CN114072330A - 用于浅吃水集装箱船及内河航道集装箱运输船的转向机构 - Google Patents

Abstract

一种用于集装箱运输船船体的转向机构，船体包括船首、船尾和在船首与船尾之间的集装箱舱。船首设置有悬垂的侧向推进器吊舱的组，该组包括沿船体的纵向中心线设置的第一吊舱、设置成在第一吊舱的后方且从中心线向外的第二吊舱、以及设置成在第一吊舱的后方且从中心线向外并与第二吊舱相对的第三吊舱。第一吊舱和第二吊舱限定到中心线的一侧的第一纵向流动通道，并且第一吊舱和第三吊舱限定到中心线的相对侧的第二纵向流动通道。作为可省略的推进器机构的第四吊舱可以沿中心线设置在第一、第二和第三吊舱的后方，以与它们一起限定第一和第二交叉中心线流动通道。

Description

用于浅吃水集装箱船及内河航道集装箱运输船的转向机构

技术领域

本公开总体上涉及用于沿着内河航道进行运输的联运货物集装箱运输船、且更具体地涉及用于在河滨、浅吃水集装箱运输船中进行有限半径或零半径转向操纵的转向机构。

背景技术

集装箱运输船、也可以称为集装箱船或集装箱运输船舶，是使用标准化的集装箱来承载其负载的货船。在标准化的集装箱内运送货物的方法可以被称为集装箱化。集装箱化是使用标准化的集装箱的联运货物运输系统，标准化的集装箱可以由集装箱运输船、铁路车辆和卡车容置。集装箱运输船的容量可以以二十英尺当量单位(TEU)来测量。应当理解，集装箱运输船是一种用于运输非散装货物的流行模式。事实上，大多数非散装货物都由集装箱运输船来运输。

可能阻碍船舶(例如集装箱运输船)沿着内河航道行进的一些因素包括但不限于浅滩和沙洲、低水浪、冰流和高弯曲水段。这些因素中的每一个对于具有受限操纵性的船舶进行高速运动而言都展现出或加剧了挑战。例如，尽管密西西比河的河口的主河道目前保持为大约45英尺深和500英尺宽，但是应当理解，在密西比河、巴吞鲁日市上游，主河道会变浅并且变窄相当多。整个密西西比河内河航道系统的控制深度为12英尺，并且在低水径流时期这一深度变得特别关键，例如在夏季晚期和秋季早期或在干旱期间的水径流的年季节变化，在该期间，陆军工程兵团要求将主河道保持在该控制深度。低水位、自然和人造障碍物以及甚至主通道内的浅滩都可能将可通航河道宽度限制到基本上小于200英尺。

在巴吞鲁日市以北的密西西比河的流域中运行的船舶(尤其是在低水径流时期)可能必须在紧邻对向交通流的地方运行并且在航道附近和航道内的障碍物周围进行操纵。然而，传统的驳船和拖船设备不具有高速操纵性，因为它们通常仅在拖船的船尾处由所谓的“推进装置”来提供动力，并且必须利用或克服河流对拖船的船首的影响以便进行转向操纵。这种操纵动作可能需要跨越可通航河道来进行较宽的行进，同时使船舶减速以便于水流对转向做出贡献或简单地以便屈服于相反的河滨交通流。因此，需要一种用于诸如集装箱运输船和运输船舶的浅吃水船舶的转向机构，其提供用于高速通过浅水航道的增强的操纵性。

