DE202022107298U1 - Ballastless cargo ships - Google Patents
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Abstract
Ballastloses Frachtschiff (100), dadurch gekennzeichnet, dass das Schiff (100) umfasst:
einen Rumpf, der einen länglichen oberen Körper (101) und einen länglichen unteren Körper (102) umfasst, wobei der untere Körper (102) unterhalb des oberen Körpers (101) angeordnet ist, wobei der obere Körper (101) und der untere Körper (102) einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt entlang einer Länge des Rumpfes aufweisen, wobei der untere Körper (102) kleinere Abmessungen als der obere Körper (101) aufweist; und
zumindest einen Frachtraum (110), der zumindest in Übereinstimmung mit dem oberen Körper (101) angeordnet ist, um zumindest die Ladung zu lagern, und Leerräume (109) zumindest teilweise in Übereinstimmung mit dem unteren Körper (102);
wobei der untere Körper (102) jeweilige Seitenwände (107) aufweist, die mit einer Bodenwand (111) des oberen Körpers (101) verbunden sind; und
wobei für einen vordefinierten Parameter, wobei der Parameter aus einer Gruppe ausgewählt wird, die einen maximalen Tiefgang (Tmax), einen minimalen Tiefgang (Tmin) und eine maximale Breite (über alles) (Bmax) des Schiffes umfasst, eine Geometrie des Schiffes definiert ist durch: i) ein Verhältnis (%Bmax) zwischen einem Breitenmaß eines flachen Bodens und einer maximalen Wasserebenenfläche des Schiffes, das im Bereich zwischen 0 und 0,7 liegt, ii) ein Verhältnis (% Tmax) zwischen einem eingetauchten Tiefgang des oberen Körpers und einem maximalen Tiefgang des Schiffes, das im Bereich zwischen 0 und 0,8 liegt, und iii) einen Mittschiffsabschnittskoeffizienten (Cm) des Schiffes, der definiert ist als:
die zwischen 0,65 und 0,85 liegt.
Ballastless cargo ship (100), characterized in that the ship (100) comprises:
a fuselage comprising an elongate upper body (101) and an elongate lower body (102), the lower body (102) being disposed beneath the upper body (101), the upper body (101) and the lower body ( 102) having a substantially rectangular cross-section along a length of the fuselage, the lower body (102) having smaller dimensions than the upper body (101); and
at least one cargo hold (110) located at least in correspondence with the upper body (101) for storing at least the cargo and void spaces (109) at least partially in correspondence with the lower body (102);
the lower body (102) having respective side walls (107) connected to a bottom wall (111) of the upper body (101); and
wherein for a predefined parameter, the parameter being selected from a group comprising a maximum draft (T max ), a minimum draft (T min ) and a maximum overall beam (B max ) of the ship, a geometry of the ship is defined by: i) a ratio (%B max ) between a flat bottom latitude and a maximum water plane area of the ship ranging between 0 and 0.7, ii) a ratio (% T max ) between a submerged Upper body draft and a maximum vessel draft ranging between 0 and 0.8, and iii) a ship midship section coefficient (C m ) defined as:
which is between 0.65 and 0.85.
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung Schiffe und vorzugsweise Frachtschiffe ohne Ballastsysteme, deren Form aus zwei getrennten oberen und unteren Körpern besteht.In general, the present invention relates to ships and preferably to cargo ships without ballast systems, the form of which consists of two separate upper and lower bodies.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Ein Schiff, insbesondere ein Frachtschiff, wird unter Berücksichtigung des Gewichts des Schiffes selbst und des Gewichts der Ladung, die an Bord transportiert werden soll, konstruiert. Daher schwimmt das Schiff im unbeladenen Zustand oder bei Teilladung relativ zur Wasseroberfläche höher und kann bei Querwellengang und Seitenwind instabil und anfällig für Trimmung oder Krängung werden. Außerdem nähern sich die Propeller des Schiffs der Oberfläche des Wassers, was zu Kavitationsschäden an ihnen führen kann und sie bei einem niedrigeren als dem empfohlenen Betriebsbereich arbeiten lässt, was die Abnutzung des Propellers und die Notwendigkeit der Wartung erhöht. Um diese Probleme zu vermeiden, integrieren die Schiffe in der Regel ein Ballastsystem, das aus Tanks mit Meerwasser besteht, das den notwendigen Tiefgang aufrechterhält, um einen effizienten Propellerbetrieb und eine sichere Navigation zu gewährleisten und das Schiff im Gleichgewicht zu halten. Das Ballastwasser wird normalerweise in verschiedenen Häfen geladen und abgelassen, die sich in verschiedenen Ländern oder Kontinenten befinden können. Aufgrund der verbesserten Geschwindigkeit von Schiffen sind diese Schiffe in der Lage, in kurzer Zeit zwischen verschiedenen Ländern zu reisen, wobei lebende aquatische Arten, insbesondere invasive Meeresarten, im Ballastwasser enthalten sind, so dass die Freisetzung dieser lebenden aquatischen Arten, wenn dieses Ballastwasser an einem Ort abgelassen wird, der weit von dem Ort entfernt ist, an dem es geladen wurde, zu Umweltproblemen führen kann, die Ökosysteme auf globaler Ebene stören.A ship, especially a cargo ship, is designed taking into account the weight of the ship itself and the weight of the cargo to be carried on board. As a result, when unloaded or partially loaded, the ship floats higher relative to the water surface and can become unstable and susceptible to trimming or heeling in cross swell and crosswinds. Also, the ship's propellers are getting closer to the surface of the water, which can cause cavitation damage to them and cause them to operate at a lower than recommended operating range, increasing propeller wear and the need for maintenance. To avoid these problems, ships usually incorporate a ballast system consisting of tanks of seawater that maintain the necessary draft to ensure efficient propeller operation, safe navigation, and to keep the ship balanced. The ballast water is usually loaded and discharged in different ports, which may be in different countries or continents. Due to the improved speed of ships, these ships are able to travel between different countries in a short time, with living aquatic species, especially invasive marine species, contained in the ballast water, so the release of these aquatic living species when this ballast water at a discharged in a place far from where it was loaded can lead to environmental problems that disrupt ecosystems on a global scale.
Um zu verhindern, dass bestimmte Arten in die Ballasttanks gelangen, bauen einige Schiffe Filtersysteme ein, die diese Arten blockieren. Andere Schiffe verfügen über Ballastwasser-Behandlungssysteme, die Heizsysteme, UV-Licht-Systeme, Sauerstoffentzugssysteme usw. aufweisen, um die im Ballastwasser enthaltenen lebenden Wasserarten zu töten oder zumindest zu reduzieren. Alle diese Lösungen sind jedoch ineffizient und haben hohe Installations- und Wartungskosten. Darüber hinaus benötigen diese Lösungen große Mengen an Energie für ihren Betrieb und müssen daher mehr Kraftstoff verbrennen, was zu höheren Emissionen führt.To prevent certain species from entering the ballast tanks, some ships incorporate filtration systems that block these species. Other ships have ballast water treatment systems that include heating systems, UV light systems, oxygen deprivation systems, etc. to kill or at least reduce the aquatic life species contained in the ballast water. However, all these solutions are inefficient and have high installation and maintenance costs. In addition, these solutions require large amounts of energy to operate and therefore have to burn more fuel, resulting in higher emissions.
