CN102351034B - 一种基于聚氨酯的船舶避振穴及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于聚氨酯的船舶避振穴，位于船舶的尾部内，所述船舶避振穴的安装位置正对于螺旋桨的上方，由至少一个箱型结构单元组成；所述箱型结构单元内填充缓冲材料；所述箱型结构单元的朝向所述螺旋桨的面上具有开口，所述船舶避振穴的朝向所述船舶内部的各面间为水密联接；所述箱型结构单元内填充的所述缓冲材料在所述开口处暴露在所述船舶的表面，并且，所述缓冲材料的暴露的外表面与船壳板成一光顺面；所述开口的面积小于所述箱型结构单元在所述船舶的表面的投影面积。本发明的船舶避振穴是一种自身结构可靠、使用寿命较长的减弱船舶振动的结构，基本不影响船舶的阻力性能，但能使船舶更加安全舒适，并改善船舶的推进性能。

Description

一种基于聚氨酯的船舶避振穴及安装方法

技术领域

本发明涉及一种船舶避振穴，特别是一种基于聚氨酯的船舶避振穴。本发明还涉及该船舶避振穴的安装方法。

背景技术

螺旋桨诱导产生的脉动压力是船舶(尤其是船尾)强烈振动的主要激振力来源。据悉，有关尾部剧振和由此造成的结构损坏事件逐年增多，约占到所有船体结构破坏事件的20％。现有技术中已有的避振结构包括：

1、在螺旋桨上方壳板设凹穴，内充填海绵、橡胶等弹性物，外表面则仍与船壳板成一光顺面。缺点是弹性物与船底板连接不紧密，易在长期脉动压力下脱落。

2、在螺旋桨上方开D×D的大孔(D为螺旋桨直径)，然后用橡胶板代替钢材，并在上面建造人孔室，保证水密。有如下缺点：橡胶与钢板连接工艺复杂，耐海水腐蚀差，易有海洋生物附着，橡胶易老化，易变形，寿命不长。

3、在相应区域开小孔，内设阻尼箱，由小孔和箱内空气减振。缺点是损失了部分浮力，且增加了部分形状阻力。

4、涂阻尼层：即在船壳内部涂上阻尼层。缺点是仅对内部壳体内部振源振动效果明显，对于振源处于船壳外部的激振减振效果不理想。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种自身结构可靠、使用寿命较长的减弱船舶振动的结构，基本不影响船舶的阻力性能，但能使船舶更加安全舒适，并改善船舶的推进性能。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种自身结构可靠、使用寿命较长的减弱船舶振动的结构。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于聚氨酯的船舶避振穴，位于船舶的尾部内，所述船舶避振穴的安装位置正对于螺旋桨的上方，由至少一个箱型结构单元组成；其中，所述箱型结构单元内填充缓冲材料；所述箱型结构单元的底面朝向所述螺旋桨，所述底面上具有开口，所述船舶避振穴的朝向所述船舶内部的各面间为水密联接；所述箱型结构单元内填充的所述缓冲材料在所述开口处暴露在所述船舶的表面，并且，所述缓冲材料的暴露的外表面与船壳板成一光顺面；所述开口的面积小于所述箱型结构单元在所述船舶的表面的投影面积。

较佳地，所述箱型结构单元内还布设有钢筋网。进一步地，所述钢筋网焊接在所述箱型结构单元内。

较佳地，所述船舶避振穴由多个所述箱型结构单元组成。进一步地，所述船舶避振穴由4个或4的倍数个按照“田”字排列的所述箱型结构单元组成。

较佳地，所述船舶避振穴在所述船舶的表面的投影为长和宽与所述螺旋桨的直径接近的矩形。进一步地，所述船舶避振穴在所述船舶的表面的所述投影为长和宽与所述螺旋桨的直径接近的正方形。