附图说明

图1是示例性集装箱运输船的正视前透视图；

图2是图1的集装箱运输船的正视图；

图3是图1的集装箱运输船的后视图；

图4是图1的集装箱运输船的第一侧的视图；

图5是图1的集装箱运输船的第二侧的视图；

图6是图1的集装箱运输船的俯视图；

图7是图1的集装箱运输船的仰视图；

图8A是所公开的转向机构的示例性构造的示意图；

图8B是在非转向、向前运动期间通过所公开的转向机构的流动的图示；以及

图8C是在转向操纵期间通过所公开的转向机构的流动的图示。

具体实施方式

以下详细描述将示出该机构的一般原理，其示例在附图中另外示出。在附图中，相同的附图标记表示相同或功能相似的元件。

图1-图7总体上示出了示例性的集装箱运输船10。具体参照图1，集装箱运输船10可以包括具有船首14的外船体12。如图1和图7中最佳地示出，所示的船首14包括双半径尖顶形轮廓。也就是说，船首14包括两个侧部，每个侧部包括具有第一半径的圆形轮廓16、具有第二半径的锥形端部或尖顶部18、以及设置在圆形轮廓16与端部或尖顶部18的相交处附近以在它们之间提供平滑过渡的内弯部17。在一个实施例中，双半径尖顶形船首可以限定两个大约一百英尺的相交半径，以产生具有两百英尺长度和两百英尺船宽的船首，从而近似为等边三角形。本领域的普通技术人员将容易地理解，等边三角形是通常坚固和稳定的结构。如下面更详细地解释的，双半径尖顶形船首14可以提供各种技术效果和益处，然而也可以使用包括钝的和单半径尖顶形船首轮廓的其它船首轮廓。船首14可以通过具有彼此相对的侧部22的集装箱舱20而连接到外船体12的船尾30。这种浅吃水集装箱运输船(“SDCC”)可以具有长度在700英尺到1750英尺之间的尺寸，船宽在100英尺到250英尺之间的尺寸。在所示的示例性实施例中，集装箱运输船10可以包括1500英尺的总长度L，并且船宽可以是200英尺。在一个实施例中，集装箱运输船10可以以大约十二英尺(+/-10％)的吃水深度和大约50英尺(+/-10％)的净空高度(air draft)运行，从而允许在与密西西比河内河航道系统一样浅的航道上进行常年航行和运输操作。

集装箱运输船10可以包括全船宽船尾30。也就是说，在容纳船尾推进装置处的集装箱运输船的船尾30可以具有约等于集装箱舱20的船中部船宽(midship beam)的宽度。如图3所示，船尾30能够容置多个推进器32。在所示的示例性实施例中，使用八个推进器32。在另一实施例中，可以包括四个推进器32。应当理解，通过使集装箱运输船10的船尾部段与船中部的或集装箱舱的船宽一样宽，使得沿着船尾30存在用于更多数量的螺旋桨的空间。换句话说，当与传统的驳船和顶推船构造相比时，集装箱运输船10可以与拖船一样宽，这意味着集装箱运输船10的宽度可以与传统内河航道运输拖船的各驳船的构造一样宽。在一个实施例中，船尾推进器32可以各自标称地额定为3500马力、在船尾处取决于所使用的推进器的数量总计为14000马力至28000马力。可以理解，推进器32的功率可以取决于牵引电机、原动机性能和集装箱运输船10的期望的船体速度。船尾推进系统的具体结构和额定值将取决于船舶集装箱容量的结构和船舶建造以在其上运行的航道。

应当理解，所公开的集装箱运输船10可以包括5:1至8:1之间的全长(LOA)相对船宽的长宽比。优选地，该长宽比为约7:1(+/-10％)，这可以产生相对高的船体速度，并且具有低阻力和良好的燃料效率。在所示的示例性实施例中，集装箱运输船10包括以下尺寸：船首：200英尺x 200英尺；船尾：200英尺x 200英尺；以及集装箱舱(外部尺寸)：1100英尺x200英尺。在其它实施例中，这些示例性尺寸可以基于全长和/或船宽来缩放。在示例性实施例中，集装箱运输船10具有大约100000净载重吨的排水量，并且在运输高达一千两百个40英尺的标准化的集装箱或2400TEU时，可以具有从十二节到大约十八节范围内的速度。作为比较，常规的拖船可能长达1200英尺、宽达200英尺，不包括拖船本身具有约45000净载重吨的排水量，并具有约5-6节的速度。

如图1和图7进一步所示，船首14可以包括一组悬垂的侧向推进器吊舱100(部分可见)。在一个实施例中，如图7所示，该组悬垂的侧向推进器吊舱可以包括沿外船体的纵向中心线设置的第一吊舱102、设置在第一吊舱102的后方且从外船体的纵向中心线向外的第二吊舱104、以及设置在第一吊舱102的后方且从外船体的纵向中心线向外并与第二吊舱104相对的第三吊舱106。在所示的实施例中，第一吊舱104可以设置成接近船首14的尖顶形部分18，第二吊舱104可以设置在船首14一侧的内侧、接近圆形轮廓16与集装箱舱20的一个侧部22相交的位置，第三吊舱106可以设置在船首14的相对侧的内侧、接近圆形轮廓16与集装箱舱20的相对的侧部22相交的位置。对于其它的船首轮廓，例如单半径尖顶形船首轮廓，第一吊舱102可以设置成接近龙骨的前端(fore-end)，第二吊舱104可以设置在船首已经延展至船中部船宽或集装箱舱的至少85％的第一点的内侧、优选地船中部船宽或集装箱舱的至少90％、最优选地船中部船宽或集装箱舱的至少95％，并且第三吊舱106可以设置在船首14的相对侧的内侧、接近与所述第一点呈镜像的第二点。悬垂的侧向推进器吊舱在它们之间限定纵向流动通道，其中悬垂的第一吊舱102和第二吊舱104限定了到外船体12的纵向中心线的一侧的第一纵向流动通道110，悬垂的第一吊舱102和第三吊舱106限定了到外船体12的纵向中心线的相对侧的第二纵向流动通道112。

