CN205150152U

CN205150152U - 一种适用广东沿海的节能环保型10t旋转吊航标工作船

Info

Publication number: CN205150152U
Application number: CN201520754844.5U
Authority: CN
Inventors: 赵成璧; 林慰; 谢家荣; 刘畅
Original assignee: GUANGDONG WATERWAY BUREAU; South China University of Technology SCUT
Current assignee: GUANGDONG WATERWAY BUREAU; South China University of Technology SCUT
Priority date: 2015-09-24
Filing date: 2015-09-24
Publication date: 2016-04-13
Anticipated expiration: 2025-09-24

Abstract

本实用新型公开了一种适用广东沿海的节能环保型10t旋转吊航标工作船，其以性能和能效为双重核心，以先进设计理念和优化技术为指导，由数学模型寻优与物理模型试验验证相结合确定船体主要特征，包括主尺度、型线、总布置、推进装置和附体等。本实用新型实现以小尺度的非标准船型达到甚至超过同类型较大尺度船型的航行性能(快速性)与工作性能(起吊能力、稳性、耐波性等)，同时，由于新船型尺度较小，既符合广东沿海航道中航行与作业的环境特点，又只需配备较小功率的主机，所需的能耗与排放均低于常规船型，充分体现了“绿色环保，节能减排”的科学发展精神。

Description

一种适用广东沿海的节能环保型10t旋转吊航标工作船

技术领域

本实用新型涉及一种适用于广东沿海的节能环保型10t旋转吊航标工作船的先进船型，充分结合航道的特点，提高航行与作业能效，实现节能减排，符合当前航道管理部门提高航标工作实效亟的迫切需求。

背景技术

相比较近年国外设计、建造的一系列航标工作船，国内的航标工作船凸显功能老化、船型单一、技术性能不足等问题。当前，广东沿海航标工作船的所亟需解决的问题是提高综合作业能力和安全性，其核心问题在于船舶性能的提高和甲板作业的机械化程度的提高，亟需解决以下问题：

(1)航标工作船使用时间长，技术含量和自动化水平较为落后；

(2)船舶起吊能力及吨位有待提高；

(3)船舶航速有待提高；

(4)船舶吨位小，相应的抗风等级显得不足，对远离岸线的作业任务有时无法完成。

航标工作船的载重能力要求低，更重要的是布置地位、起重能力和作业能力，属于具有一定起重能力的布置地位型船。适用于广东沿海航道的航标工作船新船型开发源于服役于该航区的航标工作船的作业能力提升的要求。起重能力的提升以及作业方式的改进直接要求船型的大型化发展，其中，最为密切的是船宽的增大。若按常规船型的尺度比考虑，船型尺度的增大幅度过高，不利于该航区的作业，同时，船舶的耗能和排放的增大幅度也显得过高，违背了节能减排的原则。新船型的研究与开发需紧密贴合航标作业与航道特种作业的需求与特点，贯彻节能减排的理念，应深入研究的关键技术问题包括船舶的快速性、耐波性、结构设计与振动、等等。

综上所述，适用于广东沿海航道的航标工作船的升级与发展方向应是以科学发展精神为指导，突破现行设计规范的常规性约束开发沿海航标工作船的新型船型，针对技术难题开展系列研究工作，在满足提高作业能力的基础上力求船型的改进能符合作业区域的特点，深入贯彻节能、环保的原则，降低船舶能耗，走“绿色船舶”的道路。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型立足于增大船宽的同时限制船长和型深的增大，采用紧凑型布置方案，严格控制船舶总吨，使新船型符合作业航区的环境特点和广东省航道系统船员配备情况。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种适用广东沿海的节能环保型10t旋转吊航标工作船，包括船体，所述船体布置艏楼，设置前倾艏柱、外飘的舷侧和V字形的前部横剖面；同时设置有水滴形球鼻艏，相对突出长度比l_b/L_BP＝0.056，相对浸深比h_b/d＝0.262，最大宽度比b_Max/B＝0.141；所述舭部安装型船体结构舭龙骨，舭龙骨的纵向布置范围(站)：ST.041/2～ST.14；所述船体的艉部纵中剖面安装导流尾鳍；

