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CN114248900A - 船舶自流冷却系统引水口结构振动控制方法 - Google Patents

船舶自流冷却系统引水口结构振动控制方法 Download PDF

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CN114248900A
CN114248900A CN202111499264.2A CN202111499264A CN114248900A CN 114248900 A CN114248900 A CN 114248900A CN 202111499264 A CN202111499264 A CN 202111499264A CN 114248900 A CN114248900 A CN 114248900A
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wall
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马灿
戴春辉
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Abstract

本发明涉及船舶振动控制技术领域，提供了一种船舶自流冷却系统引水口结构振动控制方法、装置、自流冷却系统以及存储介质。其中，船舶自流冷却系统引水口结构振动控制方法，包括：重复调节引水口内壁的扰动强度，并对应获取引水口末端的总振动强度；获取最小的所述总振动强度对应的所述扰动强度，并作为运行扰动强度；根据所述运行扰动强度控制所述引水口的内壁发生扰动。本发明给出的船舶自流冷却系统引水口结构振动控制方法，能够有效抑制涡致振动及缓解结构疲劳，提高了船舶运行的安全可靠性。

Description

船舶自流冷却系统引水口结构振动控制方法
技术领域
本发明涉及船舶振动控制技术领域，尤其涉及一种船舶自流冷却系统引水口结构振动控制方法、装置、自流冷却系统以及存储介质。
背景技术
为了降低通海冷却系统的泵功损耗，提高能量利用效率，大型船舶普遍会配置自流冷却系统，即设置引水口，借助动压转换作用引入海水，由冷却管路为各热源设备提供海水，同时在冷却管路中配置低功率的冷却水泵，补充引水口的自动供水能力。
通常情况下，由于自流冷却系统引水口引入的海水流动紊乱、流场稳定性差，容易诱发涡致振动，而剧烈的振动会导致引水口结构的疲劳破坏，进而影响船舶动力系统的安全可靠性。
现有技术中，一般通过改变引水口内壁面粗糙度等结构设计方式，调整引水口的流动特性，进而抑制涡致振动及结构疲劳。然而，在船舶运行工况趋向多样化的背景下，传统方式的疲劳缓解效果比较有限，难以满足船舶自流冷却系统引水口在多工况下的结构振动控制需求。
发明内容
本发明提供一种船舶自流冷却系统引水口结构振动控制方法、装置、自流冷却系统以及存储介质，用以解决现有技术中抑制涡致振动及结构疲劳效果有限的缺陷，实现提高船舶运行的安全可靠性。
本发明提供一种船舶自流冷却系统引水口结构振动控制方法，包括：
重复调节引水口内壁的扰动强度，并对应获取引水口末端的总振动强度；
获取最小的所述总振动强度对应的所述扰动强度，并作为运行扰动强度；
根据所述运行扰动强度控制所述引水口的内壁发生扰动。
根据本发明提供的一种船舶自流冷却系统引水口结构振动控制方法，所述调节引水口内壁的扰动强度的步骤，包括：
调节施加于引水口内壁的压电片的电压V；
调节施加于引水口内壁的压电片的频率f；
根据不同的电压V和频率f的组合获得不同的所述扰动强度。
根据本发明提供的一种船舶自流冷却系统引水口结构振动控制方法，所述调节施加于引水口内壁的压电片的电压V的步骤，包括：
根据所述电压V的阈值范围为[V1，V2]，将所述电压V的阈值范围划分为n段；
调节施加于所述引水口内壁的压电片的电压
Figure BDA0003402125720000021
其中，k1为0至n中任一一个自然数。
根据本发明提供的一种船舶自流冷却系统引水口结构振动控制方法，所述调节施加于引水口内壁的压电片的频率f的步骤，包括：
根据所述频率f的阈值范围为[f1，f2]，将所述频率f的阈值范围划分为m段；
调节施加于所述引水口内壁的压电片的频率
Figure BDA0003402125720000022
其中，k2为0至m中任一一个自然数。
