一种刚柔耦合密封的油水隔离置换船舶油舱

技术领域

本发明涉及船舶油舱技术领域，具体为一种刚柔耦合密封的油水隔离置换船舶油舱。

背景技术

随着现代船舶的大型化发展，在船舶排水量相等的情况下提高燃油装载量，对提高船舶的运营效率，降低运营成本具有重要作用，特别是对于舰船，提高燃油装载量，对扩大作战范围半径，减少补给风险具有重要意义，但是在传统情况下，船舶需要额外单独设置海水压载舱，用于实现船舶稳性的调节和控制。通过油水隔离的方式，不仅可以将海水压载舱和燃油存储舱整合为一体，在相同排水情况下大幅提高整个船舶的燃油装载量，而且可以避免油水混合造成海洋环境和原油的污染，从而有效的保障原油的质量。

船舶油舱多利用油密度低于水，自然形成明显的油水交界的原理达到油水置换，但仍会有少量原油在油水置换过程中随水排放到周围海水中，累积造成环境污染，同时置换出的油仍含有少量水，造成了油不纯，也没有将海水压载舱和燃油装载舱整合为一体提高燃油装载量。

船舶航行过程中会产生摇晃，油舱中流体运动产生波浪能，现有技术中并未对此能量进行收集和相应的转化。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种刚柔耦合密封的油水隔离置换船舶油舱，用以解决上述技术问题中的至少一个。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

包括油舱壳体，所述油舱壳体顶部开设有若干连接口，若干所述连接口呈蜘蛛网状布设；每一所述连接口上设置有一个螺母；

所述油舱壳体内设置有密封柔性隔膜，所述密封柔性隔膜内形成有储油腔；所述密封柔性隔膜包括自外而内设置的外胶层、纤维增强层和内胶层，所述外胶层上设置有若干与连接口位置相对应的凸起，每一所述凸起侧边均设置有螺纹，所述螺纹与螺母相适配；每一所述均凸起均穿过一个连接口后与螺母连接；所述纤维增强层上布设有若干压力传感器和若干温度传感器，每一所述压力传感器均位于一个凸起下方，每一所述温度传感器均位于一个凸起下方；

所述油舱壳体上还设置有进出油管道，所述进出油管道与密封柔性隔膜的内部连通；所述油舱壳体上还设置有进出水管道，所述进出水管道与油舱壳体内部连通；

所述油舱壳体内设置有若干波浪能发电装置。

在上述技术方案中，密封柔性隔膜内形成有储油腔，密封柔性隔膜与油舱壳体之间的空间为储水腔，从而实现油和水的隔离，防止了油和水的相互污染；当通过进出油管道向密封柔性隔膜内的储油腔注油时，进出水管道将储水舱内的水排出，从而在保证船体配重要求的基础上增加了储油量；当通过进出油管道排油时，通过进出水管道向储水舱内注水，从而使油舱内的液体体积维持在保证配重要求的水平。通过螺母连接密封柔性隔膜在保证密封柔性隔膜的密封性的同时方便了密封柔性隔膜的定期更换。

采用蜘蛛网状外密内疏的布局方式布设连接口，在应力集中的区域进行加固，以应对船舶摇晃过程中的拉扯力，增强密封柔细隔膜与油舱壳体连接的牢固性。

利用波浪能发电装置将油舱内液体摇晃过程中的波浪能转换成电能，提升了能源的利用率。

通过温度传感器可以感应密封柔性隔膜内的温度，防止温度异常导致密封柔性隔膜内的油凝固或气化过快，确保储油腔的安全；通过压力传感器感应密封柔性隔膜承受的拉力，及时发现密封柔性隔膜与油舱壳体的连接上发生的脱落现象。

进一步地，所述外胶层和内胶层均采用改性聚酯形TPU材料制作而成；所述纤维增强层采用共混增强纤维和水性聚氨酯制作而成。

采用改性局子形TPU材料制作内胶层和外胶层可以提高内胶层和外胶层的抗疲劳性能和耐腐蚀性能；采用共混增强纤维和水性聚氨酯制作纤维增强层能增加纤维增强层的机械性能，同时提升其与内胶层和外胶层的粘合力。

