CN110949602A - 能够在结冰海域航行的商船及其航运方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够在结冰海域航行的商船及其航运方法。在结冰海域航行的能效较高。一种商船，其在船首部具有球鼻型船首(13)，在船尾部具有由主发动机(12)驱动的常用螺旋桨(11)，在船底具有追加螺旋桨(20)及追加螺旋桨驱动单元，其中，所述常用螺旋桨(11)及所述追加螺旋桨(20)被配置于当所述商船为空船状态时能够提供推力的位置，并且所述商船具有所述球鼻型船首(13)的下部处于海面或者冰上表面的吃水线(18)，当在结冰海域航行时，使用所述常用螺旋桨(11)及所述追加螺旋桨(20)进行航行。

Description

能够在结冰海域航行的商船及其航运方法

技术领域

本发明涉及能够在结冰海域航行的商船及其航运方法。

背景技术

在北极海域及其附近的海域，会受到冰的影响或者温度过低的影响，尤其在10月～3月的冬季，为了船舶结构或设备及船舶驾驶上的安全、乘务员的安全、货物的安全，商船难以航行。并且，这是具有应对冰海的特殊结构的军舰、观测船或者破冰船等能够航行的程度。

例如，即使不是北极海域，而是在波罗的海沿岸、圣劳伦斯河、五大湖海域或者日本海/西伯利亚沿岸海域的航行中，也会由于漂浮冰海而使船体或推进螺旋桨受到损伤，或者受到阻塞化的冰或薄冰冻结的影响而具有困在冰海中的危险性。

因此，规定了冰级，在IACS URI(Polar Class：极地船级)中示出了PC1～PC7的等级，在FSICR(Finnish Swedish Ice Class Rules：芬兰-瑞典冰级规则)中示出了IASuper、IA、IB、IC、II。

在商船中，为了降低兴波阻力而形成有球鼻型船首(bulbous bow)。对于具有这种球鼻型船首的船，例如在专利文献1中记载有用于在冰海中行进的研究。

专利文献1：WO2015/092154公报

然而，现有文献的船虽然没有公开获得推进力的手段，但可以认为其仅用通常的主螺旋桨进行推进。

另一方面，为了利用当前的一般商船的主螺旋桨和驱动它的柴油主发动机在初期结冰海域、普通海域、阻塞化的浮冰海域、冰块浮游海域中安全地航行，柴油发动机在其航行海域中的应用范围过宽，综合能效变低(燃料消耗量上升)，并且在安全上存在问题。

即，在一般商船中，对于驱动其主螺旋桨的柴油主发动机，以在无冰海域中以比较高的速度航行为前提来确定所述柴油主发动机的性能，并且是以相对于该能力来说以例如85～90％MCR的输出在整个航行过程中行驶为前提的。

为了利用所述柴油主发动机驱动主螺旋桨而仅靠主螺旋桨在浮冰海域、冰块浮游海域航行，并且是安全地航行，相对于所述柴油主发动机的能力来说，需要以例如20％～30％MCR左右的输出进行运行。

其结果为，不得不没有效率地使用所述柴油主发动机，这对于竞争综合能效(燃料消耗量)的商船来说，存在致命的问题。

另外，在浮冰海域或者冰块浮游海域中，需要放慢运行速度进行航行。在浮冰海域或者冰块浮游海域中，在想要仅靠主螺旋桨进行航行的情况下，由于主螺旋桨是以比较高的速度航行为前提，所以不适合大范围的速度调整，在船舶驾驶方面问题较多。

发明内容

因此，本发明的主要课题在于提供一种能够在结冰海域中安全航行、且在普通海域中不损失能效的综合能效高(燃料消耗量较低)的商船航运方法。

解决了上述问题的本发明的代表性方案如下。

本发明以商船为对象。作为商船，除了一般货船之外，也能够对集装箱船、油船、化学船、矿石船、煤船、LNG船、LPG船、汽车运输船、散装货船等适用。

关于本发明的商船的航运方法，所述商船在船首部具有球鼻型船首，并具有配置于船底部的追加螺旋桨及追加螺旋桨驱动单元，其特征在于，所述主螺旋桨和所述追加螺旋桨被配置在当所述商船为空船状态时能够提供推力的位置处，并且，当所述商船在结冰海域航行时，所述商船具有所述球鼻型船首的下部处于海面或冰上表面的吃水线，主要使用所述主螺旋桨及所述追加螺旋桨中的至少所述追加螺旋桨进行航行。

