CN108622308A - 内河及江海直达大型无压载水船型及绿色滚装船 - Google Patents

Abstract

一种内河及江海直达大型无压载水船型，船体型线指船体主甲板以下，所述船体型线由首部、中横剖、尾部三都分组成，所述尾部设有三个水滳下凸型尾，二个水滳下凸型尾之间型线为纵流向外凸，纵流向外凸与水滳下凸型尾的型线通过淺涡形型线连接。及运用内河及江海直达大型无压载水船型的一绿色滚装船。本发明的水滳下凸型尾实现了滚装船无压载水的节能降耗。

Description

内河及江海直达大型无压载水船型及绿色滚装船

技术领域 本发明涉及一种内河及江海直达大型无压载水绿色滚装船，特别是一种长江干线及三峡库区和江海直达载运重型汽车以及轻型车同载的大型绿色滚装船。也可以是专载运重型车.专载运轻型(商品车)车的专用大型绿色滚装船。

背景技术 一般情况下，船舶非满载航行中需要使用压载水来确保船舶稳性和浮性，特别是需要足够的压载水来防止空载状态的波浪砰击，螺旋桨空转引起的不利影响和航速下降。现阶段，船舶行业国际国内均在致力于无压载水.超低压载水船型开发研究，最新的研究当数日本造船技术中心的一种完全不需要搭载压载水的方案。该无压载水船舶的特点是在于船底形状为V字型，在空载状态下不需要压载水也可以使船舶首尾保证足够的吃水，但是，V型船身设计理念是在最大限度内让船体瘦身，可以在非满载或少载状态无压载水而节能，但由于需要优化结构或采用高强度钢而较传统船型造价大幅增加,这种V字型船型成本控制上具有很大难度，而且要满足同样的载货量必须增加船宽又带来满载或少载状态航速下降，综合节能效果值得深入研究。另一设计思路是一种贯通流压载水舱，即取消传统压载水舱，代之以2条开放的大型管道即水流箱，当空船出港时将大型管道的前后盖开启，水流流入，船舶非满载出航时水流从管道前后流动保持船舶平衡，载货航行时则关闭前后盖放掉水的方法，但是这种设计思路在结构设计上会增加难度，带来船舶造价提高，不利因素增加。单一的结构船身设计方案是:在船底设置一个向后开放的内凹，这种船型可以使船舶在轻载或空载时具有较大吃水，但缺点是与传统船型相比，船身湿表面积大幅扩大，同样是结构设计难度加大，造价高企。以上三种船舶无压载糸统的设计仅在起步阶段，距具体实船建造和大批量投入营运尚需时日。

现有内河特别是长江干线船型众多,内河滚装船类型中,有载货汽车滚装船，商品车滚装船，客滚船，还没有一种多层甲板载运重型汽车戓和轻型车同载的特大型滚装船;还没有特大型商品车滚装船,现有船型尺度较小,在通过三峡船闸时通过率很低,现有<长江干线过闸滚装货船标准船型主尺度系列>通过三峡船闸滚装船最大的尺度长仅为110米.宽17.2米. 载车位仅为600辆;现在国家政策鼓励推广其它船型最大的尺度仅为长130米宽16.2米.因此,现阶段长江干线最大的船型没有达到过闸船队最优组合,而三峡船闸一次过闸的最优组合是两艘,三峡船闸平面尺度为长340米宽34米,允许过闸平面尺度长(以现有<长江干线过闸滚装货船标准船型主尺度系列>最大尺度船型推算)为260米宽32.4米。本发明开发试验出的内河特大型绿色滚装船,主尺度达到总长为130米,船宽27.8米,船型通过船模试验和动力系统进行优化后,其能效指标达到了国内内河及江海直达大型无压载水绿色滚装船Ⅲ级标准，因为滚装船主要装载特点是要求载车甲板面积大而载重量要求不高,而以上尺度的滚装船稳性储备很大, 多层甲板载车的技术也已经很成熟, 上述尺度的载运能力的载重量具有满足多层甲板载车的潜能。现阶段特别是长江三峽船闸通航压力突显，据报道三峡船闸目前除闸次指标未达到设计指标外,船闸其它各项指标均已超过设计水平,船舶待闸成为常态,通过船闸调度运行继续挖潜空间已经十分有限。国家拟开辟三峡枢纽水运新通道，但是其建设周期将至少还有10年很长的路要走，而船舶大型化是其缓解三峽船闸通航压力的最有效和可以最快实施的途径。节能减排的环境压力已经越来越大，国家鼓励使用清洁能源的政策正在陆续出台，船舶使用LNG清洁能源是大势所趋，而滚装船相对于其它船型而言在航线、码头停靠等环节相对稳定，加上采用LNG罐式集装箱换装LNG燃气的方式经济可行,为追求更加安全、便捷、经济的加注模式，行业内正竭尽所能尝试开拓不同方式的LNG物流模式，如公路、铁路、水路等，最具代表性的产品“罐式集装箱、一罐到底”式水陆联运的运输和加注模式已成功应用,配套的LNG换装船技术创新已经推出。

