CN101973373A - 压载舱透气系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种压载舱透气系统，包括：多个压载舱，各个压载舱的下部连接注排管；与所述多个压载舱的上部连通的共同溢流舱；与所述共同溢流舱的上部连通的透气管；以及与各个压载舱对应地设置的透气溢流管阀，各个透气溢流管阀位于对应的压载舱和共同溢流舱之间；其中，所述多个压载舱的总容积大于所述共同溢流舱的容积。本发明的压载舱透气系统可以显著降低压载舱舱柜内的设计压力，从而减少压载舱用钢总量，进而降低空船重量及制造成本，并提高船舶性能，特别适用于半潜船和半潜式海上平台。

Description

压载舱透气系统

技术领域

本发明总体上涉及船舶和海上平台的压载系统，特别涉及压载舱透气系统，尤其涉及半潜船和半潜式海上平台的压载舱透气系统。

背景技术

压载系统广泛地应用于各种船舶以及海上平台。通过对设置于船体或平台下部结构中各部位的压载舱执行压载/排载操作，调节吃水和船体纵、横向的平稳及安全的稳心高度，有利于提高船舶和海上平台在压载航行或拖航时的稳性，减少船体变形，以免引起过大的弯曲力矩和剪切力，降低船体振动并且改善空舱适航性，从而避免在风浪中的激烈摇摆。

此外，压载系统是半潜船以及半潜式海上平台的重要组成部分。压载系统可以通过压载/排载操作使半潜船或海上平台在下潜状态、航行/压载状态等不同的状态之间转换，大幅度改变船舶或平台的吃水深度。

通常，半潜船有较大开敞露天载货甲板，艏部或艉部有较高上层建筑或甲板室或浮箱，并且在装卸货物作业过程中呈半潜状态。例如，半潜船可以用作专门从事运输大型海上石油钻井平台、大型舰船、潜艇、龙门吊、预制桥梁构件等超长超重，但又无法分割吊运的超大型设备的特种海运船舶。半潜船主要有无动力半潜驳船和自航式半潜运船两类。其工作原理与潜水艇非常类似，所不同的是，潜艇可以全部艇身没入水下，而半潜船则是除船楼建筑以外的船身甲板潜入水下。半潜船在工作时，通过压载系统进行压载/排载操作来调整船身压载水量，可以平稳地将大到例如足球场大小的船身甲板潜入5至30米或更深的水下，只露出船楼建筑。然后等需要装运的货物（如游艇、潜艇、驳船、钻井平台等）拖拽到已经潜入水下的装货甲板上方时，启动大型空气压缩机，用压缩空气将半潜船身压载舱的压载水排出船体，或者用水泵将半潜船身压载舱的压载水排出船体，使船身连同甲板上的承载货物一起浮出水面，然后将货物固定在甲板上进行运输。

半潜式海上平台指用立柱或沉箱将上壳体连接到下壳体或柱靴上的海上平台，例如半潜式钻井平台。上壳体装设全部钻井机械、平台操作设备以及物资储备和生活设施。下壳体有靴式、矩形驳船船体式、条形浮筒式等。漂浮作业时下壳体或柱靴潜入水中，部分立柱露出海面，靠锚缆或动力定位，为半潜状态；在浅水区坐底作业时下壳体或柱靴坐落在海底上，部分立柱露出海面，为坐底状态。半潜式海上平台的压载系统使平台能够相对自由的吃水，保持在深海中的稳性。拖航时排出压载水，使下潜体浮出水面。

在对半潜船的压载舱进行压载或排载操作时要保持舱内压力的平衡，因此往往设计使压载舱与大气连通的透气系统作为压载系统的一部分。

一种现有的压载舱透气系统由美国专利US 4,715,309公开，该系统是半潜式海上平台的压载舱透气系统：该半潜式海上平台具有多个压载舱，各个压载舱分别具有各自的透气管与大气连通，从而可以在对各个压载舱进行注入/排出压载水操作时保持各个压载舱内压力的平衡。