此外，在破冰时也能够使用所述主螺旋桨。

当在结冰海域以高速航行时，在假设与冰碰撞的情况下，船体有可能破损。因此，需要以低速航行。为了进行低速的航行，如果硬要使用由主发动机驱动的主螺旋桨，则对本来以按照规定的较快速度在一般海域航行为前提而选择的主发动机来说，以成为适用于低速的输出的方式进行驱动，因此能效较差。

与此相对，根据本发明，当在结冰海域航行时，若使用追加螺旋桨航行，则追加螺旋桨的追加螺旋桨驱动单元只要是小型的即可，能够以综合来说较高的效率运转。

所述追加螺旋桨驱动单元的输出例如是主发动机的输出的15～45％MCR(MaximumContinuous Rating：最大持续功率)，更优选是20～35％MCR。

在不是结冰海域的一般海域中，为了以比较的快的速度、例如15～19节航行，能够使主螺旋桨旋转而提高速度航行。为此，要求主发动机的输出是大输出。

与此相对，在结冰海域中需要低速航行(在高速下有可能与冰碰撞而导致船体破损)。作为该航行速度，是5节以下，更优选是3节以下。

因此，所期望的是，对用于低速航行的追加螺旋桨进行驱动的追加螺旋桨驱动单元的输出是主发动机的输出的15～45％MCR。

在虽然是结冰海域但尚未结冰的时段(结冰来临的初期或者结冰变缓的时期)，由于不能完全排除与冰的碰撞的危险性，因此，与使主螺旋桨旋转相比，更加优选的是，驱动追加螺旋桨以低速航行。

在主要使用追加螺旋桨以低速航行的情况下，与大范围结冰而无法看清航道的状态、或者较厚地结冰的状态相比，在虽然是结冰海域但尚未结冰、或结冰变缓的时期(结冰来临的“初期结冰”或者结冰变缓的时期)，本发明的优点更加明显。

这里所谓的“初期结冰”是指不超过1个冬季的冰。本发明的商船能在“初期结冰”的结冰海域中安全地航行。

作为追加螺旋桨驱动单元，有机械式的和电动式的，但优选是电动式。能够使用借助所述主发动机的驱动来发电的发电机。也能够将辅助发电机的电能作为驱动单元。

追加螺旋桨优选是变矩螺旋桨。在其旋转驱动力的调整范围大、能够实现驱动力的连续调整及细微调整方面，优点很大。

提出了如下方案：追加螺旋桨被配置于比主螺旋桨靠前方的配置位置处的船底部，且能够选择伸出到船外的伸出状态和收回到船内的收回状态。

在未使用追加螺旋桨的情况下(例如在一般海域航行的情况下)，当成为向船外伸出的状态时，会成为阻力，因此期望收回到船内。

在结冰期以外的时期的载货状态下、或者在一般海域中的航行中，主要驱动主螺旋桨进行推进。

追加螺旋桨能够绕上下轴线旋转。在追加螺旋桨的运转中，通过使追加螺旋桨适当绕上下轴线旋转，而能够提高船舶驾驶(方向)性。

追加螺旋桨可以具有导管螺旋桨。在对追加螺旋桨使用导管螺旋桨时，即使是小型的，也能够获得相对较大的推力。

在结冰海域航行时，能够以所述球鼻型船首的下部将冰割开且将该冰向侧方冲走的方式进行航行。

所期望的是，比水密用的船首间隔壁靠后方的货物部的双层底结构延伸到比船首间隔壁靠前方的球鼻型船首的下部。

在商船中，一般来说，水密用的船首间隔壁的后方为了承受货物载荷而被设为双层底结构，但船首间隔壁的前方却不是双层底结构。但是，设想在结冰海域的航行中与冰碰撞、或者跑到冰上，因此，为了具有能够耐得住这种情况的强度，期望比船首间隔壁靠后方的货物部的双层底结构延伸到比船首间隔壁靠前方的球鼻型船首的下部。