所述船体内设置有主机功率为2×375kW，设计航速为12kn，推进装置采用对转桨，前桨右旋，后桨左旋；

所述船体的船艏配备锚链舱、人孔、空舱、应急发电机室，液压变幅旋转吊布置于艏楼甲板后端壁处，锚链绞盘布置于液压变幅旋转吊的后方，与液压变幅旋转吊配合，便于锚链的收、放，同时能保证甲板工作区域的连续完整性；根据浮标作业的经验数据和船舶的承受能力，定制锚链卷筒装置并配套带锁链装置的液压升降导链滚轮，同时在甲板上配备相当拉力的绞车；四套含沉块和锚链的Φ3.0m航标设备布置于尾工作甲板上；尾部液压变幅门式吊设置于工作甲板尾部，其端部设置在船体的强框架上，起重绞车设置在船体内，有利于获得更多甲板工作区域。

进一步地，液压变幅旋转吊的起吊能力为10t×11m+7t×12.5m，液压变幅门式吊的起吊能力为30t。

进一步地，所述舭龙骨15依次由14mm×150mm端覆板11、14mm×75mm第一覆板12、14mm×310mm第二覆板13和240mm×52mm×12mm球扁钢14固定连接而成。

进一步地，所述船体的艉部型线采用变态方艉与纵流式艉部结合优化艉型。

进一步地，所述工作船总长L_OA＝44.00m，两柱间长L_BP＝39.06m，型宽B＝10.60m，型深D＝3.10m，设计吃水d＝2.00m，最大吃水d_S＝2.15m，方形系数C_B＝0.592，总吨493.00GT，总吨应控制在500GT以内，排水量Δ＝504.97t。

本实用新型提供的工作船的主要性能特征如下：

A提高快速性：根据型线特点为目标船型量身定制小球鼻艏以减小兴波阻力；

B提高推进效率：采用对转桨作为本新船型的推进装置；

C提高耐波性：通过CFD方法优化舭龙骨设计，准确预报横摇水动力阻尼；

D振动控制：通过主尺度设计与结构布置优化船型的总体刚度，有效控制船体振动。

经物理模型试验并配合CFD方法和FEM方法对性能指标的考察，本实用新型船型不仅具有安全性、快速性、耐波性、操纵性等优越的综合性能，而且具有低能耗、低振动、经济性好、综合作业性能强等特点。所开发的新船型符合当前节能减排、减振降噪的发展趋势。新船型的开发将有效提高航标作业与航道特种施工作业的安全性与工作效率，并对提高广东省沿海各级航道的航标管理与维护、航道特种施工作业等工作水平的提高起重要作用。同时，本研究开发的船型可作为研发其它同类型航道的航标作业与特种施工作业工作船的参考船型。

考虑广东省航道局的船员现状，新船型的总吨应控制在500GT以内；同时，为满足作业需求，新船型满足Φ3.0m及以下所有航标的布放、回收以及维护工作。船型的吨位限制了主尺度，而作业能力的提升要求船型应具有较大的船宽和吃水以提供满足作业所需的回复力矩，二者构成矛盾。为使船型可同时满足主尺度限制与作业需要，船型开发应突破常规尺度比的限制，严格限制船长，寻求非标准的长宽比与长宽吃水比。通过尺度优化和型线优化，新船型的长宽比为L/B＝4.150，远小于常规船型；船宽吃水比为B/d＝5.300，远大于常规船型。

