CN105882886A - 可折叠式w型吸油船 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的可折叠式W型吸油船，是一种基于双V型开体船的由五片体组成可折叠展开呈W型的新型吸油船，该船体主要由首部片体(5)，与船中纵剖面对称分布的左舷外侧片体(1)、左舷内侧片体(2)、右舷内侧片体(3)和右舷外侧片体(4)组成；所述五片体之间采用铰接机构连接。本发明采用双V型尾部设计，增大片体贴合时的接触面积，缓解插销锁定装置和铰接装置的应力状态，提高其可靠性并延长使用寿命；在船体展开时能增大扫油面积，提高吸油效率，从而克服了以往收油船收油宽度小，收油效率低下的缺点。

Description

可折叠式W型吸油船
技术领域
本发明涉及吸油船，特别是一种基于V型开体船的由五片体组成可折叠展开呈W型的新型吸油船。
背景技术
20世纪以来，随着国际贸易的空前繁荣，海洋运输业得到了长足的发展。然而，随之而来因船舶碰撞、翻倾、搁浅等原因而发生的较大规模海上恶性溢油事故，已成为海洋生态的重大威胁，并呈逐年上升趋势。其中溢油回收船在溢油回收、防止海洋环境污染中起到非常重要的作用。
目前我国现有的溢油回收船船型(单体船和双体船)设计缺乏系统性，甚至部分船型设计存在一定缺陷，收油处置的能力不足，缺乏具有创新性的自主知识产权产品。例如，仍然大量使用旧式堰式吸油船，油污处理效率低。而类似我国较为先进的“中油应急101”收油船采用加装的大型扫油臂的方案又存在强度难以满足要求，无法加装吸油装置，液压机械装置维护困难等问题。
近年来国际上提出多种创新性解决方案，为新型吸油船型提供了启发，例如德国Bottsand级溢油回收船大胆尝试V型开体船船型等，但由于船体设计缺乏主体，无法确保其航行稳定性以及操纵性，且船体展开力矩由尾部铰接处的液压装置提供，对船身强度要求较高，该设计仍处于验证阶段，尚未形成成熟设计方案。
海上溢油事故一旦发生，由于海上风浪作用造成浮油扩散速度快，污染面积广，一般大型海上漏油事故溢油面积在200km2以上，而目前在役收油船单词扫油宽度普遍在20-40m之间，工作效率低，远远无法满足需求。
海上浮油油膜较薄多在1-2mm，一般收油船在针对低油膜厚度，油水比例低等工作条件时溢油回收能力受限，收油效率低。
目前建成投入使用的吸油船普遍存在如下问题：
1)收油机布置较少且种类单一，无法快速控制溢油区域扩散。
2)单次收油覆盖区域较小且需要重复吸油,保证无浮油残存，工作效率较低。
3)海上浮油油膜厚度薄，油水比例较低,导致收油机工作效率低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种可折叠式W型收油船，以克服上述现有技术存在的问题。
本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：
本发明提供的可折叠式W型吸油船，是一种基于双V型开体船的由五片体组成可折叠展开呈W型的新型吸油船。该吸油船的船体主要由首部片体，与船中纵剖面对称分布的左舷外侧片体、左舷内侧片体、右舷内侧片体和右舷外侧片体组成；所述五片体之间采用铰接机构连接。
所述的左舷内侧片体、右舷内侧片体和首部片体，其头端分别布置有首部全回转吊舱推进器，其尾端分别布置有带导管的尾部全回转吊舱推进器；所述的左舷外侧片体、右舷外侧片体，其头端分别布置有带导管的船首侧向推进器，其尾端分别布置有带导管的尾部全回转吊舱推进器；在左舷内侧片体与右舷内侧片体，以及左舷外侧片体与右舷外侧片体铰接处的前方两侧布置有动态斜面式主吸油机；在舷侧沿船体的长方向布置有舷侧辅助机吸油孔。
