CN202414088U - 二元流双半潜艏远洋液氢运输船 - Google Patents

二元流双半潜艏远洋液氢运输船 Download PDF

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Abstract

二元流双半潜艏远洋液氢运输船，纵流主船体的满载水线下方船底两侧各安装有一条长度接近船长的条状附体，所述两条条状附体的下方设有双半潜艏，所述双半潜艏的内侧沿流线安装有纵向片翼，所述纵流主船体下方沿流线并排布置了若干低矮的垂直片翼。本实用新型的二元流双半潜艏远洋液氢运输船，首次满足了液氢海运对巨大舱容以及快速性的要求，同时还保留了普通纵流船型阻力小、航向稳定性好、运动幅值小、工艺性好、推进效率高等优点。综合采用条状附体、双半潜艏、纵列片翼、垂直片翼，解决了纵流船型用于远洋航线时可能发生的砰击、总纵强度问题，还提高了船舶的水动力性能，并且使之不需要压载水。

Description

二元流双半潜艏远洋液氢运输船
技术领域
本实用新型涉及船舶制造技术领域，尤其涉及一种液氢运输船。
背景技术
21世纪中叶，氢将成为主要能源。液氢(LH2)的大规模海运将日渐频繁。为迎接未来海运格局，有必要开始研制远洋液氢运输船。
    作为海运货物，液氢的一些性质见表1。表中还列出了液化天然气(LNG)的对应性质，以便对比。
表1 LH 2 和LNG的性质对比
货种 密度 温度
LH 2 71kg/m3 -253℃
LNG 424kg/m3 -163℃
    可见，液氢密度极低，且对低温的要求较LNG高。所以，液氢运输船需要有一些特殊设计，以适应上述液氢的特性。如：
    1） 需具有极大的舱容，以尽可能提高运载液氢的重量；
    2） 需具有良好的绝热保温措施，防止液氢蒸发。
    此外，即便有良好的绝热措施，液氢在运输途中，仍然会有相当一部分因热交换和液体摇荡而损失掉。因此，液氢运输船的航速应尽可能快，以缩短航次时间，减小流失量。
    若在现有常规LNG远洋运输船的基础上设计远洋LH2运输船，则难以满足上述要求，因为极大的舱容需求会导致船舶尺度异常巨大，但极低的货物密度将使船的吃水深度得不到保证，使之成为“极浅吃水极肥大”船，稳性不佳，兴波阻力大，波浪中螺旋桨容易“飞车”，难以实现高速海运，需大量压载水保证其正常航行。
    20世纪90年代，几个国家基于一些高性能船概念，提出了几种远洋液氢运输船方案。例如德国霍瓦兹-德意志船厂(HDW)和德国劳埃德船级社(GL)等联合提出的小水线面双体(SWATH)液氢运输船、日本WE-NET项目提出的穿浪双体(WPC)液氢运输船等。
  实际上，这些设计并不适于液氢的大规模海运。对于SWATH方案,原因如下：
  1） 运载液氢要求船舶具有极大的舱容，但排水量却很小，这将给SWATH带来结构强度隐患。如一艘长330米、载液氢14200t（20万m3）的SWATH，假定其空船重4.2万吨，则其半潜体直径还未超过5m便已经可以满足重力-浮力平衡。而其支柱宽度必小于半潜体直径，不妨假定为3米。显然，若以上述尺寸搭配50-60m宽的船体，很难保证船的强度；
  2） 支柱过于狭窄，导致装货后吃水变大很多，因此在波浪中，连接桥可能会遭受砰击；
  3） 半潜体过于细长（长宽比约70）导致湿面积较现有常规SWATH大大增加，故其总阻力性能开始较常规船型有优势的临界Fn▽将大于1.2，导致一艘330m长的该船型只能适用于50节以上的航速；
  4） 片体内难以布置绝热材料，不能载货，造成空间浪费；
