CN108463404A - 用于浮筒结构的管状附件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于近海船舶的带锋利边缘的浮筒的管状附件、包括该管状附件的浮筒结构和将带锋利边缘的浮筒转换成包括至少一个倒圆边缘的浮筒的方法。
Description
技术领域
本发明涉及用于近海船舶的带锋利边缘的浮筒的管状附件、浮筒结构和将带锋利边缘的浮筒转换成包括至少一个倒圆边缘的浮筒的方法。特别地,本发明涉及管状附件、包括管状附件的浮筒结构和通过将管状附件附着于浮筒结构的边缘中的至少一个来将带锋利边缘的浮筒转换成包括至少一个倒圆边缘的浮筒的方法。
背景技术
一些传统的半潜式船舶具有含锋利边缘1和拐角2的浮筒(参见图1)。浮筒的锋利边缘或拐角将引起强烈的流动分离和逆流(较低压力)区域3。低压区域会显著增加航行中浮筒上的海流阻力。
图2中的阴影区域所指示的逆流4在浮筒结构的艏下将影响推进器的性能,这些推进器在旋转的同时会经历波动的来流。
因此,期望提供具有改进设计的浮筒结构,该浮筒结构试图应对传统浮筒结构中遇到的问题中的至少一些和/或至少寻求提供替代物。
发明内容
根据本发明,解决了本领域中的问题并且在本领域取得了进展。在本发明的一个方面,提供了一种用于近海船舶的带锋利边缘的浮筒的管状附件。该管状附件包括部分圆柱形主体,所述部分圆柱形主体具有环形侧壁、封闭的第一端和封闭的第二端,所述环形侧壁具有内表面和外表面。所述部分圆柱形主体在其整个长度上具有部分圆形或部分卵形的横截面。所述管状附件的所述环形侧壁形成翼型形状,所述翼型形状具有相对于所述带锋利边缘的浮筒的第一表面向外倾斜的第一边缘和相对于所述带锋利边缘的浮筒的第二表面向外倾斜的第二边缘,使得所述每年侧壁包围所述浮筒的锋利边缘以形成倒圆边缘。
根据本发明的实施方式,所述管状附件的长度足以包围所述浮筒的所述锋利边缘的整个长度的大约80%至100%。在另一个实施方式中,所述管状附件的长度足以包围所述浮筒的所述锋利边缘的整个长度和所述浮筒的两个角边缘。
根据本发明的实施方式,所述封闭的第一端是锥形的,锥形的窄部分背离所述封闭的第一端。根据本发明的实施方式,所述封闭的第二端是锥形的,锥形的窄部分背离所述封闭的第二端。
在本发明的第二方面,提供了一种用于近海船舶的浮筒结构。所述浮筒结构包括:细长的带锋利边缘的浮筒,所述细长的带锋利边缘的浮筒具有四个侧表面、艉端和艏端,所述细长的带锋利边缘的主体在其整个长度上具有四边形横截面;以及管状附件,所述管状附件附着于所述细长的带锋利边缘的浮筒的所述艏端的底边缘。该管状附件包括部分圆柱形主体,所述部分圆柱形主体具有环形侧壁、封闭的第一端和封闭的第二端,所述环形侧壁具有内表面和外表面。所述部分圆柱形主体在其整个长度上具有部分圆形或部分卵形的横截面。所述管状附件的所述环形侧壁形成翼型形状,所述翼型形状具有相对于所述带锋利边缘的浮筒的第一表面向外倾斜的第一边缘和相对于所述带锋利边缘的浮筒的第二表面向外倾斜的第二边缘,使得所述每年侧壁包围所述带锋利边缘的浮筒的所述艏端的底边缘以形成倒圆边缘。
根据本发明的实施方式,所述管状附件包围所述带锋利边缘的浮筒的所述艏端的所述底边缘和所述带锋利边缘的浮筒的所述艏端的两个角边缘。
