CN106628027A - 绿色节能尾破冰型三用拖船 - Google Patents

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CN106628027A CN201710056032.7A CN201710056032A CN106628027A CN 106628027 A CN106628027 A CN 106628027A CN 201710056032 A CN201710056032 A CN 201710056032A CN 106628027 A CN106628027 A CN 106628027A
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张小芳
王平阳
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Abstract

本发明提供一种绿色节能尾破冰型三用拖船，包括拖船船体和安装在拖船船体上的推进器，所述拖船船体的船尾设破冰部，所述破冰部用于与冰层相抵靠、并破除冰层；推进器可带动拖船船体向船尾方向行驶，且推进器安装在拖船船体的船尾；推进器为全回转对转桨推进器，拖船船体的船首设有球鼻艏。在水面结冰情况下，可利用推进器带动拖船船体向船尾方向行驶，并利用破冰部将冰层破开，从而使本发明可作为破冰船使用；而在水面无结冰情况下，可利用推进器带动拖船船体向船首方向行驶，且球鼻艏和对转桨均有明显节能效果，有效降低了能耗，使得本发明又能作为正常拖船使用，从而大大提高了本发明的使用率、并降低了使用成本。

Description

绿色节能尾破冰型三用拖船
技术领域
本发明涉及船舶制造技术领域，特别是涉及一种绿色节能尾破冰型三用拖船。
背景技术
近年来极端天气频发，例如，我国黄渤海海区在冬季时大面积结冰情况时有发生，而且冰层厚度有时达到0.4～0.6米，严重威胁普通货船、以及海上平台等的行驶安全。为开辟和维护港口航道，以及为钻井平台推开、破开移动浮冰，需要建造和使用具有较强破冰能力的三用拖船。
当前所有普通破冰拖船主要采用传统的剪刀型船首破冰、以及正车推进模式。其船首设计成中纵剖线和水线夹角较小的勺子形状，以在螺旋桨正车推进推动下爬上冰层并压碎冰层。这一传统剪刀船首破冰拖船船型，存在如下四个缺点：
1、由于不能使用节能的球鼻首船形，使得其在春夏秋等无冰季节航行使用时，阻力较大，能耗也大；这一明显缺点使得船东建造破冰拖船的积极性不高；
2、船首水线下侧面积削掉很多，造成布置困难和浮力缺失；
3、碰到雪堆和冰堆时，无法有效破除；即破冰能力较差；
4、正向推进式破冰效率较差、作业方式单一，耗费主机功率大。
在现有技术中，具有破冰功能的剪刀形船首在无冰季节航行时附加能耗很大，而节能效果好的球鼻首又不能用于破冰。
同时，由于普通剪刀形船首破冰拖船存在上述四个缺点，特别是第一点和第二点，使得剪刀形船首破冰拖船在春夏秋三个无冰季节竞争力差，使得船东不愿意建造此种破冰拖船。从而导致破冰拖船短缺、并造成我国为维护黄渤海冬季航运安全所需的破冰拖船不足；同时也不能满足我国航运、海上平台向广阔冰冻海区如白令海峡附近海区拓展的需要。
因此市场急需一种避免以上四个缺点的新的破冰拖船，新船型应能够保持普通拖船的所有作业能力；即节能，在无冰季节正常营运盈利；同时在结冰季节能够提供较强的破冰服务，获得比普通拖船高出较多的破冰服务收费回报；从而达到市场和船东双赢的结果。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种破冰能力较强的绿色节能尾破冰型三用拖船。