Einige Schiffe, die so genannten „ballastlosen Schiffe“, verfügen über eine Gruppe von Strukturrümpfen, die sich über die gesamte Länge des Schiffes erstrecken. Im Ballastbetrieb können diese Rümpfe mit einer Einlassöffnung am Bug und einer Auslassöffnung am Heck zum Meer hin geöffnet werden, wobei ein Wasserstrom von der Einlassöffnung zur Auslassöffnung fließt. Auf diese Weise können diese Rümpfe geflutet werden, wodurch der Auftrieb des Rumpfes verringert wird und das Schiff auf den gewünschten Ballasttiefgang sinken kann. Ein Beispiel für ein solches Schiff ist in
Außerdem sind Mehrrumpfschiffe ohne Ballastsystem in der Technik bekannt. Diese Art von Schiffen muss kein Ballastwasser mitführen. Allerdings sind die Herstellungs- und Wartungskosten für diese Art von Schiffen deutlich höher als für Einzelrumpfschiffe. Außerdem ist es aufgrund der besonderen Bauweise dieser Schiffe schwierig, einen ausreichend großen Laderaum in einem Stück zu integrieren, und die Breite über alles bzw. Breite auf Spanten (im folgenden „Breite“) ist deutlich größer als bei Einzelrumpfschiffen. Ein weiterer Nachteil dieser Schiffe ist, dass die benetzte Oberfläche und der Widerstand im Seegang erheblich zunehmen, wenn die Mehrrumpfschiffe schwere Lasten bei niedrigen Geschwindigkeiten transportieren.Additionally, multihull vessels without a ballast system are known in the art. These types of ships do not need to carry ballast water. However, the manufacturing and maintenance costs for this type of ship are significantly higher than for single-hull ships. In addition, due to the particular construction of these ships, it is difficult to integrate a sufficiently large cargo hold in one piece, and the beam overall or beam on frames (hereinafter "width") is significantly larger than for single-hull ships. Another disadvantage of these vessels is that the wetted surface area and sea drag increase significantly when the multihull vessels are carrying heavy loads at low speeds.
Schiffe mit einer V-förmigen Aufkimmung, die mit einer hohen Breite über alles versehen ist, sind in der Technik bekannt. Bei dieser Art von Schiffen ist Ballastwasser möglicherweise nicht erforderlich, um den Schwerpunkt des Schiffes unter verschiedenen Ladungsbedingungen angemessen zu steuern. Diese Lösungen können jedoch nicht für den Transport von Gütern, z.B. Gegenständen, festen Materialien usw., eingesetzt werden, für die bestimmte Rumpfgeometrien, -abmessungen oder -formen erforderlich sind.Ships with a V deadrise designed with a high overall beam are known in the art. In these types of ships, ballast water may not be required to adequately control the ship's center of gravity under various cargo conditions. However, these solutions cannot be used for the transport of goods, e.g. objects, solid materials, etc., which require specific hull geometries, dimensions or shapes.
Daher wäre es wünschenswert, eine alternative Lösung zu Ballastwassersystemen zu finden, die alle oben genannten Nachteile vermeidet und eine sichere und effiziente Fahrt der Frachtschiffe gewährleistet.Therefore, it would be desirable to find an alternative solution to ballast water systems that avoids all the disadvantages mentioned above and ensures safe and efficient navigation of cargo ships.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION
Gegenstand der Erfindung ist ein ballastloses Schiff, insbesondere ein ballastloses Frachtschiff, das einen Rumpf mit einem länglichen oberen Körper, der als Frachtraum dient, und einem länglichen unteren Körper, der als Auftriebsausgleichsvolumen dient, aufweist, wobei der untere Körper unterhalb des oberen Körpers angeordnet ist. Der obere und der untere Körper haben einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt über die Länge des Rumpfes, wobei der untere Körper kleinere Abmessungen aufweist (er ist schmaler und flacher) als der obere Körper. So weist der Mittschiffsbereich zwei Bilgen pro Seite auf, statt einer. Das Konzept des Ballasteffekts bei der konventionellen Konstruktion (mit Ballast) wird durch die praktische Verringerung des Auftriebsvolumens des Rumpfs ersetzt. Insbesondere können der obere Körper und der untere Körper einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt über die Länge des Frachtraums haben, z.B., der Laderaum des Schiffes, während der Bugbereich und der Heckbereich des Schiffes einen im Wesentlichen gleichen oder unterschiedlichen Querschnitt aufweisen können. Der Bugabschnitt des Schiffes kann z.B. ein bauchiger Bug, ein Klipperbug, ein gekrümmter Bug oder eine andere Art von Bug sein. Der Bugabschnitt kann so gestaltet sein, dass er den Widerstand des Rumpfes beim Durchschneiden von Wasser verringert. Andererseits kann der Heckabschnitt des Schiffes ein Quadrat- oder Spiegelheck, ein elliptisches Heck, ein Fächerheck, ein Handelsheck oder eine andere Art von Heck sein.The subject of the invention is a ballastless ship, in particular a ballastless cargo ship, which has a hull with an elongate upper body which serves as a cargo hold and an elongate lower body which serves as a buoyancy compensation volume, the lower body being arranged below the upper body . The upper and lower bodies have a substantially rectangular cross-section along the length of the torso, with the lower body having smaller dimensions (it is narrower and flatter) than the upper body. The midship area has two bilges per side instead of one. The concept of the ballast effect in conventional (ballasted) construction is replaced by the practical reduction in hull buoyancy volume. In particular, the upper body and the lower body may have a substantially rectangular cross-section along the length of the cargo hold, e.g., the hold of the ship, while the bow and stern of the ship may have a substantially the same or different cross-section. For example, the bow section of the ship may be a bulbous bow, a clipper bow, a curved bow, or some other type of bow. The bow section can be designed to reduce the resistance of the hull when cutting through water. On the other hand, the stern section of the ship may be a square or transom stern, an elliptical stern, a fan stern, a merchant stern, or some other type of stern.
Der untere Körper ist im mittleren Teil des Schiffes (unter dem Laderaum) mit der Bodenwand des oberen Körpers verbunden. Die Unterseite beider Körper kann eine Aufkimmung aufweisen. Diese Aufkimmung kann über die Länge des Schiffes variieren. Die Verbindung zwischen dem oberen Körper und den unteren Körpern an Bug und Heck kann tangential durchgehend werden und an den Seitenwänden auftreten. Daher können das obere und das untere Volumen am Bug und am Ende des Schiffes zu einem werden.The lower body is connected to the bottom wall of the upper body in the middle part of the ship (below the hold). The underside of both bodies can have a deadrise. This rise can vary along the length of the ship. The connection between the upper body and the lower bodies at bow and stern can become tangentially continuous and occur at the sidewalls. Therefore, the upper and lower volumes at the bow and end of the ship can become one.