根据本发明提供的一种船舶自流冷却系统引水口结构振动控制方法，所述获取引水口末端的总振动强度的步骤，包括：
获取引水口末端多个振动传感器在设定时间内的平均振动信号；
将多个振动传感器的所述平均振动信号求和，得到总振动信号值，所述总振动信号值作为所述总振动强度。
根据本发明提供的一种船舶自流冷却系统引水口结构振动控制方法，所述获取引水口末端多个振动传感器在设定时间内的平均振动信号的步骤，包括：
获取每一所述振动传感器在设定时间内的多次振动信号；
计算多次所述振动信号的均值，作为所述平均振动信号。
根据本发明提供的一种船舶自流冷却系统引水口结构振动控制方法，所述根据所述运行扰动强度控制所述引水口的内壁发生扰动的步骤之后，还包括：
在所述船舶的运行工况发生变化的情况下；
再次重复调节引水口内壁的扰动强度，并对应获取引水口末端的总振动强度。
本发明还提供一种船舶自流冷却系统引水口结构振动控制装置，包括：
调节单元，所述调节单元用于重复调节引水口内壁的扰动强度，并对应获取引水口末端的总振动强度；
获取单元，所述获取单元用于获取最小的所述总振动强度对应的所述扰动强度，并作为运行扰动强度；
执行单元，所述执行单元用于根据所述运行扰动强度控制所述引水口的内壁发生扰动。
本发明还提供一种自流冷却系统，包括引水口、变频驱动器以及如上述所述的船舶自流冷却系统引水口结构振动控制装置；
所述引水口连接于船舶内的冷却管路，所述引水口的内壁设有压电片，所述引水口的末端侧壁设有多个振动传感器，所述变频驱动器与所述压电片连接，以控制所述引水口内壁的扰动强度，所述船舶自流冷却系统引水口结构振动控制装置与多个所述振动传感器及所述变频驱动器连接。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述船舶自流冷却系统引水口结构振动控制方法的步骤。
本发明提供的船舶自流冷却系统引水口结构振动控制方法、装置、自流冷却系统以及存储介质，通过引水口内壁的扰动，可实现引水口管道边界层的流动控制，在改变扰动强度时，可调整涡致振动的抑制效果，最终，引水口能够在船舶不同运行工况下，使得涡致振动的抑制效果最佳，从而有效缓解自流冷却系统引水口的结构疲劳问题。相较于现有技术而言，本发明给出的船舶自流冷却系统引水口结构振动控制方法，能够有效抑制涡致振动及缓解结构疲劳，提高了船舶运行的安全可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图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。
图1是本发明提供的船舶自流冷却系统引水口结构振动控制方法的流程示意图之一；
图2是本发明提供的船舶自流冷却系统引水口结构振动控制方法的流程示意图之二；
图3是本发明提供的自流冷却系统的结构示意图；
图4是本发明提供的自流冷却系统的引水口的结构示意图；
图5是本发明提供的电子设备的结构示意图；
附图标记：
10：引水口； 11：压电片； 12：振动传感器；
20：变频驱动器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
船舶自流冷却系统是设于船舶上的，一般包括引水口10和冷却管路，引水口10借助动压转换作用和冷却水泵，将海水引入冷却管路，冷却管路即可通过海水对各热源设备降温，实现自流冷却。本发明实施例中，引水管位于海面以下，可设置在船舶的底部或侧壁，通过引水口10末端的法兰环可连接于冷却管路，一般的，引水口10的进口朝向船舶的行进反向，本实施例中，引水口10呈朝船舶行进方向弯曲的弧形管状结构，当然，在其他实施例中，其形状可做任意变换，本发明不作限制。
下面结合图1-图5描述本发明的船舶自流冷却系统引水口10结构振动控制方法、装置、自流冷却系统以及存储介质。
请结合参阅图1，一种船舶自流冷却系统引水口10结构振动控制方法，包括：
重复调节引水口10内壁的扰动强度，并对应获取引水口10末端的总振动强度；引水口10内壁通过所设置的扰动强度可发生相应的扰动，对引水口10管道边界层的流动控制，进而调制流体作用于引水口10内壁的涡致振动，本实施例中，是通过设于引水口10内壁的压电片11产生的伸缩变形，进而形成垂直于流体流动方向的扰动。另外，引水口10末端的总振动强度，可反映海水诱发的涡致振动强度，本实施例中，是通过振动传感器12检测的振动强度，来得到涡致振动强度的大小的，通过改变扰动强度，进而可以调整涡致振动的抑制效果，引水口10末端的总振动强度也会相应改变。