日本专利申请特开2007-90933公开各个压载舱分别通过各自的透气溢流支管连接到透气溢流总管，透气溢流总管再通过透气管连通至大气。

然而，无论是以上两种情况的任何一种，随着吃水量的增加，下潜深度不断增加，压载舱柜承受的静压也随之增加，这样要求压载舱的舱壁板设计有一定厚度以承受处于最大下潜状态下承受的静压。这样对于具有多个压载舱的大型船舶，若多个压载舱位于船舶底部，压载舱柜扶强材的强度将会显著增加，这样不但空船的重量显著增加，而且也增加了船舶的制造成本。

对此，本发明人意识到，对于大型船舶减少扶强材的用量也是至关重要的。

上述日本特开2007-90933还涉及试图通过改进溢流系统来减轻船舶重量：通过配置溢流专用管使大量海水不经舱内直接通过该溢流专用管排出，这样，可以减少流经压载舱及连接压载舱的溢流支管的溢流量，从而溢流支管的管道阻力变小，这样，溢流支管的管径可以做得更小，从而减少用钢量。然而，该现有技术并未涉及半潜船，更未涉及随着下潜深度的增加对压载舱的影响。因此，该设计能否应用于半潜船，能否满足大型半潜船最大下潜深度设计还是一个问题。

发明内容

本发明正是鉴于上述情况作出的，旨在提供一种能够满足大型半潜船的最大下潜深度设计，并尽可能减少船舶扶强材用量的船舶配置。

对此，本发明人意识到，半潜船或半潜式海上平台往往可以配置有总容量可达上万吨的几十个甚至更多个压载舱，这样压载舱柜的扶强材用量对于整个船舶的重量有巨大影响。因此，若能减少各个压载舱柜内部扶强材的用量，将会显著减轻船舶重量。

进一步，本发明人还意识到，若能减轻各个压载舱柜内部的压力，那么可以减少压载舱柜内部的舱板厚度。

本发明旨在解决现有技术中的上述问题，提供一种使压载舱的设计压力不随最大设计下潜深度的增加而增加，从而减少压载舱的用钢量的压载舱透气系统。

一种压载舱透气系统，包括：多个压载舱，各个压载舱的下部连接注排管；与所述多个压载舱的上部连通的共同溢流舱；与所述共同溢流舱的上部连通的透气管；以及与各个压载舱对应地设置的透气溢流管阀，各个透气溢流管阀位于对应的压载舱和共同溢流舱之间；其中，所述多个压载舱的总容积大于所述共同溢流舱的容积。又，可以是各个压载舱的容积均小于共同溢流舱的容积。

采用这样的配置，压载舱舱柜内的压力不受下潜深度的影响，这样在设计压载舱柜内部的舱板壁厚度时可以仅仅考虑舱柜本身的容积和尺寸，而不受下潜深度及压载舱在船舶中的位置的影响，例如这样配置的压载舱可以位于船舶底部。

又，尽管共同溢流舱由于其舱柜内压力随着下潜深度增加，而需要设计得比较厚，然而各个压载舱的容积均大于共同溢流舱的容积，而且本发明的压载舱透气系统还具有多个压载舱，这样，对于船舶整体重量而言，采用如上配置的压载舱透气系统，仍能显著降低用钢量，降低成本并能减轻船重。

