本發(fā)明涉及船舶防凍，具體涉及一種舷側(cè)液艙的浮式防凍裝置及使用方法。

背景技術(shù)：

1、船舶在低溫環(huán)境下航行或者作業(yè)時(shí)，壓載艙內(nèi)表面的壓載水可能凍結(jié)，導(dǎo)致壓載艙不能承受調(diào)撥產(chǎn)生的封閉氣壓，很可能造成壓載艙船體結(jié)構(gòu)變形甚至爆裂，破壞船體結(jié)構(gòu)，影響船舶安全和人員生命安全。壓載艙是船舶壓載水系統(tǒng)的重要組成部分，也是最典型的舷側(cè)液艙。因此，對于冰區(qū)航行或作業(yè)的船舶，通常面臨著外界低溫的防寒挑戰(zhàn)，舷側(cè)液艙的防凍更是至關(guān)重要的，將直接影響船舶吃水調(diào)整和結(jié)構(gòu)安全。

2、船舶舷側(cè)液艙的體積是非常大，因此對防寒熱源的需求是巨大的。常規(guī)的盤管加熱需要的盤管長度長、蒸汽量大，而且長期浸泡在水中對管路材質(zhì)和流體介質(zhì)都有特定的要求。要想盤管大范圍的覆蓋防寒區(qū)域，其布置也具有一定的難度，成本也大大增加。同時(shí)，極地船舶的鍋爐尺寸、熱源負(fù)荷都比較緊張，而舷側(cè)液艙防凍是蒸汽的主要用戶對象，若能優(yōu)化或降低蒸汽耗量，對船舶設(shè)計(jì)有顯著幫助。此外，舷側(cè)液艙除了透氣管區(qū)域，其他部分相對比較封閉，裝載大量海水，運(yùn)營中人員無法到達(dá)，目前也無法對艙內(nèi)情況直接觀測。為了研究液艙結(jié)冰過程，了解液艙自由液面在船舶航行中的影響，也有必要對艙內(nèi)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，以促進(jìn)船舶極地裝備智能化的發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有的船舶壓載艙容易結(jié)冰，除冰管路布置不方便以及無法監(jiān)控艙內(nèi)情況的問題。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種舷側(cè)液艙的浮式防凍裝置，使用船舶監(jiān)測控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，包括透氣管基座裝置、浮子加熱裝置本體和艙壁固定裝置，所述透氣管基座裝置設(shè)在舷側(cè)液艙艙頂上，用于舷側(cè)液艙內(nèi)的透氣，所述浮子加熱裝置本體可拆卸連接在透氣管基座裝置上，所述艙壁固定裝置設(shè)在舷側(cè)液艙側(cè)壁上，所述艙壁固定裝置包括纜繩主動(dòng)收放機(jī)構(gòu)，所述纜繩主動(dòng)收放機(jī)構(gòu)與浮子加熱裝置本體連接，并可拖動(dòng)浮子加熱裝置本體在舷側(cè)液艙內(nèi)移動(dòng)，進(jìn)行加熱和除冰作業(yè)，所述浮子加熱裝置本體上設(shè)有定位系統(tǒng)，用于浮子加熱裝置本體的空間測距以及舷側(cè)液艙內(nèi)的液位、溫度和積冰程度數(shù)據(jù)監(jiān)測收集。

3、可選的，所述透氣管基座裝置包括：

4、透氣管結(jié)構(gòu)，透氣管結(jié)構(gòu)設(shè)在舷側(cè)液艙的艙頂上，用于艙內(nèi)透氣；

5、第一電源系統(tǒng)，第一電源系統(tǒng)位于舷側(cè)液艙外部，包括第一外部供電模塊，所述第一外部供電模塊與船電連接，其上連接供電線路，所述供電線路穿過透氣管結(jié)構(gòu)并與透氣管結(jié)構(gòu)以及浮子加熱裝置本體連接；

6、第一防寒系統(tǒng)，第一防寒系統(tǒng)包括電加熱機(jī)構(gòu)，所述電加熱機(jī)構(gòu)為電伴熱線路，設(shè)在透氣管結(jié)構(gòu)外側(cè)壁上，用于透氣管結(jié)構(gòu)以及透氣管結(jié)構(gòu)周邊區(qū)域的加熱防凍；

7、接收落座機(jī)構(gòu)，所述接收落座機(jī)構(gòu)套設(shè)在透氣管結(jié)構(gòu)上，用于連接浮子加熱裝置本體。

8、可選的，所述透氣管結(jié)構(gòu)包括透氣本體管路和保護(hù)套管路，所述保護(hù)套管路設(shè)在舷側(cè)液艙內(nèi)，且上端伸出艙頂，所述透氣本體管路連接在保護(hù)套管路上端，所述保護(hù)套管路直徑大于透氣本體管路直徑，所述接收落座機(jī)構(gòu)設(shè)在保護(hù)套管路位于舷側(cè)液艙內(nèi)的部分上，所述接收落座機(jī)構(gòu)與舷側(cè)液艙艙頂之間的保護(hù)套管路上設(shè)有保護(hù)套透氣結(jié)構(gòu)，所述保護(hù)套透氣結(jié)構(gòu)緊挨舷側(cè)液艙艙頂。