Der obere Körper und der untere Körper können durch innere Rahmen, Säulen oder ähnliches miteinander verbunden sein. Der untere Körper weist im Querschnitt deutliche konkave Bereiche an seinen Rändern auf. Die Höhe des oberen Körpers im Verhältnis zur Höhe des unteren Körpers kann von der Differenz zwischen der maximalen und der minimalen Verdrängung des Schiffes abhängen. Je größer beispielsweise die Differenz zwischen der maximalen und der minimalen Verdrängung des Schiffes ist, desto größer ist die Höhe des unteren Körpers im Verhältnis zur Höhe des oberen Körpers. In einigen Beispielen kann die Höhe des oberen Körpers im Verhältnis zur geformten Tiefe des Schiffes zwischen 45 % und 85 % liegen. So kann in solchen Beispielen die Höhe des unteren Körpers im Verhältnis zur geformten Tiefe des Schiffes zwischen 55 % und 15 % liegen. Um diese Differenz zwischen der maximalen und der minimalen Verdrängung des Schiffes auszugleichen, kann der maximale Tiefgang (Tiefgang am oberen Körper) des Schiffes weiter verändert werden, so dass der maximale Tiefgang des Schiffes umso größer ist, je größer diese Differenz ist. Alternativ dazu können die Breite und der Tiefgang des Schiffes gemeinsam verändert werden, um diesen Unterschied auszugleichen.The upper body and the lower body may be connected to each other by internal frames, pillars, or the like. The lower body, in cross-section, has distinct concave areas at its edges. The height of the upper body relative to the height of the lower body may depend on the difference between the ship's maximum and minimum displacements. For example, the greater the difference between the ship's maximum and minimum displacements, the greater the height of the lower body relative to the height of the upper body. In some examples, the height of the upper body may be between 45% and 85% relative to the molded depth of the vessel. Thus, in such examples, the height of the lower body may be between 55% and 15% in relation to the molded depth of the vessel. To compensate for this difference between the ship's maximum and minimum displacement, the ship's maximum draft (upper body draft) can be further varied such that the greater this difference, the greater the ship's maximum draft. Alternatively, the beam and draft of the ship can be changed together to compensate for this difference.
Die Volumenverteilung des unteren Körpers verändert die vertikale Verteilung des Rumpfauftriebs, so dass das Schiff in leichtem (unbelastetem) Zustand einen größeren Tiefgang hat als andere bekannte Schiffe mit anderen Schiffsgeometrien.The volume distribution of the lower body alters the vertical distribution of hull buoyancy so that in a light (unloaded) condition the ship has a greater draft than other known ships with other ship geometries.
Das ballastlose Frachtschiff umfasst außerdem mindestens einen Frachtraum, mit anderen Worten mindestens ein Volumen für den Transport der Fracht, wie z.B. den Laderaum, der zumindest in Übereinstimmung mit dem oberen Körper angeordnet ist, um die Fracht zumindest zu lagern. Dieser Laderaum kann den durch den oberen Körper definierten Raum vollständig einnehmen oder den durch den oberen Körper definierten Raum vollständig oder teilweise einnehmen und auch den durch den unteren Körper des Schiffes definierten Raum teilweise einnehmen. Der Frachtraum kann auch aus dem oberen Körper herausragen, so dass er teilweise das Deck des Schiffes einnimmt.The ballastless cargo ship also comprises at least one cargo hold, in other words at least one volume for the transport of the cargo, such as the hold, arranged at least in correspondence with the upper body, for at least storing the cargo. This cargo hold may entirely occupy the space defined by the upper body, or entirely or partially occupy the space defined by the upper body and also partially occupy the space defined by the lower body of the ship. The cargo hold can also protrude from the upper body so that it partially occupies the ship's deck.
Das ballastlose Frachtschiff umfasst auch Leerräume in Übereinstimmung mit dem unteren Körper. Diese Leerräume dienen als Schwimmtanks für das Schiff. Ein Teil dieser Leerräume kann darüber hinaus für die Lagerung von Kraftstofftanks, Rohrsystemen oder eines Trimmausgleichssystems, wie nachstehend beschrieben, sowie für andere Systeme oder Elemente des Schiffes verwendet werden. Beispielsweise kann das Verhältnis zwischen dem Volumen der Leerräume und der maximalen volumetrischen Verdrängung des Schiffes zwischen 0,1 und 0,45 liegen, wobei je nach Schiffkonstruktion auch andere Verhältnisse erreicht werden können.The ballastless cargo ship also includes void spaces in line with the lower body. These voids serve as buoyancy tanks for the ship. A portion of these void spaces may also be used for the storage of fuel tanks, piping systems or a trim leveling system as described below, as well as other systems or elements of the ship. For example, the ratio between the volume of the voids and the maximum volumetric displacement of the ship can be between 0.1 and 0.45, although other ratios can also be achieved depending on the ship design.
Der Querschnitt des unteren Körpers kann geneigte Seitenwände aufweisen, die miteinander und mit der Bodenwand oder den Seitenwänden des oberen Körpers verbunden sein können. Diese geneigten Seitenwände können im Wesentlichen eben sein (die geneigten Seitenwände können in einem im Wesentlichen konstanten Winkel relativ zur Wasserfläche stehen) oder gekrümmt sein (die geneigten Seitenwände können in einem variablen Winkel relativ zur Wasserfläche stehen). In jedem Fall kann die äquivalente durchschnittliche Neigung der geneigten Seitenwände (die für ein äquivalentes Volumen des unteren Körpers mit vollständig ebenen, geneigten Seitenwänden ermittelt wird) im Bereich zwischen 0,5° und 85° in Bezug auf die Horizontale liegen. In einigen Ausführungsformen umfasst der untere Körper ferner einen flachen Boden (auch als flache Bodenwand bekannt), der sich an einem mittleren Abschnitt des Bodens des Rumpfs und entlang der Länge des Rumpfes und vorzugsweise entlang der Länge der Laderäume befindet, so dass die geneigten Seitenwände an beiden Seiten des flachen Bodens ausgebildet sind, so dass der untere Körper einen im Wesentlichen stumpfen V-förmigen Querschnitt aufweist. Dieser stumpfe V-förmige Querschnitt des unteren Körpers ähnelt im Wesentlichen einem umgekehrten trapezförmigen Querschnitt.The cross section of the lower body may have sloping side walls which may be connected to each other and to the bottom wall or side walls of the upper body. These inclined sei Sidewalls can be substantially planar (the sloping sidewalls can be at a substantially constant angle relative to the water surface) or curved (the sloping sidewalls can be at a variable angle relative to the water surface). In any case, the equivalent average slope of the sloped sidewalls (determined for an equivalent lower body volume with fully flat sloped sidewalls) may range between 0.5° and 85° with respect to the horizontal. In some embodiments, the lower body further includes a flat bottom (also known as a flat bottom wall) located at a central portion of the bottom of the hull and along the length of the hull, and preferably along the length of the holds, such that the sloped side walls both sides of the flat bottom are formed so that the lower body has a substantially truncated V-shaped cross section. This obtuse V-shaped lower body cross-section essentially resembles an inverted trapezoidal cross-section.
Die so definierte Querschnittsform in der meist prismatischen Länge des Schiffes bildet vier ausgeprägte Bilgen anstelle der zwei bei anderen bekannten Schiffen mit unterschiedlichen Schiffsgeometrien. Die Bilgen können abgerundet sein oder ihre formenden Seiten- und Bodenplatten können in einem Winkel zusammenlaufen.The cross-sectional shape defined in this way in the mostly prismatic length of the ship forms four distinct bilges instead of the two in other known ships with different ship geometries. The bilges may be rounded or their forming side and bottom panels may converge at an angle.