新船型应满足主机功率控制在750kW以内，航速达到12kn的快速性要求。由于为协调吨位限制与作业需求所确定的长宽比过小，对船型的快速性极为不利。为在暨定尺度比下使船型达到快速性要求，新船型开发应突破常规型线框架，采用先进的3D型线设计方法优化阻力与推进效率。通过3D型线优化，在总长度不变的情况下，增大水线型线的长度以减小艏部进流角，保证来流畅顺以降低船舶的兴波；中纵剖线尾部采用纵流式艉型，确保去流的平缓、畅顺，避免湍流，通过提高伴流提高螺旋桨的效率。横剖线采用较大面积舭龙骨、根据船模实验的流线测定，确定舭龙骨的最佳安装位置来弥补此缺陷。艉部型线采用变态方艉与纵流式艉部结合优化艉型，采用大舭部的形式，以保证螺旋桨供水、提高螺旋桨效率。

本实用新型船型与传统船型相比，具有如下优点与有益效果：

本实用新型提供的工作船总体方案实现以小尺度的非标准船型达到甚至超过同类型较大尺度船型的航行性能(快速性)与工作性能(起吊能力、稳性、耐波性等)。同时，由于新船型尺度较小，既符合广东沿海航道中航行与作业的环境特点，又只需配备较小功率的主机，所需的能耗与排放均低于常规船型，充分体现了“绿色环保，节能减排”的科学发展精神。

从整体而言，新船型首先通过尺度优化协调吨位对主尺度的限制与舷外起吊作业所需的船宽要求之间的矛盾，确定较小的长宽比；其次，通过型线优化协调非标准尺度比与快速性所需的阻力与推进效率之间的矛盾。新船型能满足在500GT总吨限制下完成10t舷外起吊的同时，以750kW主机功率满足12kn的航速，实现船型性能与节能要求的高度统一，也实现了对传统船型的突破。各个具体的局部特点如以下所列：

(1)量身定制小球鼻艏减阻效果可达3％～6％；

(2)采用对转桨达到的最大航速是最高的，相比常规单桨可期提高8％～10％；

(3)通过在船体上设置舭龙骨，目标船型在波浪中运动的加速度和位移幅值相比相同尺度同类型船型降低幅度不低于5％；

(4)经优化定型后的航标工作船主尺度与国内外现役航标工作船的主尺度比较有较大幅度减小，空船结构重量可降低10％以上；

(5)经优化设计的船体结构布置合理，结构构件均按行业设计，能满足行业设计规范的要求；

(6)船型结构的固有频率与波浪频率、主机振动频率的偏离均达25％以上，船舶在工作中不会与环境载荷或设备载荷产生共振。

附图说明

图1是本实用新型实施例的旋转吊航标工作船的总布置示意图；

图2是本实用新型实施例的旋转吊航标工作船的三维放样示意图；

图3是本实用新型实施例的旋转吊航标工作船的横剖面示意图；

图4是本实用新型实施例的旋转吊航标工作船的纵剖面示意图；

图5是本实用新型实施例的旋转吊航标工作船的水线面示意图；

图6是本实用新型实施例的对转桨性能曲线示意图；

图7是本实用新型实施例的旋转吊航标工作船的舭龙骨横剖面示意图；

图8是本实用新型实施例的旋转吊航标工作船的舭龙骨安装位置横剖面示意图；

图9是本实用新型实施例的旋转吊航标工作船的舭龙骨安装位置纵剖面示意图；

图10是本实用新型实施例的旋转吊航标工作船的舭龙骨安装位置水线面示意图。

图中所示为：1-锚链舱；2-人孔；3-空舱；4-应急发电机室；5-绞车；6-锚链绞盘；7-液压变幅旋转吊；8-液压升降导链滚轮；9-航标设备；10-液压变幅门式吊；11-端覆板；12-第一覆板；13-第二覆板；14-球扁钢；15-舭龙骨。