近期本发明大型滚装船所需要的清洁能源的燃气动力主机技术已经获得船级社认证，相应规范已经配套，鼓励政策已经出台。

发明内容 本发明要解决的技术问题是提供一种可以适合于国内内河特别是通过长江三峽船闸及三峡库区航行和江海直达的船体型线及滚装船。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种内河及江海直达大型无压载水船型，船体型线指船体下部，所述船体型线由首部、中横、尾部三都分组成，所述尾部设有三个水滳下凸型尾，二个水滳下凸型尾之间型线为纵流向外凸，纵流向外凸与水滳下凸型尾的型线通过淺涡形型线连接。

进一步讲，尾轴尾管穿过所述水滳下凸型尾，轴系中心线低于普通船型。

进一步讲，所述首部为大斜伸大外漂型纵流首或是上部大斜伸大外漂型下部为球首。

进一步讲，所述中横剖型线为S型大外漂。

一种内河及江海直达大型无压载水绿色滚装船，内河及江海直达大型无压载水绿色滚装船包括船体，船体下部为节能船体型线，在所述船体上设有多层甲板，采用箱型过渡侧壁以及支柱支撑全纵通的上层多层甲板,甲板强横梁与箱型过渡侧壁采用纵向箱型梁和局部横向箱型梁过渡,其机舱棚、首部左右两舷的双壳围壁实现稳定的上层建筑；

所述船体型线由首部、中横、尾部三都分组成:

所述尾部设有三个水滳下凸型尾，二个水滳下凸型尾之间型线为纵流向外凸，纵流向外凸与水滳下凸型尾的型线通过淺涡形型线连接；

所述首部为大斜伸大外漂型纵流首或是上部大斜伸大外漂型下部为球首；

所述中横剖型线为S型大外漂。

进一步讲，船体的首端设有大型跳板，大型跳板通过钢缆与电动卷扬机机械连接，或船体的两舷边各设置一个跳板或在其中一舷边设置跳板。

进一步讲，所述船体长度为120米~130米、宽度为27.8米~32.4米。

进一步讲，船体的各层载车甲板之间设有车辆滚装的斜坡车道。

进一步讲，船舶动力燃料采用LNG清洁能源,配置LNG气体发动机，LNG气体采用罐式集装箱,存放于主甲板,也可以存放于其它合理的位置。

进一步讲，所述首部上层建筑为大圆弧流线型。

本发明的优点是优化的型线及节能技术达到国内绿色滚装船Ⅲ级标准，本发明的大型化本身也是最大的节能技术。实现重型载货汽车和轻型汽车的多层甲板载运更使得经济性大幅提升。

主船体以上甲板之间通过箱型过渡侧壁和相应支柱支承,其机舱棚、首部左右两舷的双壳围壁实现稳定的上层建筑。本发明驾驶设于首部，前面围壁设计成圆弧流型线来减小首部迎风带来的阻力。船体以上甲板之间通过箱型过渡侧壁支承全纵通的上层多层甲板，这样的结构增加了过渡侧璧承载上层甲板载荷的支承强度，又节约了钢料用量；载重汽车和轻型车利用多层甲板装载使得载车量大幅增加。