还可以包括对应于所述多个压载舱的多个透气溢流支管，各个透气溢流支管位于所述共同溢流舱与对应的压载舱之间，并且所述透气溢流管阀设置在对应的透气溢流支管上。

采用这种配置，可以自如地开启或关闭压载舱和共同溢流舱之间的连通。

还可以包括透气溢流总管，所述透气溢流总管位于所述各个透气溢流支管与所述共同溢流舱之间。

采用这种配置，各个压载舱的透气溢流支管均通过透气溢流总管与共同溢流舱连通，可以简化共同溢流舱的管路配置。

还可以包括多个所述共同溢流舱，所述共同溢流舱的数量小于所述压载舱的数量。

多个共同溢流舱可以进一步提高透气溢流性能，并且在此情况下，仍保持共同溢流舱的数量小于所述压载舱的数量以减少船舶整体用钢量。

又，所述共同溢流舱的顶部朝向大气的一端可以配置多个透气管或支管。这样，可以进一步提高透气性能。

又，所述注排管具有注排管阀。在对压载舱进行压载操作时，可以控制透气溢流管阀比注排管阀先开后闭，以防止压载舱超压。

又，所述共同溢流舱的下部可以连接至设置有排载管阀的排载管。这样，可以对共同溢流舱进行注水、排水操作。

本发明还提供包含前述压载舱透气系统的半潜船。

附图说明

图1是一种现有的压载舱透气系统的示意图。

图2是另一种现有的压载舱透气系统的示意图。

图3是根据本发明的压载舱透气系统的一个实施例的示意图。

图4是根据本发明的压载舱透气系统的另一个实施例的示意图。

图5是配备本发明的压载舱透气系统的船舶的示意图。

图6是配备本发明的压载舱透气系统的半潜式海上平台的示意图。

具体实施方式

结合附图参考下面的说明，可以更容易地理解本发明。应理解，附图仅设计用于说明目的，而并非作为对本发明的限定。应进一步理解，附图不需按比例绘制，除非另外指出，否则它们仅意图概念性地说明本说明书所描述的结构或步骤。

图1示意性地示出一种现有的压载舱透气系统100。为便于说明，图1未对现有的压载舱透气系统作出全面的描述，而是仅示出了该压载舱透气系统中的一个压载舱的配置。本领域技术人员应理解，压载舱透气系统100可以包括多个压载舱。如图1所示，压载舱103上部设置有压载舱透气管102，其向上延伸至船舶或海上平台的上甲板（未示出）之上，且在其端部设置有透气头101与大气连通。压载舱103下部与压载舱注排水支管105连通。多个注排水支管105连接至注排水总管（未示出）。注排水总管与海水箱连通并设置有压载泵。注排水支管105中设置有阀104，用于控制通过注排水支管注入/排出的压载水量。

当执行压载操作时，压载系统开启阀104以允许用压载泵（未示出）将压载水输送到各个压载舱103中，同时各个压载舱103中的空气从透气头101排出。压载水可以是通过海水箱吸入的海水。当执行排载操作时，阀104开启，用泵将压载舱103中的压载水通过压载水注排管系排出。

对于使用图1所示压载舱透气系统的半潜船或半潜式海上平台，在其最大下潜状态下，压载舱103舱柜内承受的静压H=H1+H2+H3。随着最大设计下潜深度的增加，航行/压载吃水与最大下潜状态吃水之间的落差H2+H3增加，压载舱103承受的静压H相应增加，因此必须增加压载舱的舱壁板厚度、扶强材结构以满足其设计压力的要求，结果是压载舱用钢量增加。另外，半潜船或半潜式海上平台可以配置有总容量可达上万吨的几十个甚至更多个压载舱，因此空船重量将会显著增加。

图2示出另一种现有的压载舱透气系统200。与图1所示系统不同，在压载舱透气系统200中，压载舱203a、203b并不直接通过各自的压载舱透气管与大气连通，而是直接连接到透气溢流支管207a、207b。来自多个压载舱的透气溢流支管207a、207b进而连接到透气溢流总管206。透气溢流总管206连接到透气管202。透气管202向上延伸穿过上甲板（未示出），并在端部设置有透气头201。应注意，压载系统的其他部件，诸如压载舱注排水支管、注排水总管、海水箱、压载泵等部件通常对本领域技术人员来说是已知的，因此未在图2中示出。另外，虽然图2中仅示出两个压载舱203a、203b，压载舱透气系统200可以包括多个压载舱。

虽然图2所示的系统中设置了溢流支管207a、207b及溢流总管206，但与图1的压载舱透气系统100相同，当压载舱透气系统200用在半潜船舶中时，压载舱203a、203b在最大下潜状态下承受的静压仍然为H=H1+H2+H3，随着最大设计下潜深度的增加，压载舱的舱壁板厚度、扶强材结构将会显著增加，空船重量也将显著增加。

图3示出本发明的压载舱透气系统的一个实施例300。如图3所示，压载舱303上部设置有透气溢流支管307，透气溢流支管307连接至透气溢流总管306。透气溢流总管306连接至共同溢流舱309上部。本领域技术人员应理解，虽然图3中仅示出了一个压载舱303，本发明的压载舱透气系统包括通过透气溢流支管和总管连接至共同溢流舱309的多个压载舱。