在水密用的船首间隔壁的前方设有追加的压载舱，当破冰时向压载舱内注入压载水而使船首侧重量增大，当跑到冰上后，向压载舱内注入压载水而能够利用重量破冰，从而能够提高破冰能力。

在水密用的船首间隔壁的前方，除了在船底外板的上方设置内板而使球鼻型船首的下部成为双层底结构外，还能够在船底外板与内板之间设置其它的内板而成为三层底结构。

如果是在双层底结构或者三层底结构内填充有砂浆等填充材料的结构，则例如与冰碰撞情况下，能够提高耐冲击力，或者提高跑到冰上时的外板的抗弯曲性。

如图1所示，空船状态下的航运中，在吃水线18位于比双层底结构或者三层底结构的最上方的内板靠下方的位置的状态下，期望吃水线18位于海面位置、或者与结冰海域中的冰上表面接触的位置。

在这种情况下，期望在双层底结构或者三层底结构的最上方的内板与船底外板之间填充砂浆等加强用填充材料。在进行加强的目的下，优选将填充材料以至少与船底外板接触的方式进行填充。

对于构成为这样的双层底结构或者三层底结构的商船来说，期望在空船状态下的吃水线位于球鼻型船首的下部、即比船首间隔壁靠前方且比双层底结构或者三层底结构的最上方的内板靠下方的状态下进行航运的理由如下。

第一，球鼻型船首的下部通过构成双层底结构或者三层底结构的内板得到了加强，因此能够防止与冰接触而造成船外板的破损。

第二，即使与冰接触而造成船底外板破损，由于达不到使强度特别高的船首间隔壁破损的程度，因此不会浸水，从而不会对货物造成影响，能够继续进行航行。

第三，在双层底结构或者三层底结构的最上方的内板与船底外板之间填充有砂浆等加强用填充材料的情况下，由于内板及填充材料的存在，球鼻型船首的下部的强度变高，能够降低与冰碰撞所造成的破损的危险性。

在填充了砂浆等加强用填充材料的方式中，从上述观点出发，在结冰海域航运时，吃水线比船首间隔壁靠前方是最佳的。

另一方面，根据本发明，能够提供一种商船，所述商船在船首部具有球鼻型船首，在船尾部具有由主发动机驱动的主螺旋桨，并且，所述商船具有配置于船底部的追加螺旋桨、以及追加螺旋桨驱动单元，其特征在于，所述主螺旋桨和所述追加螺旋桨被配置在当所述商船为空船状态时能够提供推力的位置处，并且，货物部具有在船底外板的内侧设置有内底板的双层底结构，在船首间隔壁的前方，在所述货物部的双层底结构中的所述内底板的位置处设有船首部内板，并且，在所述船首部内板的上方形成有压载舱，在所述内板与所述球鼻型船首的船底外板之间，以至少与所述船底外板接触的方式填充有加强用填充材料。

发明效果

如上所述，根据本发明，能够使商船在结冰海域以较高的航行能效航运。

附图说明

图1是一并示出在结冰海域航行时的吃水线的商船的整体例的主视图。

图2是追加螺旋桨及其驱动单元的概略图。

图3是商船的横向剖视图。

图4是示出球鼻型船首的纵向剖视图。

图5是沿5-5线的箭头观察的图。

图6是沿6-6线的箭头观察的图。

图7是球鼻型船首的底部处的俯视图。

图8是示出填充材料的其它填充形态的纵向剖视图。

图9是其它追加螺旋桨的配置形态的概略图。

图10是一并示出在一般海域载货航行时的吃水线的商船的整体例的主视图。

图11是一并示出在一般海域空载航行时的吃水线的商船的整体例的主视图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的一个实施方式进行详细说明。

图1是本发明的船、例如以载货为目的的商船10、例如货船(图示例示出了矿石运输船)的概要主视图。在该商船10中，通过柴油发动机等主发动机12驱动主螺旋桨11而获得推进力。