为实现上述目的，本发明提供一种绿色节能尾破冰型三用拖船，包括拖船船体和安装在拖船船体上的推进器，所述拖船船体的船尾设破冰部，所述破冰部用于与冰层相抵靠、并破除冰层；所述推进器可带动拖船船体向船尾方向行驶，且所述推进器安装在拖船船体的船尾。
进一步地，所述推进器为全回转推进器。
进一步地，所述推进器为全回转螺旋桨。
进一步地，所述拖船船体的船首设有球鼻艏。
进一步地，所述推进器为对转螺旋桨，所述推进器包括两组旋向相反、且位置相对应的桨叶。
进一步地，所述推进器的桨叶材质为不锈钢。
进一步地，所述推进器通过传动机构与动力装置相连接，所述动力装置安装在拖船船体内部。
进一步地，所述推进器有多个；至少一个推进器通过传动机构与主动力装置相连接；至少一个推进器通过传动机构与辅助动力装置相连接；所述主动力装置和辅助动力装置分别采用不同的能源。
进一步地，所述主动力装置为柴油机；所述辅助动力装置为电机。
进一步地，所述破冰部由中心向两侧呈张开结构。
进一步地，所述破冰部的中纵剖线L与水面的夹角α≤45°。
进一步地，所述破冰部的中纵剖线L由上至下与水面的夹角逐渐减小。
进一步地，所述推进器位于水面下方2.5m～4m处。
如上所述，本发明涉及的绿色节能尾破冰型三用拖船，具有以下有益效果：
本发明绿色节能尾破冰型三用拖船，使用时可根据需要，比如在水面结冰的情况下，利用推进器带动拖船船体向船尾方向行驶，即以船尾作为前进端，并利用船尾的破冰部与冰层相抵靠，从而将冰层破除，使得本发明中绿色节能尾破冰型三用拖船具有破冰能力。同时，本发明中推进器安装在拖船船体的船尾，即推进器与破冰部位于拖船船体的同一端，这样，在利用船尾的破冰部进行破冰过程中，推进器产生的强大水流会将已被破开的冰块快速推走，避免已破开的冰块在破冰部处堆积、并对拖船船体造成阻碍，从而保证本发明破冰效率更高，破冰效果更好。另外，推进器在船尾产生的向船首的水流，又能在冰层与拖船船体间产生润滑效果，减少两者间的摩擦阻力，进而提高本发明的破冰效率。
附图说明
图1为本发明中绿色节能尾破冰型三用拖船的结构示意图。
图2为图1的左视图。
图3为本发明中绿色节能尾破冰型三用拖船的船尾结构示意图。
图4为图3中A圈放大图。
图5为图3的左视图。
图6为本发明中绿色节能尾破冰型三用拖船的内部结构示意图。
图7为本发明中推进器的结构示意图。
图8为图7的左视图。
元件标号说明
1 拖船船体
11 破冰部
111 第一破冰部
112 第二破冰部
113 第三破冰部
12 球鼻艏
13 尾滚筒
14 起吊设备
15 小艇
2 推进器
21 桨叶
22 主推进器
23 辅助推进器
24 对转齿轮减速箱
25 水下全回转体
3 传动机构
31 传动轴
32 齿轮组件
33 外壳
4 动力装置
41 主动力装置
5 艏侧推