在本发明的第三方面,提供了一种将近海船舶的带锋利边缘的浮筒转换成具有至少一个倒圆边缘的浮筒的方法,所述带锋利边缘的浮筒具有艉端、艏端和四个侧表面。该方法包括将本发明的所述管状附件附着于所述带锋利边缘的浮筒的所述艏端的底边缘,使得所述管状附件的每年侧壁包围所述带锋利边缘的浮筒的所述艏端的所述底边缘以形成倒圆边缘。
根据本发明的实施方式,该方法包括将本发明的管状附件附着于所述带锋利边缘的浮筒的所述艏端的所述底边缘,使得所述管状附件的所述每年侧壁包围所述带锋利边缘的浮筒的所述艏端的所述底边缘和所述带锋利边缘的浮筒的所述艏端的两个角边缘以形成倒圆边缘。
根据本发明的实施方式,通过焊接将所述管状附件附着于所述带锋利边缘的浮筒的所述艏端的所述底边缘。
附图说明
根据本发明的系统的以上优点和特征在下面的具体实施方式中有所描述并且在附图中示出:
图1例示了在浮筒底部具有锋利边缘的传统的带锋利边缘的浮筒。
图2是示出围绕图1的传统的带锋利边缘的浮筒的艏端底部处的边缘的流场的图像。
图3A至图3D例示了根据本发明的实施方式的附着于带锋利边缘的浮筒的边缘的管状附件的各种示例性配置。
图4示出了附着有如图3A中所示的实施方式的管状附件A的浮筒结构的立体图,以及示出了围绕图3A中示出的实施方式的浮筒结构的艏端底部处的倒圆边缘的流场的图像。该图像示出了逆流区域(4)因管状附件A附着于浮筒结构的锋利边缘而减小。
图5示出了附着有如图3C中所示的实施方式的管状附件B的浮筒结构的立体图,以及示出了围绕图3C中示出的实施方式的浮筒结构的艏端底部处的倒圆边缘的流场的图像。该图像示出了逆流区域(4)因管状附件B附着于浮筒结构的锋利边缘而减小。
图6示出了附着有如图3D中所示的实施方式的管状附件C的浮筒结构的立体图,以及示出了围绕图3D中示出的实施方式的浮筒结构的艏端底部处的倒圆边缘的流场的图像。该图像示出了逆流区域(4)因管状附件C附着于浮筒结构的锋利边缘而减小。
图7是附着有本发明的管状附件D的浮筒结构的另一个示例性实施方式的立体图。
图8是附着有本发明的另一个实施方式的管状附件E的浮筒结构的又一个示例性实施方式的立体图。
图9A示出了附着有本发明的另一个实施方式的管状附件F的浮筒结构的其他示例性实施方式的立体图。图9B示出了图9A的实施方式的俯视图。
图10示出了图7的实施方式的速度分布图的2D侧视图、逆流气泡的3D视图以及速度分布图的2D正视图。该图示出了推进器区域中没有观察到逆流。
图11示出了图8的实施方式的速度分布图的2D侧视图、逆流气泡的3D视图以及速度分布图的2D正视图。该图示出了推进器区域中没有观察到逆流。
图12示出了图9的实施方式的速度分布图的2D侧视图、逆流气泡的3D视图以及速度分布图的2D正视图。该图示出了推进器区域中没有观察到逆流。
具体实施方式
在下面的描述中,阐述了众多具体细节,以便对本发明的各种例示性实施方式提供全面的理解。然而,本领域的技术人员应该理解,可在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践本发明的实施方式。
本发明涉及用于近海船舶的锋利浮筒的管状附件、浮筒结构和将带锋利边缘的浮筒转换成包括至少一个倒圆边缘的浮筒的方法。特别地,本发明涉及管状附件、包括管状附件的浮筒结构和通过将管状附件附着于浮筒结构的边缘中的至少一个来将带锋利边缘的浮筒转换成包括至少一个倒圆边缘的浮筒的方法。