  5） 货物和主机均置于甲板上，带来稳性问题；
  6） 片体相对间距太小，不利干扰几乎无法避免。
    WPC方案不具有上述SWATH的缺点2），但可能产生与常规船型同样的吃水过浅问题。而其他SWATH的缺点，WPC全部具备。
    可见，目前世界上并没有一种合适的远洋液氢运输船。液氢运输船需要全新的设计概念。
实用新型内容
为了克服现有液氢运输船不适合远洋的问题，本实用新型提供了一种新型远洋液氢运输船。
本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：二元流双半潜艏远洋液氢运输船，纵流主船体的满载水线下方船底两侧各安装有一条长度接近船长的条状附体，所述两条条状附体的下方设有双半潜艏，所述双半潜艏的内侧沿流线安装有纵向片翼。
所述纵流主船体下方沿流线并排布置了若干低矮的垂直片翼。
所述条状附体突出船底的深度约等于所述纵流主船体的吃水值，宽度约为船宽的1/6至1/9。 
本实用新型的二元流双半潜艏远洋液氢运输船，首次满足了液氢海运对巨大舱容以及快速性的要求，同时还保留了普通纵流船型阻力小、航向稳定性好、运动幅值小、工艺性好、推进效率高等优点。综合采用条状附体、双半潜艏、纵列片翼、垂直片翼，解决了纵流船型用于远洋航线时可能发生的砰击、总纵强度问题，还提高了船舶的水动力性能，并且使之不需要压载水。
附图说明
图1是本实用新型的二元流双半潜艏远洋液氢运输船的侧视结构图。
图2是本实用新型的二元流双半潜艏远洋液氢运输船的俯视结构图。
图3是本实用新型的二元流双半潜艏远洋液氢运输船的船底视图。
其中：纵流主船体1、条状附体4、双半潜艏5、垂直竖翼6、纵向片翼7。
具体实施方式
本实用新型的二元流双半潜艏远洋液氢运输船的结构如图1-3所示，纵流主船体1的满载水线2下方船底两侧各安装有一条长度接近船长的条状附体4，所述两条条状附体4的下方设有双半潜艏5，所述双半潜艏5的内侧沿流线安装有纵向片翼7，所述纵流主船体1下方沿流线并排布置了若干低矮的垂直片翼6，所述条状附体4突出船底的深度约等于所述纵流主船体1的吃水值，宽度约为船宽的1/6至1/9。
本发明二元流双半潜艏远洋液氢运输船的基本原理如下：
所述纵流主船体1特别适用于液氢的运输。原因有二：首先，它的阻力对船宽的增加不敏感，理论上可以较大幅度地增大船宽，以得到极大舱容和良好的稳性，而不必担心快速性恶化。这使液氢运输船“极大舱容”的要求可以实现；其次，实验表明，在傅汝德数<0.41的范围内，速度越高，它的性能越好。这使液氢运输船“高速海运”需求可以实现。
实验表明，所述纵流主船体1还具有兴波阻力小、航向稳定性好、运动幅值小、工艺性好、推进效率高等其他优点。虽然这些优点并不能作为它特别适合液氢运输的理由，但它们对提高船的性能是有益的。
经验表明，所述纵流主船体易发生艏底砰击，从而有可能不适合远洋航线。为解决此问题，本发明采用的技术方案是：利用双半潜艏5、纵向片翼7、垂直片翼6及空气层。分述如下：  
1）双半潜艏5可防止砰击，但以前未见应用于大型货船，因为大型货船质量太大，若用单个半潜艏减纵摇，则半潜艏的尺度需要很大才能发挥功效。设置两个半潜艏也许能起到更好的效果，但在常规尖头货船上，布置双半潜艏5是不现实的。而本发明由于采用了纵流主船体，船头为平头，故得以在船艏两侧布置所述双半潜艏，从而可以有效地减小砰击。
2）所述纵向片翼7也能防止砰击。此外，由于它们布置在半潜艏内侧，距横摇轴也较远，所以还能起到减轻横摇的作用。        
3）所述垂直片翼6可以进一步减小砰击，此外还有整流的作用。 
