控制基盘901的上下转动和左右转动，来调节基盘901的角度，通过控制四个气缸903不同的伸长量来实现基盘901不同的姿态变化。
33.进一步优化方案，供水组件包括水箱1，水箱1底部通过第一水管与喷嘴8连通，第一水管底部依次连通有过滤器5、变频高压泵4、出水阀6和流速仪7；水箱1顶部通过回收部与支撑组件连通；水箱1顶部连通有调压溢出阀3。水箱1固定于实验室地板上，用于储存试验过程所需足够水量，按试验持续时间、流速、流量等需求，计算水箱容积，通常保证水箱容积是所需水量的2倍以上，水箱1外形可灵活采用圆柱、六面体等不同形状，水箱1外表面可绘制刻度线，用于表示箱内水量；水箱1放置相对较高位置，方便排出箱内水量；调压溢出阀3用于排出水箱中的气体，主要用于水箱储水过程，避免水箱内产生过多液体与气体混合形态；变频高压泵4实现水箱水输送到管路中增压，布置多个变频高压泵并行作业，实现多条管路的同步流量增压，变频高压泵4用于调控管路内水压与流速，输出水流速度稳定，支持形成1mpa以上水柱压力，配备多台同步启动的电控开关，实现多条高压水管路并行工作；过滤器5防止水箱可能存在的杂质混入管路中；出水阀6采用旋钮式或开关式，调整管路中流速，精确控制管路流量；流速仪7用于测量管路中流速与流量变化，布置于管路内部；喷嘴8采用流线型圆管嘴，降低喷嘴8水流阻力并提升有效流量；喷嘴8材质避免采用容易锈蚀材料，提高喷嘴8有效寿命周期。
34.进一步优化方案，支撑组件包括支撑框架11，支撑框架11位于基盘901下方，支撑框架11底部与地面固接，支撑框架11顶部固接有围护系统试验模型10，围护系统试验模型10上固接有若干微型压力传感器17，支撑框架11通过回收部与水箱1顶部连通。支撑框架11底部与实验室地面固接，其底部通过螺栓连接实验室地板平台，在其中间设置开口，开口面积大于围护系统试验模型10的横截面，再通过螺栓将支撑框架11与围护系统试验模型10连接紧固，微型压力传感器17测量围护系统试验模型10内表面的压力时间历程变化。
35.进一步优化方案，回收部包括集水槽12，集水槽12位于支撑框架11下方，集水槽12通过第二水管与水箱1顶部连通，第二水管依次连通有集水泵13和补水阀14。集水槽12用于收集试验过程中的水份，布置在围护系统试验模型10的正下方，同时采取适当围蔽措施避免水花飞溅出去；集水泵13用于将集水槽12中的水输送到水箱1，实现冲击试验过程的水资源循环利用。
36.进一步优化方案，水箱1侧壁连通有进水阀2。进水阀2用于向水箱1注水，采用旋钮式或开关式。
37.本实施例的工作过程如下：水箱1固定于实验室地板上，水箱1外形可灵活采用圆柱、六面体等不同形状，水箱1外表面可绘制刻度线，用于表示箱内水量；水箱1放置相对较高位置，方便排出箱内水量，进水阀2通过管路与水箱1连接并水密接头，调压溢出阀3与水箱1及变频高压泵4连接并水密接头，变频高压泵4与水箱1通过管路连接并水密接头，过滤器5与水箱1通过管路连接并水密接头，出水阀6通过管路与变频高压泵4连接并水密接头，流速仪7内嵌于第一水管内壁并胶接或螺栓紧固，喷嘴8通过螺纹或胶接固定于基盘901的开孔中；多个喷嘴8按预定形状组合，形成理想的水柱截面形状，如方形、圆形等，如图7与图8所示；调控不同喷嘴8的射流相互交叉干涉范围，形成近似均布流速的水柱截面；喷嘴8可布置在围护系统试验模型10的正上方，以水柱与围护系统内表面相互作用效果最佳为原则，灵活调整喷嘴8与围护系统试验模型之间的距离；围护系统试验模型10内表面为纵横交叉布置的波纹板，分为大波纹18和小波纹19支持试验采用实尺度围护系统，围护系统厚度可达到200至500mm；围护系统试验模型10通过螺栓与支撑框架11连接，支撑框架11通过螺栓固定于实验室地板上，集水槽12布置在围护系统试验模型10的正下方并放置于实验室地板上，集水泵13通过第二水管连接集水槽12与水箱1，补水阀14通过管路连接集水泵13与水箱1，微型压力传感器17通过胶接固定于围护系统试验模型10内部且保持两者表面齐平，微型压力传感器17测量围护系统试验模型10内部表面的压力时间历程，观察并记录测量得到的载荷数据达到预定值。首先在水箱1内部灌满水，变频高压泵4启动，喷嘴8形成稳定高压水柱形状，再启动气缸903和电机907控制喷嘴8对围护系统试验模型10进行喷射；试验过程中，通过气缸903和电机907改变射流水柱对围护系统试验模型的作用角度、位置及有效持续时间。
38.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
39.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。