一种基于磁流变液的波浪补偿装置及其工作方法

技术领域

本发明属于涉及海洋装备领域，特别涉及一种基于磁流变液的波浪补偿装置及其工作方法。

背景技术

我国海上风能资源丰富，且海上风电具有发电利用小时数高、单机容量大、不占用土地、不消耗水资源以及适合大规模开发等优势，近年来海上风电得到快速的发展。但是，由于海上风电离岸较远，运行维护难度加大，需要采用运维船舶驶往风电机组进行作业。

由于海上风电作业涉及到运维船舶的停靠来进行运行维护、人员登乘等活动，而海况的复杂性带来船舶停靠的不稳定性，风、浪、涌等海况会引起船舶在多个维度的摇荡运动等，造成运维作业无法顺利进行。因此保证船舶停靠时的稳定性对于作业的顺利实施有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于磁流变液的波浪补偿装置及其工作方法，解决了目前海上作业时船舶摇荡造成运维作业无法顺利进行的问题。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种基于磁流变液的波浪补偿装置，包括密闭缸体，密闭缸体包括筒体、分别设置在筒体两端的上盖板和下盖板；

在筒体内设有顶板和底板，顶板连接有上活动杆，底板连接有下活动杆，在上活动杆和下活动杆上均缠绕有弹簧；使用时，上活动杆与船舶一侧连接，下活动杆与固定平台一侧连接；

顶板、底板及筒体内壁所形成的空腔内充满有磁流变液；

在筒体的外壁缠绕有线圈，线圈连接有电源；

在筒体外侧设有用于包裹线圈的外壳。

进一步，上盖板的中心开有安装孔，上活动杆的自由端伸出上盖板的安装孔。

进一步，下盖板的中心开有安装孔，下活动杆的自由端伸出下盖板的安装孔。

进一步，在船舶两侧设有若干个固定圆环，上活动杆末端设有挂钩，固定圆环与挂钩挂接。

进一步，在固定平台的四侧设有若干个固定圆环，下活动杆末端设有挂钩，固定圆环与挂钩挂接。

进一步，上盖板与筒体密封连接，下盖板与筒体密封连接。

进一步，在船舶上安装有波浪运动传感器，波浪运动传感器与控制器连接，控制器通过控制开关与电源连接。

进一步，外壳采用不锈钢材质制成。

本发明还公开了所述的基于磁流变液的波浪补偿装置的工作方法，包括以下过程：

在船舶与固定平台之间并联设置若干个所述波浪补偿装置；

将上活动杆与船舶一侧连接，下活动杆与固定平台一侧连接；

当船舶开始停靠时，波浪运动引起相对速度，给线圈通电，在磁流变液外部形成磁场，在磁场的作用下，磁流变液粘度变高、流动性变低，上活动杆和下活动杆的动能转换为弹簧的弹性势能，船舶和固定平台之间的阻尼力变大，削弱船舶和固定平台之间的运动幅度。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供了一种基于磁流变液的波浪补偿装置，包括密闭缸体，在筒体内设有顶板和底板，顶板连接有上活动杆，底板连接有下活动杆，在上活动杆和下活动杆上均缠绕有弹簧；顶板、底板及筒体内壁所形成的空腔内充满有磁流变液；在筒体的外壁缠绕有线圈，线圈连接有电源。磁流变液是一种流动性可控的新型流体，是由微纳米级的铁磁颗粒沉浸在非磁性载液中所形成的悬浮液，同时还有少量的其他辅助溶液，磁流变液在外部无磁场时呈现低粘度的牛顿流体特性，在外加磁场时呈现为高粘度、低流动性的宾汉流体，液体的粘度大小与磁通量之间存在一定的对应关系。当船舶开始停靠时，波浪运动会引起较大的相对速度，给线圈开始通电，形成外部磁场使内部的磁流变液变成高粘度、低流动性的流体，增大了活动杆的阻尼，同时活动杆的部分动能转换为弹簧的弹性势能，弹簧用来补偿活塞杆上下移动的位差。这样就使得船舶和固定平台之间的阻尼力更大，从而削弱了船舶和固定平台之间的运动幅度，使得船舶能够相对平稳的停靠。本发明利用磁流变液的流体性质改变船舶与固定平台之间的阻尼来平衡两者的相对位置，尽量减小船舶的运动幅度实现平稳停靠，能够平衡船舶所受到的外力，就能极大地平衡船舶在停靠过程中遇到的不稳定性问题。