参照图4至图6,示出了用于近海船舶的带锋利边缘的浮筒的管状附件10。管状附件10包括部分圆柱形主体12,部分圆柱形主体12具有环形侧壁14以及封闭的第一端16和封闭的第二端18。环形侧壁14具有内表面和外表面。
提供了本发明的管状附件的各种实施方式。在本发明的一些实施方式中,部分圆柱形主体12在其整个长度上具有部分圆形(或C形)横截面。图3A和图3C至图3D示出了这种配置的一些示例性实施方式。在本发明的其他实施方式中,部分圆柱形主体12在其整个长度上具有部分卵形横截面(参见图3B)。
管状附件的环形侧壁14形成翼型形状,该翼型形状具有相对于带锋利边缘的浮筒的第一表面向外倾斜的第一边缘15和相对于带锋利边缘的浮筒的第二表面向外倾斜的第二边缘17,使得每年侧壁14包围浮筒的锋利边缘,从而在管状附件附着于浮筒结构时,形成倒圆边缘。在不脱离本发明的范围的情况下,环形侧壁14可以具有任何合适的厚度。
根据带锋利边缘的浮筒的边缘的长度,管状附件可具有任何合适的长度。在一个实施方式中,管状附件的长度足以覆盖其用于覆盖的浮筒的锋利边缘的整个长度的大约80%至100%。在另一个实施方式中,管状附件的长度足以包围浮筒的锋利边缘的整个长度和浮筒的两个角边缘。管状附件的直径可以根据要创建的倒圆边缘而变化。本发明的管状附件可由任何合适的材料制成,包括但不限于钢和不锈钢。
在一个实施方式中,管状附件的封闭的第一端16和封闭的第二端18是锥形的,其较窄部分背离其相应的封闭端。在其他实施方式中,封闭的第一端16和封闭的第二端18不是锥形的。
在另一个实施方式中,管状附件10还可包括从每年侧壁14的外表面延伸的一个或两个板,使得当管状附件10附着于浮筒结构20时,板19相对于浮筒结构20的底表面以一定角度倾斜。图5和图6示出了这种配置的示例性实施方式。
在本发明的第二方面,提供了包括本发明的管状附件的近海船舶的浮筒结构。浮筒结构20包括:细长的带锋利边缘的主体,其具有艉端、艏端和四个侧表面,细长的带锋利边缘的主体在其整个长度上具有四边形横截面;以及管状附件10,其附着于细长的带锋利边缘的主体的艏端的底边缘。管状附件是按照如上所述的管状附件。
在本发明的一个实施方式中,管状附件10的环形侧壁14被配置成使得其包围带锋利边缘的浮筒的艏端的底边缘。在另一个实施方式中,管状附件10的环形侧壁14包围带锋利边缘的浮筒的艏端的底边缘,其中,管状附件的封闭的第一端16延伸成包围带锋利边缘的浮筒的艏端的角边缘,封闭的第二端18延伸成包围带锋利边缘的浮筒的艏端的第二角边缘。在图9中示出了该配置的示例性实施方式。
如上所述,在一些实施方式中,管状附件的封闭的第一端(16)和封闭的第二端(18)可以是锥形的,其较窄部分背离其相应的封闭端。图9示出了具有该配置的管状附件的浮筒结构的示例性实施方式。在其他实施方式中,封闭的第一端(16)和封闭的第二端(18)不是锥形的。图7和图8示出了具有该配置的管状附件的浮筒结构的示例性实施方式。
本发明的浮筒结构还可包括第二管状附件,第二管状附件附着于带锋利边缘的浮筒的艉端的底边缘。在一个实施方式中,第二管状附件包围带锋利边缘的浮筒的艉端的底边缘,其中,第二管状附件的封闭的第一端延伸成包围带锋利边缘的浮筒的艉端的角边缘,封闭的第二端延伸成包围带锋利边缘的浮筒的艉端的第二角边缘。
在本发明的第三方面,提供了一种将近海船舶的带锋利边缘的浮筒转换成具有至少一个倒圆边缘的浮筒的方法。在本发明的一个示例性实施方式中,该方法包括将本发明的管状附件附着于带锋利边缘的浮筒的艏端的底边缘,使得管状附件的每年侧壁包围带锋利边缘的浮筒的艏端的底边缘以形成倒圆边缘。