在所示的示例性实施例中，在每个侧向推进器吊舱100中包括三个导管推进器(tunnel thruster)120，每个导管推进器标称额定为3500马力，在船首处具有31500总马力。在另一示例性实施例中，可以包括两个导管推进器120。应理解，导管推进器的数量和功率将根据船舶的排水量、吃水深度以及全长与船宽的长宽比(与船体对横向运动的阻力相关)而变化。侧向推进器吊舱100可以相对于船舶的纵向中心线为细长的，使得该组侧向推进器吊舱形成从外船体12悬垂的、浸没的三体帆船状的结构。该浸没的三体帆船状的结构有利地减少船舶的尾流，并且倾向于使碎片偏转到外船体下方的特定路径中，从而能够对船尾驱动装置32进行一些额外的碎片保护，另外，该结构允许在执行转向操纵时运用每个侧向推进器吊舱100，这包括在预期转向的内侧上的吊舱100中的导管推进器120。

如图8A所示，该组悬垂的侧向推进器吊舱100可以包括第四吊舱104，所述第四吊舱沿外船体12的纵向中心线设置在第一、第二和第三推进器吊舱102、104和106的后方。第四吊舱104可以是不具有任何导管推进器的空吊舱，并且设置成与第一、第二和第三吊舱102、104和106相结合以限定第一交叉中心线流动通道114和第二交叉中心线流动通道116，其中第一和第二交叉中心线流动通道在外船体12的纵向中心线附近相交。如图8B所示，当船舶在航行中时，在非转向、向前运动的情况下，水倾向于被引导进入并通过纵向流动通道110和112，直到被外船体12的整体形状和排水向外转向，即，这种向外转向将在存在或不存在第四吊舱108的情况下发生。如图8C所示，当吊舱、例如吊舱104，定位于预期转向的内侧并且被操作以将水朝外船体12的纵向中心线喷射时，与穿过纵向流动通道110和112的水结合的所喷射的水可以至少部分地被引导穿过第一交叉中心线流动通道114而到达预期转向的外侧。类似地，当吊舱106定位在预期转向的内侧并且被操作成将水朝外船体12的纵向中心线喷射时，与穿过纵向流动通道110和112的水结合的所喷射的水可以至少部分地穿过第二交叉中心线流动通道116而被引导到预期转向的外侧。对第一、第二和第三吊舱102、104和106以及可选地船尾推进器32进行操作控制以改变进入第一和第二纵向通道110和112的流动，允许在该组悬垂的侧向推进器吊舱100内的侧推力矢量。然而，吊舱100及其集合的组是从外船体12悬垂的刚性结构。将可以理解的是，在不存在第四吊舱108的情况下，所喷射水的向外转向仍然存在并且在未示出的实施例中可以是足够的，但是第四吊舱的存在使得流动在更有限的方向范围内被引导，从而改善了推力矢量表现。

吊舱100包括外船体12的船首14的多船体部件。这样，吊舱100的前端可以成形和构造成船首状的形状，该形状附接到或融入到外船体12中。例如，在图8所示的实施例中，吊舱100中的至少一个的前端可以包括附接到双半径尖顶形轮廓的外船体12的单半径尖顶形轮廓。在其它实施例中，吊舱中的至少一个的前端可以包括附接到双半径尖顶形轮廓或其它轮廓的外船体12的所谓的“倒置的船首形状”(inverted bow shape)。该倒置的船首形状可以被用于抵抗碎片在船舶的船首处的积聚，以帮助保持推进器吊舱浸没在吃水线以下并且扩展船体的润湿区域。吊舱102、104、106和108的前端可以包括相同或不同的轮廓。例如，吊舱102可以包括倒置船首形状，而吊舱104和106以及第四吊舱108可以包括非倒置的单半径尖顶形轮廓。可以选择吊舱、特别是第一吊舱102的至少前端的轮廓、材料和材料厚度以形成冰区航行等级(ice-class)的结构，以便能够根据当地气候在例如深秋、冬季和/或早春时运行，并且以便抵抗来自冰流或非冰碎片的损坏。