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1至图6所示，本发明提供一种绿色节能尾破冰型三用拖船，包括拖船船体1和安装在拖船船体1上的推进器2；其拖船船体1的船尾设破冰部11，该破冰部11用于与冰层相抵靠、并破除冰层；推进器2可带动拖船船体1向船尾方向行驶，且推进器2安装在拖船船体1的船尾。本发明绿色节能尾破冰型三用拖船，使用时可根据需要，比如在水面结冰的情况下，利用推进器2带动拖船船体1向船尾方向行驶，即以船尾作为前进端，并利用船尾的破冰部11与冰层相抵靠，从而将冰层破除，使得本发明中绿色节能尾破冰型三用拖船具有破冰能力。同时，本发明中推进器2安装在拖船船体1的船尾，即推进器2与破冰部11位于拖船船体1的同一端，这样，在利用船尾的破冰部11进行破冰过程中，被破开的冰块会随推进器2产生的强大水流快速流走，避免已破开的冰块在破冰部11处堆积、并对拖船船体1造成阻碍，从而保证本发明破冰效率更高，破冰效果更好。另外，推进器2在船尾产生的水流，又能在冰层与拖船船体1之间产生润滑效果，减少两者间的摩擦阻力，进而便于将冰层破开，提高实际破冰能力。
如图2和图5所示，本实施例中破冰部11由中心向两侧呈张开结构；从而保证本发明利用破冰部11与冰层相抵靠、并在推进器2的推动作用下，能顺利将冰层破开。本实施例中破冰部11邻近水面设置，能有效将位于水面上下的冰层破除。
在破冰过程中，破冰部11的上端会先与冰层相抵靠；随着拖船船体1继续沿破冰方向行驶，以及冰层的阻力作用，破冰部11将会相对于冰层有向上滑动，整个拖船船体1在推进器2推动、及自身重力作用下，将会通过破冰部11给冰层施加向下的压力，并将冰层破开。为保证破冰部11能给冰层施加较大的压力，如图4所示，本发明中破冰部11的中纵剖线L与水面的夹角α较小，且在本实施例中破冰部11的中纵剖线L与水面的夹角α≤45°。本实施例中破冰部11的中纵剖线L与水面的夹角α较小，在推进器2的推动作用下，拖船船体1更容易爬上冰层，即相对于冰层向上滑动；进而，根据力学原理，整个拖船船体1在推进器2推动、及自身重力作用下，破冰部11将给冰层施加更大的压力，从而保证本发明的破冰能力更强。
为将冰层压成均匀的小碎块，如图2至图5所示，本发明中破冰部11呈勺子形，即破冰部11的中纵剖线L由上至下与水面的夹角α逐渐减小。即破冰部11上端处的中纵剖线L与水面的夹角较大，以保证破冰部11能顺利与冰层相抵靠。而破冰部11向下位置的中纵剖线L与水面的夹角逐渐减小，以保证拖船船体1爬上冰层后，拖船船体1能给冰层施加较大的压力，并具有较强的破冰能力、及破冰效率。
如图3和图4所示，本实施例中破冰部11的中纵剖线L呈平滑曲线。本申请中所述破冰部11的中纵剖线L与水面的夹角α是指破冰部11的中纵剖线L相应处的切线与水面的夹角。如图4所示，本实施例中的破冰部11包括由上至下分布的第一破冰部111、第二破冰部112、以及第三破冰部113，其中第一破冰部111处的中纵剖线L与水面的夹角α1＝45°；第二破冰部112处的中纵剖线L与水面的夹角α2＝34°；第三破冰部113处的中纵剖线L与水面的夹角α3＝25°。本发明破冰部11的中纵剖线L采用上述结构设计，使其在破冰过程中更容易爬上冰层，即相对冰层向上滑动，从而给冰层施加更大的压力，以增强其破冰能力。
同时，本发明中推进器2为全回转推进器，即本申请中推进器2可带动拖船船体1在360度范围任一方向行驶，包括向前和向后行驶。这样，在正常情况下，比如春夏秋三个季节中，水面并无结冰情况下，推进器2带动拖船船体1向船首方向，即仍以船首作为前进端行驶，从而保证本发明中绿色节能尾破冰型三用拖船在春夏秋季节中正常的使用。而在水面结冰的情况下，比如冬季中，推进器2转动180°，推进器2产生向船尾的推动力，从而带动拖船船体1向船尾方向，即以船尾作为前进端行驶，并利用船尾的破冰部11将冰层破除。