船舶动力燃料采用LNG清洁能源,系统采用LNG气体发动机，LNG气体的存储采用罐式集装箱存放于主甲板上，这样的布置使吊运和换装更为方便，与管道直接灌注的方式比较，本方式可以节约大量LNG加注或换装的时间。船首设置大型跳板，有利于甲板滚装装载或卸载载货汽车，设置电动卷扬机与钢缆配套,通过操作人员操纵控制系统,实现跳板起升与下放，当装卸载完毕，跳板起升后与首端部船体密性贴合，采用螺旋紧定器与船体固定，密封的船首可以防水域风浪。

首部设置首侧推装置，首侧推器舱从左右舷机舱棚的门道通过双层底上左右两道纵向通到进出，这样的布置即方便了工作人员顺利进入首侧推器舱，又因为没有在载车处所的甲板上开设下至首侧推器舱的门,保证了载车甲板装车率最大化。

尾轴尾管穿过所述水滴下凸型尾，其下凸深度以满载吃水不超过航道限制吃水为宜，在尾管出口处相邻的肋位呈水滴型，向前沿流线方向逐步过渡至缓U型，水滴型过渡至缓U型的前端点位于机舱前舱壁附近，结构设计与传统船型相似，船舶建造成本与传统船型相当，几乎可以不必考虑本发明的无压载水设计对船舶建造成本的增加。

水滴下凸型三尾的优点还在于其下凸的三尾类似于设置了三个呆舵，航行时可以起到稳定船舶航向的作用，对于本发明的特大船宽带来的航向稳定性变化提供了一种优化的解决方案。国际国内对于双尾船的研究和试验资料表明: 本发明采用水滴下凸型三尾的机理效果大幅度好于双尾船，经过华中科技大学船舶与海洋工程学院船模拖曳水池实验室的船模实验，其实船航速预报取得了十分满意的成果。

附图说明

下面结合附图和实施例作进步说明：

图1 为内河及江海直达大型无压载水绿色滚装船纵剖型线主视图。

图2 为尾部型线图。

图3为横剖型线图。

图4为内河及江海直达大型无压载水绿色滚装船主视图。

图5为中国船级社报告第一页。

图6为中国船级社报告第二页。

图7为中国船级社报告第三页。

图8为中国船级社报告第四页。

图9为中国船级社报告第五页。

图10为中国船级社报告第六页。

图11为中国船级社报告第七页。

图12为华中科技大学船舶与海洋工程学院船模拖曳水池验室试验告第一页。

图13为华中科技大学船舶与海洋工程学院船模拖曳水池验室试验告第二页。

图14为华中科技大学船舶与海洋工程学院船模拖曳水池验室试验告第三页。

图15为华中科技大学船舶与海洋工程学院船模拖曳水池验室试验告正文第一页。

图16为华中科技大学船舶与海洋工程学院船模拖曳水池验室试验告正文第二页。

图17为华中科技大学船舶与海洋工程学院船模拖曳水池验室试验告正文第三页。

图18为华中科技大学船舶与海洋工程学院船模拖曳水池验室试验告正文第四页。

图19为华中科技大学船舶与海洋工程学院船模拖曳水池验室试验告正文第五页。

图20为华中科技大学船舶与海洋工程学院船模拖曳水池验室试验告正文第二十二页。

图21为华中科技大学船舶与海洋工程学院船模拖曳水池验室试验告正文第二十三页。

图22为本专利中试验船尾图形。

图23为V s=23Km/h航速下的自由面波形图。

图24为V s=18Km/h航速下的自由面波形图。

图25为V s=23Km/h航速下船尾的船体表面压力系数分布。

图26为V s=18Km/h航速下船尾的船体表面压力系数分布。

图27为V s=23Km/h尾部斜仰视图。

图28为本专利试验船体型线。

图29为运用本船体的客船形状（1）。

图30为运用本船体的客船形状（2）。

图31为运用本船体的客船形状（3）。

图32为运用本船体的客船形状（4）。

图33为线型（1）。

图34为线型（2）。

图35为线型（3）。.