在一个实施例中，集装箱运输船10可以包括四个发电机组、十七个电驱动马达(八个船尾马达和九个船首导管推进器)以及两个电力变压器。可以使用的发电机的一个商业示例是可从芬兰的

公司获得的12V50发电机组(每个标称11000千瓦)。可以使用的电驱动马达的一个商业示例是可从伊利诺斯州芝加哥的GE Transportation获得的Invertex 360T。在集装箱运输船10内使用的牵引电机和电驱动马达可以是最初用于采矿应用的。

双半径尖顶形船首14可以允许集装箱运输船10在有限空间的区域中精细进入、允许减小阻力以及允许侧向推进器吊舱提供方向控制(包括在运输船航行时的零转向半径能力)。此外，双半径尖顶形船首14还可以使船首14快速延展至全船宽，这进而使得货物空间增大。应当理解，尖顶形船首14的双半径与设置在外船体12的纵向中心线外侧的吊舱104、106的组合可以基本上抵消主要的船首尾流。这将使得集装箱运输船10具有零转向半径，并且在以常规的传统内河航道运输设备的速度的两到三倍的速度运行的同时基本上不产生尾流。此外，这还将允许集装箱运输船10在河流中转向通过弯道而同时不会使船尾30的螺旋桨倒退，以便不损失向前速度。最后，无论使用双半径尖顶形船首还是其它的船首形状，将分布式电推进系统与船首14中的一组导管推进器120结合使用，也可以基本上消除使集装箱运输船10引擎循环的需求，这进而可以减少燃料燃烧和引擎损耗。

总体上参考附图，所公开的集装箱运输船10可以提供各种技术效果和益处。所公开的集装箱运输船10可以包括可提高速度、效率、操纵性和安全性的侧向推进器吊舱和导管推进器构造。具体地，限定纵向中心线流动通道和相交的交叉中心线流动通道的侧向推进器吊舱构造允许一种形式的通过各种通道的侧向推力矢量，并且在执行朝船舶的任一侧转向时允许对各个吊舱中的每一个的有用利用。此外，双半径尖顶形船首14与侧向推进器吊舱构造的结合通过提供侧向间隔开的推进器吊舱的改善分离以及在转向的内侧上将表面水朝向交叉中心线流动通道引导以减小转向阻力从而提供了增强的方向控制。

虽然本文描述的设备和方法的形式构成了本发明的优选实施例，但是应当理解，本发明不限于这些设备和方法的精确形式，并且可以在其中进行改变而不脱离本发明的范围。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种集装箱运输船，其包括外船体，所述外船体包括船首、船尾和集装箱舱，所述集装箱舱具有在所述船首和船尾之间延伸的彼此相对的侧向侧，所述船首具有悬垂的侧向推进器吊舱的组，所述悬垂的侧向推进器吊舱的组包括：

第一吊舱，其沿着所述外船体的纵向中心线设置；

第二吊舱，其设置成在所述第一吊舱的后方并且从所述外船体的所述纵向中心线向外；以及

第三吊舱，其设置成在所述第一吊舱的后方、从所述外船体的所述纵向中心线向外并与所述第二吊舱相对；

其中，所述第一吊舱和第二吊舱限定通向所述外船体的所述纵向中心线的一侧的第一纵向流动通道，并且所述第一吊舱和第三吊舱限定通向所述外船体的所述纵向中心线的相对侧的第二纵向流动通道。

2.根据权利要求1所述的集装箱运输船，其中，所述外船体还包括第四吊舱，所述第四吊舱沿着外船体的所述纵向中心线布置在所述第一吊舱、第二吊舱和第三吊舱的后方，并且其中所述第四吊舱与所述第一吊舱、第二吊舱和第三吊舱相结合限定第一交叉中心线流动通道和第二交叉中心线流动通道，其中所述第一交叉中心线流动通道和第二交叉中心线流动通道在所述外船体的所述纵向中心线附近相交。

3.根据权利要求2所述的集装箱运输船，其中，所述第一吊舱、第二吊舱和第三吊舱各自包括多个导管推进器，并且所述第四吊舱未被导管推进器占据。

4.根据权利要求2所述的集装箱运输船，其中，所述第一吊舱、第二吊舱、第三吊舱和第四吊舱各自包括多个导管推进器。

5.根据权利要求1所述的集装箱运输船，其中，所述船首包括具有两侧部的双半径尖顶形轮廓，所述两侧部各自包括具有第一半径的圆形轮廓、具有第二半径的锥形尖顶形部分、以及设置成接近所述圆形轮廓与所述尖顶形部分的相交处以在所述圆形轮廓与所述尖顶形部分之间提供平滑过渡的内弯部分。