进一步地，所述波浪能发电装置包括两个共轴设置的喇叭状外壳；每个所述喇叭状外壳靠近另一喇叭状外壳的一侧开设有一个第一开口，每个喇叭状外壳远离另一喇叭状外壳的一侧开设有一个第二开口，所述第一开口比第二开口小；每个所述第一开口处均设置有一个发电电机，发电电机靠近第二靠口的一端连接有螺旋桨叶；所述发电电机连接有输电线，所述输电线用于将发电电机产生的电能传输至油舱壳体外。

船舶在行驶过程中会不断的产生摇晃，从而带动了油舱内液体的摇晃，液体摇晃即可产生波浪，波浪带动螺旋桨叶旋转，进而带动电机发电。通过波浪能发电装置利用船舶行驶过程中产生的波浪进行发电，从而将液体摇晃的动能转换成电能，并将转换后的电能传输至油舱外的蓄电池中进行储存和进一步利用，提升了能源的利用率。

进一步地，所述油舱壳体内部相邻两个侧面的夹角处设置有扶梯，所述油舱壳体的顶部开设有若干油舱入口，每一所述油舱入口均位于其中一个扶梯的上方；每个所述扶梯包括两个平行设置的竖杆，每个竖杆均通过连接杆连接于油舱壳体的内壁上，且两个所述竖杆之间通过若干横杆连接；每个竖杆远离另一竖杆的一侧开设有竖向滑槽，所述竖向环槽上滑动连接有一个导向臂，导向臂远离竖杆的一端与波浪能发电装置连接；所述输电线穿过导向臂内部后沿竖向滑槽布设，直至延伸至油舱外。

在油舱内设置扶梯方便工作人员进入油舱内进行工作。将波浪能发电装置滑动连接于竖杆上，防止波浪能发电装置在油舱内液体的带动下撞击到密封柔性隔膜导致密封柔性隔膜遭到破坏。

进一步地，所述油舱壳体顶部外壁上设置有若干输电线回收装置，每一输电线回收装置均连接有一有一根输电线，每一输电线的输出端穿过输电线回收装置后与蓄电池连接。输电线回收装置用于实现输电线的自动收放。

当波浪能发电装置沿着竖杆滑动时，输电线也会沿着竖杆运动，通过输电线回收装置在波浪能发电装置向上滑动时回收输电线，在波浪能发电装置向下滑动时释放输电线。

进一步地，两个所述竖杆之间连接有若干水平设置的“U”形护栏，每一所述“U”形护栏的开口朝向油舱壳体的内壁；所述竖杆距离油舱底部0-1.5m之间不设置“U”形护栏。

设置“U”形护栏能为工作人员在攀爬扶梯时提供安全保障，且“U”形护栏的圆角设计能防止与密封柔性隔膜的触碰过程中损坏密封柔性隔膜。在竖杆下部不设置“U”形护栏方便人员从扶梯上下来或上到扶梯上去。

进一步地，所述油舱还包括集控模块，所述集控模块包括数据接收单元、显示屏、报警单元和管理单元；所述数据接收单元用于接收温度传感器和压力传感器的感应数据，并将接收到的感应数据传输至显示屏和报警单元；所述报警单元用于判断接收到的感应数据是否异常，并在感应数据异常时报警；所述管理单元用于控制油和水的进出，以及对温度传感器和压力传感器进行编号。

报警装置能及时提醒工作人员温度传感器和压力传感器感应到的数据存在异常，从而便于工作人员及时进行油舱的检修。通过对传感器进行编号，将传感器编号与连接口位置进行关联，从而当传感器的感应数据异常时，指导工作人员对进行相关部位进行精准的检修。

进一步地，所述油舱入口通过法兰可拆卸连接有油舱盖。

通过法兰连接油舱盖方便油舱盖的开启和关闭。

进一步地，所述凸起采用聚四氟乙烯制作，凸起与外胶层通过整体热塑成型实现连接，且凸起与外胶层连接处内嵌有编织线。

采用聚四氟乙烯制作凸起使凸起具有更强的硬度，提升密封柔性隔膜与连接口连接的稳固性。凸起与外胶层连接处内嵌有编织线，编织线的两端分别位于凸起和外胶层内，从而提升外胶层和凸起之间的连接强度。