本发明通过船首侧向推进器和尾部全回转吊舱推进器的推开作用，使五片体展开形成W型的船体；反之，通过所述推进器的缩回作用，使五片体合拢形成整体船体。
当五片体展开时，所述的左舷内侧片体和右舷内侧片体的尾部铰接处通过V型尾插销锁定机构锁定；当五片体合拢时，所述的左舷外侧片体、右舷外侧片体的头部分别与首部片体的外侧接触相连，并且通过船身沿船长布置的轴向锁紧装置锁定。
所述的V型尾插销锁定机构，其为圆孔插销式锁紧机构,使得当左舷外侧片体、右舷外侧片体分别绕其尾部两侧的尾部铰接机构旋转角度α1为60°时，左舷内侧片体、右舷内侧片体的两侧板相贴合，此时圆孔插销式锁紧机构的内插销弹出，对该锁紧机构扣合两部分完成锁定，固定左舷外侧片体与左舷内侧片体、右舷内侧片体和右舷外侧片体的位置，使得它们的张角α1的角度不变。
所述的左舷内侧片体和右舷内侧片体，其头部的内端通过弧形滑轨机构与首部片体的尾部的中部相连，其头部的外端通过首部铰接机构与首部片体的尾部的两侧铰接；其尾部通过尾部铰接机构分别与左舷外侧片体、右舷外侧片体的尾部铰接相连。
所述的左舷内侧片体和右舷内侧片体，其与首部片体位置的固定是通过布置在弧形滑轨上的圆孔插销锁定机构实现的，当左舷内侧片体、右舷内侧片体分别绕首部铰接旋转α2＝30°时，弧形滑轨末端与首部片体的侧板上的凹槽相贴合，此时圆孔插销锁定机构内的柱型插销弹出，将弧形滑轨与首部片体船体板上对应的凹槽扣合，保证左舷内侧片体、右舷内侧片体与首部片体位置固定，此时夹角α2的角度不变。
所述的首部铰接机构和尾部铰接机构，均由左侧铰接件、右侧铰接件和铰销组成，结构相同，但首尾铰接尺寸不同。
所述的首部铰接机构和尾部铰接机构，均采用以下工艺制成：将40Cr合金钢经过840℃油淬之后，再经过500℃回火油冷处理60min得到。
所述的船体的船尾采用双V型尾设计，船舶展开时，左舷外侧片体、左舷内侧片体、右舷内侧片体、右舷外侧片体的尾部贴合接触，这使它们的尾部铰接机构线接触转为V型尾两侧板面接触，缓解尾部应力集中，改善铰接机构受力情况，提高其可靠性并延长使用寿命。
本发明与现有技术相比具有以下的主要的优点：
1.由于采用五部分片体组成，片体之间以铰接机构及弧形滑轨相连接的结构，所以能够实现W型和三叉型展开。利用展开的船体，可显著增加船体收油宽度，且在W型底部有效积累油厚利于收油机高效工作，克服了以往收油船收油宽度小，收油效率低下的缺点。
2.在片体舷侧开吸油孔，在船体展开时能增大扫油面积，提高吸油效率。
该新型可折叠式W型吸油船理论溢油回收能力在839.16-1331.1144m3/h，是目前国内最大的海上溢油回收船-“中油应急103”(总长78.8m,型宽15米,回收能力为280m3/h)的2.997-4.754倍。
3.采用双V型尾部设计，增大片体贴合时的接触面积，缓解插销锁定装置和铰接装置的应力状态，提高其可靠性并延长使用寿命。
4.具有覆盖面广，扫油宽度大，吸油效率高，且能适用于较恶劣海况，大规模溢油事故等特点，在当下我国对高效吸油船有极大需求的大背景下，具有良好的发展前景。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1的A放大示意图。
图3为图1的B放大示意图。
图4为本发明一种立体布置示意图。
图5为本发明另外一种立体布置示意图。