在另一个实施方式中,该方法包括将本发明的管状附件附着于带锋利边缘的浮筒的艏端的底边缘,使得管状附件包围锋利边缘浮筒的艏端的底边缘和锋利边缘浮筒的艏端的两个角边缘,以形成倒圆边缘。
该方法还可包括将第二管状附件附着于带锋利边缘的浮筒的艉端的底边缘,使得管状附件包围带锋利边缘的浮筒的艉端的底边缘以形成倒圆边缘。在另一个实施方式中,该方法还可包括将本发明的管状附件附着于带锋利边缘的浮筒的艉端的底边缘,使得管状附件包围带锋利边缘的浮筒的艉端的底边缘和带锋利边缘的浮筒的艉端的两个角边缘以形成倒圆边缘。
可使用本领域已知的任何合适方法来将管状附件附着于带锋利边缘的浮筒的边缘中的任一个,这些方法包括但不限于焊接。在不脱离本发明的范围的情况下,管状附件可以附着于任何类型的带锋利边缘的浮筒结构上。
本发明的管状附件、浮筒结构和方法具有几个优点。本发明的管状附件有助于形成更多层流,由此减少浮筒结构的逆流(低压)。浮筒结构的该配置显著减小了前推进器周围的逆流区域,这进而通过减少推进器的螺旋桨所经历的波动,改善了推进器性能。
本发明的浮筒结构被配置成减小浮筒结构或船舶的总阻力。所获得的结果表明,通过向浮筒结构的底部处的锋利边缘中的至少一个(尤其是浮筒结构的艏端的底边缘)添加简单的附件,总阻力显著减小。通过在浮筒的艏添加简单的管状附件,能够将浮筒结构上的总阻力减小25%至45%(参见下表1)。
本发明的方法提供了一种简单且成本有效的解决方案,以便将传统浮筒结构或船舶(例如,半潜式船舶)在不改变浮筒结构或船舶的主要尺寸的情况下转换成相比于传统浮筒结构或船舶阻力相对低的浮筒结构或船舶,。
提供以下实例,以进一步例示和描述本发明的特定实施方式,决不被理解为将本发明限制于其中描述的特定程序、条件或实施方式。
实例
执行测试,以确定包括本发明的管状附件的浮筒结构的各种实施方式的阻力的减小。
在该实例中,根据图4至图9所示的布置,将管状附件附着于浮筒结构的艏端的底部处的边缘。以下表1中示出了针对本发明的各种示例性实施方式获得的结果。
表1
以上结果表明,由于去除了大的低压区域,导致通过在浮筒结构的艏端底部处的边缘添加管状附件,7节航行速度时的总阻力可显著减小超过25%。
图10、图11和图12各自分别示出了图7(附件D)、图8(附件E)和图9(附件F)中示出的实施方式的速度分布图的2D侧视图、逆流气泡的3D视图以及速度分布图的2D正视图。从图10至图12可以看出,在实施方式中的每个中,在推进器区域中没有观察到逆流。
以上是对被发明人视为本发明的主题的描述,认为其他人基于以上公开可以并且将设计包括本发明的替代系统。
Claims (15)
1.一种用于近海船舶的带锋利边缘的浮筒的管状附件,该管状附件包括:
部分圆柱形主体,所述部分圆柱形主体具有环形侧壁、封闭的第一端和封闭的第二端,所述环形侧壁具有内表面和外表面;
其中,所述部分圆柱形主体在其整个长度上具有部分圆形或部分卵形的横截面;并且
其中,所述环形侧壁形成翼型形状,所述翼型形状具有相对于带锋利边缘的浮筒的第一表面向外倾斜的第一边缘和相对于所述带锋利边缘的浮筒的第二表面向外倾斜的第二边缘,使得所述每年侧壁包围所述浮筒的锋利边缘以形成倒圆边缘。
2.根据权利要求1所述的管状附件,其中,所述管状附件的长度足以包围所述浮筒的所述锋利边缘的整个长度的大约80%至100%。