商船10在其船首部具有用于降低兴波阻力的球鼻型船首13。作为该球鼻型船首的形状，能够采用公知例。

图示的商船10是具有货物R的货舱的货物船，是具有例如五个货舱的例子。货舱由横向间隔壁14在船长方向相互划分开。另外，最前方的货舱由船首间隔壁(水密间隔壁)15F划分，最后方的货舱由船尾间隔壁(水密间隔壁)15B划分。

另外，在船尾侧设置有舰桥16。17是舵。

为了以空载状态在结冰海域中航行，图1所示的标号18是吃水线，是船首方向浅、船尾部深的“艉倾”状态。

如图10所示，货物状态下的吃水线18A较深。

如图11所示，在非结冰海域中在空载状态下向左右的压载舱BT中灌入压载水的情况下的通常的吃水线是例如18B的位置。

还参照图2，在船舶上设置有追加螺旋桨20及追加螺旋桨驱动单元22。对于追加螺旋桨20，能够使用例如在导管内具备螺旋桨而成的导管螺旋桨21。

该追加螺旋桨20配置于不同于主螺旋桨11的位置、即船底部。

在这种情况下，即，期望设置于比中间靠船尾侧的位置，但是，如图9所示，也可以在比中间靠船首侧的位置设置追加螺旋桨20A。在这种情况下，能够与船尾侧位置的追加螺旋桨20一起设置，也可以仅在比中间靠船首侧的位置设置追加螺旋桨20A。

关于追加螺旋桨20的追加螺旋桨驱动单元22的输出，期望是主发动机12的驱动单元的输出的15～45％MCR，更优选是20～35％MCR。

并且，能够选择如下状态：驱动主螺旋桨11获得推进力的常用运转状态；驱动追加螺旋桨20获得推进力的运转状态；以及，运转主螺旋桨11和追加螺旋桨20这两者、例如跑到冰上的运转状态。

作为追加螺旋桨驱动单元22，除了电气马达、液压马达等之外，如果需要，还能够与主发动机12电连接而获得驱动力。

特别地，最佳的是，通过主发动机12驱动发电机而使电气马达旋转，从而使主螺旋桨、追加螺旋桨20旋转。

在该例示中，构成为，输出轴23的基于驱动单元22的旋转驱动力经由一对锥齿轮24传递到纵轴25，并经由设置于纵轴25的一对锥齿轮26而作为螺旋桨驱动轴27的旋转力被传递，从而使在螺旋桨的周围具有导管21A的导管螺旋桨21旋转。

另一方面，构成为，传递轴28的基于驱动单元22的旋转驱动力传递到驱动小齿轮29和与驱动小齿轮29啮合的大齿轮30，使导管螺旋桨21能够绕纵轴25旋转。

而且，如图2所示，包括比船底外板10A靠下方的导管螺旋桨21在内的设备处于朝向船底外板10A的外侧伸出的状态，但在通常的航行中会成为阻碍，因此，优选是能够收回到船内的结构。10a是向船内收回后进行遮蔽的遮蔽部件。

如图10所示，在具有该船结构的商船10中，当装载货物R(载荷)时，在一般海域(海未结冰的海域)或未结冰时段的航行中，在接近计划满载吃水深度的吃水状态下，利用主发动机12驱动主螺旋桨11进行航运。

通过北极海域及其临近海域、停泊、卸货后，尤其是在天气稳定的日子或者波浪平静的海上，不需要对船舶航行时的稳定性过度严格，因此，与如图1所示的情况相同，在降低吃水线后的状态下，用小型的追加螺旋桨20行驶。在这种情况下，能够适当选择船的行进方向，根据船的行进方向，在舰桥16监视船首、船尾。例如，除了像图1那样向船首方向行进之外，还能像图9那样向船尾方向行进。另外，图9示出了在比船体的中间靠船首侧处设有小型的追加螺旋桨20A的例子。

其结果，通过降低吃水线，由此，表观上的排水量降低，外板与水的接触面积变小，能够改善水线面面积系数，燃料消耗的降低效果较大。

另外，因为是驱动小型的追加螺旋桨20，因此追加螺旋桨驱动单元22的输出很小即可，从能够以主发动机12的驱动单元的输出的15％～45％MCR左右的输出进行航行的观点出发，燃料消耗的降低效果较大。在天气稳定的日子(蒲福风力等级为0～3的日子)里，行驶速度为5～10节左右就足够。