本发明利用全回转推进器实现拖船船体1向船首或船尾方向行驶，既保持拖船原有的功能，且通过在船尾设置破冰部11使其具有破冰能力。同时，由于本发明中破冰部11设置在船尾，由于现有技术中拖船船尾与具有破冰能力的破冰部11结构较为接近，因此，在现有技术中的拖船船尾上设置破冰部11时，其设计、及改造工作量较小，便于利用现有技术中的拖船进行建造，节约了建造成本。在破冰过程中，可通过改变全回转推进器的转动角度，以产生高效的尾向及左右方向的拉力，从而控制拖船船体1的行驶路线，使得本发明破冰作业方式更多，效率更高，更安全。比如本发明中拖船船体1可Z字形方式拓宽航道，使得破出的航道比船体自身宽度更宽，减少冰层对拖船船体1产生的摩擦力，使得本发明在较厚冰层也可进退自如。
如图1所示，本发明中拖船船体1的船首设有球鼻艏12。这样，在正常行驶时，即仍以具有球鼻艏12的船首作为前进端时，利用该球鼻艏12能有效消除波浪，保证本发明快速、平稳行驶，从而起到节能的效果。且经实际实验论证，利用该球鼻艏12能有效节能5％以上，节能效果显著。同时，本发明中创新地使用对转桨，该对转桨型和单桨型相比可节能3％到10％，也有明显的节能效果。本发明有效解决了现有技术中的剪刀型破冰船，因其只能以呈剪刀型的船首行驶；同时，又因船首受其破冰部结构限制、即破冰部呈剪刀型，而无法设置球鼻艏12，从而导致其在无冰季节使用成本较高的缺陷。
这样，本发明中绿色节能尾破冰型三用拖船，在水面结冰情况下，可利用推进器2带动拖船船体1向船尾方向行驶，并利用破冰部11与冰层的抵靠作用将冰层破开，从而使本发明可作为破冰船使用；而在水面无结冰情况下，比如春夏秋季节中，可利用推进器2带动拖船船体1向船首方向行驶，且本发明中船首设有球鼻艏12，有效降低了能耗，本发明中的对转桨也有明显的节能效果，全船总体节能效果显著。使得本发明也能作为节能型三用拖船正常使用，从而大大提高了本发明的使用率、并降低使用成本，便于本发明普及使用。
在实际海冰形成过程中，会因大冰层间相互挤压、以及冰雪容易被吹动，而形成由碎冰和雪堆积而成的间隔分布绵延很长的冰脊。此种冰脊伸出水面较高、且浸入水下较深，传统的破冰船仅利用其剪刀型的船首难以破除此种冰脊，特别是浸入水下的较深的部分。为此，如图1至图3所示，本实施例推进器2为全回转螺旋桨。在利用该全回转螺旋桨推动拖船船体1以船尾作为前进端进行破冰时，其船尾的破冰部11能有效将邻近水面的冰脊破除；同时，位于破冰部11下方、且浸入水中的全回转螺旋桨的桨叶21能有效将浸入水下较深的冰脊打碎、即产生削冰效果，再利用桨叶21产生的水流将碎冰推走，从而保证本发明破冰能力更强，破冰效率更高。本发明能有效破除碎冰堆、雪堆混合形成的冰脊等。
同时，如图1所示，本实施例中推进器2位于水面下方2.5m～4m处，即桨叶21上端距离水面2.5m～4m，此种距离设置不仅保证推进器2产生的强大水流能有效将已破除的冰块推走，且桨叶21能有效将浸入水下较深、甚至是浸入水下2.5m～4m的冰脊打碎，进而保证本发明的破冰能力更强。另外，通常较硬的大冰块漂浮在邻近水面处，此种距离设置还能有效避免桨叶21与邻近水面的较硬的大冰块直接接触而被损坏，从而保证本发明的使用寿命更长。
如图1和图3所示，本发明中推进器2为对转螺旋桨，即推进器2包括两组旋向相反、且位置相对应的桨叶21。该对转螺旋桨的设计，能有效提高推进器2的推进能力，并能有效节能5％－10％。同时，由于本发明推进器2采用对转螺旋桨设计，使得本发明在满足所需推力的情况下，其对转螺旋桨的桨叶21直径较小。这样，在保证对转螺旋桨的下端与拖船船体1的下端基本齐平的情况下，本发明中对转螺旋桨的上端与水面距离较大，从而保证本发明推进器2能浸入水下2.5m～4m处。另外，对转螺旋桨还可有效提高其削冰能力、削冰效率，进一步提高本发明的破冰效率。