具体实施方式

如图1所示，一种内河及江海直达大型无压载水船型，船体型线指船体下部，所述船体型线由首部1、中横2、尾部3三都分组成，如图2所述，尾部3设有三个水滳下凸型尾31，二个水滳下凸型尾31之间型线为纵流向外凸32，纵流向外凸32与水滳下凸型尾31的型线通过淺涡形型线33连接，水滳下凸型尾31的螺旋桨直径与下凸高比为1：0.23 - 0.5，纵流向外凸32的宽度与弦高比为1：0 - 0.05。

优选的，尾轴尾管穿过所述水滳下凸型尾，轴系中心线低于普通船型。尾轴尾管穿过所述水滴下凸型尾，其下凸深度以满载吃水不超过航道限制吃水为宜，在尾管出口处相邻的肋位呈水滴型，向前沿流线方向逐步过渡至缓U型，水滴型过渡至缓U型的前端点位于机舱前舱壁附近，结构设计与传统船型相似，船舶建造成本与传统船型相当，几乎可以不必考虑本发明的无压载水设计对船舶建造成本的增加。水滴下凸型三尾的优点还在于其下凸的三尾类似于设置了三个呆舵，航行时可以起到稳定船舶航向的作用，对于本发明的特大船宽带来的航向稳定性变化提供了一种优化的解决方案。本发明采用水滴下凸型三尾的机理效果大幅度好于双尾船，经过华中科技大学船舶与海洋工程学院船模拖曳水池实验室的船模实验，其实船航速预报取得了十分满意的成果。

进一步讲，所述优选的，首部1为大斜伸大外漂型纵流首或是首部上部大斜伸大外漂型下部为球首。

优选的，中横剖型线2为S型大外漂。

图12、13、14的华中科技大学船舶与海洋工程学院船模拖曳水池验室试验告第一至第三页，说明了本专利中的船体型线经过了船模拖曳水池实验室试验，试验时间为2016年8月31号。

图15、16、17、18、19为华中科技大学船舶与海洋工程学院船模拖曳水池验室试验告正文第一至第五页，说明了试验的船体的尾部设有三个水滳下凸型尾，二个水滳下凸型尾之间型线为纵流向外凸，纵流向外凸与水滳下凸型尾的型线通过淺涡形型线连接，首部1为大斜伸大外漂型纵流首，中横剖型线2为S型大外漂。

图20、21为华中科技大学船舶与海洋工程学院船模拖曳水池验室试验告正文的二十二页、二十三页，说明试验的结果。

如图4中，一种内河及江海直达大型无压载水绿色滚装船包括船体4，船体下部为船体型线，在所述船体4上设有多层甲板5，采用箱型过渡侧壁的门式结构以及支柱支撑全纵通的上层多层甲板,甲板强横梁与箱型过渡侧壁采用纵向箱型梁和局部横向箱型梁过渡,其机舱棚、首部左右两舷的双壳围壁实现稳定的上层建筑；

所述船体型线由首部1、中横2、尾部3三都分组成:

所述尾部设有三个水滳下凸型尾31，二个水滳下凸型尾31之间型线为纵流向外凸32，纵流向外凸32与水滳下凸型尾31的型线通过淺涡形型线33连接；

所述首部1为大斜伸大外漂型纵流首或是上部大斜伸大外漂型下部球首；

所述中横2剖型线为S型大外漂。

优选的，船体4的首端设有大型跳板，大型跳板通过钢缆与电动卷扬机机械连接。

优选的，所述船体长度为120米~130米、宽度为27.8米~32.4米。

优选的，船体4的第一层主甲板与顶蓬甲板之间设有车辆滚装的斜坡车道。

优选的，船舶动力燃料采用LNG清洁能源,配置LNG气体发动机，LNG气体采用罐式集装箱,存放于主甲板;也可以存放于其它合理的位置。

图5-图11说明了，采用本专利的船体型线后的滚装船的性能，根据中国船级社船舶能效设计指数(EEDI) 前期验证报告,（CCS审图工作控制号:WP16D032，即图5中最后两行）:满足财政部交通运输部财建[2014]61号文件关于高能效示范船EEDI限值要求。即说明了本专利的滚装船达到绿色滚装船Ⅲ级要求。

本专利经过中船重工(上海)节能技术发展有限公司采用CFD.面元法进行了理论分析，本专利中船体型线（如图28中）船尾采用三个水滳下凸型尾31（其形状如图22所示），在二个相邻水滳下凸型尾31之间的型线是向外凸的（即纵流向外凸32），虽然根据现有设计经验,纵流的型线应设计成为向内凹的，可有利于节约能源，但是经过船模试验证明，向外凸内的节能效果优于向内凹。