Das ballastlose Frachtschiff ist so definiert, dass für einen vordefinierten Parameter, wobei der Parameter aus einer Gruppe ausgewählt ist, die einen maximalen Tiefgang (Tmax), einen minimalen Tiefgang (Tmin) und eine maximale Breite (auch Breite auf Spanten bzw. Breite über alles) (Bmax) des Schiffes umfasst, die Geometrie des Schiffes definiert ist durch:
- i) ein Verhältnis (%Bmax) zwischen dem Breitenmaß des flachen Bodens des Schiffes und der maximalen Breite im Bereich der Wasserfläche des Schiffes, das zwischen 0 und 0,7 liegt,
- ii) ein Verhältnis (% Tmax) zwischen dem eingetauchten Tiefgang des oberen Körpers (mit anderen Worten dem vertikalen Abstand, der dem eingetauchten Teil der vertikalen Wände des oberen Körpers entspricht) und dem maximalen Tiefgang des Schiffes, das zwischen 0 und 0,8 liegt, und
- iii) einen Koeffizienten für den mittleren Abschnitt (Cm) des Schiffes, der wie folgt definiert ist:
- i) a ratio (%B max ) between the width dimension of the ship's flat bottom and the maximum beam in the area of the water surface of the ship, which is between 0 and 0.7,
- ii) a ratio (% T max ) between the submerged draft of the upper body (in other words the vertical distance corresponding to the submerged part of the vertical walls of the upper body) and the maximum draft of the ship, lying between 0 and 0.8 lies, and
- (iii) a coefficient for the middle section (C m ) of the ship, defined as follows:
Der hier verwendete Mittschiffsabschnittskoeffizient eines Schiffes ist das Verhältnis zwischen der Fläche des Mittschiffsbereichs des Schiffes für einen bestimmten Tiefgang und der Fläche des Rechtecks, das diese Fläche des Mittschiffsbereichs des Schiffes enthält, wobei das Breitenmaß des Rechtecks der geformten Breite über alles des Schiffes und die Höhe des Rechtecks dem zuvor festgelegten Tiefgang entspricht.The midship section coefficient of a ship, as used herein, is the ratio between the area of the ship's midships for a given draft and the area of the rectangle containing that area of the ship's midships, the width dimension of the rectangle being the shaped overall breadth of the ship and the height of the rectangle corresponds to the previously determined draft.
Der Koeffizient %Bmax, der als das Verhältnis zwischen dem Breitenmaß (b) des flachen Schiffsbodens und der maximalen Breite (Bmax) des Schiffes im Bereich der Wasseroberfläche des Schiffes definiert wurde, beträgt dann:
In ähnlicher Weise ist der Koeffizient %Tmax, der als das Verhältnis zwischen dem untergetauchten Tiefgang (t) des oberen Körpers und dem maximalen Tiefgang des Schiffes (Tmax):
Der Querschnitt des unteren Rumpfes sorgt für ausreichenden Tiefgang und Stabilität unter leichten Bedingungen und vermeidet Kavitationsschäden am Propeller, ohne dass ein Ballastsystem erforderlich ist. Außerdem wird der Widerstand des Schiffskörpers verringert und die Effizienz des Antriebs verbessert. Das Vorhandensein von zwei zusätzlichen Bilgen erhöht die Wirbelrolldämpfung. Das Volumen der Leerräume im unteren Körper sorgt dafür, dass der maximale Tiefgang des Schiffes nicht überschritten wird (die Leerräume wirken wie ein Schwimmkörper, wenn das Schiff beladen ist). Der untere Körper kann außerdem eine Form haben, die sich über die Länge des Körpers verändert und zum Bug hin spitzer wird. Diese Längsverteilung des Volumens des unteren Körpers verändert die Lage des Auftriebsmittelpunkts des Rumpfes bei Änderungen des Tiefgangs.The lower hull cross-section provides adequate draft and stability in light conditions, avoiding cavitation damage to the propeller without the need for a ballast system. It also reduces hull drag and improves propulsion efficiency. The presence of two additional bilges increases vortex roll damping. The volume of voids in lower body ensures that the maximum draft of the ship is not exceeded (the voids act like a float when the ship is loaded). The lower body may also have a shape that varies along the length of the body, becoming more pointed towards the bow. This longitudinal distribution of lower body volume changes the position of the hull's center of buoyancy with changes in draft.
Außerdem kann durch einen oberen Körper mit im Wesentlichen rechteckigem Querschnitt über die gesamte Länge des Schiffes und durch den Verzicht auf seitliche Ballasttanks der vom Laderaum eingenommene Raum im oberen Körper maximiert werden (der Laderaum kann eine Breitenmaß haben, das im Wesentlichen der Breite des Schiffes entspricht), wodurch etwaige Raumverluste im unteren Körper ausgeglichen werden.Furthermore, by having an upper body with a substantially rectangular cross-section throughout the length of the ship and by eliminating side ballast tanks, the space occupied by the hold in the upper body can be maximized (the hold can have a width dimension substantially equal to the beam of the ship ), compensating for any loss of space in the lower body.
Der Blockkoeffizient eines Schiffes ist definiert als das Verhältnis des Unterwasservolumens des Schiffes zum Volumen eines parallelepipedförmigen Blocks, der durch die Länge zwischen den Loten, die Breite auf Spanten (Breite) und die Tiefe (Tiefgang) des Schiffes definiert ist. In einigen Ausführungsformen hängt dieser Blockkoeffizient des Schiffes von einem Wert des Winkels der Seitenwände des unteren Körpers, der geneigt sein kann, relativ zur Grundlinie ab.The block coefficient of a ship is defined as the ratio of the ship's underwater volume to the volume of a parallelepiped-shaped block defined by the length between perpendiculars, beam on frames (breadth) and depth (draft) of the ship. In some embodiments, this ship's block coefficient depends on a value of the angle of the sidewalls of the lower body, which may be inclined, relative to the baseline.
Bei einem vorgegebenen Bmax und Tmax und einem konstanten t und %Tmax (nur b und % Bmax werden variiert) bedeutet beispielsweise ein größerer Winkel der geneigten Seitenwände im Verhältnis zum flachen Boden einen höheren Blockkoeffizienten und umgekehrt. In anderen Beispielen bedeutet bei einem vorgegebenen Bmax und Tmax und einem konstanten b und % Bmax (nur t und %Tmax werden variiert) ein größerer Winkel der geneigten Seitenwände gegenüber dem flachen Boden einen niedrigeren Blockkoeffizienten und umgekehrt. Außerdem sind der Mittschiffsabschnittskoeffizient und der Blockkoeffizient eines Schiffes einander zugeordnet. Das heißt, je niedriger der Mittschiffsabschnittskoeffizient ist, desto niedriger ist der Blockkoeffizient und umgekehrt.For example, given B max and T max and t and %T max constant (only b and % B max are varied), a larger angle of the sloping sidewalls relative to the flat bottom means a higher block coefficient and vice versa. In other examples, given B max and T max and b and % B max constant (only t and % T max are varied), a larger angle of the sloping sidewalls to the flat bottom means a lower block coefficient and vice versa. Also, a ship's midship section coefficient and block coefficient are associated with each other. That is, the lower the midship section coefficient, the lower the block coefficient, and vice versa.