共同溢流舱309顶部设置有压载溢流舱透气管302。压载溢流舱透气管302向上延伸穿过上甲板（未示出），并且在端部设置有压载舱透气头301。应注意，溢流舱在现有技术中通常设置在燃油溢流系统中，用于回收溢流的燃油，而本发明的共同溢流舱是压载舱的共同溢流舱，也可称为压载溢流舱。另外，虽然图3所示共同溢流舱309顶部仅设置有一个压载溢流舱透气管，共同溢流舱309顶部可设置多个压载溢流舱透气管，以增加透气能力。

压载舱注排支管305连接至压载舱303下部，并且在其中设置有阀304。与压载舱注排支管连接的注排总管以及海水箱、压载泵或空气压缩机等压载系统中的其他部件通常对本领域技术人员来说是已知的，因此不需要在此详述。另外，在所示实施例中，与压载舱303连接的透气溢流支管307中设置有阀308。优选地，阀304、308为截止阀。

在阀门控制时，阀308比阀304先开后闭，以防止压载舱超压。具体来说，对压载舱303执行压载操作时，首先开启阀308，然后开启阀304，以允许通过压载泵或空气压缩机将压载水注入压载舱303，同时允许压载舱303中的空气通过透气溢流支管307、透气溢流总管306、共同溢流舱309和压载溢流舱透气管302排出。压载水可以是例如从海水箱（未示出）吸入的海水。当压载舱303满载时，压载水通过透气溢流支管307和透气溢流总管306溢流至共同溢流舱309。停止注入压载水时，首先关闭阀304，然后关闭阀308。这样，当阀308处在关闭状态时，可以防止泵或空气压缩机产生的压力直接作用到舱柜，从而防止舱柜超压。

应注意，共同溢流舱309可以具有与排载泵或空气压缩机（未示出）连接的共同溢流舱排载管318，用于排出共同溢流舱309中的压载水。且在共同溢流舱排载管318中设置有共同溢流舱排载管阀316，用于控制共同溢流舱309排出的压载水的量。在执行排载操作时，首先通过共同溢流舱排载管318排出共同溢流舱309中的压载水。然后先开启阀308，再开启阀304，通过泵或空气压缩机从注排支管305排出压载舱303中的压载水。如上所述先排出共同溢流舱309中的压载水可以去除在最大下潜状态下作用于阀308上的压头H3，从而确保开启阀308时，压载舱303不会超压。

当图3所示压载舱透气系统300用在半潜船或半潜式海上平台中时，在最大下潜状态下，阀308关闭，压载舱303内部结构承受静压H=H1+H2。与现有技术相比，该实施例中压载舱的设计压力从常规设计的H1+H2+H3减小到H1+H2，没有了额外的H3压头，而对于半潜船或半潜式海上平台，H3将高达30m或更多。因此压载舱舱柜内的结构设计压力将显著降低。随着半潜船舶的最大设计下潜深度的增加，压载舱内部结构的舱壁板厚度、扶强材结构没有变化，因此，空船重量只有外板及其扶强材部分的增加。此时，共同溢流舱309结构承受静压仍为H=H1’+H2’+H3’＝H1+H2+H3。因此，在本发明的实施例中，虽然增设共同溢流舱需要增加用钢量，但只要共同溢流舱所需用钢量少于多个压载舱节省的用钢量，就能降低半潜船舶的总用钢量。优选地，共同溢流舱309的容积小于压载舱303的容积。

图4示出本发明的压载舱透气系统的另一个实施例400。为便于说明，图4中仅示出该系统所包括的多个压载舱中的一个。多个压载舱403的配置与图3中所示的压载舱303相似。设置有阀404的注排支管405连接到压载舱403下部。压载舱403上部连接到设置有阀408的透气溢流支管407。来自多个压载舱403的透气溢流支管407连接到透气溢流总管406。另外，虽然图4中未示出，压载舱透气系统400也可以包括共同溢流舱排载管和共同溢流舱排载管阀等部件。