图6为本发明首尾铰接装置的结构示意图。
图7为本发明首尾铰接装置俯视示意图。
图8为本发明首尾铰接装置正视示意图。
图9为本发明弧形滑轨连接锁定装置的结构示意图。
图10为图11俯视示意图。
图11为图11正视示意图。
图12为本发明平静海况作业示意图。
图13为本发明中等海况作业示意图。
图14为本发明各海况对应航行状态示意图。
图15为本发明展开合拢方式示意图。
图中：1.左舷外侧片体；2.左舷内侧片体；3.右舷内侧片体；4.右舷外侧片体；5.首部片体；6.船载雷达；7.传感器；8.船首侧向推进器；9.首部全回转吊舱推进器；10.尾部全回转吊舱推进器；11.V型尾插销锁定机构；12.首部铰接机构；13.尾部铰接机构；14.首尾铰接机构的左侧铰接件；15.首尾铰接机构的右侧铰接件；16.首尾铰接机构的铰销；17.弧形滑轨；18.轴向锁紧机构；19.舷侧辅助吸油机吸油孔；20.动态斜面式主吸油机；21.弧形滑轨一端的圆孔插销锁定机构；22.左舷内侧片体的侧板；23.首部片体的侧板；24.凹槽；25.柱型插销；26.低浓度油层；27.中浓度油层；28.高浓度油层。
具体实施方式
本发明提供的可折叠式W型吸油船，其船体分为五个片体，片体之间采用铰接机构连接。每个片体上装有一个推进器，其中左舷内侧片体安装主推进器，提供船舶所需的主要推力，首部片体装有辅助推进器，控制船舶展开时角度的稳定并且提供部分推力，片体左舷外侧片体、右舷外侧片体上安装船首侧向推进器。
下面结合实施例及附图对本发明作进一步的说明，但不限定本发明。
本发明提供的可折叠式W型吸油船，是一种基于双V型开体船的由五片体组成可折叠展开呈W型的新型吸油船，其船体结构主要由首部片体5，与船中纵剖面对称分布的左舷外侧片体1、左舷内侧片体2、右舷内侧片体3和右舷外侧片体4组成。还设有：用于左舷内侧片体2、右舷内侧片体4与首部片体5连接的首部铰接机构12及弧形滑轨机构17；用于左舷外侧片体1和左舷内侧片体2，右舷外侧片体3和右舷内侧片体4连接的尾部铰接机构13以及V型尾尾部插销锁定机构11。
所述五片体之间采用铰接机构连接，通过船首侧向推进器8以及尾部全回转吊舱推进器10推开作用，五片体展开后形成W型的船体(图13)；通过船首侧向推进器8以及尾部全回转吊舱推进器10调整推力方向缩回作用，五片体合拢形成整体船体(图1)。
所述的左舷内侧片体2和右舷内侧片体3，其头部的内端通过弧形滑轨机构17与首部片体5的尾部的中部相连，其头部的外端通过首部铰接机构12与首部片体5的尾部的两侧铰接；其尾部通过尾部铰接机构13分别与左舷外侧片体1、右舷外侧片体4的尾部铰接相连。
当五片体展开时，所述的左舷内侧片体2和右舷内侧片体3，其尾部铰接处通过V型尾插销锁定机构11锁定。
当五片体合拢时，所述的左舷外侧片体1、右舷外侧片体4的头部分别与首部片体5的外侧接触相连，并且通过船身沿船长布置的轴向锁紧机构18锁定。
所述五个片体之间采用铰接机构连接。以往首部铰接机构和尾部铰接机构是基于江海通航顶推船使用的两销式铰接机构，在此基础上本发明考虑到该部位疲劳强度要求等重新设计，改善使用材料，制造工艺得到。首部铰接机构12和尾部铰接机构13均由首尾铰接机构的左侧铰接件14、首尾铰接机构的右侧铰接件15和首尾铰接机构的铰销16组成，结构相同，但首尾铰接尺寸不同，其结构如图6-图8所示，所述铰接机构可以采用以下工艺制成：将40Cr合金钢经过840℃油淬之后，再经过500℃回火油冷处理60min得到。