In einigen Ausführungsformen ist der Blockkoeffizient (Cb) wie folgt definiert:
Dann ist der Koeffizient %Afloatmax, der als das Verhältnis zwischen der Fläche des flachen Bodens (Aflatbottom) des unteren Körpers des Schiffs (wenn das Schiff keinen flachen Boden hat, ist dieses Verhältnis Null) und der Fläche der maximalen Wasserlinie (Afloatmax) des Schiffes definiert ist:
In einigen Ausführungsformen ist der untere Körper bei minimalem Tiefgang (Mindestgewicht) des Schiffes zumindest teilweise untergetaucht und bei maximalem Tiefgang (Höchstgewicht) des Schiffes ist der untere Körper vollständig und der obere Körper teilweise untergetaucht.In some embodiments, at minimum draft (minimum weight) of the ship, the lower body is at least partially submerged and at maximum draft (maximum weight) of the ship, the lower body is fully submerged and the upper body is partially submerged.
In einigen Ausführungsformen ist der mindestens eine Frachtraum ein Laderaum, insbesondere ein kastenförmiger Laderaum. In solchen Fällen kann der Laderaum mangels seitlicher Ballasttanks im Schiff ein Breitenmaß haben, das im Wesentlichen der Breite des Schiffes über die Länge des Schiffes entspricht. Daher kann der Laderaum den Platz im Schiff maximal ausnutzen. Dann kann eine Verringerung der geformten Tiefe des Laderaums, die durch das Vorhandensein des unteren Körpers verursacht wird, durch die Vergrößerung des Breitenmaßes des Laderaums ausgeglichen werden.In some embodiments, the at least one cargo hold is a hold, in particular a box-shaped hold. In such cases, due to the lack of lateral ballast tanks in the ship, the cargo hold can have a width dimension which essentially corresponds to the width of the ship over the length of the ship. Therefore, the hold can make maximum use of the space in the ship. Then, a reduction in the shaped depth of the hold caused by the presence of the lower body can be offset by the increase in the width dimension of the hold.
Bei den kastenförmigen Laderäumen ist der Einfluss des Übergangs zwischen dem flachen Boden des unteren Körpers und den Seitenwänden des oberen Körpers auf die hydrodynamischen Parameter des Schiffes besonders relevant, da es von Interesse ist, den Maximalwert (geformte Breite) bei möglichst geringem Tiefgang zu erreichen, da der kastenförmige Laderaum aus Stabilitätsgründen so tief wie möglich im Schiff platziert werden soll und auch dazu beiträgt, dass der maximale Tiefgang nicht zu groß wird. Daher können bei diesen speziellen kastenförmigen Laderäumen die Seitenwände des unteren Körpers einen kleineren Winkel gegenüber dem flachen Boden aufweisen als bei anderen bekannten Laderäumen. Bei den kastenförmigen Laderäumen können die geneigten Seitenwände beispielsweise in einem Winkel von 0,5° bis 85° relativ zum flachen Boden stehen.In the case of box-shaped holds, the influence of the transition between the flat bottom of the lower body and the side walls of the upper body on the ship's hydrodynamic parameters is particularly relevant, since it is of interest to achieve the maximum value (shaped width) at the lowest possible draft, because the box-shaped hold should be placed as deep as possible in the ship for reasons of stability and also helps to ensure that the maximum draft is not too great. Therefore, in these special box-shaped holds, the side walls of the lower body can have a smaller angle to the flat floor than in other known holds. For example, in box-shaped cargo holds, the sloping side walls may be at an angle of 0.5° to 85° relative to the flat floor.
In einigen Ausführungsformen hängt der minimale Tiefgang des Schiffes vom Antriebssystem des Schiffes ab. Mit anderen Worten: Der minimale Tiefgang kann der Tiefgang sein, der für ein ordnungsgemäßes Eintauchen der Propeller des Antriebssystems des Schiffes erforderlich ist. Der minimale Tiefgang des Schiffes kann auch von den Stabilitäts- und Seegangsanforderungen des Schiffes abhängen.In some embodiments, the ship's minimum draft depends on the ship's propulsion system. In other words, the minimum draft may be the draft required for proper immersion of the ship's propulsion system propellers. The ship's minimum draft may also depend on the ship's stability and seakeeping requirements.
In einigen Ausführungsformen umfasst das ballastlose Frachtschiff zwei Propeller. In solchen Ausführungsformen kann das ballastlose Frachtschiff ferner zwei Antriebsmotoren umfassen, so dass, wenn das Schiff mit seinem minimalen Tiefgang fährt, nur einer der beiden Antriebsmotoren so konfiguriert ist, dass er die beiden Propeller antreibt, und wenn das Schiff mit einem Tiefgang fährt, der größer ist als der minimale Tiefgang, treibt jeder Antriebsmotor einen entsprechenden Propeller der beiden Propeller an. Im Wesentlichen gibt es zwei klar unterschiedene extreme Ladungsbedingungen: Leer- und Volllast. Wenn die Frachtschiffe leer sind (keine Ladung), sind die Verdrängung und der Tiefgang gering, ebenso wie der Wasserwiderstand des Schiffes während der Fahrt durch das Wasser (Energieeinsparung). Bei voller Beladung (maximale Tragfähigkeit) ist der Widerstand des ballastlosen Frachtschiffs dem eines herkömmlichen Frachtschiffs im Seegang sehr ähnlich. Dies kann bedeuten, dass der Unterschied in der für den Antrieb des Schiffes erforderlichen Leistung in beiden Zuständen groß ist. Da der Tiefgang auf das für den ordnungsgemäßen Betrieb des Schiffes erforderliche Minimum reduziert wurde, wird für den Betrieb ohne Ladung eine einzige Antriebsmaschine für den Antrieb der beiden Propeller verwendet. Bei jedem anderen Tiefgang, der über dem minimalen Tiefgang liegt, wird jeder Motor der beiden Antriebsmotoren zum Antrieb eines der beiden Propeller verwendet. In einigen Beispielen kann es sich bei den Antriebsmotoren um dieselelektrische Antriebsmotoren handeln, wie z.B. ASD (mit schwenkbarem Heckantrieb „Azimuth Stern Drive“) Antriebsmotoren mit mechanischer (L-Antrieb, Z-Antrieb) oder elektrischer Kraftübertragung, die eine bessere Kontrolle der an jeden einzelnen Propeller abgegebenen Leistung ermöglichen. Diese dieselelektrischen Antriebsmotoren können von einer Vielzahl von Generatoren angetrieben werden, die je nach Leistungsbedarf der Antriebsmotoren betrieben werden können.In some embodiments, the unballasted cargo ship includes two propellers. In such embodiments, the ballastless cargo ship may further comprise two propulsion engines such that when the ship is sailing at its minimum draft, only one of the two propulsion engines is configured to drive the two propellers, and when the ship is sailing at a draft that is greater than the minimum draft, each propulsion motor drives a corresponding one of the two propellers. Essentially, there are two clearly differentiated extreme loading conditions: empty and full load. When the cargo ships are empty (no cargo), the displacement and draft are small, as is the ship's drag while moving through the water (energy saving). When fully loaded (maximum carrying capacity), the resistance of the ballastless cargo ship is very similar to that of a conventional cargo ship at sea. This can mean that the difference in the power required to propel the ship is large in the two states. As the draft has been reduced to the minimum required for the ship to operate properly, a single prime mover is used to drive the two propellers for unloaded operation. At any other draft greater than the minimum draft, each motor of the two propulsion motors is used to drive one of the two propellers. In some examples, the propulsion engines may be diesel-electric propulsion engines, such as ASD (Azimuth Stern Drive) propulsion engines with mechanical (L-drive, Z-drive) or electric powertrains that allow better control of the to each enable the power delivered by each propeller. These diesel-electric drive motors can be powered by a variety of generators, which can be operated depending on the power requirements of the drive motors.