具体实施方式

以下内容结合附图对本实用新型作进一步的说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

(1)满足操作需求的作业区域布置

如图1所示，一种适用广东沿海的节能环保型10t旋转吊航标工作船艏驾驶、尾甲板为工作甲板，起吊设备依据工作的需求与便利性原则布置在尾甲板的适当位置，起吊设备布置在艏楼的后端壁。船艏配备锚链舱1、人孔2、空舱3、应急发电机室4。10t×11m+7t×12.5m液压变幅旋转吊7布置于艏楼甲板后端壁处。锚链绞盘6布置于液压变幅旋转吊的后方，与吊机配合，便于锚链的收、放，同时能保证甲板工作区域的连续完整性。根据浮标作业的经验数据和船舶的承受能力，定制锚链卷筒装置并配套带锁链装置的液压升降导链滚轮8，同时在甲板上配备相当拉力的绞车5。四套Φ3.0m航标(含沉块、锚链)设备9布置于尾工作甲板上。30t尾部液压变幅门式吊10设置于工作甲板尾部，其端部设置在主船体的强框架上，起重绞车设置在主船体内，有利于获得更多甲板工作区域。

(2)满足快速性要求的型线优化

如图2至5所示，新型10t旋转吊航标工作船采用长宽比为L/B＝4.15，船体布置艏楼、前倾艏柱、外飘的舷侧和V字形的前部横剖面；设计水滴形小球鼻艏有效降低兴波阻力，提高快速性与纵向稳定性。

纵剖线设计：在总长度不变的情况下，水线型线的长度增加，减小艏部进流角，保证来留畅顺、降低船舶的兴波。中纵剖面采用倾斜式的艏部型式，配以水滴形的球鼻艏。中纵剖线尾部采用纵流式艉型，确保去流的平缓、畅顺，避免在拟建工作船在设计航速下艉部产生湍流，为螺旋桨提供良好的来流，提高螺旋桨的效率。在螺旋桨之后的船底纵剖型线保持一定的长度，逐渐降低与水平线的角度，保持尾部水流较平坦地离开船尾，降低尾流能耗的损失。

横剖线设计：考虑到船舶起吊航标时需要较大水线面积，以及船舶需在浅水航道工作，横剖线采用大圆弧舭、船底小斜升高以提高船舶航行于浅水航道时流经船体的水流畅顺。大圆弧舭对船舶横摇性能不佳，为此采用较大面积舭龙骨，舭龙骨的位置根据船模实验的流线测定，最终确定舭龙骨的最佳安装位置来弥补此缺陷。横剖线舷侧部分外飘的直线设计，可有效增加设计吃水处水线面的面积，提高船的初稳性高度及横稳性回复力矩以满足船舶横向起吊航标时的安全要求、改善横向吊标工况下的船舶浮态。由于所设计的航标船船宽吃水比较小，首部横剖线宜采用中V形，可有效改善船舶的耐波性、降低船舶在风浪中的升沉、纵摇运动以及甲板的上浪，同时保证船舶艏楼甲板具有比较大的布置面积，便于舱室与机械设备的布置。

艉部型线设计：新船型型深、吃水较小，艉部要求有较大的甲板面积，因此，艉部型线采用变态方艉与纵流式艉部结合优化艉型。由于船宽吃水比较大且需在浅水航道航行、作业，故艉部横剖线宜采用大舭部的形式，以保证螺旋桨供水、提高螺旋桨效率。此形式艉部型线可有效增加水线面的面积、提高船的横稳性高度以满足船舶起横向吊标时的安全要求、改善横向吊标工况下的船舶浮态。由于纵剖投影面水下的浸水面积较小，为提高航向稳定性，在艉部中纵剖面处设置分水踵以增加纵剖投影面水下的浸水面积，以改善航向稳定性。

水线设计：由于新船型宽吃水比较大，较丰满的首部水线形状对船舶快速性极为不利，因此，在设计水线设计时采用下措施尽可能降低首部设计水线的丰满度：尽可能增加船舶的水线长，如上所述采用斜升式艏柱型式配以水滴形球鼻艏；最大中横剖面适当后移，以增加艏部进流段的长度；在艏部水线以下型线的设计时，适当将排水量下移，即适当增加水线以下的丰满度，同时保持型线的均匀过度。