4）纵流船体的平底在与水接触时，可以捕获空气层，减小砰击。对本发明，由于有所述条状附体和双半潜艏的限制，所以可以形成更加优质、稳定的空气层，从而获取更为显著的减轻砰击压力的效果。
经验还表明，所述纵流主船体具有总纵强度不足的问题，从而有可能不适合远洋航线。为解决此问题，本发明采用的技术方案是：采用所述条状附体，增加了船体梁横剖面惯性矩，提高了船的总纵强度。此外，由于本发明具有型深大的特点，所以总纵强度问题自然缓和得多。
本实用新型还具有不需要压载水的优点。原因有二：首先，大船宽使得不需要压载水就能保证稳性；其次，条状附体增加了船的吃水，使得本船不需压载就能保证螺旋桨具有足够的沉深。
另外，所述条状附体还能限制船底的流动，使之均匀稳定，减小兴波阻力，还便于在船底实施气膜气泡减阻。
最后值得一提的是本实用新型的“二元流双半潜艏远洋液氢运输船”名称中“二元流”的由来：设置所述条状附体后，吃水变深，船侧必然会发生“侧流”，故本发明的名称里不能再有“纵流”。又考虑到本船的“侧流”并不同于常规尖头海船的大曲率侧流，而是和船底的“纵流”性质一样，流线短而平顺、曲率很小，可看做二元流动，故作者把本船型叫做“二元流”船型，意在同时概括船侧和船底流动的二维性质。
对2050年的一条典型航线：巴哈马海洋热能转换平台至英国米尔福德港航线的水文状况和货源状况，用层次分析法确定了适用于该航线的二元流双半潜艏远洋液氢运输船的主要参数为：
水线长             236.00m
型宽                47.20m
空载吃水            10.46m
主船体空载吃水       5.23m
满载吃水            12.25m
主船体满载吃水       7.02m
艏纵流角             6.50°
 艉纵流角             7.00°
空载艏压浪高度       7.02m
满载艏压浪高度       5.23m
空载艉压浪高度       2.62m
满载艉压浪高度       0.83m
   对于本实施例，其水线长236m，舱容200000m3。相比之下，日本WE-NET计划提出的同样舱容的液氢运输船方案的水线长达330m（暂且假设该方案可行）。所以，本船的资金成本较低。另外本船优秀的阻力性能将使其运营成本较低。最后，本船良好的稳性，让大面积风帆的使用成为可能。风帆助航将进一步降低运营成本。
 本实用新型的优点在于：本发明二元流双半潜艏液氢远洋运输船，首次满足了液氢海运对巨大舱容以及快速性的要求，同时还保留了普通纵流船型阻力小、航向稳定性好、运动幅值小、工艺性好、推进效率高等优点。综合采用条状附体4、双半潜艏5、纵向片翼7、垂直片翼6，解决了纵流船型用于远洋航线时可能发生的砰击、总纵强度问题，还提高了船舶的水动力性能，并且使之不需要压载水。

Claims (3)

1.二元流双半潜艏远洋液氢运输船，其特征在于：纵流主船体（1）的满载水线（2）下方船底两侧各安装有一条长度接近船长的条状附体（4），所述两条条状附体（4）的下方设有双半潜艏（5），所述双半潜艏（5）的内侧沿流线安装有纵向片翼（7）。
2.根据权利要求1所述的二元流双半潜艏远洋液氢运输船，其特征在于：所述纵流主船体（1）下方沿流线并排布置了若干低矮的垂直片翼（6）。
3.根据权利要求1所述的二元流双半潜艏远洋液氢运输船，其特征在于：所述条状附体（4）突出船底的深度约等于所述纵流主船体（1）的吃水值，宽度约为船宽的1/6至1/9。
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