较佳地，所述缓冲材料为聚氨酯材料。

本发明还提供了一种前述的船舶避振穴的方法，其中，所述开口为圆形，所述船舶为已建成船舶，所述方法包括：

步骤一，在所述船舶尾部的底板正对于螺旋桨的上方确定一个区域，其长和宽与所述螺旋桨的直径接近；

步骤二，在所述区域的船体内侧设置至少一个所述箱型结构单元，设置方法包括利用所述船舶的所述船体内侧原有的T型材的腹板作为所述箱型结构单元的侧板；

步骤三，在所述箱型结构单元覆盖的船底板处开设多个均匀分布的圆形孔；

步骤四，在所述侧板间焊接钢筋网；

步骤五，用板材由船体外侧临时封闭所述圆形孔；

步骤六，在所述箱型结构单元内浇注聚氨酯材料，使所述聚氨酯材料达到预定厚度；

步骤七，在所述聚氨酯材料顶部水平地覆盖钢板，并将所述钢板与所述箱型结构单元的所述侧板水密地焊接；

步骤八，拆除临时封闭所述圆形孔的所述板材，并将所述圆形孔中暴露出的所述聚氨酯材料修平，使之与船壳板成一光顺面。

本发明还提供了另一种安装前述的的船舶避振穴的方法，其中，所述开口为方形，所述船舶为待建造船舶，所述方法包括：

步骤一，将所述船舶的尾部的正对于螺旋桨的上方的船底板进行弯板加工，并对相应的T型材进行辊弯，使其与船尾该处的型线保持一致，其中，所述船底板的长和宽与所述螺旋桨的直径接近；

步骤二，将所述船底板倒置，在船底板上焊接纵横T型材，形成所述箱型结构单元，并继而形成所述船舶避振穴，其中，所述T型材的腹板作为所述箱型结构单元的侧板，所述T型材的面板间构成方形的所述开口，并且，构成所述船舶避振穴的侧板的所述T型材的所述腹板与所述船底板水密地焊接；

步骤三，在所述侧板间焊接钢筋网；

步骤四，在所述箱型结构单元内浇注聚氨酯材料，使所述聚氨酯材料填满所述箱型结构单元，所述聚氨酯材料的外表面与所述开口成一光顺面；

步骤五，将所述船舶避振穴上下翻转后，水密地焊接至所述船舶的尾部，使所述聚氨酯材料的所述外表面与船壳板成一光顺面，其中，所述船壳板在所述船舶的尾部原有T型材处做一定延长，所延长的部分作为所述原有T型材下端的面板。

本发明通过在船尾设计隔振结构，实现小孔阻尼减振、弹性减振、材料阻尼减振等减振效果，利用船体本身的船体骨架结构做一定改造，加装面板或者直接在船尾底板上挖孔制成工字钢，利用聚氨酯软泡优异的吸振性能有效降低船尾螺旋桨产生的激振力带来的船体振动问题，同时保留原有船尾型线，不会增加额外阻力，能使船舶更加安全舒适，并改善船舶的推进性能。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的第I类实施方式的一个箱型结构单元的立体视图；

图2是图1所示箱型结构单元的分解图，图中仅绘制了构成其1/4部分的部件；

图3是本实施方式中图1所示箱型结构单元构成的避振穴安装在船尾的纵剖面视图；

图4是图3所示的第I类实施方式从船尾底部的仰视图；

图5是本发明的第II类实施方式的一个箱型结构单元的立体视图；

图6是图5所示箱型结构单元的分解图，图中仅绘制了构成其1/4部分的部件；

图7是本实施方式中图5所示箱型结构单元构成的避振穴安装在船尾的纵剖面视图；

图8是图7所示的第II类实施方式从船尾底部的仰视图。

图中的附图标记为：船尾原有T型材1，被打断的T型材1.1，避振穴2，原有船底板3，水平钢板4，孔5，钢筋网格6，聚氨酯填充物7，倒装的T型材11，被打断的倒装的T型材11.1，添加的T型材面板1.2，上移的船底板13，方形孔15。

具体实施方式

本发明的结构为位于船舶尾部箱型结构，安装位置正对于螺旋桨的上方。该结构可以在新船建造时和船尾作为一个整体建造，也可以在已建成的船舶上直接安装。按照建造时间前后的不同，可以分为第Ⅰ类和第Ⅱ类实施方式。第I类主要用于已建成船舶，而第II类主要用于待建造船舶。

在第Ⅰ类实施方式中，结构由开孔的船底板，型材，钢板，聚氨酯填充物以及钢筋空间网格组成。此结构中，箱型结构的底面由原位置的船底板开孔而成；箱型结构的侧面由原型材的腹板构成，箱型结构的顶面由在型材的腹板间焊接的水平钢板构成，钢筋空间网格用于划分箱型结构空间。该箱型结构被型材划分为更小的箱型空间，在小的箱型结构中放置正交的空间网格钢筋，并填充聚氨酯。