In einigen Ausführungsformen umfasst der Rumpf außerdem ein Trimmkompensationssystem mit mindestens zwei Tanks, die in Fluidverbindung miteinander stehen, wobei ein Fluid, z.B., Frischwasser, das in den mindestens zwei Tanks gespeichert ist, zwischen den mindestens zwei Tanks transportiert (Gewichtsverlagerung an Bord) wird, um das Schiff stabilisiert zu halten. Dieses Trimmkompensationssystem ist in der Lage, Krängung und Trimmung zu korrigieren. Die Größe der Tanks und die Lage der Tanks innerhalb des ballastlosen Frachtschiffs können so optimiert werden, dass ein ausreichendes Drehmoment mit möglichst wenig Wasser erreicht wird. In einigen Beispielen kann sich in der Nähe jeder der Seitenschalen (Backbord und Steuerbord) des Rumpfes mindestens ein Tank befinden, die in Fluidverbindung miteinander stehen, um die Krängung des Schiffs zu korrigieren, und es kann mindestens ein Tank in der Nähe des Bugs und ein weiterer Tank in der Nähe des Hecks vorhanden sein, die in Fluidverbindung miteinander stehen, um die Trimmung des Schiffs zu korrigieren.In some embodiments, the hull also includes a trim compensation system having at least two tanks in fluid communication with one another, wherein a fluid, e.g., fresh water, stored in the at least two tanks is transported between the at least two tanks (weight shift on board), to keep the ship stable. This trim compensation system is able to correct heel and trim. The size of the tanks and the position of the tanks within the ballastless cargo ship can be optimized in such a way that sufficient torque is achieved with as little water as possible. In some examples, there may be at least one tank near each of the side shells (port and starboard) of the hull in fluid communication with each other to correct the ship's heel, and there may be at least one tank near the bow and a other tanks near the stern in fluid communication with each other to correct the ship's trim.
Das hier beschriebene Frachtschiff kommt ohne Ballastwassersysteme aus und vermeidet so den Transport von Meerwasser, das invasive Meerestiere enthält. Daher ist diese Lösung wirksamer als die derzeitigen Behandlungsmethoden, um das Potenzial für die Einschleppung der invasiven Meeresarten in andere fremde Ökosysteme zu verringern. Außerdem werden durch den Verzicht auf die Behandlung des Ballastwassers erhebliche Energieeinsparungen erzielt. Außerdem entfällt die Installation von Tanks, Pumpen, Rohren, Leitungen und anderen Elementen des Wasserballastsystems mit den entsprechenden Einsparungen bei den Installations- und Wartungskosten. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das hier beschriebene Schiff effizienter ist, da es seinen Widerstand bei der Bewegung durch das Wasser im leeren Zustand erheblich verringert (geringere Verdrängung, geringere benetzte Oberfläche und geringerer Leistungsbedarf).The cargo ship described here manages without ballast water systems and thus avoids the transport of seawater containing invasive marine animals. Therefore, this solution is more effective than current treatment methods in reducing the potential for introduction of the invasive marine species to other alien ecosystems. In addition, significant energy savings are achieved by not treating the ballast water. It also eliminates the need to install tanks, pumps, pipes, ducts and other elements of the water ballast system with the consequent savings in installation and maintenance costs. Another advantage is that the vessel described here is more efficient, since it significantly reduces its drag when moving through the water when empty (lower displacement, lower wetted surface area, and lower power requirements).
Figurenlistecharacter list
Zur Vervollständigung der Beschreibung und zum besseren Verständnis der Erfindung ist eine Reihe von Zeichnungen vorgesehen. Die Zeichnungen sind Bestandteil der Beschreibung und veranschaulichen eine Ausführungsform der Erfindung, die nicht als Einschränkung des Umfangs der Erfindung zu verstehen ist, sondern lediglich als Beispiel für eine mögliche Ausführung der Erfindung.A series of drawings are provided to complete the description and to facilitate understanding of the invention. The drawings form part of the description and illustrate an embodiment of the invention which is not to be construed as limiting the scope of the invention but merely as an example of one possible embodiment of the invention.
Die Zeichnungen umfassen die folgenden Figuren:
- Die
1A-C zeigen verschiedene Ansichten eines Ballastlosen Frachtschiffs gemäß einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung. -
2 zeigt einen Querschnitt durch das ballastlose Frachtschiff von1 entlang der Linie A-A. -
3A zeigt eine Querschnittsansicht des ballastlosen Frachtschiffs gemäß einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung mit den Parametern, die das ballastlose Frachtschiff in zwei Dimensionen definieren. -
3B zeigt eine Querschnittsansicht des ballastlosen Frachtschiffs aus3A mit den Parametern, die das ballastlose Frachtschiff in drei Dimensionen definieren.