6.根据权利要求5所述的集装箱运输船，其中，所述第一吊舱设置成接近所述船首的所述尖顶部分，所述第二吊舱设置在所述船首的一侧的内侧、接近所述圆形轮廓与所述集装箱舱的一个侧向侧相交的位置，并且所述第三吊舱设置在所述船首的相对侧的内侧、接近所述圆形轮廓与所述集装箱舱的相对的侧向侧相交的位置。

7.根据权利要求1所述的集装箱运输船，其中，所述第一吊舱设置成接近所述船首的龙骨的前端，所述第二吊舱设置在所述船首已经延展至所述集装箱舱的船宽的至少85％的第一点的内侧，并且所述第三吊舱设置在所述船首的相对侧的内侧并且接近与所述第一点呈镜像的第二点。

8.根据权利要求1所述的集装箱运输船，其中，所述第一吊舱具有前端，并且所述前端包括倒置的船首形状。

9.根据权利要求8所述的集装箱运输船，其中，所述第二吊舱和第三吊舱具有前端，并且所述第二吊舱和第三吊舱的前端包括非倒置的、单半径尖顶形轮廓。

Claims (9)

1.一种集装箱运输船，其包括外船体，所述外船体包括船首、船尾和集装箱舱，所述集装箱舱具有在所述船首和船尾之间延伸的彼此相对的侧向侧，所述船首具有悬垂的侧向推进器吊舱的组，所述悬垂的侧向推进器吊舱的组包括：

第一吊舱，其沿着所述外船体的纵向中心线设置；

第二，其设置成在所述第一吊舱的后方并且从所述外船体的所述纵向中心线向外；以及

第三吊舱，其设置成在所述第一吊舱的后方、从所述外船体的所述纵向中心线向外并与所述第二吊舱相对；

其中，所述第一吊舱和第二吊舱限定通向所述外船体的所述纵向中心线的一侧的第一纵向流动通道，并且所述第一吊舱和第三吊舱限定通向所述外船体的所述纵向中心线的相对侧的第二纵向流动通道。

2.根据权利要求1所述的集装箱运输船，其中，所述外船体还包括第四吊舱，所述第四吊舱沿着外船体的所述纵向中心线布置在所述第一吊舱、第二吊舱和第三吊舱的后方，并且其中所述第四吊舱与所述第一吊舱、第二吊舱和第三吊舱相结合限定第一交叉中心线流动通道和第二交叉中心线流动通道，其中所述第一交叉中心线流动通道和第二交叉中心线流动通道在所述外船体的所述纵向中心线附近相交。

3.根据权利要求2所述的集装箱运输船，其中，所述第一吊舱、第二吊舱和第三吊舱各自包括多个导管推进器，并且所述第四吊舱未被导管推进器占据。

4.根据权利要求2所述的集装箱运输船，其中，所述第一吊舱、第二吊舱、第三吊舱和第四吊舱各自包括多个导管推进器。

5.根据权利要求1所述的集装箱运输船，其中，所述船首包括具有两侧部的双半径尖顶形轮廓，所述两侧部各自包括具有第一半径的圆形轮廓、具有第二半径的锥形尖顶形部分、以及设置成接近所述圆形轮廓与所述尖顶形部分的相交处以在所述圆形轮廓与所述尖顶形部分之间提供平滑过渡的内弯部分。

6.根据权利要求5所述的集装箱运输船，其中，所述第一吊舱设置成接近所述船首的所述尖顶部分，所述第二吊舱设置在所述船首的一侧的内侧、接近所述圆形轮廓与所述集装箱舱的一个侧向侧相交的位置，并且所述第三吊舱设置在所述船首的相对侧的内侧、接近所述圆形轮廓与所述集装箱舱的相对的侧向侧相交的位置。

7.根据权利要求1所述的集装箱运输船，其中，所述第一吊舱设置成接近所述船首的龙骨的前端，所述第二吊舱设置在所述船首已经延展至所述集装箱舱的所述船宽的至少85％的第一点的内侧，并且所述第三吊舱设置在所述船首的相对侧的内侧并且接近与所述第一点呈镜像的第二点。

8.根据权利要求1所述的集装箱运输船，其中，所述第一吊舱具有前端，并且所述前端包括倒置的船首形状。

9.根据权利要求8所述的集装箱运输船，其中，所述第二吊舱和第三吊舱具有前端，并且所述第二吊舱和第三吊舱的前端包括非倒置的、单半径尖顶形轮廓。

Images