所述左舷内侧片体1、右舷内侧片体3和首部片体5，其头端分别布置有首部全回转吊舱推进器9，其尾端分别布置有带导管的尾部全回转吊舱推进器10；所述左舷外侧片体2、右舷外侧片体4，其头端分别布置有带导管的船首侧向推进器8，其尾端分别布置有带导管的尾部全回转吊舱推进器10。
所述的船首侧向推进器8，采用日本KAWASAKI KT-B系列推进器。
所述的首部全回转吊舱推进器9，尾部全回转吊舱推进器10均采用ABA公司设计生产的Compact Azipod型推进器，但单机功率不同，首部吊舱推进器9单机功率为2200KW，而尾部全回转吊舱推进器10单机功率为3200KW，提供马力较首部大。
本发明船体的船尾采用双V型尾设计，船舶展开时，如图12、图13所示，左舷外侧片体1、左舷内侧片体2、右舷内侧片体3、右舷外侧片体4的尾部贴合接触，这使它们的尾部铰接机构13线接触转为V型尾两侧板面接触，缓解尾部应力集中，改善铰接机构受力情况，提高其可靠性并延长使用寿命。
在左舷外侧片体1、左舷内侧片体2与右舷内侧片体3、右舷外侧片体4的尾部两侧，设置有V型尾插销锁定机构11，其为圆孔插销式锁紧机构(图3)。使得当左舷外侧片体1、右舷外侧片体4分别绕尾部铰接机构13旋转角度α1(α1＝60°)时，V型尾两侧板相贴合，此时圆孔插销式锁紧机构的内插销弹出，对该锁紧机构扣合两部分完成锁定，固定左舷外侧片体与左舷内侧片体以及右舷内侧片体和右舷外侧片体位置，使得张角α1不再变化。
所述的左舷内侧片体2、右舷内侧片体3与首部片体5，它们之间由弧形滑轨17相连。以船体左半部分为例，所述弧形滑轨17的一端与左舷内侧片体2的侧板22相连，该滑轨弧长对应角度为θ＝30°，滑轨另一端设置圆孔插销锁定机构21，弧形滑轨17的具体结构尺寸见图9-图11，该尺寸也可以依据实际情况而定。当左舷内侧片体2、右舷内侧片体3分别绕首部铰接12旋转α2(α2＝30°)时，弧形滑轨末端与首部片体5的侧板23上的凹槽24相贴合，此时圆孔插销锁定机构21内的柱型插销25弹出，将弧形滑轨17与首部片体5的侧板23上的凹槽24扣合，保证左舷内侧片体2、右舷内侧片体3与首部片体5位置固定，其夹角α2不再变化，此时夹角α2＝30°。
所述五个片体的接触面沿船长方向布置有4个抗剪切的轴向锁紧机构18，使得合拢航行状态下各片体位置相互锁定无滑移，并辅以船身之间的相关锁扣点，使得片体无需展开时形成相互约束，固定位置。
所述的轴向锁紧机构18，是基于工程常用的光轴快速锁紧装置，放大尺寸得到的。
在左舷内侧片体2与右舷内侧片体3，以及左舷外侧片体1与右舷外侧片体4的首部铰接机构12处前方两侧布置有动态斜面式主吸油机20；在舷侧沿船体的长方向布置有舷侧辅助吸油机吸油孔19，布置位置见图12-图13。
所述的动态斜面式主吸油机20，采用DXS30动态斜面收油机，由一个撇油器、一个动力站、两条导流围油栏及一个撑杆/拖头组件、液压软管组和一根输液软管组成。此外，收油机作业时还需要一个液压吊车、临时储油设施和拖绳等。
当原油泄漏事故发生，本发明船舶5个片体呈合拢状态以15knt航速快速到达事故海域，在平静海况(有义波高Hs＜1.25m)条件下进行低浓度油层26的溢油回收作业时五个片体展开成W型(图12)，片体之间夹角为α1(α1＝60°),在艏部形成一个扇形区域，其扫油宽度达到120m。在中级海况(有义波高1.25m＜Hs＜2.5m)条件下进行溢油回收作业时，船舶展开为三叉型(图13)，左舷外侧片体1、左舷内侧片体2与右舷内侧片体3、右舷外侧片体4之间夹角为α1(α1＝60°)，当船舶向前行驶时，油污会在船尾区域累积，使得油膜厚度增加，油水浓度提高，布置在舷侧的舷侧辅助吸油孔19将低浓度油层26和中浓度油层27的浮油吸入船体，船舶尾部的动态斜面式主吸油机20将高浓度油层28的浮油吸入船体。各海况对应航行状态见图14。