获取最小的所述总振动强度对应的所述扰动强度，并作为运行扰动强度；总振动强度最小的情况下，即表明涡致振动的抑制效果的效果最佳，在当前工况下，既可以该运行扰动强度运行。
根据所述运行扰动强度控制所述引水口10的内壁发生扰动。
本实施例中，通过引水口10内壁的扰动，可实现引水口10管道边界层的流动控制，在改变扰动强度时，可调整涡致振动的抑制效果，最终，引水口10能够在船舶不同运行工况下，使得涡致振动的抑制效果最佳，从而有效缓解自流冷却系统引水口10的结构疲劳问题。相较于现有技术而言，本发明给出的船舶自流冷却系统引水口10结构振动控制方法，能够有效抑制涡致振动及缓解结构疲劳，提高了船舶运行的安全可靠性。
请结合参阅图2，本发明一实施例中，所述调节引水口10内壁的扰动强度的步骤，包括：
调节施加于引水口10内壁的压电片11的电压V；压电片11一般由压电材料、包裹层及粘合剂组成，当在压电材料的极化方向输入电场时，由于逆压电效应，压电材料会产生形变，而在交流电场作用下，压电材料就会产生伸缩形变，通过调节施加于压电片11的电压V，改变电场，电场越大，压电片11的形变量越多，进而可调节引水口10内壁的扰动幅度。
调节施加于引水口10内壁的压电片11的频率f；通过调节施加于压电片11的频率f，在交流电的作用下，压电片11的伸缩形变的频率与交流电场的频率相同，进而可调节引水口10内壁的扰动频率。
根据不同的电压V和频率f的组合获得不同的所述扰动强度。
这样，在给压电片11施加不同的电压V和频率f时，可对应使引水口10的内壁发生不同的扰动幅度和扰动频率，这样，在不同的电压V和频率f的组合下，可获得不同的扰动强度，以此，在不同的扰动强度下，即可检测得到不同的总振动强度。
具体的，本发明一实施例中，所述调节施加于引水口10内壁的压电片11的电压V的步骤，包括：
根据所述电压V的阈值范围为[V1，V2]，将所述电压V的阈值范围划分为n段；
调节施加于所述引水口10内壁的压电片11的电压
Figure BDA0003402125720000071
Figure BDA0003402125720000072
其中，k1为0至n中任一一个自然数。
即，在该实施例中，采用等差数列的方法获得多个不同的电压V候选值，即可得到不同的扰动幅度。
并且，所述调节施加于引水口10内壁的压电片11的频率f的步骤，包括：
根据所述频率f的阈值范围为[f1，f2]，将所述频率f的阈值范围划分为m段；
调节施加于所述引水口10内壁的压电片11的频率
Figure BDA0003402125720000073
Figure BDA0003402125720000074
其中，k2为0至m中任一一个自然数。
同样的，采用等差数列的方法获得多个不同的频率f，即可得到不同的扰动频率。
这样，在上述给出的电压V和频率f的数值的基础上，进行任意组合，电压V的调节参数有(n+1)种，频率f的调节参数有(m+1)种，共有(n+1)(m+1)种组合方式，即对应的扰动强度的可选参数。通过变频驱动器20按照(n+1)(m+1)种调节组合方式依次调节压电片11，寻找总振动强度最小值，则最小值对应的调节组合方式即为变频驱动器20在此运行工况的最优调节组合方式。
当然，在其他实施例中，电压V和/或频率f也可采用等比数列的方法获取候选值，或者，在对应阈值范围内随机生成一定数量的候选值，不作赘述。
请结合参阅图1，本发明一实施例中，所述获取引水口10末端的总振动强度的步骤，包括：
获取引水口10末端多个振动传感器12在设定时间内的平均振动信号；
将多个振动传感器12的所述平均振动信号求和，得到总振动信号值，所述总振动信号值作为所述总振动强度。
引水口10的末端是设有多个振动传感器12的，为了保证所获取的总振动强度能够准确反映引水口10内壁的涡致振动，需要在设定时间段内进行多次检测，具体的，所述获取引水口10末端多个振动传感器12在设定时间内的平均振动信号的步骤，包括：
获取每一所述振动传感器12在设定时间内的多次振动信号；
计算多次所述振动信号的均值，作为所述平均振动信号。
该实施例中，振动传感器12为高精度振动传感器，在引水口10的末端共安装有n1个高精度振动传感器，对引水口10末端的振动强度进行实时监测，在设定时间段内，监测的振动信号为T1(t)，T2(t)...Tn1(t)，分别有k个数据即：T1(t)包括T1(1)、T1(2)...T1(k)；T2(t)包括T2(1)、T2(2)...T2(k)；...Tn1(t)包括Tn1(1)、Tn1(2)...Tn1(k)；这样，n1个振动传感器12的平均振动信号则分别为：