在第Ⅱ类实施方式中，结构由船底板、倒置的型材、聚氨酯填充物，以及正交的空间网格钢筋组成。此结构中，船底板反置(曲率与原船底板相反)，且较原定位置上移一定高度，构成箱型结构的顶面；型材倒置安装在船底板上，其腹板构成箱型结构的侧面，以及划分箱型结构空间的正交的网格；型材的面板位于船底板的原位置，构成箱型结构的底面。该箱型结构被型材腹板划分为更小的箱型空间，在小的箱型结构中放置正交的空间网格钢筋，并填充聚氨酯。最后，将此避振穴结构倒置焊接到船尾原有T型材腹板相应高度位置，使得最终避振穴结构外表面与原有船体型线保持一致。

本发明中该箱型结构的底面和顶面约为D×D大小(D为螺旋桨直径)，均采用船身所用钢材面板。箱型结构的高度约为0.3m。侧面以及划分该空间结构的型材的排列密度和类型与船舶原来尾部型材一致，并与底面和顶面的钢板水密焊接。第I类实施方式中，型材为T型材，其下端保留0.2m长度水平面板，用于底部固定聚氨酯填充物使之不易脱落。型材间隔中焊接钢筋网络。钢筋网络所采用的钢筋材料为I级或II级钢筋，强度等级为24/52公斤级，钢筋直径6-9mm。钢筋的空间网格形状约呈正方体，边长为0.1m左右，网络孔洞的实际大小和形状在不影响固定聚氨酯效果的情况下，可略有偏差。网格间填充的聚氨酯采用弹性模量10-25MPa的软质聚氨酯，充满网格空间，并且与钢筋网络紧密贴合。

图1示意性地示出了第I类实施方式，在该实施方式中，避振穴2为一个箱型结构内部填充有聚氨酯，避振穴底面由原有船底外板3构成，避振穴四个侧面由船尾原有T型材1的腹板构成，避振穴结构的顶面由水平焊接在船尾原有T型材1的腹板上的钢板4构成。图中船尾原有T型材1纵横方向具有同样的高度，横向的T型材连续而纵向的T型材间断的特点，这主要取决于避振穴所安装的船舶的自身特点。本避振穴结构适用于船尾纵横T型材高度不一致以及纵向T型材连续，横向T型材间断的情形。

参看分解图2，原有船底板3开有一个圆孔5，这里仅绘制了1/4的孔5。圆孔5可以对流过的水流起到阻尼减速的效果，最终降低作用到避振穴结构上的水流速度。同样如图2，避振穴结构在原有船底板3和焊接的水平钢板4之间还焊接有钢筋网格6，可以理解，原图1所示的避振穴2的箱型结构将由这种钢筋网格划分成多个更小的箱型空间。

参看图3，其示出了图1所示实施方式在船尾的布置情况。整个避振穴结构中心处于螺旋桨正上方，前后左右的距离均为螺旋桨半径，这是考虑到螺旋桨激震力主要集中在螺旋桨上方D×D的区域。同样如图3，避振穴结构中充满了聚氨酯填充物7，利用聚氨酯优异的减振吸能性能吸收螺旋桨激震力。

参看图4，其示出了图3所示的实施方式的仰视图。图4中避振穴结构由四个图1所示的避振穴单元构成，避振穴内均焊接有钢筋网格6并填充满聚氨酯7。为了便于理解，在左上方的避振穴单元内仅绘出了钢筋网格结构，而在剩下的三个单元内仅绘出聚氨酯。可以理解到，当螺旋桨工作带来的冲击水流作用到原船底板3时，大部分将通过圆孔5而作用到聚氨酯填充物上，仅有部分力直接作用到了原有船底板3。由于聚氨酯填充物7拥有优异的减振吸能性能，故可以有效地吸收作用到其上的水流冲击力。此外，由于原有船底板3上方充满了聚氨酯填充物7，故聚氨酯填充物也可以减少原有船底板3由于水流冲击的振动。由此避振穴结构可以有效减小螺旋桨激震力对船尾的冲击，起到避振的效果。

还可以理解到：聚氨酯7虽然有优良的抗冲击以及与钢材优异的连接性能，但是当圆孔5直径过大时，聚氨酯填充物还是有可能在船舶营运过程中脱落。钢筋网格结构6实际上将聚氨酯填充物划分成更小的空间块体，而且也加大了聚氨酯填充物7与避振穴结构的接触面积，从而可以有效提高聚氨酯填充物与避振穴结构的连接性能，防止其在船舶营运过程中脱落。