在船体上，装有船载雷达6、传感器7(风速仪，差分GPS，垂直参照等元件)。
所述船体的主尺度见表1，其他参数见表2。
本发明提供的可折叠式W型吸油船，其工作过程如下：
1.平静海况作业(W型展开)：
(1)船舶片体连接处设计有首部铰接机构12，船舶准备展开时，船舶降低航速，左舷外侧片体1、右舷外侧片体4舷侧沿船体的长方向布置的轴向锁紧机构18及船身相关锁扣机构解除锁定；
(2)左舷外侧片体1、右舷外侧片体4上的船首侧向推进器8开始工作，此时叶轮转速由慢到快，缓慢增大，避免船首侧向推进器8产生的水流冲击中间片体(左舷内侧片体2、右舷内侧片体3)船壳造成的影响，所述水流冲击包括对船体产生横向推力N，以及绕尾部铰接装置旋转的力矩M，使左舷外侧片体1、右舷外侧片体4分别绕尾部铰接机构13旋转。
(3)参见图15，当左舷外侧片体1、右舷外侧片体4的片体转到最大张开角度α1(α1＝60°)时，片体V型尾部两侧板相贴合。此时V型尾处插销锁定机构11锁定，使得左舷外侧片体1、左舷内侧片体2与右舷内侧片体3、右舷外侧片体4所成角度α1(α1＝60°)夹角不变。
(4)参见图15，船尾布置的两个尾部全回转吊舱推进器10调整推进角度，使得推进方向与推进器所在片体船长方向所成角度为β(β＝90°)，分别产生垂直于左舷内侧片体2、右舷内侧片体3的推力N以及绕首部铰接机构12的旋转力矩M，使左舷内侧片体2、右舷内侧片体3绕首部铰接机构12旋转。
(5)参见图15，左舷内侧片体2、右舷内侧片体3分别绕首部铰接机构12旋转α2(α2＝30°)时，使得左舷内侧片体2、右舷内侧片体3之间张角为α3(α3＝60°)，左舷内侧片体2、右舷内侧片体3与首部片体连接的弧形滑轨17末端的圆孔插销锁定机构21进行锁定，使得左舷内侧片体2、右舷内侧片体3与首部片体5形成相互固定约束，固定位置。
(6)通过调整左舷内侧片体2、右舷内侧片体3的尾部全回转吊舱推进器10的推力N方向后，船体呈W型向前航行，海上浮油随着垂直于流向方向截面积减小而油污堆积高度增加，油水浓度增加，由布置于船体尾部的动态斜面式主吸油机20以及布置于船体侧部的舷侧辅助吸油机吸油孔19完成吸油作业。
(7)吸油作业完成，各片体合拢与展开方式逆向同理，展开合拢过程示意图见附图9。
2.中等海况作业(三叉型展开)：
各片体展开合拢过程，同上述平静海况作业中的步骤(1)-(3)和步骤(6)-(7)。
表1本发明船体主尺度参数表
表2本发明相关参数表

Claims (10)

1.可折叠式W型吸油船，其特征是一种基于双V型开体船的由五片体组成可折叠展开呈W型的新型吸油船，该船体主要由首部片体(5)，与船中纵剖面对称分布的左舷外侧片体(1)、左舷内侧片体(2)、右舷内侧片体(3)和右舷外侧片体(4)组成；所述五片体之间采用铰接机构连接。