Figure BDA0003402125720000081
这样，在设定时段内，总振动信号值即为：
S′(t)＝S1(t)+S2(t)+…+Sn1(t)
通过该总振动信号值即可反映总振动强度，进而可准确反映涡致振动的强度。
当然，在其他实施例中，也可是先计算多个振动传感器12每次检测的平均值，然后求得多次检测的平均值，作为总振动强度，不作赘述。
请结合参阅图1，此外，所述根据所述运行扰动强度控制所述引水口10的内壁发生扰动的步骤之后，还包括：
在所述船舶的运行工况发生变化的情况下；
再次重复调节引水口10内壁的扰动强度，并对应获取引水口10末端的总振动强度。
这样，每当船舶切换到一种新的运行工况时，则按照上述流程调节到最优的扰动强度，使自流冷却系统引水口10末端的振动强度保持在较低的水平，减弱自流冷却系统引水口10的流致振动，有效缓解引水口10管道的结构疲劳，从而提高船舶运行的安全可靠性。
本实施例中，可自动检测是否处于新的运行工况，即获取海水相对于引水口10的流动速度，将海水的流动速度划分为不同的区间，设定每一区间即为一种运行工况，这样，在海水的流动速度达到不同的运行区间时，即表明切换至不同的工况，此时即可运行本是发明给出的方法，自动调节，从而提高船舶运行的安全可靠性。当然，在其他实施例中，也可根据操作人员的辨认主动确认是否变换到了新的运行工况，以此来实现调节。
请结合参阅图3和图4，下面对本发明提供的船舶自流冷却系统引水口10结构振动控制装置进行描述，下文描述的船舶自流冷却系统引水口10结构振动控制装置与上文描述的船舶自流冷却系统引水口10结构振动控制方法可相互对应参照。
本发明还提供的船舶自流冷却系统引水口10结构振动控制装置，包括：
调节单元，所述调节单元用于重复调节引水口10内壁的扰动强度，并对应获取引水口10末端的总振动强度；
获取单元，所述获取单元用于获取最小的所述总振动强度对应的所述扰动强度，并作为运行扰动强度；
执行单元，所述执行单元用于根据所述运行扰动强度控制所述引水口10的内壁发生扰动。
基于上述装置，本发明还提供一种自流冷却系统，包括引水口10、变频驱动器20以及如上述所述的船舶自流冷却系统引水口10结构振动控制装置；
所述引水口10连接于船舶内的冷却管路，所述引水口10的内壁设有压电片11，所述引水口10的末端侧壁设有多个振动传感器12，所述变频驱动器20与所述压电片11连接，以控制所述引水口10内壁的扰动强度，所述船舶自流冷却系统引水口10结构振动控制装置与多个所述振动传感器12及所述变频驱动器20连接。
变频驱动器20部署于船舶动力舱室，通过控制装置对其进行控制，以控制压电片11的电场和频率，进而得到不同的扰动强度，并根据振动传感器12反应的总振动强度，来获得最优的扰动强度，以缓解结构疲劳。
本发明实施例中，压电片11可环设并布满于引水口10的内壁，以提高涡致振动的抑制效果。当然，在其他实施例中，压电片11也可布设于引水口10内壁的部分位置，如弯曲幅度较大的位置。
此外，前述振动传感器12布设于引水口10末端的内壁，以提高检测的准确性。当然，根据需要，也可设于引水口10末端的外壁，不作赘述。并且，本实施例中，多个振动传感器12是均匀间隔环设于引水口10末端布置的，以使得所获得的总振动强度能准确反映涡致振动的强度。
图5示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图5所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)810、通信接口(Communications Interface)820、存储器(memory)830和通信总线840，其中，处理器810，通信接口820，存储器830通过通信总线840完成相互间的通信。处理器810可以调用存储器830中的逻辑指令，以执行船舶自流冷却系统引水口10结构振动控制方法，该方法包括：重复调节引水口10内壁的扰动强度，并对应获取引水口10末端的总振动强度；获取最小的所述总振动强度对应的所述扰动强度，并作为运行扰动强度；根据所述运行扰动强度控制所述引水口10的内壁发生扰动。