与图3所示的实施例不同，透气溢流总管406连接至多个共同溢流舱。相应地，压载舱透气系统400的透气和溢流性能增强。仅作为示例，透气溢流总管406连接至两个共同溢流舱409a、409b。共同溢流舱409a、409b分别连接至各自的透气管402a、402b，通过透气头401a、401b与大气连通。优选地，共同溢流舱409a，409b的容积小于压载舱403的容积。

另一方面，类似于图3所示的实施例，当执行压载操作时，各压载舱403的阀408比阀403先开后闭，以确保压载舱403不会超压。当执行排载操作时，先排出共同溢流舱或压载溢流舱409a、409b中的压载水，以去除在最大下潜状态下作用于阀408上的压头H3，确保开启阀408时压载舱403不会超压。

当图4所示压载舱透气系统400用在半潜船或半潜式海上平台中时，在最大下潜状态下，阀408关闭，压载舱403内部结构承受静压H=H1+H2。与现有技术相比，该实施例中压载舱的设计压力从常规设计的H1+H2+H3减小到H1+H2，没有了额外的H3压头，而对于半潜船或半潜式海上平台，H3将高达30m或更多。因此压载舱的结构设计压力将显著降低。随着半潜船舶的最大设计下潜深度的增加，压载舱内部结构的舱壁板厚度、扶强材结构没有变化，空船重量只有外板及其扶强材部分的增加。共同溢流舱409a、409b结构承受静压仍为H=H1’+H2’+H3’＝H1+H2+H3。因此，在该实施例中，虽然增设多个共同溢流舱需要增加用钢量，但只要压载舱的数量大于共同溢流舱的数量，使得增加共同溢流舱所需用钢量少于多个压载舱节省的用钢量，最终的压载舱和共同溢流舱结构的总用钢量将显著减少。

应理解，虽然在图3和图4中，各个压载舱的透气溢流支管通过透气溢流总管连接到共同溢流舱，然而，可以理解，也可不配置溢流总管，从而使各个压载舱的透气溢流支管/透气溢流管直接连接到共同溢流舱。

又，应理解，虽然在图3和图4中，与大气连通的透气管的端部均配置透气头，但可以理解可以不配置透气头，而使透气管直接与大气连通。

还可以理解，尽管图3和图4示出的实施例中，透气溢流总管未配置阀，但可以理解，可以在透气溢流总管中配置阀。

图5示出配备本发明的压载舱透气系统的船舶500。图5中仅示出多个压载舱中的两个压载舱503a、503b。注排水支管505a、505b连接到压载舱503a、503b的下部且其中分别设置有阀504a、504b。注排水总管510连接到海水箱511并与注排水支管505a、505b连接。透气溢流支管507a、507b连接到压载舱503a、503b上部且其中分别设置有阀508a、508b。透气溢流总管506连接到共同溢流舱509。共同溢流舱509上部设置有延伸至上甲板上方并具有透气头501的透气管502。另外，虽然图5中未示出，船舶500的压载舱透气系统也可以包括共同溢流舱排载管和共同溢流舱排载管阀等部件。

如本领域技术人员所知，执行压载操作时，可以使用泵（未示出）或空气压缩机（未示出）将压载水注入到压载舱中。执行排载操作时，可以使用泵（未示出）或空气压缩机（未示出）排出压载舱中的海水。另外类似于如上参考图3所述，在图5所示实施例中，当执行压载操作时，设置在透气溢流支管中的阀508a、508b比设置在注排水支管中的阀504a、504b先开后闭以防止压载舱超压；当执行排载操作时，先排出共同溢流舱或压载溢流舱509中的压载水，以确保开启阀508a、508b时压载舱503a、503b不会超压。增加共同溢流舱所需用钢量少于多个压载舱节省的用钢量，因此最终的压载舱和共同溢流舱结构的总用钢量将显著减少，从而船舶500的总重减小，制造成本降低，载重量提高。

