基本介紹
- 中文名：壓載水艙
- 外文名：Ballast tank
- 概念：放置壓載水的船艙
- 繁體：壓載水艙
- 一級學科：船舶工程
- 二級學科：船舶結構
簡介,結構,液位測量,
簡介
船舶在航行中，船上的燃料、貨物、食品、飲用水等都在指定的艙室中。這些物品在起航時，船舶的吃水與縱傾度都是按設計要求，利於船舶的穩定性。但在運行中，這些物品又是變動的，有的物品在減少，有的物品在增加。例如：有些燃料將會因船舶運行而逐漸減少，飲用水也在日趨減少。有的貨艙又在增加貨物或減少。這些變化會使原來的船舶吃水發生變化，或者前、後的載重量發生變化，因而就影響了船舶的航行性能。
為了及時調整因運行發生的船載物品變化而帶來的影響船舶穩定的問題，設計人員設計了壓載水艙。壓載水艙分布在雙層底艙、首尖艙、尾尖艙、舷側邊艙或深水艙內。用泵吸人或排出艙內的水，使船舶保持壓載正常和縱傾度正常，這些設施叫做船舶壓載水系統。例如，因左舷貨艙卸貨過多，左舷失去壓載，船隻可能發生右傾，這時只要向左舷側邊艙注水，就恢復了原來的壓載，使船隻平穩。
破冰船的壓載水艙還有使船隻搖晃的作用，利用船的左、右搖晃，或縱傾來破冰。
結構
對於不同類型的船舶，其壓載水艙、管路和壓載泵的設計也不盡相同。現代大型油船裝備的壓載水艙為雙層底結構。散貨船一般備有雙層底、邊艙、首尖艙和尾尖艙。除專用壓載水艙以外，航行中貨倉在空載時也裝有壓載水。散裝船空載時必須裝有10萬t左右的壓載水。貨櫃船通常裝備專用壓載水艙，最多可以裝載1.5萬t，和散裝船比較是很少量的。
為了加固結構，大多數的壓載艙有水平和垂直的框架(雙層底艙)以及附加的頂板(頭尖艙、尾尖艙和邊艙)。壓載艙的大小依據船的大小和艙的類型而不同，一艘貨櫃船的每個壓載艙可容納500 t或更多的水。邊艙容積可達到高大於15 m，長為10 m，深度範圍為2～3 m。這個容積相當於一個奧林匹克比賽規格的游泳池沿著船體被垂直安置。
每個壓載艙通過單獨的管路與壓載水泵相連。多數船舶備有至少兩台壓載水泵以確保其中一台如果狀態不好時壓載水作業也能夠正常進行。除了抽水管路之外，大部分艙在其甲板上還設有透氣管和測量孔。透氣管保證在向壓載艙壓水時艙中的空氣可以被排出艙外。測量孔以前用於測量壓載艙中的水線位置。現在大部分船舶裝備了電子測量儀用於記錄艙中壓載水量。
在壓載水的進口處一般都有粗濾器防止較大的漂浮物進入，如塑膠和木塊。另外，壓載水還將經過孔徑為1～2 cm的二級濾器。
液位測量
船舶壓載水艙液位測量的目的是為了按照船舶運行狀況及時調駁壓載水。
在船舶動力裝置管路系統中，除了為主機正常航行所必需的動力系統管路外，以確保船舶安全運營的壓載水系統、艙底水系統和水消防系統的管路也是重要組成部分。這三種系統均以海水為介質，共用一根海水總管，必要時，海水主供泵與艙底泵、消防泵或總用泵可以相互兼顧或共用。
船舶壓載水系統由壓載水泵、壓載水管路、壓載水艙及有關閥件閥箱組成。系統應及時有效地注入、排出或調駁各壓載艙內的壓載水完成以下作用：
(1)使船舶保持恰當的排水量、吃水深度，維持船體縱、橫向平衡；
(2)使船體保持一定的穩性高度；
(3)減少船體變形，使船體免受過大的彎曲力矩，免受過大的剪下力；
(4)降低船體振動；
(5)改善船舶空艙適航性。
船舶的艏尖艙、艉尖艙、雙層底艙、邊艙、頂邊艙、深艙等均可作為壓載水艙。海水從海底閘由自吸式串並聯離心泵直接將海水經海水總管注入各壓載水艙，每一壓載水艙各有一根注入管與排水管直接與設在機艙內的壓載水閥箱連線。船舶在正常航行中，由於海況的變化及船舶載重量的改變，往往會產生船舶的縱向或橫向傾斜與搖擺。壓載水系統測量各壓載水艙的液位，對各壓載水艙的壓載水實施排出、注入或者調駁，以維持船舶恰當的穩性高度、減輕船舶搖擺。不同類型的船舶，其壓載水的總量不同，一般約占船舶總排水量的15%。
壓載水艙液位測量屬於連續液位測量，常見的方法如下。
吹氣式液位測量
吹氣式是一種靜壓式液位測量．它將液面高度的測量轉化為壓差測量。其測量原理如右圖所示。
在液艙(櫃)中插入一根金屬細管，管口位置固定。向細管內吹入穩定的空氣流，在空氣壓力的作用下，細管中的液面向下推壓，隨著液面的下降管內空氣壓力也不斷升高。當細管中的液面降到管底時，空氣開始溢出細管，此時，管內空氣壓力穩定，管內空氣壓力可由壓力計測量。由所測量的壓力可推測出細管插入深度，由於細管底端管口離艙(櫃)底的距離已知，可推算出液位高度、液體數量。
由於結構簡單、價格便宜，吹氣式液位測量裝置被廣泛套用於壓載水、海水艙和閃點大於60℃的油類液艙。
壓力式液位測量
壓力式液位遙測系統，也稱為壓差式液位遙測系統，採用高性能壓差感測器作為敏感元件。通過壓差感測器可把液體靜壓差準確測量出來，一般用4～20 mA的標準電流信號作為輸出。由於液體靜壓差與液柱高度成線性對應關係，該方法可實現對液位的精確測量。右圖為壓力式液位測量的原理示意圖。
容器內靜壓滿足關係
，由於被測介質的密度已知，就把測量液位高度的問題轉換為測量壓力差的問題。
敞口容器的液位測量採用右圖(a)原理測量，由於容器開口，PA等於大氣壓力，感測器感受的是B點的靜壓與大氣壓力的壓力差。密閉容器的液位測量採用右圖(b)原理測量，感測器感受液位上下的靜壓差。
壓力式液位測量常用的感測器類型有壓阻式、壓電式等。
微波式(雷達)液位測量
微波(雷達)式液位測量裝置主要用在不適合空氣吹入，要求艙櫃封閉的液位測量場合。其基本原理是在被測量艙艙頂裝一微波發射器和接收器，發射器向艙底發出微波，微波碰到液面後被發射回來，由接收器接收。通過微波發射和接收間的時間差推算出液面到發射器的距離，進而得到液面高度。
由於沒有介入液體，屬於非接觸式測量，易保持艙櫃密閉，微波式液位測量裝置廣泛用於液貨船及化學品船的液貨艙，但成本較高。