(3)满足快速性要求的推进装置

如图6所示(由自航试验获得)，新型10t旋转吊航标工作船推进装置采用对转桨。前桨右旋，后桨左旋，后桨能部分回收前桨尾流中的旋转能量损失；另一方面，原本由一个螺旋桨吸收的主机传送过来的功率，在对转桨中分由两个桨吸收，使前、后每个桨负荷都减轻近一半，因此对转桨的效率通常比常规单桨高8～10％。相比舵桨而言，采用对转桨还有一个额外的好处：下箱体分由前后两个齿轮传递功率，使齿轮尺寸变小，有利于下箱体壳体的流线型化，减小阻力。

(4)满足耐波性要求的附体设计

如图7至10所示，新型10t旋转吊航标工作船选取型船体结构舭龙骨，舭龙骨基本结构包括14mm×150mm端覆板11、14mm×75mm第一覆板12、14mm×310mm第二覆板13和240mm×52mm×12mm球扁钢14。舭龙骨的纵向布置范围(站)：ST.041/2～ST.14。通过加装舭龙骨增大船舶横摇运动阻尼以降低船舶波浪中运动的横摇幅值，从而提高船舶作业的安全性和效率，同时也提高适航性。

本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种适用广东沿海的节能环保型10t旋转吊航标工作船，包括船体，其特征在于：所述船体布置艏楼，设置前倾艏柱、外飘的舷侧和V字形的前部横剖面；同时设置有水滴形球鼻艏，相对突出长度比l_b/L_BP＝0.056，相对浸深比h_b/d＝0.262，最大宽度比b_Max/B＝0.141；舭部安装型船体结构舭龙骨(15)，舭龙骨(15)的纵向布置范围(站)：ST.041/2～ST.14；所述船体的艉部纵中剖面安装导流尾鳍；

所述船体的船艏配备锚链舱(1)、人孔(2)、空舱(3)、应急发电机室(4)，液压变幅旋转吊(7)布置于艏楼甲板后端壁处，锚链绞盘(6)布置于液压变幅旋转吊(7)的后方，与液压变幅旋转吊(7)配合，便于锚链的收、放，同时能保证甲板工作区域的连续完整性；根据浮标作业的经验数据和船舶的承受能力，定制锚链卷筒装置并配套带锁链装置的液压升降导链滚轮(8)，同时在甲板上配备相当拉力的绞车(5)；四套含沉块和锚链的Ф3.0m航标设备(9)布置于尾工作甲板上；尾部液压变幅门式吊(10)设置于工作甲板尾部，其端部设置在船体的强框架上，起重绞车设置在船体内，有利于获得更多甲板工作区域。

2.根据权利要求1所述的一种适用广东沿海的节能环保型10t旋转吊航标工作船，包括船体，其特征在于：液压变幅旋转吊(7)的起吊能力为10t×11m+7t×12.5m，液压变幅门式吊(10)的起吊能力为30t。

3.根据权利要求1所述的一种适用广东沿海的节能环保型10t旋转吊航标工作船，包括船体，其特征在于：所述舭龙骨(15)依次由14mm×150mm端覆板(11)、14mm×75mm第一覆板(12)、14mm×310mm第二覆板(13)和240mm×52mm×12mm球扁钢(14)固定连接而成。

4.根据权利要求1所述的一种适用广东沿海的节能环保型10t旋转吊航标工作船，包括船体，其特征在于：所述船体的艉部型线采用变态方艉与纵流式艉部结合优化艉型。

5.根据权利要求1至4中任一项所述一种适用广东沿海的节能环保型10t旋转吊航标工作船，其特征在于：所述工作船总长L_OA＝44.00m，两柱间长L_BP＝39.06m，型宽B＝10.60m，型深D＝3.10m，设计吃水d＝2.00m，最大吃水d_S＝2.15m，方形系数C_B＝0.592，总吨493.00GT，排水量Δ＝504.97t。