2.根据权利要求1所述的可折叠式W型吸油船，其特征在于所述的左舷内侧片体(2)、右舷内侧片体(3)和首部片体(5)，其头端分别布置有首部全回转吊舱推进器(9)，其尾端分别布置有带导管的尾部全回转吊舱推进器(10)；所述的左舷外侧片体(2)、右舷外侧片体(4)，其头端分别布置有带导管的船首侧向推进器(8)，其尾端分别布置有带导管的尾部全回转吊舱推进器(10)；在左舷内侧片体(2)与右舷内侧片体(3)，以及左舷外侧片体(1)与右舷外侧片体(4)铰接处的前方两侧布置有动态斜面式主吸油机(20)；在舷侧沿船体的长方向布置有舷侧辅助机吸油孔(19)。
3.根据权利要求2所述的可折叠式W型吸油船，其特征在于：通过船首侧向推进器(8)和尾部全回转吊舱推进器(10)的推开作用，使五片体展开形成W型的船体；反之，通过所述推进器的缩回作用，使五片体合拢形成整体船体。
4.根据权利要求3所述的可折叠式W型吸油船，其特征在于当五片体展开时，所述的左舷内侧片体(2)和右舷内侧片体(3)的尾部铰接处通过V型尾插销锁定机构(11)锁定；当五片体合拢时，所述的左舷外侧片体(1)、右舷外侧片体(4)的头部分别与首部片体(5)的外侧接触相连，并且通过船身沿船长布置的轴向锁紧装置(18)锁定。
5.根据权利要求4所述的可折叠式W型吸油船，其特征在于所述的V型尾插销锁定机构(11)，其为圆孔插销式锁紧机构,使得当左舷外侧片体(1)、右舷外侧片体(4)分别绕其尾部两侧的尾部铰接机构(13)旋转角度α1为60°时，左舷内侧片体(2)、右舷内侧片体(3)的两侧板相贴合，此时圆孔插销式锁紧机构的内插销弹出，对该锁紧机构扣合两部分完成锁定，固定左舷外侧片体(1)与左舷内侧片体(2)、右舷内侧片体(3)和右舷外侧片体(4)位置，使得它们的张角α1的角度不变。
6.根据权利要求1所述的可折叠式W型吸油船，其特征在于所述的左舷内侧片体(2)和右舷内侧片体(3)，其头部的内端通过弧形滑轨机构(17)与首部片体(5)的尾部的中部相连，其头部的外端通过首部铰接机构(12)与首部片体(5)的尾部的两侧铰接；其尾部通过尾部铰接机构(13)分别与左舷外侧片体(1)、右舷外侧片体(4)的尾部铰接相连。
7.根据权利要求6所述的可折叠式W型吸油船，其特征在于所述的左舷内侧片体(2)和右舷内侧片体(3)，其与首部片体(5)位置的固定是通过布置在弧形滑轨(17)上的圆孔插销锁定机构(21)实现的，当左舷内侧片体(2)、右舷内侧片体(3)分别绕首部铰接(12)旋转α2＝30°时，弧形滑轨末端与首部片体(5)的侧板上的凹槽(24)相贴合，此时圆孔插销锁定机构(21)内的柱型插销(25)弹出，将弧形滑轨(17)与首部片体船体板上对应的凹槽(24)扣合，保证左舷内侧片体(2)、右舷内侧片体(3)与首部片体(5)位置固定，此时夹角α2的角度不变。
8.根据权利要求1所述的可折叠式W型吸油船，其特征在于所述的首部铰接机构(12)和尾部铰接机构(13)，均由左侧铰接件(14)、右侧铰接件(15)和铰销(16)组成，结构相同，但首尾铰接尺寸不同。
9.根据权利要求8所述的可折叠式W型吸油船，其特征在于所述的首部铰接机构(12)和尾部铰接机构(13)，均采用以下工艺制成：将40Cr合金钢经过840℃油淬之后，再经过500℃回火油冷处理60min得到。
10.根据权利要求1所述的可折叠式W型吸油船，其特征在于所述的船体的船尾采用双V型尾设计，船舶展开时，左舷外侧片体(1)、左舷内侧片体(2)、右舷内侧片体(3)、右舷外侧片体(4)的尾部贴合接触，这使它们的尾部铰接机构(13)线接触转为V型尾两侧板面接触，缓解尾部应力集中，改善铰接机构受力情况，提高其可靠性并延长使用寿命。
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