大型船坞气控式卧倒门水工试验模型

摘要

本发明公开了一种大型船坞气控式卧倒门水工实验模型，其特征在于，该卧倒门的固定空气浮舱上设置有压力传感器，实现了对其运动状态的快速、精确测量；卧倒门的底部设置有配重调节装置，由此提高了模型试验精度，节省了时间和试验费用；采用轻质材料填充浮舱的调整技术使得实验方案更加简单易行；在卧倒门的门铰中间位置通过传力钢针、定滑轮、传力绳与测力装置组成上拔力测量装置，使得上拔力的测量过程简单和准确。本发明在确保大型卧倒门正常起卧的前提下，并在操作时间、稳定性等方面达到了最优效果。

说明书

技术领域

本发明是关于水利工程试验模型的，特别涉及一种大型修造船坞气控式卧倒门的试验 模型。

背景技术

船坞作为修造船水工建筑物的重要设施，决定着一个国家修造船的能力和工艺水平。 传统大吨位船舶的主要建筑场地是船台，但随着船舶吨位的增大，船台使用受到限制，船 坞因拥有许多优点而逐渐成为修造船的主要设施。2006年国务院《船舶工业中长期发展规 划》中明确指出，我国将新建和扩建以30万吨级以上船坞为代表的修造船基地，重点建设 环渤海、长江口、珠江口三大造船基地和渤海湾、长江中下游、闽浙沿海等大型修船基地。

气控式卧倒门是船坞卧倒门的一种新型式，目前在我国东南沿海很多新建造船厂大量 应用。它使用压缩空气控制卧倒门起卧。在卧倒门门体底部装有与门墩相连的水平转轴， 转轴轴线平行于水面，门铰采用闭口或开口两种形式。卧倒门门体可以绕转轴转动，实现 卧倒门的开启与闭合。

气控式卧倒门不同于由卷扬机牵引的卧倒门,它是在门体内适当的位置设置固定浮舱 和压载水舱以及空气操作舱。通过调节压缩空气的出入调节空气操作舱内海水的体积，改 变卧倒门所受到的浮力矩与倾倒力矩，来实现卧倒门的起卧，所以这种型式的卧倒门操作 十分方便。操作时，关闭通向空气操作舱的进气阀，打开放气阀，空气操作舱充水，当充 水至一定量时，作用在卧倒门上的重力矩大于浮力矩，卧倒门就会自动向海侧倾倒，绕转 轴转动直至卧于门坑内，这是卧倒门的开启过程。当需要将卧倒门关闭时，只要关闭出气 阀，打开进气阀，把具有一定压力和流量的压缩空气充入空气操作舱，排出一定量的海水， 卧倒门浮力增加，作用在卧倒门上的浮力矩大于重力矩，卧倒门就会由平卧位置绕转轴转 动至垂直，贴于门墩上，卧倒门关闭。

气控式卧倒门具有结构简单，操作方便，关闭速度快等优点。但是由于卧倒门在水中 的运动状态较为复杂，不仅卧倒门门体的重量、重心位置、固定浮舱、操作舱及压载水舱 的位置对卧倒门运动有重要影响；而且在操作过程中，空气操作舱的进排气的速度也对卧 倒门的运动状态影响较大；此外还有水流、潮位、风浪、水流的阻力及舱室内水和空气的 相互作用等变化因素的影响，所以至今还没有能用来计算气控式卧倒门动力学特性的公式， 对气控卧倒门的动态特性往往要进行模型实验研究。

发明内容

本发明的目的，是提供一种大型修造船坞气控式卧倒门水工试验模型，尤其具有模型 卧倒门重点控制、浮舱调整控制、卧倒门运动状态监测、上拔力测量的功能。

本发明通过如下技术方案予以实现。

一种大型船坞气控式卧倒门水工实验模型，包括空气压缩机、门坑、坞室墙体和卧倒 门，其特征在于，所述门坑6的一侧设置有气控式卧倒门，气控式卧倒门的底部设置有门 墩12，门墩12上设置有开口门铰11，气控式卧倒门设置在开口门铰11上；气控式卧倒门 的上部设置有潮汐舱10，潮汐舱10的下面对称地设置有浮舱5、固定空气浮舱17、空气操 作舱18和压力传感器9，空气操作舱18的底部设置有水流出口19；坞室墙体7的外面设 置有空气压缩机1，空气压缩机1的输出端设置有输气管道20，输气管道20上设置有进气 阀2和排气阀3，输气管道20的另一端通过输气软管4与空气操作舱18相连通；

气控式卧倒门的底部还设置有配重调节装置8；

门铰11的中间位置设置有传力钢针13，并通过定滑轮14、传力绳15与测力装置16 组成上拔力测量装置；

所述的浮舱5采用泡沫轻质材料进行填充。

所述的配重调节装置8采用预制的钢板或者铁块，并利用螺栓固定在卧倒门的下方。

本发明的有益效果是：

①通过卧倒门重心微调技术，能够利用配重对卧倒门重心位置进行微调，大大降低了 对模型加工精度的要求，提高了模型试验精度，避免因模型加工偏差而重新制作模型，节 省了时间和试验费用。