应理解，图5所示实施例并非是对本发明实施方式的限制。本发明的压载舱透气系统可以设置于船舶的不同部位。

图6示出配备本发明的压载舱透气系统的半潜式海上平台的实施例600的局部。在图6所示的实施例中，半潜式海上平台600的立柱612和柱靴613中于不同高度上分别设置多个压载舱603a、603b、603c，多个压载舱通过透气溢流支管和透气溢流总管连接到共同溢流舱609a、609b、609c。共同溢流舱609a、609b、609c分别通过端部设置有透气头601a、601b、601c的透气管602a、602b、602c连通至大气。虽然在图中所示的每个高度上仅示出一个压载舱和一个共同溢流舱，但应理解，本发明的压载舱透气系统在半潜式海上平台中的配置不限于此。在本发明的范围中，可以在海上平台下部结构中的不同高度上设置多个压载舱和多个共同溢流舱，也可以为不同高度上配置的压载舱设置共同溢流舱，以实现减少总用钢量的效果。另外，虽然图6中未示出，半潜式海上平台600的压载舱透气系统也可以包括共同溢流舱排载管和共同溢流舱排载管阀等部件。

应注意，本文中包括的压载舱透气系统可用于各种船舶和海上平台，特别是半潜船和半潜式海上平台，包括但不限于自航半潜船、非自航半潜驳船、半潜式钻井平台等。另外，本领域技术人员应理解，本发明可以应用于最大下潜状态吃水与航行/压载吃水之间具有显著落差的任何船舶和海上平台。例如，该落差可以是5－30米，或30米以上。

另外，在各实施例中，虽然压载舱如附图所示为矩形舱柜的形式，压载舱也可以采取其他形式，如横向倾斜压载舱的形式。

还应理解，在本文中公开的结构和配置本质上是示例性的，且这些具体实施例不应被视为具有限制意义，因为大量的变体是可能的。本公开的主题包括在本文中公开的各种结构和配置，及其他特征、功能，和/或属性的所有新颖和非显而易见的组合及子组合。

本申请的权利要求特别指出视为新颖和非显而易见的特定组合及子组合。这些权利要求可能引用“一个”元素或“第一”元素或其等价。这样的权利要求应被理解为包括对一个或一个以上这样的元素的结合，而不是要求或排除两个或两个以上这样的元素。所公开的特征、功能、元素和/或属性的其他组合及子组合可以通过修改本申请的权利要求或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求来请求保护。这样的权利要求，无论是在范围上比原始权利要求更宽、更窄、等价或不同，都应被视为包括在本发明的主题之内。

Claims (10)

1.一种压载舱透气系统，包括：

多个压载舱，各个压载舱的下部连接注排管；

与所述多个压载舱的上部连通的共同溢流舱；

与所述共同溢流舱的上部连通的透气管；以及

与各个压载舱对应地设置的透气溢流管阀，各个透气溢流管阀位于对应的压载舱和共同溢流舱之间；

其中，所述多个压载舱的总容积大于所述共同溢流舱的容积。

2.如权利要求1所述的压载舱透气系统，其特征在于，还包括对应于所述多个压载舱的多个透气溢流支管，各个透气溢流支管位于所述共同溢流舱与对应的压载舱之间，并且所述透气溢流管阀设置在对应的透气溢流支管上。

3.如权利要求2所述的压载舱透气系统，其特征在于，还包括透气溢流总管，所述透气溢流总管位于所述各个透气溢流支管与所述共同溢流舱之间。

4.如权利要求1－3中的任一项所述的压载舱透气系统，其特征在于，所述各个压载舱的容积大于所述共同溢流舱的容积。

5.如权利要求1－3中的任一项所述的压载舱透气系统，其特征在于，包括多个所述共同溢流舱，所述共同溢流舱的数量小于所述压载舱的数量。

6.如权利要求1－3中的任一项所述的压载舱透气系统，其特征在于，所述透气管朝向大气的端部设置有透气头。

7.如权利要求1－3中的任一项所述的压载舱透气系统，其特征在于，所述共同溢流舱的上部连接至多个透气管或支管。

8.如权利要求1－3中任一项所述的压载舱透气系统，其特征在于，所述注排管具有注排管阀。

9.如权利要求1－3中的任一项所述的压载舱透气系统，其特征在于，所述共同溢流舱的下部连接至设置有排载管阀的排载管。

10.一种具有如权利要求1－9中的任一项所述的压载舱透气系统的半潜船。

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