进一步地，所述蓄电池与压力传感器和温度传感器电连接。

将蓄电池与压力传感器和温度传感器连接，从而实现对压力传感器和温度传感器的供电。蓄电池的个数可以为多个也可以为1个，每个压力传感器或温度传感器均只连接于一个蓄电池上。多个连接于一个蓄电池上的温度传感器或压力传感器采用并联方式连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明提供的一种刚柔耦合密封的油水隔离置换船舶油舱，密封柔性隔膜内形成有储油腔，密封柔性隔膜与油舱壳体之间的空间为储水舱，从而实现油和水的隔离，防止了油和水的相互污染；当通过进油管道向密封柔性隔膜内的储油腔注油时，排水管道将储水舱内的水排出，从而在保证船体配重要求的基础上增加了储油量；当通过出油管道排油时，通过进水管道向储水舱内注水，从而使油舱内的液体体积维持在保证配重要求的水平。通过螺母连接密封柔性隔膜在保证密封柔性隔膜的密封性的同时方便了密封柔性隔膜的定期更换。

(2)通过以蜘蛛网状布设连接口，并通过螺母将密封柔性隔膜与连接口连接，确保了密封柔性隔膜的连接的安全性和紧固性。

(3)通过波浪能发电装置将油舱内部的波浪能转化为电能并通过输电线传输至油舱外进行储存和利用，发电产生的电能可用于对温度传感器和压力传感器的进行供电，提高了能源的利用率，在一定程度上实现自给自足，具有较高的行业运用价值和前景。

附图说明

图1为根据本发明实施例的油舱结构示意图；

图2为根据本发明实施例的油舱俯视图；

图3为根据本发明实施例的油舱正视图；

图4为根据本发明实施例的密封柔性隔膜的剖面图；

图5为根据本发明实施例的扶梯结构示意图；

图6为根据本发明实施例的波浪能发电装置结构示意图；

图7为根据本发明实施例的输电线回收装置结构示意图；

图8为根据本发明实施例的输电线回收装置内部结构示意图；

图9为根据本发明实施例的蓄电池与传感器连接电路图；

图10为根据本发明实施例的结构组成图。

图中：1、油舱壳体；101、油舱盖；102、法兰；2、密封柔性隔膜；201、内胶层；202、纤维增强层；203、外胶层；204、凸起；205、温度传感器；206、压力传感器；3、螺母；4、进出油管道；5、进出水管道；6、输电线回收装置；601、固定轴；602、卷簧；603、第一固定块；604、第二固定块；605、通孔；7、扶梯；701、竖杆；702、横杆；703、“U”形护栏；8、波浪能发电装置；801、喇叭状外壳；802、发电电机；803、螺旋桨叶；804、导向臂；805、输电线。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述发实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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和简化描述，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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1、图2、图3和图10所示，本实施例提供一种刚柔耦合密封的油水隔离置换船舶油舱，包括油舱壳体1，本实施例中油舱壳体1采用钢制结构，纵向剖面为矩形，横向剖面为正方形。所述油舱壳体1顶部开设有若干连接口，若干所述连接口呈蜘蛛网状布设，整体呈现为外密内疏布局，每一所述连接口上设置有一个螺母3。

所述油舱壳体1内设置有密封柔性隔膜2，密封柔性隔膜2内形成有储油腔；如图4所示，所述密封柔性隔膜2包括自外而内设置的外胶层203、纤维增强层202和内胶层201(密封柔性隔膜自身由外胶层203、纤维增强层202和内胶层201三层依次相互贴合而成)。外胶层203采用改性聚酯形TPU制作而成，外胶层203的改性聚酯形TPU由共混聚醚型TPU、乙烯三元共聚物和抗氧化剂组成，提高了外胶层203的耐水性、防腐蚀性能和抗疲劳性能。内胶层201采用改性聚酯形TPU制作而成，内胶层201的改性聚酯形TPU由共混聚酯型TPU、有机硅树脂和纳米高岭土组成，提高了内胶层201的耐油性、耐航煤性、阻燃性、和抗疲劳性能。纤维增强层202采用共混增强纤维和水性聚氨酯制作而成，提高了增强层机械性能，及其与内胶层201和外胶层203之间的粘合力。

所述密封柔性隔膜2的顶部的外胶层203通过螺母3与连接口密封连接；具体为：所述外胶层203上设置有若干与连接口位置相对应的凸起204，凸起204的外径与螺母3的内径相适配；每一所述凸起204侧边均设置有螺纹，所述螺纹与螺母3相适配；每一所述均凸起204均穿过一个连接口后与螺母3连接。每个凸起204的形状和位置均与一个连接口相适配，将凸起204穿过连接口后与螺母3进行螺接，从而将密封柔性隔膜2连接于油舱壳体1顶部。