同时，本发明推进器2的桨叶21材质为不锈钢。另外，本发明对桨叶21也进行了加厚处理。不锈钢桨叶比常用青铜材质桨叶硬度和强度高出很多。这样，加厚不锈钢桨叶21具备持续运转将小冰块、雪堆打碎的能力，而普通货船的青铜桨叶短暂撞击冰块就会破坏造成停船，从而保证本发明的使用有效，寿命更长。
如图1和图6所示，本发明中推进器2通过传动机构3与动力装置4相连接，且动力装置4安装在拖船船体1内部。本发明中动力装置4安装在拖船船体1内部，便于对动力装置4进行控制、以及维护等。本实施例中传动机构3包括传动轴31及齿轮组件32，其中齿轮组件32部分位于拖船船体1内、部分位于拖船船体1外。本申请中的全齿轮传动提高了可靠性，并降低了造价。如图7和图8所示，齿轮组件32外部设有与拖船船体1固接的外壳33。另外，本实施例中推进器2还包括位于两组桨叶21之间的对转齿轮减速箱24、以及与对转齿轮减速箱24相连接的水下全回转体25。
如图1至图3、及图5所示，本发明中推进器2有多个，利用多个推进器2能有效增强对拖船船体1的推进能力。其中，至少一个推进器2通过传动机构3与主动力装置41相连接；至少一个推进器2通过传动机构3与辅助动力装置相连接；且主动力装置41和辅助动力装置分别采用不同的能源，即本发明采用混合动力。使用时可根据需行驶情况调整相应的动力装置4，从而保证本发明具有更好的节能效果。同时，本实施例中主动力装置41为柴油机；辅助动力装置为电机。
如图2和图5所示，本实施例中推进器2有3个；其中，1个推进器2为主推进器22、且位于船尾下端的中部，该主推进器22与主动力装置41相连接，另外两个推进器2为辅助推进器23、且分别位于船尾下端的两侧，两个辅助推进器23分别与两个辅助动力装置相连接。在使用时，可分别控制上述3个推进器2的角度，以分别给拖船船体1提供相应的推动力，从而使本发明的操控性更好。
如图1所示，本实施例中船首两侧安装有两个艏侧推5，以增强本发明整体推动能力、及定位能力。同时，由于本发明船首采用节能型大球鼻艏12设计，在以船首作为前进端航行时，不仅具有良好的消波效果，以及节能效果；同时，其船首水线下的拖船船体1饱满，即内部空间较大，便于上述艏侧推5的布置，且此种结构使得其船首浮力足、浮态好，增加了安全性。而传统船首破冰船，为获得具有压冰作用的中纵剖线L，要削去球鼻艏12及大块水下浮体积，造成艏侧推5等设备布置困难，首部浮力损失大，船舶整体浮态配平困难，带来一定危险性。
另外，本发明中拖船船体1内部在对应于破冰部11处设有加强结构，以增强船尾的强度，保证本发明使用寿命更长。本实施例中加强结构包括多块沿横向间隔分布的加强钢板，间隔距离为600mm，加强钢板的高度为1000mm左右。尾部破冰加强结构可在原有船体结构上适度增加构件尺寸和布置形成，和在船首设置破冰加强结构相比，增加的钢材用量和施工量小很多，这也是本发明的优势之一。
本发明绿色节能尾破冰型三用拖船，即一种新型船舶，其船首采用上述球鼻艏12设计，而其船尾设在破冰部11；同时利用节能型对转桨全回转推进器的推进方向可改变的特点，使得其在正常季节中能作为拖船正常使用；而在水面结冰的情况下，又可作为破冰船使用。且本发明整体破冰能较常规的剪刀型破冰船具有明显的优势。本发明中球鼻型船首与剪刀型船首相比，水线下面积和浮力增加很多，可以方便地布置各种设备。本发明在载货量、多功能设备布置、浮力储备和安全性等方面和现有剪刀首破冰拖船相比有明显优势。