9、可選的，所述浮子加熱裝置本體內(nèi)部鏤空，設(shè)有內(nèi)圈和外圈兩層結(jié)構(gòu)，包括：

10、對接固定機(jī)構(gòu)，所述對接固定機(jī)構(gòu)設(shè)在浮子加熱裝置本體內(nèi)壁，且其與接收落座機(jī)構(gòu)匹配連接，用于浮子加熱裝置本體與透氣管基座裝置的可拆卸連接；

11、吸能利用機(jī)構(gòu)，所述吸能利用機(jī)構(gòu)包括內(nèi)部機(jī)構(gòu)和觸須機(jī)構(gòu)，所述內(nèi)部機(jī)構(gòu)位于浮子加熱裝置本體內(nèi)圈和外圈之間，所述觸須機(jī)構(gòu)設(shè)有多個(gè)，均勻設(shè)在浮子加熱裝置本體外壁上，且內(nèi)部機(jī)構(gòu)與觸須機(jī)構(gòu)連接，用于將浮子加熱裝置本體的機(jī)械能以及舷側(cè)液艙內(nèi)液面的波浪能轉(zhuǎn)化為電能；

12、抗傾覆機(jī)構(gòu)，用于穩(wěn)定浮子加熱裝置本體的姿態(tài)；

13、第二電源系統(tǒng)，用于浮子加熱裝置本體的供電以及吸能利用機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化電能的儲(chǔ)存；

14、信號傳輸系統(tǒng)，用于將定位系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)傳輸至船舶監(jiān)測控制系統(tǒng)，并向浮子加熱裝置本體傳輸船舶監(jiān)測控制系統(tǒng)的指令信號；

15、第二防寒系統(tǒng)，所述第二防寒系統(tǒng)包括電加熱機(jī)構(gòu)和側(cè)面破冰機(jī)構(gòu)，所述電加熱機(jī)構(gòu)用于根據(jù)定位系統(tǒng)檢測的積冰程度和溫度進(jìn)行放熱防寒，側(cè)面破冰機(jī)構(gòu)分布在浮子加熱裝置本體的外圈外側(cè)壁上，用于舷側(cè)液艙內(nèi)的除冰，所述觸須機(jī)構(gòu)通電后可產(chǎn)生熱量，可進(jìn)行輔助防寒加熱；

16、移動(dòng)系統(tǒng)，所述移動(dòng)系統(tǒng)包括自主模塊和牽引模塊，用于浮子加熱裝置本體的自主移動(dòng)、牽引移動(dòng)以及被動(dòng)移動(dòng)。

17、可選的，第二電源系統(tǒng)包括自供電模塊、儲(chǔ)能充電模塊和第二外部供電模塊，所述自供電模塊與儲(chǔ)能充電模塊連接，所述儲(chǔ)能充電模塊與吸能利用機(jī)構(gòu)連接，所述自供電模塊用于為對接固定機(jī)構(gòu)、自主模塊、定位系統(tǒng)和第二防寒系統(tǒng)提供電源，所述第二外部供電模塊與儲(chǔ)能充電模塊連接，所述第二外部供電模塊與第一外部供電模塊連接。

18、可選的，所述定位系統(tǒng)包括感測機(jī)構(gòu)和智能數(shù)據(jù)處理模塊，所述感測機(jī)構(gòu)用于空間測距，并收集液位、溫度以及積冰程度數(shù)據(jù)，所述智能數(shù)據(jù)處理模塊對感測機(jī)構(gòu)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后發(fā)送至信號傳輸系統(tǒng)。

19、可選的，所述艙壁固定裝置還包括：

20、脫開自由收放機(jī)構(gòu)，包括纜繩、咬合脫開裝置和驅(qū)動(dòng)裝置，脫開自由收放機(jī)構(gòu)固定在舷側(cè)液艙內(nèi)壁上，并通過纜繩與浮子加熱裝置本體連接，與自主模塊配合實(shí)現(xiàn)浮子加熱裝置本體自主移動(dòng)，并進(jìn)行纜繩收放作業(yè)；

21、造波系統(tǒng)，設(shè)在舷側(cè)液艙內(nèi)壁底部，通過調(diào)節(jié)流體的介入，主動(dòng)干預(yù)自由液面的運(yùn)動(dòng)程度；

22、第三防寒系統(tǒng)，與外部熱源連接，用于纜繩主動(dòng)收放機(jī)構(gòu)、脫開自由收放機(jī)構(gòu)以及造波系統(tǒng)的加熱除冰。