以本专利的船体型线为条件一试验对像，及其它条件不变仅将纵流向外凸32外凸位置变成内凹为条件二试验对像。

图23中给出了条件一V s=23Km/h航速下的自由面波形，图24给出了第件二V s=23Km/h航速下的自由面波形，对比图23、图24可以得出条件二自由面兴波较为明显，且在首部波峰较高，具有一定的优化空间，图25、图26给出了条件一、条件二船尾的船体表面压力系数分布，可以看到，压力系数分布非常相近，与物理实际相符。从条件二尾部斜仰视图（图27中）中可以看出，由于尾轴向下压之后，与船体过渡不够光顺，在平底尽头（右第一圈）和轴下压后前方（右第二圈）产生了压力不均均区，可以将两者的过液变得更加平缓（能够将内凹为纵流向外凸32，即可实现更加平缓的过渡），而条件一确不存在上述问题，其船体压力分布更加均匀，其能耗也更小。

综上所述，二个相邻水滳下凸型尾31之间的型线是向下凸的（即纵流向外凸32）相比于二个相邻水滳下凸型尾31之间的型线为向内凹的，降低2%-3%的船舶阻力，即达到节能2%-3%节能效果。

如图30-35是运用于不同类型船舶的船体及线型，图中的自然数字编号与图1-29中的编号无关，30-35中的自然数字编号仅指船体的线型编号。

Claims (10)

1.一种内河及江海直达大型无压载水船型，船体型线指船体主甲板以下，所述船体型线由首部、中横剖、尾部三都分组成，其特征是:

所述尾部设有三个水滳下凸型尾，二个水滳下凸型尾之间型线为纵流向外凸，纵流向外凸与水滳下凸型尾的型线通过淺涡形型线连接。

2.根据权利1要求所述的一种内河及江海直达大型无压载水船型，其特征是：尾轴尾管穿过所述水滳下凸型尾。

3.根据权利1要求所述的一种内河及江海直达大型无压载水船型，其特征是：所述船首部为大斜伸大外漂型纵流首或是上部大斜伸大外漂型下部为球首。

4.根据权利1要求所述的一种内河及江海直达大型无压载水船型，其特征是：所述中横剖型线为S型大外漂。

5.一种内河及江海直达大型无压载水绿色滚装船，包括船体，其特征是：在所述船体上设有多层甲板，采用箱型过渡侧壁以及支柱支撑全纵通的上层多层甲板,甲板强横梁与箱型过渡侧壁采用纵向箱型梁和局部横向箱型梁过渡,其机舱棚、首部左右两舷的围壁实现稳定的上层建筑；

所述船体型线由首部、中横、尾部三都分组成:

所述尾部设有三个水滳下凸型尾，二个水滳下凸型尾之间型线为纵流向外凸，纵流向外凸与水滳下凸型尾的型线通过淺涡形型线连接；

所述首部为大斜伸大外漂型纵流首或是首部上部为大斜伸大外漂型下部为球首；

所述中横剖型线为S型大外漂。

6.根据权利5要求所述的一种内河及江海直达大型无压载水绿色滚装船，其特征是：所述船体的首端设有大型跳板，大型跳板通过钢缆与电动卷扬机机械连接，或船体的两舷边各设置一个跳板或在其中一舷边设置跳板。

7.根据权利5要求所述的一种内河及江海直达大型无压载水绿色滚装船，其特征是：所述船体长度为120米~130米、宽度为27.8米~32.4米。

8.根据权利5要求所述的一种内河及江海直达大型无压载水绿色滚装船，其特征是：船体的各层载车甲板之间设有车辆滚装的斜坡车道。

9.根据权利5要求所述的一种内河及江海直达大型无压载水绿色滚装船，其特征是：船舶动力燃料采用LNG清洁能源,配置LNG气体发动机，LNG气体采用罐式集装箱。

10.根据权利5要求所述的一种内河及江海直达大型无压载水绿色滚装船，其特征是：所述首部上层建筑为大圆弧流线型。