本实例中两个艏侧推5的功率均选用600KW；主动力装置41的功率选用2720KW；两个辅助动力装置的功率均选用1000KW。由于本发明3个推进器2为全回转推进器，可结合两个艏侧推5提供定位动力，从而使得本发明的定位能力比普通拖船高出很多，获得更高定位能力标记，在市场上更易承揽业务获得更高收费。同时由于全部推力均为全回转全向可控，破冰作业更灵活，在冰层较薄时，可以直接斜向开进，一次开出大于本船船宽很多的航道。在冰层较厚时，可以采用全功率连续压冰方式开进，持续低速破冰。
如图1和图3所示，本船保持了普通三用拖船的布置和各种功能。本实施例中拖船船体1上安装有尾滚筒13。拖船船体1中部上端安装有起吊设备14。如图2所示，拖船船体1的一侧吊装有小艇15。
综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (13)

1.一种绿色节能尾破冰型三用拖船，包括拖船船体(1)和安装在拖船船体(1)上的推进器(2)，其特征在于：所述拖船船体(1)的船尾设破冰部(11)，所述破冰部(11)用于与冰层相抵靠、并破除冰层；所述推进器(2)可带动拖船船体(1)向船尾方向行驶，且所述推进器(2)安装在拖船船体(1)的船尾。
2.根据权利要求1所述绿色节能尾破冰型三用拖船，其特征在于：所述推进器(2)为全回转推进器。
3.根据权利要求1或2所述绿色节能尾破冰型三用拖船，其特征在于：所述推进器(2)为全回转螺旋桨。
4.根据权利要求1所述绿色节能尾破冰型三用拖船，其特征在于：所述拖船船体(1)的船首设有球鼻艏(12)。
5.根据权利要求1所述绿色节能尾破冰型三用拖船，其特征在于：所述推进器(2)为对转螺旋桨，所述推进器(2)包括两组旋向相反、且位置相对应的桨叶(21)。
6.根据权利要求1所述绿色节能尾破冰型三用拖船，其特征在于：所述推进器(2)的桨叶(21)材质为不锈钢。
7.根据权利要求1所述绿色节能尾破冰型三用拖船，其特征在于：所述推进器(2)通过传动机构(3)与动力装置(4)相连接，所述动力装置(4)安装在拖船船体(1)内部。
8.根据权利要求1或7所述绿色节能尾破冰型三用拖船，其特征在于：所述推进器(2)有多个；至少一个推进器(2)通过传动机构(3)与主动力装置(41)相连接；至少一个推进器(2)通过传动机构(3)与辅助动力装置相连接；所述主动力装置(41)和辅助动力装置分别采用不同的能源。
9.根据权利要求8所述绿色节能尾破冰型三用拖船，其特征在于：所述主动力装置(41)为柴油机；所述辅助动力装置为电机。
10.根据权利要求1所述绿色节能尾破冰型三用拖船，其特征在于：所述破冰部(11)由中心向两侧呈张开结构。
11.根据权利要求1所述绿色节能尾破冰型三用拖船，其特征在于：所述破冰部(11)的中纵剖线L与水面的夹角α≤45°。
12.根据权利要求1或11所述绿色节能尾破冰型三用拖船，其特征在于：所述破冰部(11)的中纵剖线L由上至下与水面的夹角逐渐减小。
13.根据权利要求1所述绿色节能尾破冰型三用拖船，其特征在于：所述推进器(2)位于水面下方2.5m～4m处。
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