23、可選的，所述纜繩主動(dòng)收放機(jī)構(gòu)與脫開自由收放機(jī)構(gòu)集為一體，且與脫開自由收放機(jī)構(gòu)共用纜繩、咬合脫開裝置和驅(qū)動(dòng)裝置，所述纜繩主動(dòng)收放機(jī)構(gòu)與牽引模塊連接，包括單點(diǎn)動(dòng)作模塊和三點(diǎn)協(xié)調(diào)動(dòng)作模塊，單點(diǎn)動(dòng)作模塊用于進(jìn)行單向的拉動(dòng)，三點(diǎn)協(xié)調(diào)動(dòng)作模塊用于多點(diǎn)同時(shí)作用，通過對纜繩的拉放，實(shí)現(xiàn)空間內(nèi)的任意位置移動(dòng)。

24、舷側(cè)液艙的浮式防凍裝置的使用方法，包括以下步驟：

25、s01、初始狀態(tài)時(shí)，舷側(cè)液艙為滿載或空艙，浮子加熱裝置本體為基座固定狀態(tài)，通過對接固定機(jī)構(gòu)連接在透氣管基座裝置上，此時(shí)，第一外部供電模塊和第二供電模塊為浮子加熱裝置本體充電，第一防寒系統(tǒng)對透氣管結(jié)構(gòu)區(qū)域進(jìn)行防寒加熱；

26、s02、舷側(cè)液艙內(nèi)液面變化，舷側(cè)液艙為半載狀態(tài)，斷開第一電源系統(tǒng)與浮子加熱裝置本體的連接，并發(fā)出釋放指令，控制接收落座機(jī)構(gòu)和對接固定機(jī)構(gòu)由鎖緊狀態(tài)變?yōu)獒尫艩顟B(tài)，浮子加熱裝置本體受重力作用沿保護(hù)套管路自由降落，到達(dá)透氣管結(jié)構(gòu)下方的的液面上，即預(yù)備位置；

27、s03、浮子加熱裝置本體進(jìn)入液面釋放狀態(tài)，離開預(yù)備位置，進(jìn)入作業(yè)位置，浮子加熱裝置本體的電源由自供電模塊和儲(chǔ)能充電模塊提供，吸能利用機(jī)構(gòu)開始運(yùn)行，持續(xù)為儲(chǔ)能充電模塊補(bǔ)充電能，若監(jiān)測到轉(zhuǎn)化的電能不足時(shí)，啟動(dòng)造波系統(tǒng)(330)，通入氣源調(diào)控介質(zhì)，以調(diào)節(jié)自由液面的運(yùn)動(dòng)程度，改變吸能效果；

28、s04、處于作業(yè)位置后，浮子加熱裝置本體的第二防寒系統(tǒng)根據(jù)定位系統(tǒng)反饋的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，使浮子加熱裝置本體(f200)通過自主模塊(281)進(jìn)行自主移動(dòng)，或在艙壁固定裝置(g300)的牽引下進(jìn)行移動(dòng)，或在液面波浪的作用下被動(dòng)移動(dòng)，并提供足夠的熱量和破冰動(dòng)力來保證自由液面不會(huì)形成致密的冰層，控制浮子加熱裝置本體區(qū)域有足夠的透氣面積；

29、s05、防寒任務(wù)結(jié)束、舷側(cè)液艙內(nèi)液位即將到達(dá)透氣管結(jié)構(gòu)下端或浮子加熱裝置本體能源不足時(shí)，對浮子加熱裝置本體進(jìn)行回收。

30、可選的，步驟s05中，通過牽引模塊和三點(diǎn)協(xié)調(diào)動(dòng)作模塊將處于任意位置的浮子加熱裝置本體牽引移動(dòng)到透氣管結(jié)構(gòu)正下方，并維持對準(zhǔn)，隨后浮子加熱裝置本體跟隨液面一起上升，穿過透氣管保護(hù)套管路并與接收落座機(jī)構(gòu)對接鎖緊，然后將第一電源系統(tǒng)與浮子加熱裝置本體連接，完成浮子加熱裝置本體的回收。

31、綜上所述，本發(fā)明至少具有以下一種有益效果：

32、1、本發(fā)明包含了透氣管基座裝置、浮子加熱裝置本體以及艙壁固定裝置三部分，其具體組成方案綜合考慮了舷側(cè)液艙實(shí)際的結(jié)構(gòu)布置和空間特點(diǎn)，基于船舶的實(shí)際運(yùn)行情況，將整艙大范圍的防凍目標(biāo)聚焦到自由液面和透氣管的局部防凍，減少大量加熱盤管的布置，大大降低了船上有限的熱源消耗，節(jié)約全船的運(yùn)行成本，提高了船舶設(shè)計(jì)的技術(shù)水平。

33、2、本發(fā)明創(chuàng)新的提出了有效利用液艙內(nèi)自由液面的動(dòng)能和勢能，進(jìn)一步提高全船的能源利用效率，促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)的新發(fā)展。

34、3、本發(fā)明通過智能化的數(shù)據(jù)感測和技術(shù)處理，可以對實(shí)船運(yùn)行過程中艙內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，有助于對側(cè)液艙結(jié)冰機(jī)理的研究，優(yōu)化對船舶狀態(tài)的動(dòng)態(tài)調(diào)整，提高全船的智能化水平，以促進(jìn)船舶極地裝備智能化的新發(fā)展。