- The
1A-C 12 show different views of a ballastless cargo ship according to a specific embodiment of the invention. -
2 shows a cross section through the ballastless cargo ship from1 along line AA. -
3A Figure 12 shows a cross-sectional view of the unballasted cargo ship according to a particular embodiment of the invention with the parameters defining the unballasted cargo ship in two dimensions. -
3B Figure 12 shows a cross-sectional view of the unballasted cargo ship3A with the parameters that define the ballastless cargo ship in three dimensions.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Die
Im Bugabschnitt 103 des Schiffes 100 verjüngt sich die Form des unteren Körpers 102 zu einem Punkt, während der untere Körper 102 im Heckabschnitt 104 breiter werden kann (der untere Körper 102 im Heckabschnitt 104 ist der Teil des Schiffes 100, in dem sich eine größere Konzentration von Gewichten, wie z.B. Maschinen usw., befindet). Dies hilft dem Schiff 100, das Trimmen zu vermeiden und den Widerstand im Seegang zu verringern. Die Geometrie des Bogenabschnitts 103 des oberen Körpers 101 wurde so gewählt, dass sie der Geometrie des Bogenabschnitts 103 des unteren Körpers 102 entspricht und somit sehr große „horizontale“ Flächen zwischen dem oberen Körper 101 und dem unteren Körper 102 vermieden werden, die den Widerstand erhöhen und die Effizienz verringern. Diese Geometrien, die in Längsrichtung spitzer werden, minimieren das Zuschlagen. An einer bestimmten Stelle bildet der untere Körper 102 eine Übergangsfläche zwischen dem Boden des Schiffes 100 und dem oberen Körper 101, so dass ein Raum für die Anbringung der Propeller entsteht.In the
Während das ballastlose Frachtschiff 100 in den
Der untere Körper 102 umfasst Leerräume 109, die als Schwimmkörper für das Schiff 100 dienen. Diese Leerräume 109 sind so dimensioniert, dass das Luftvolumen in den eingetauchten Leerräumen 109 dem Luftvolumen in den ganz oder teilweise leeren eingetauchten Ballasttanks im Beladungszustand eines herkömmlichen Schiffes entspricht. Beispielsweise kann das Verhältnis zwischen dem Volumen der Leerräume 109 und der maximalen volumetrischen Verdrängung des Schiffes 100 zwischen 0,1 und 0,45 liegen. Das Schiff 100 umfasst ferner einen kastenförmigen Frachtraum 110, der innerhalb des oberen Körpers 101 angeordnet ist und leicht über das Deck 106 hinausragt, um die Ladung zu lagern. Dieser Frachtraum 110 hat ein Breitenmaß, das im Wesentlichen der Breite des Schiffes 100 entspricht, und eine Länge, die im Wesentlichen der Länge des Schiffes 100 entspricht. Insbesondere kann die Länge des Frachtraums 110 im Wesentlichen der Länge des zentralen Abschnitts des Schiffes 100 entsprechen, d.h., mit Ausnahme des Bugabschnitts 103 und des Heckabschnitts 104.The
Während das ballastlose Frachtschiff 100 in
Die hier beschriebenen ballastlosen Frachtschiffe 200 wurden mit einer Geometrie, -form und -auftriebsverteilung des Rumpfes konstruiert, bei der der Tiefgang des Schiffes in jedem Beladungszustand immer zwischen dem minimalen und dem maximalen Tiefgang des Schiffsrumpfes liegt. Der hier verwendete Begriff „Tiefgang des Schiffsrumpfs oder des Schiffs“ bezieht sich auf den vertikalen Abstand zwischen der Wasserlinie und dem Boden des Rumpfs, einschließlich der Dicke des Rumpfs. Der minimale Tiefgang entspricht der Mindestwassertiefe, die ein Schiff unter Einhaltung der geltenden Seeverkehrsvorschriften sicher befahren kann. Der minimale Tiefgang wird normalerweise erreicht, wenn keine Ladung an Bord transportiert wird. In ähnlicher Weise bezieht sich der maximale Tiefgang des Schiffes auf die maximale Wassertiefe, die ein Schiff unter Einhaltung der geltenden Seeverkehrsvorschriften sicher navigieren und einhalten kann, und wird normalerweise mit der maximal zulässigen Tragfähigkeit des Schiffes erreicht, d. h., wenn es voll beladen ist.The
Der Ladungszustand des Schiffes, der dem minimalen Tiefgang entspricht, ist derjenige, bei dem das Gesamtgewicht des Schiffes das geringstmögliche Gewicht ist (Wmin), auch bekannt als Mindestverdrängung. In diesem Fall ist das Gesamtgewicht die Summe der folgenden Gewichte:
- - Leichtgewicht (LTD),
- - Konstanten (K) = Vorräte und Verbrauchsgüter + Besatzung und Effekten + Öle und Ersatzteile + Effekte auf Lagerräume + Sonstiges), und
- - 10% Verbrauch (Kraftstoffe und Öle in Tanks), so dass,
- - Lightweight (LTD),
- - Constants (K) = Supplies and Consumables + Crew and Effects + Oils and Spare Parts + Effects on Storerooms + Miscellaneous), and
- - 10% consumption (fuels and oils in tanks), so that,
Daher sollte das Schiff für den minimalen Tiefgang ein Volumen (Vmin) des Rumpfunterbodens haben, das dieses Mindestgewicht (Wmin) ausgleicht):
Andererseits ist der Zustand der Schiffsladung, der dem maximalen Tiefgang entspricht, derjenige, bei dem das Gesamtgewicht des Schiffes das größtmögliche Gewicht ist (Wmax). In diesem Zustand ist das Gewicht des Schiffes, das auch als beladene (oder maximale) Verdrängung bezeichnet wird, die Summe der folgenden Gewichte:
- - Leichtgewicht (LTD), und
- - Tragfähigkeit (DWT)= Ladung+K+100% Verbrauch, so dass,
- - Lightweight (LTD), and
- - deadweight tonnage (DWT)= cargo+K+100% consumption, so that,
Daher sollte das Schiff für den maximalen Tiefgang ein Volumen (Vmax) des Rumpfunterbodens haben, das dieses Gewicht (Wmax) ausgleicht):
Der Übergang zwischen Vmax und Vmin sollte so erfolgen, dass die Volumenwachstumsrate des unteren Körpers direkt mit der Veränderung der Schwimmfläche des Schiffes zusammenhängt, d. h., die Volumenwachstumsrate des unteren Körpers steigt mit der Wachstumsrate der Breite (B(T)) für den betreffenden Tiefgang. Der Begriff „Breite“ (auch „Breite über alles“ bzw. „Breite auf Spanten“) bezieht sich hier auf die Breite eines Schiffes an der breitesten Stelle, gemessen an der nominalen Wasserlinie des Schiffes. Diese Breitenwachstumsrate kann durch konstruktive Beschränkungen wie z.B. einen vorgegebenen maximalen Tiefgang, einen minimalen Tiefgang und eine maximale Breite des Schiffes begrenzt sein.The transition between V max and V min should be such that the rate of volume growth of the lower body is directly related to the change in the hull of the vessel, ie the rate of volume growth of the lower body increases with the growth rate of the beam (B(T)) for that vessel draft. The term "breadth" (also "breadth overall" or "breadth on frames") here refers to the breadth of a ship at the widest point, measured at the ship's nominal waterline. This rate of width growth may be limited by design constraints such as a given maximum draft, minimum draft, and maximum beam of the ship.
Die Beziehung zwischen dem Tiefgang (T) des Schiffes und dem Volumen des Rumpfunterbodens, der das entsprechende Gewicht (W) ausgleicht, kann auch als Funktion der Schwimmfläche (Afloat(T)) des Schiffes für den betrachteten Tiefgang ausgedrückt werden. Dann kann die Bedingung für den minimalen Tiefgang (Mindestgewicht) des Schiffes als Funktion der Schwimmfläche oder als Funktion der Breite wie folgt ausgedrückt werden:
Die Bedingung für den maximalen Tiefgang (maximales Gewicht) des Schiffes kann als Funktion der Schwimmfläche oder als Funktion der Breite wie folgt ausgedrückt werden:
Daher ist es notwendig, die Funktionen Afloat(T) und B(T) zu definieren. Die genannten Funktionen können bezogen auf Intervalle definiert werden. Im Intervall der Funktionen, die dem unteren Körper des Rumpfes entsprechen, wachsen die Schwimmfläche und der Tiefgang ständig.Therefore it is necessary to define the functions Afloat(T) and B(T). The functions mentioned can be defined in relation to intervals. In the interval of functions corresponding to the lower body of the hull, the swimming area and draft are constantly increasing.