3.根据权利要求1所述的管状附件,其中,所述管状附件的长度足以包围所述浮筒的所述锋利边缘的整个长度和所述浮筒的两个角边缘。
4.根据权利要求1所述的管状附件,其中,所述封闭的第一端是锥形的,锥形的窄部分背离所述封闭的第一端。
5.根据权利要求4所述的管状附件,其中,所述封闭的第二端是锥形的,锥形的窄部分背离所述封闭的第二端。
6.根据权利要求1所述的管状附件,其中,所述管状附件由选自由钢和不锈钢组成的组的材料制成。
7.一种用于近海船舶的浮筒结构,该浮筒结构包括:
细长的带锋利边缘的浮筒,所述细长的带锋利边缘的浮筒具有艉端、艏端和四个侧表面,所述细长的带锋利边缘的主体在其整个长度上具有四边形的横截面;以及
管状附件,所述管状附件附着于所述细长的带锋利边缘的浮筒的所述艏端的底边缘,所述管状附件包括:
部分圆柱形主体,所述部分圆柱形主体具有环形侧壁、封闭的第一端和封闭的第二端,所述环形侧壁具有内表面和外表面;
其中,所述部分圆柱形主体在其整个长度上具有部分圆形或部分卵形的横截面;并且
其中,所述环形侧壁形成翼型形状,所述翼型形状具有相对于所述带锋利边缘的浮筒的第一表面向外倾斜的第一边缘和相对于所述带锋利边缘的浮筒的第二表面向外倾斜的第二边缘,使得所述每年侧壁包围所述带锋利边缘的浮筒的所述艏端的所述底边缘以形成倒圆边缘。
8.根据权利要求7所述的浮筒结构,其中,所述管状附件包围所述带锋利边缘的浮筒的所述艏端的所述底边缘和所述带锋利边缘的浮筒的所述艏端的两个角边缘。
9.根据权利要求8所述的浮筒结构,该浮筒结构还包括:
第二管状附件,所述第二管状附件附着于所述带锋利边缘的浮筒的所述艉端的底边缘。
10.根据权利要求9所述的浮筒结构,其中,所述第二管状附件包围所述带锋利边缘的浮筒的所述艉端的所述底边缘和所述带锋利边缘的浮筒的所述艉端的两个角边缘。
11.一种将近海船舶的带锋利边缘的浮筒转换成具有至少一个倒圆边缘的浮筒的方法,所述带锋利边缘的浮筒具有四个侧表面、艉端和艏端,该方法包括以下步骤:
将管状附件附着于所述带锋利边缘的浮筒的所述艏端的底边缘,所述管状附件包括:
部分圆柱形主体,所述部分圆柱形主体具有环形侧壁、封闭的第一端和封闭的第二端,所述环形侧壁具有内表面和外表面;
其中,所述部分圆柱形主体在其整个长度上具有部分圆形或部分卵形的横截面;并且
其中,所述环形侧壁形成翼型形状,所述翼型形状具有相对于所述带锋利边缘的浮筒的第一表面向外倾斜的第一边缘和相对于所述带锋利边缘的浮筒的第二表面向外倾斜的第二边缘,使得所述每年侧壁包围所述带锋利边缘的浮筒的所述艏端的所述底边缘以形成倒圆边缘。
12.根据权利要求11所述的方法,其中,所述管状附件包围所述带锋利边缘的浮筒的所述艏端的所述底边缘和所述带锋利边缘的浮筒的所述艏端的两个角边缘。
13.根据权利要求11或12所述的方法,其中,通过焊接将所述管状附件附着于所述带锋利边缘的浮筒的所述艏端的所述底边缘。
14.根据权利要求11所述的方法,该方法还包括:
将第二管状附件附着于所述带锋利边缘的浮筒的所述艉端的底边缘。
15.根据权利要求14所述的方法,其中,所述第二管状附件包围所述带锋利边缘的浮筒的所述艉端的所述底边缘和所述带锋利边缘的浮筒的所述艉端的两个角边缘。
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