此外，上述的存储器830中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的船舶自流冷却系统引水口10结构振动控制方法，该方法包括：重复调节引水口10内壁的扰动强度，并对应获取引水口10末端的总振动强度；获取最小的所述总振动强度对应的所述扰动强度，并作为运行扰动强度；根据所述运行扰动强度控制所述引水口10的内壁发生扰动。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的船舶自流冷却系统引水口10结构振动控制方法，该方法包括：重复调节引水口10内壁的扰动强度，并对应获取引水口10末端的总振动强度；获取最小的所述总振动强度对应的所述扰动强度，并作为运行扰动强度；根据所述运行扰动强度控制所述引水口10的内壁发生扰动。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种船舶自流冷却系统引水口结构振动控制方法，其特征在于，包括：
重复调节引水口内壁的扰动强度，并对应获取引水口末端的总振动强度；
获取最小的所述总振动强度对应的所述扰动强度，并作为运行扰动强度；
根据所述运行扰动强度控制所述引水口的内壁发生扰动。
2.根据权利要求1所述的船舶自流冷却系统引水口结构振动控制方法，其特征在于，所述调节引水口内壁的扰动强度的步骤，包括：
调节施加于引水口内壁的压电片的电压V；
调节施加于引水口内壁的压电片的频率f；
根据不同的电压V和频率f的组合获得不同的所述扰动强度。
3.根据权利要求2所述的船舶自流冷却系统引水口结构振动控制方法，其特征在于，所述调节施加于引水口内壁的压电片的电压V的步骤，包括：
根据所述电压V的阈值范围为[V1，V2]，将所述电压V的阈值范围划分为n段；
调节施加于所述引水口内壁的压电片的电压
Figure FDA0003402125710000011
其中，k1为0至n中任一一个自然数。
4.根据权利要求2所述的船舶自流冷却系统引水口结构振动控制方法，其特征在于，所述调节施加于引水口内壁的压电片的频率f的步骤，包括：
根据所述频率f的阈值范围为[f1，f2]，将所述频率f的阈值范围划分为m段；
调节施加于所述引水口内壁的压电片的频率
Figure FDA0003402125710000012
其中，k2为0至m中任一一个自然数。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的船舶自流冷却系统引水口结构振动控制方法，其特征在于，所述获取引水口末端的总振动强度的步骤，包括：
获取引水口末端多个振动传感器在设定时间内的平均振动信号；
将多个振动传感器的所述平均振动信号求和，得到总振动信号值，所述总振动信号值作为所述总振动强度。
6.根据权利要求5所述的船舶自流冷却系统引水口结构振动控制方法，其特征在于，所述获取引水口末端多个振动传感器在设定时间内的平均振动信号的步骤，包括：
获取每一所述振动传感器在设定时间内的多次振动信号；
计算多次所述振动信号的均值，作为所述平均振动信号。
7.根据权利要求1至4任意一项所述的船舶自流冷却系统引水口结构振动控制方法，其特征在于，所述根据所述运行扰动强度控制所述引水口的内壁发生扰动的步骤之后，还包括：
在所述船舶的运行工况发生变化的情况下；
再次重复调节引水口内壁的扰动强度，并对应获取引水口末端的总振动强度。
8.一种船舶自流冷却系统引水口结构振动控制装置，其特征在于，包括：
调节单元，所述调节单元用于重复调节引水口内壁的扰动强度，并对应获取引水口末端的总振动强度；
获取单元，所述获取单元用于获取最小的所述总振动强度对应的所述扰动强度，并作为运行扰动强度；
执行单元，所述执行单元用于根据所述运行扰动强度控制所述引水口的内壁发生扰动。
9.一种自流冷却系统，其特征在于，包括引水口、变频驱动器以及如权利要求8所述的船舶自流冷却系统引水口结构振动控制装置；
所述引水口连接于船舶内的冷却管路，所述引水口的内壁设有压电片，所述引水口的末端侧壁设有多个振动传感器，所述变频驱动器与所述压电片连接，以控制所述引水口内壁的扰动强度，所述船舶自流冷却系统引水口结构振动控制装置与多个所述振动传感器及所述变频驱动器连接。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述船舶自流冷却系统引水口结构振动控制方法的步骤。
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