此外，聚氨酯填充物7将避振穴结构填充完毕后，其下表面与原有船底板3保持光顺，从而防止避振穴结构对船产生额外阻力。

参看图5，其中示出了第II类实施方式，该避振穴结构顶面由上移的船底板13构成，侧面由倒置的T型材11腹板构成，避振穴底面由倒置的T型材11的面板构成，而且倒置的T型材11的面板自然构成了此避振穴的一个方形孔15。

与图2类似，图6给出了图5实施方式的分解图，图7示出了图5所示实施方式在船尾的布置情况。参看图7，此避振穴结构最终与船尾原有T型材1焊接成水密，而且需要将原有船底板3在船尾原有T型材1处做一定延长，其延伸部分作为原有T型材下端的面板11.2。由图7可见，倒置的T型材11的面板在焊接时需焊成一定斜度，以保证其与该处原有船体板3型线一致。

与图4类似，图8示出了图7所示的实施方式的仰视图。

下面的具体实施例将更加详细地示出本发明的方法和结构、材料。

具体实施例1：

图3以及图4所示第I类实施方式的避振穴的具体实施例，其基本单元为图1所示结构。其中螺旋桨直径为2.2m，故避振穴结构位于螺旋桨正上方2.2m×2.2m的区域，高度为300mm。对每一个如图1所示的避振穴单元中的原有船底板开直径为825mm的圆孔。原有船底板其中的船用T型材腹板高600mm，面板宽240mm，T型材间距1.1m。在将水平钢板焊接到T型材腹板前，先在避振穴内将接钢筋网格焊接至四周T型材腹板。钢筋间距300mm，钢筋与T型材间距400mm，对于避振穴每100mm高焊接一层钢筋网格，共两层。待网格焊接好后由外封住圆孔并在避振穴内浇注聚氨酯材料。最后焊上水平钢板即可。

具体实施例2

图7以及图8所示第II类实施方式的避振穴的具体实施例，其基本单元为图5所示结构。避振穴相应尺寸同具体实施例1。其中T型材腹板高300mm，面板宽240mm，T型材间距1.1m。施工前将避振穴结构上移的船体板进行弯板加工，并对相应的T型材进行辊弯，使其与船尾该处的型线保持一致。施工时可以将结构倒置，在钢板上焊好纵横T型材后，和具体实施例1一样焊上钢筋网格，然后往穴内浇注聚氨酯材料，并使得其与避振穴结构表面光顺一致。最后将此避振穴结构倒置焊接到船尾原有T型材腹板相应高度位置，使得最终避振穴结构外表面与原有船体型线保持一致。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于聚氨酯的船舶避振穴，位于船舶的尾部内，所述船舶避振穴的安装位置正对于螺旋桨的上方，由至少一个箱型结构单元组成；其中，

所述箱型结构单元内填充缓冲材料；

所述箱型结构单元的底面朝向所述螺旋桨，所述底面上具有开口，所述船舶避振穴的朝向所述船舶内部的各面间为水密联接；

所述箱型结构单元内填充的所述缓冲材料在所述开口处暴露在所述船舶的表面，并且，所述缓冲材料的暴露的外表面与船壳板成一光顺面。

2.如权利要求1所述的船舶避振穴，其特征在于，所述箱型结构单元内还布设有钢筋网。

3.如权利要求2所述的船舶避振穴，其特征在于，所述钢筋网焊接在所述箱型结构单元内。

4.如权利要求1所述的船舶避振穴，其特征在于，所述船舶避振穴由多个所述箱型结构单元组成。

5.如权利要求4所述的船舶避振穴，其特征在于，所述船舶避振穴由4个或4的倍数个按照“田”字排列的所述箱型结构单元组成。

6.如权利要求1所述的船舶避振穴，其特征在于，所述船舶避振穴在所述船舶的表面的投影为长和宽与所述螺旋桨的直径接近的矩形。

7.如权利要求6所述的船舶避振穴，其特征在于，所述船舶避振穴在所述船舶的表面的所述投影为长和宽与所述螺旋桨的直径接近的正方形。

8.如权利要求1所述的船舶避振穴，其特征在于，所述缓冲材料为聚氨酯材料。