在该船舶满载货物R后出港并过渡到通常的航行的情况下，驱动主螺旋桨11，或者并用主螺旋桨11而以较深的吃水进行航行。

另外，在天气差的情况下，即使是空船，也向例如设置于图3的货舱的左右的压载舱BT灌入压载水，达到例如图11所示的吃水线18B，从而能够在稳定的状态下通过小型的追加螺旋桨20或者主螺旋桨11行驶。

若导管螺旋桨21能够绕上下轴线旋转，则能够根据所需要的运转状态驱动导管螺旋桨21也向船尾方向推进。

若导管螺旋桨21能够绕纵轴25(上下轴线)旋转，则在并用追加螺旋桨和主螺旋桨的运转中，通过使追加螺旋桨适当地绕上下轴线旋转，由此能够附加转向功能，从而能够提高船舶驾驶(方向)性。另外，在该船靠岸时，能够将追加螺旋桨横置而作为侧向推进器使用。

另外，能够将导管螺旋桨21的推进方向设为船首方向。为此，能够对主螺旋桨11设置防止其旋转的螺旋桨空转防止装置11A。

如果需要，也能够以船的中心线为边界在左右设置导管螺旋桨21。通过使左右的导管螺旋桨21、21绕上下轴线旋转，能够提高船舶驾驶性。另外，在作为侧向推进器使用时，靠岸变得更加简单。

在本发明中，也能够利用商船10在结冰海域航行。

为此，采取了各种对策。

该对策之一是，期望比水密用的船首间隔壁15F靠后方的货物部的、在船底外板10A的内侧设有内底板10B的双层底结构延伸到前方的球鼻型船首13的下部，从而球鼻型船首13具有基于内板10C和船底外板10A的双层底结构。

在以往的商船10中，水密用的船首间隔壁15F的后方为了承受货物载荷而被设为双层底结构，但船首间隔壁15F的前方却不是双层底结构。

但是，设想如下情况：商船在结冰海域的航行中与冰碰撞、或者跑到冰上，因此，为了具有能够耐得住这种情况的强度，期望船首间隔壁15F的后方的货物部的双层底结构延伸到前方的球鼻型船首13的下部。

在水密用的船首间隔壁15F的前方，设置进行压载水的注入及排出的、追加的例如FRP制的压载舱38，该压载舱38能够用于如下用途：当破冰时跑到冰上后，向所述压载舱38内注入压载水而使船首侧重量增大来进行破冰。

由此，能够提高破冰能力。

在图示的例子中，将内板10C的上方作为压载舱38。根据需要还能够在压载舱38的上方进一步设置压载舱39。

另外，在实施方式中，通过设置内板10C实现了加固，但是，为了防备从船底外板C发生的浸水事故并寻求更高的强度，可以在内板10C与船底外板10A之间设置加强用水平隔板10D，从而成为三层底结构。

另外，能够形成为在破冰舱38(参照图4、图8)的下方填充有砂浆等填充材料32的结构。如果是在压载舱的下方填充有砂浆等填充材料32的结构，则在例如与冰碰撞情况下，能够提高耐冲击力，或者能够提高跑到冰上时的耐冲击性。

关于填充材料32的填充位置，只要比船底外板10A靠上方即可，除了像图示例那样在船底外板10A与加强用水平隔板10D之间以外，还能够像图8所示那样将填充材料32填充到至内板10C为止的空间内。另外，如图8所示，也能够将填充材料32填充到比内板10C靠上方处。

关于填充材料32的填充，不仅能够提高船底外板10A的耐冲击性，而且填充材料32自体的重量也有助于提高破冰能力。

作为填充材料，只要是能够与船底外板10A直接接触地进行覆盖的材料，则也可以替换砂浆而使用其它的填充材料。作为该填充材料，能够使用例如各种无机填充材料、铸件等金属填充件、塑料填充件或者将它们组合而成的填充材料。