作为一种优选的实施方案，所述凸起204采用聚四氟乙烯制作，凸起204与外胶层203通过整体热塑成型实现连接。采用聚四氟乙烯制作凸起204使凸起具有更强的硬度，提升密封柔性隔膜2与连接口连接的稳固性。凸起204内部嵌设有编织线，可增加凸起的韧性。

所述纤维增强层202上布设有若干压力传感器206和若干温度传感器205，每一所述压力传感器206均位于一个凸起204下方，每一所述温度传感器205均位于一个凸起204下方。

所述油舱壳体1上还设置有进出油管道4，所述进出油管道4与密封柔性隔膜2的内部连通；所述油舱壳体1上还设置有进出水管道5，所述进出水管道5与油舱壳体1内部连通。

所述油舱壳体1内设置有若干波浪能发电装置8，如图6所示，所述波浪能发电装置8包括两个共轴设置的喇叭状外壳801；每个所述喇叭状外壳801靠近另一喇叭状外壳801的一侧开设有一个第一开口，每个喇叭状外壳801远离另一喇叭状外壳801的一侧开设有一个第二开口，所述第一开口比第二开口小；每个所述第一开口处均设置有一个发电电机802，发电电机802靠近第二靠口的一端连接有螺旋桨叶803；所述发电电机802连接有输电线805，所述输电线805用于将发电电机802产生的电能传输至油舱壳体1外。油舱壳体1外设置有蓄电池，输电线805输出的电能由蓄电池储存。

喇叭状外壳801采用高分子聚乙烯等材料制成而成，具有良好的抗侯性及抗冲击破坏性，能防紫外线、防冻、抗海水化学剂油渍等侵蚀。喇叭状外壳801的壳体具有一定厚度，内部装填有气体，从而使喇叭状外壳801可以在浮力的作用下漂浮在水的表面，带动波浪能发电装置8随着水面的升降而升降。

喇叭状外壳801入口口径较大，出口口径较小，可更好地吸收船舶摇晃过程中产生的波浪能。

所述发电电机802属于现有技术，除了轴承，还包括由定子、转子、端盖，其中，定子由定子铁芯、线包绕组、机座以及固定这些部分的其他结构件组成；转子由转子铁芯或磁极、磁扼绕组、护环、中心环、滑环、风扇及转轴等部件组成。由轴承及端盖将发电机的定子、转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流。

所述螺旋桨叶803包括六个呈螺线形的叶片，六个叶片通过焊接固定连接在螺旋轴上，螺旋轴连接与发电电机802的轴承上。

所述输电线805外覆盖有一层绝缘材料，绝缘材料具有具有抗拉、抗水压、耐冲击、耐盐腐蚀、耐磨损、防水和寿命长等性能。

作为一种优选的实施方式，所述油舱壳体1内部相邻两个侧面的夹角处设置有扶梯7(即扶梯7设置于油舱壳体内部的四个角上)，所述油舱壳体1的顶部开设有若干油舱入口，每一所述油舱入口均位于其中一个扶梯7的上方，每一所述油舱入口均通过法兰102可拆卸连接有油舱盖101；如图5所示，每个所述扶梯7包括两个平行设置的竖杆701，每个竖杆701均通过连接杆连接于油舱壳体1的内壁上，且两个所述竖杆701之间通过若干横杆702连接；每个竖杆701远离另一竖杆701的一侧开设有竖向滑槽，所述竖向环槽上滑动连接有一个导向臂804，导向臂804远离竖杆701的一端与波浪能发电装置8连接；所述输电线805穿过导向臂804内部后沿竖向滑槽布设，直至延伸至油舱外。

在油舱内设置扶梯7方便工作人员进入油舱内进行工作。将波浪能发电装置8滑动连接于竖杆701上，防止波浪能发电装置8在油舱内液体的带动下撞击到密封柔性隔膜2导致密封柔性隔膜2遭到破坏。

作为一种优选的实施方式，所述油舱壳体1顶部外壁上设置有若干输电线回收装置6，每一输电线回收装置6均连接有一有一根输电线805，每一输电线805的输出端穿过输电线回收装置6后与蓄电池连接。

如图7和图8所示，所述输电线回收装置6包括固定轴601和外壳，固定轴601垂直于轴线的一端同轴固定连接在外壳内壁上。固定轴601外套设有卷簧602，卷簧602的内圈与固定轴601的外壁固定连接。卷簧602远离固定轴601的一端焊接有第一固定块603，固定轴601上开设有通孔605，所述通孔605与固定轴601共轴，输电线回收装置6的外壳上开设有与通孔605连通的出线口。固定轴601未与输电线回收装置外壳内壁连接的端面上设置有第二固定块604，第二固定块604靠近通孔605。