进一步，活动杆与船舶和固定平台均采用挂钩连接，连接方式简单，现场易于将三者连接起来。

附图说明

图1为本发明的一种基于磁流变液的波浪补偿装置的结构示意图；

图2是船舶通过波浪补偿装置停靠固定平台的示意图。

其中，1、上活动杆；2、上盖板；3、上弹簧；4、顶板；5、磁流变液；6、线圈；7、底板；8、外壳；9、下弹簧；10、下盖板；11、下活动杆；12、筒体；13、船舶；14、固定平台。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

如图1和2所示，本发明公开了一种基于磁流变液的波浪补偿装置，包括密闭缸体，密闭缸体包括筒体12、分别设置在筒体12两端的上盖板2和下盖板10；在筒体12内设有顶板4和底板7，顶板4连接有上活动杆1，底板7连接有下活动杆11，在上活动杆1上均缠绕有上弹簧3，下活动杆11上缠绕有下弹簧9，起到补充活动杆运动的作用；顶板4、底板7及筒体12内壁所形成的空腔内充满有磁流变液5；在筒体12的外壁缠绕有线圈6，线圈6连接有电源；在筒体12外侧设有用于包裹线圈6的外壳8。

磁流变液5储存在活塞的顶板4、底板7和缸筒内壁所形成的密闭空间内，通电时磁流变液5会变成高粘度和低流动的流体。装有磁流变液5的缸筒内壁外侧表面绕满通电线圈6，线圈6与线圈6之间紧密排列无缝隙，线圈6匝数视线圈6尺寸而定。

具体地，上盖板2的中心开有安装孔，上活动杆1的自由端伸出上盖板2的安装孔；下盖板10的中心开有安装孔，下活动杆11的自由端伸出下盖板10的安装孔。

具体地，在船舶13两侧设有若干个固定圆环，上活动杆1末端设有挂钩，固定圆环与挂钩挂接；在固定平台14的四侧设有若干个固定圆环，下活动杆11末端设有挂钩，固定圆环与挂钩挂接。

具体地，上盖板2与筒体12密封连接，下盖板10与筒体12密封连接。

具体地，在船舶13上安装有波浪运动传感器，波浪运动传感器与控制器连接，控制器通过控制开关与电源连接。

具体地，外壳8采用不锈钢材质制成。

在船舶13停靠之前，波浪补偿装置与固定平台14可通过多个并联的方式进行连接。当船舶13开始停靠时，波浪运动会引起较大的相对速度，通过船舶13上安装的波浪运动传感器等方式接收到运动的信号，缸筒外侧的螺旋线圈6开始通电，形成的外部磁场使内部的磁流变液5变成高粘度、低流动性的流体，增大了活动杆的阻尼，同时活动杆的部分动能转换为弹簧的弹性势能。船舶13和固定平台14之间通过多个串联的波浪补偿装置使得两者的阻尼力更大，从而削弱了两者之间的运动幅度，使得船舶13能够相对平稳的停靠。

本发明提供了一种基于磁流变液的波浪补偿装置，利用磁流变液5的流体性质改变船舶13与固定平台14之间的阻尼来平衡两者的相对位置，尽量减小船舶13的运动幅度实现平稳停靠，能够平衡船舶13所受到的外力，就能极大地平衡船舶13在停靠过程中遇到的不稳定性问题。