②基本轻质材料填充的浮舱调整技术能够起到了调整浮舱体积的效果，代替了较为复 杂的密封盒实现方法，使得实验方案更加容易调整。

③通过在卧倒门上安装压力传感器，并通过水压力与淹没深度的关系由监控计算机实 时换算出卧倒门角度，实现了卧倒门运动状态的快速、精确测量。

④上拔力测量装置通过定滑轮和传力绳将上拔力传递到水面以上，然后由传统测力装 置进行测量，使测量过程简单、准确。

本发明确保建造出的大型船坞气控式卧倒门能够正常起卧，并在操作时间、稳定性等 方面能达到最优效果。

附图说明

图1是本发明气控式卧倒门水工试验模型的结构示意图；

图2是图1的A-A剖面结构示意图；

图3是上拔力测量装置的示意图；

图4是图3的局部放大示意图。

本发明附图标记如下：

1———空气压缩机                2———进气阀

3———排气阀                    4———输气软管

5———浮舱                      6———门坑

7———坞室墙体                  8———配重调节装置

9———压力传感器                10———潮汐舱

11———门铰                     12———门墩

13———传力钢针                 14———定滑轮

15———定滑轮                   16———测力装置

17———固定空气浮舱             18———空气操作舱

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

如图1、图2所示，门坑6的一侧设置有气控式卧倒门，气控式卧倒门的下面设置有门 墩12，门墩12上设置有开口门铰11，气控式卧倒门设置在开口门铰11上；气控式卧倒门 的上部设置有潮汐舱10，潮汐舱10的作用是保持舱内和舱外的水位一致；潮汐舱10的下 面对称地设置有浮舱5、固定空气浮舱17、空气操作舱18和压力传感器9，空气操作舱18 的底部设置有水流出口19；坞室墙体7的外面设置有空气压缩机1，空气压缩机1的输出 端设置有输气管道20，输气管道20上设置有进气阀2和排气阀3，输气管道20的另一端 通过输气软管4与空气操作舱18相连通；

所述的浮舱5采用泡沫轻质材料进行填充。

气控式卧倒门的底部还设置有配重调节装置8，该配重调节装置8采用预制的钢板或者 铁块，并利用螺栓固定在卧倒门的下方。

门铰11的中间位置设置有传力钢针13，并通过定滑轮14、传力绳15与测力装置16 组成上拔力测量装置；

在模型试验中，卧倒门起卧的基本操作过程如下。

①起浮（关门）操作：开启进气阀2，关闭排气阀3，利用小型空气压缩机1给卧倒门 提供压缩空气。压缩空气通过输气软管4进入空气操作舱18，舱内水体由水流出口19排出， 空气操作舱充气，卧倒门起浮，直至关闭位置。

②卧倒（开门）操作：关闭进气阀2，开启排气阀3，舱外水体流入空气操作舱18，舱 内空气通过输气软管4并由排气阀3排出，操作舱充水，卧倒门下卧，直至全开位置。

气控式卧倒门的底部还设置有配重调节装置8。力学相似原理要求模型卧倒门和原型卧 倒门除了几何尺寸对应成比例之外，卧倒门重心的相对位置也必须相同。然而，由于受模 型加工精度等因素影响，由钢板焊接而成的模型卧倒门往往实际重心位置与实验设计有一 定偏差。在这种情况下，传统的做法是重新制作模型，或者接受这个偏差。重新制作模型 需要花费很多额外的时间和费用，而接受重心偏差的存在则往往造成实验数据不可靠等不 良后果。本发明在模型制作时，有意预留卧倒门重心向海侧的偏斜，这样模型制作后，只 须在卧倒门底部增加一定数量的配重，即可将重心精确地调整至设计位置。

气控式卧倒门的中间部位设置有浮舱5和压力传感器9。卧倒门的浮舱5为始终密闭的 空气舱，用于增加卧倒门的浮力。实验过程中一般需要设计若干个浮舱方案，以便选出最 优浮舱体积。模型浮舱的调整一般通过在卧倒门中填入预制的密封盒（如铁盒）来实现， 然而由于密封盒制作较为复杂，不便于浮舱5的多组次调整。本发明采用轻质泡沫材料填 充以替代密封盒，同样起到了调整浮舱体积的效果。压力传感器9主要用于对卧倒门运动 状态的监测，卧倒门运动状态（卧倒门转动角度、角速度、角加速度）是模型实验测量的 基本数据。传统的测量方法是通过录像和判读卧倒门在图像中的位置来实现，较为复杂且 精度较低。本发明通过在卧倒门上安装压力传感器9，并通过水压力与淹没深度的关系由监 控计算机实时换算出卧倒门角度，实现了卧倒门转动角度、角速度、角加速度的快速、精 确测量。

如图3、图4所示，门铰11的中间位置设置有传力钢针13，并通过定滑轮14、传力绳 15与测力装置16组成上拔力测量装置。由于卧倒门门铰位于水下，对于上拔力的测量较为 困难，卧倒门的上拔力往往在实验中被忽略，而实际上，上拔力对于气控式卧倒门的安全 非常重要。本发明通过定滑轮14和传力绳15将上拔力传递到水面以上，然后由传统测力 装置16进行测量，测量过程由此变得简单、准确。