在结冰海域或与结冰海域相邻的海域航行的情况下，除了提高球鼻型船首13的下部的强度之外，由于有可能意外与冰碰撞，因此还需要提高球鼻型船首13的前表面侧的强度。

因此，如图示那样，期望设置将船底外板10A与内板10C之间在横向和纵向上相连的、追加的船底横骨33T、船底板件(bottom lounges)33L、纵框34、防挠纵梁35、垂直框架36、船首肘板37等。

产业上的实用性

根据本发明，除了一般货船之外，还能够稳定地进行集装箱船、油船、化学船、矿石船、煤船、LNG船、LPG船、汽车运输船、散装货船等商船的、不仅在一般海域而且在结冰海域中的航行、或者虽然是结冰海域但尚未结冰时段的航行。其结果，能够以最短的航线进行航行而不是为了避开结冰而绕远的航行，因此其经济价值极高。

例如，能够在北太平洋与北大西洋之间经由北极海航行。特别是，能够经由北极海，而北极海伴随着近年来的地球变暖而具有结冰面积减小的倾向，这会带来很大的经济效果。

标号说明

10：船；10A：船底外板；10B：内底板；10C：内板；10D：加强用水平隔板；11：主螺旋桨；12：主发动机；20：追加螺旋桨；21：导管螺旋桨；22：追加螺旋桨驱动单元；32：填充材料。

Claims (9)

1.一种商船的航运方法，所述商船在船首部具有球鼻型船首，在船尾部具有由主发动机驱动的主螺旋桨，并且，所述商船具有配置于船底部的追加螺旋桨、以及追加螺旋桨驱动单元，其特征在于，

所述主螺旋桨和所述追加螺旋桨被配置在当所述商船为空船状态时能够提供推力的位置处，并且，

货物部具有在船底外板的内侧设置有内底板的双层底结构，在船首间隔壁的前方，在所述货物部的双层底结构中的所述内底板的位置处设有船首部内板，并且，在所述船首部内板的上方形成有压载舱，

在所述内板与所述球鼻型船首的船底外板之间，以至少与所述船底外板接触的方式填充有加强用填充材料，

当所述商船在结冰海域航行时，所述商船具有所述球鼻型船首的下部处于海面或冰上表面的吃水线，

所述商船使用所述主螺旋桨和所述追加螺旋桨中的至少所述追加螺旋桨进行航行。

2.根据权利要求1所述的商船的航运方法，其中，

所述追加螺旋桨驱动单元的输出是主发动机的输出的15％MCR～45％MCR(20％MCR～35％MCR)。

3.根据权利要求1所述的商船的航运方法，其中，

所述追加螺旋桨被配置于比所述主螺旋桨靠前方的配置位置处的船底部，且所述追加螺旋桨能够选择伸出到船外的伸出状态和收回到船内的收回状态。

4.根据权利要求1所述的商船的航运方法，其中，

在结冰期以外的时期，在载货状态下，主要驱动所述主螺旋桨进行推进。

5.根据权利要求1所述的商船的航运方法，其中，

所述追加螺旋桨能够绕上下轴线旋转。

6.根据权利要求1所述的商船的航运方法，其中，

所述追加螺旋桨具有导管螺旋桨。

7.根据权利要求1所述的商船的航运方法，其中，

当所述商船在结冰海域航行时，所述球鼻型船首的下部将冰割开且将该冰向侧方冲走。

8.一种商船，其在船首部具有球鼻型船首，在船尾部具有由主发动机驱动的主螺旋桨，并且，所述商船具有配置于船底部的追加螺旋桨、以及追加螺旋桨驱动单元，其特征在于，

所述主螺旋桨和所述追加螺旋桨被配置在当所述商船为空船状态时能够提供推力的位置处，并且，

货物部具有在船底外板的内侧设置有内底板的双层底结构，在船首间隔壁的前方，在所述货物部的双层底结构中的所述内底板的位置处设有船首部内板，并且，在所述船首部内板的上方形成有压载舱，

在所述内板与所述球鼻型船首的船底外板之间，以至少与所述船底外板接触的方式填充有加强用填充材料。

9.根据权利要求8所述的商船，其特征在于，

在所述内板与所述球鼻型船首的船底外板之间具有三层底结构。

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