第一固定块603和第二固定块604上均开设有与输电线805外径相适配的圆孔，输电线805依次穿过第一固定块603和第二固定块604，并与第一固定块603和第二固定块604固定连接(本实施例中采用塑胶焊将输电线固定于第一固定块603和第二固定块604上)。输电线805穿过第二固定块604后再依次穿过通孔605和输电线回收装置外壳上的出线口，最后和蓄电池连接。

当卷簧602处于最松弛状态时(即卷簧602外圈离固定轴601最远时)，第一固定块603和第二固定块604之间的输电线805的长度略大于固定轴601轴心到卷簧602外圈之间的距离。图8展示的是当输电线805被完全拉出输电线回收装置6时的示意图，此时，卷簧602处于压缩状态，其积聚了一定的弹力势能，此时第二固定块604上缠绕有若干圈输电线805(图中未示出)。当外部对输电线805的拉力下降时，在卷簧602的弹力势能的作用下，卷簧602开始旋转并向远离固定轴601的方向扩张，从而带动输电线805缠绕到卷簧602的外圈上，实现输电线的回收，同时，缠绕在第二固定块604上的输电线805从第二固定块604上释放。相反的，当外部对输电线805的拉力增强时，卷簧602被拉紧，从而释放处输电线805，同时位于第一固定块603和第二固定块604之间的输电线805随着旋转过程的进行缠绕到第二固定块604上。

当波浪能发电装置8沿着竖杆701滑动时，输电线805也会沿着竖杆701运动，通过输电线805回收装置6中的卷簧602的弹力在波浪能发电装置8向上滑动时回收输电线805，在波浪能发电装置8向下滑动时释放输电线805。

除了上述结构的输电线回收装置外，还可以采用公开号为CN210490007U的中国专利于2020年5月8日公开的一种电线可伸缩的插头实现，为了实现本实施例的技术效果，需要将上述专利中的导线引脚换成与蓄电池连接的电线即可。

作为一种优选的实施方式，两个所述竖杆701之间连接有若干水平设置的“U”形护栏703，每一所述“U”形护栏703的开口朝向油舱壳体1的内壁。所述竖杆701距离油舱底部0-1.5m之间不设置“U”形护栏，用于维修人员的进出。

设置“U”形护栏703能为工作人员在攀爬扶梯7时提供安全保障。

作为一种优选的实施方式，所述纤维增强层202上布设有若干压力传感器206和若干温度传感器205，每一所述压力传感器206均位于一个凸起204下方，每一所述温度传感器205均位于一个凸起204下方。

通过温度传感器205可以感应密封柔性隔膜2内的温度，防止温度异常导致密封柔性隔膜2内的油凝固或气化过快，确保储油腔的安全；通过压力传感器206感应密封柔性隔膜2承受的拉力，及时发现密封柔性隔膜2与油舱壳体1的连接上发生的脱落现象。

作为一种优选的实施方式，所述油舱还包括集控模块，所述集控模块包括数据接收单元、显示屏、报警单元和管理单元；所述数据接收单元用于接收温度传感器205和压力传感器206的感应数据，并将接收到的感应数据传输至显示屏和报警单元；所述报警单元用于判断接收到的感应数据是否异常，并在感应数据异常时报警；所述管理单元用于控制油和水的进出，以及对温度传感器205和压力传感器206进行编号。

报警装置能及时提醒工作人员温度传感器205和压力传感器206感应到的数据存在异常，从而便于工作人员及时进行油舱的检修。通过对传感器进行编号，将传感器编号与连接口位置进行关联，从而当传感器的感应数据异常时，指导工作人员对进行相关部位进行检修。

作为一种优选的实施方案，所述油舱入口通过法兰102可拆卸连接有油舱盖101。

作为一种优选的实施方案，所述凸起204采用聚四氟乙烯制作，凸起204与外胶层203通过整体热塑成型实现连接；且凸起与外胶层连接处内嵌有编织线。

作为一种优选的实施方案，所述蓄电池与压力传感器206和温度传感器205电连接，蓄电池与各传感器之间的连接电路如图9所示，图9中每一个矩形方框代表一个压力传感器或一个温度传感器。

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：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部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实施例技术方案。