Gemäß
Bei Kenntnis der maximalen und minimalen Verdrängung des Schiffes und eines gegebenen maximalen Tiefgangs (Beschränkung) können durch Variieren der Werte von % Bmax und % Tmax zwischen 0 und 0,7 und Feststellen, dass
Gemäß
Bei Kenntnis der maximalen und minimalen Verdrängung des Schiffes und eines bestimmten maximalen Tiefgangs (Beschränkung) können durch Variieren der Werte von % Bmax und %Afloatmax zwischen 0 und 0,7 und Feststellen, dass
Durch die Konstruktion des unteren Körpers bis zur Höhe des minimalen Tiefgangs (Tmin) des Schiffes wird eine Volumenwachstumsrate des unteren Körpers erreicht, das in direktem Zusammenhang mit der Veränderung der Auftriebsfläche des Schiffes steht. Mit anderen Worten: Die Volumenwachstumsrate des unteren Körpers steigt mit der Wachstumsrate des Trägers für den betrachteten Entwurf. Der Blockkoeffizient (Cbm) für den minimalen Tiefgang (Tmin), d. h. der Blockkoeffizient des unteren Bodens bis zu der dem minimalen Tiefgang entsprechenden Höhe, kann wie folgt definiert werden:
Daher wird der Blockkoeffizient des unteren Schiffskörpers für den minimalen Tiefgang auf der Grundlage der Hauptabmessungen des Schiffes, des erforderlichen minimalen Tiefgangs und der Tragfähigkeit (DWT) und des Verbrauchs des Schiffes (Autonomie) bestimmt). Dann erhält man einen Wert des Blockkoeffizienten des unteren Körpers, der vom minimalen Tiefgang des Schiffes abhängt und den die Schiffskonstruktion nicht überschreiten kann, was den Maximalwert des Blockkoeffizienten des Schiffes und damit den Minimumwert seines maximalen Tiefgangs bedingt.Therefore, the block coefficient of the lower hull for the minimum draft is determined based on the main dimensions of the ship, the required minimum draft and deadweight tonnage (DWT) and the consumption of the ship (autonomy). Then one obtains a value of the block coefficient of the lower body which depends on the minimum draft of the ship and which the ship design cannot exceed, imposing the maximum value of the block coefficient of the ship and therefore the minimum value of its maximum draft.
Die Differenz zwischen dem maximalen Volumen (Vmax) und dem minimalen Volumen (Vmin) des Schiffes beträgt:
Da V= W/d, gilt dann:
Das bedeutet, dass der maximale Tiefgang des Schiffes auf der Grundlage der Hauptabmessungen des Schiffes, des erforderlichen minimalen Tiefgangs, der Ladekapazität (DWT) und des Verbrauchs des Schiffes (Autonomie) bestimmt werden kann.This means that the maximum draft of the ship can be determined based on the main dimensions of the ship, the required minimum draft, the cargo capacity (DWT) and the consumption of the ship (autonomy).
Aus den Formeln (1) und (2) ergibt sich folgendes:
Wenn der Mittschiffsabschnittskoeffizient des oberen Körpers (C'm) des Schiffes als 1 betrachtet wird (diese Vereinfachung maximiert den Wert des Blockkoeffizienten des Schiffes und sorgt somit für ein minimales Tmax, was bedeutet, dass die maximale Breite beim minimalen Tiefgang oder sogar bei einem Tiefgang, der niedriger als der minimale Tiefgang ist, erreicht wird), ist der Blockkoeffizient des oberen Körpers gleich dem prismatischen Koeffizienten des oberen Körpers (C'p),
Mit dem prismatischen Koeffizienten des Schiffes (Cb) und dem prismatischen Koeffizienten des unteren Körpers (Cpm) lässt sich der prismatische Koeffizient des oberen Körpers (C'p) ermitteln:
Daraus lässt sich der maximale Tiefgang ableiten:
Die übrigen Parameter des Schiffes können mit den vordefinierten Einschränkungen aus diesem Blockkoeffizienten und dem maximalen Tiefgang abgeleitet werden.The remaining parameters of the ship can be derived from this block coefficient and the maximum draft with the predefined constraints.
Der prismatische Koeffizient des unteren Körpers Cpm ist begrenzt und kann nicht kleiner als 1-AM*(1-Cp)/AMmin sein, da C'p kleiner als 1 ist.
Da Cpm einen Minimumwert hat, der nicht verringert werden kann, und da der Blockkoeffizient Cb mit der Erhöhung von Cpm abnimmt, sollte der Wert von Cpm so nahe wie möglich (unter Berücksichtigung des Wertes von C'p) an seinem Minimumwert liegen (es ist ein möglichst hoher Blockkoeffizient erforderlich, um einen möglichst niedrigen maximalen Tiefgang zu erreichen).Since C pm has a minimum value that cannot be reduced, and since the blocking coefficient C b decreases as C pm increases, the value of C pm should be as close as possible (taking into account the value of C' p ) to its minimum value (as high a block coefficient as possible is required to achieve as low a maximum draft as possible).
Daher hat der Wert des Blockkoeffizienten eine Obergrenze, die nicht erreicht werden kann. Dieser Maximalwert entspricht einem Wert des prismatischen Koeffizienten des unteren Körpers, der gleich dem Minimalwert ist, den er haben kann, d. h. Cpm = Cpm (min), so dass der Wert des prismatischen Koeffizienten des oberen Körpers gleich 1 ist, C'p = 1.
Der maximale Tiefgang des Schiffes hat also eine untere Grenze, die nicht erreicht werden kann und deren Wert beträgt:
Die Hauptmerkmale des Schiffes werden innerhalb der oben beschriebenen Grenzwerte liegen.The main characteristics of the ship will be within the limits described above.
Als Beispiel wird eine Tabelle mit verschiedenen Parametern eines Ballastlosen Frachtschiffs gemäß einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung, eines herkömmlichen langsamen Seefrachtschiffs und eines Standardfrachtschiffs (beide mit Ballastsystemen) vorgelegt.
Die in dieser Tabelle verglichenen Parameter sind das Verhältnis (B/T) zwischen der Breite (B) und dem Tiefgang (T), der Blockkoeffizient (Cb) und der Mittschiffsabschnittskoeffizient (Cm) der Schiffe. Die Werte des Verhältnisses (B/T), des Mittschiffsabschnittskoeffizienten (Cm) und des Blockkoeffizienten (Cb) wurden auf der Grundlage der oben beschriebenen Formeln ermittelt. Bei der Definition der in der Tabelle angegebenen Abmessungen und Verhältnisse wurde davon ausgegangen, dass die Länge und die Breite des ballastlosen Frachtschiffs im Wesentlichen konstant bleiben. Die wichtigsten Abmessungen, die festgelegt werden müssen, sind daher der Tiefgang und die geformte Tiefe des ballastlosen Frachtschiffs.The parameters compared in this table are the ratio (B/T) between the beam (B) and the draft (T), the block coefficient (C b ) and the midship section coefficient (C m ) of the vessels. The values of the ratio (B/T), the midship section coefficient (C m ) and the block coefficient (C b ) were determined based on the formulas described above. When defining the dimensions and ratios given in the table, it was assumed that the length and width of the unballasted cargo ship remain essentially constant. The most important dimensions to be determined are therefore the draft and the formed depth of the ballastless cargo ship.
Die Spalte „Bereiche ballastloser Frachtschiffe“ bezieht sich auf die Werte, zwischen denen sich das hier beschriebene ballastlose Frachtschiff bewegt. Die Spalte „Langsames Seefrachtschiff“ bezieht sich auf die Werte, zwischen denen ein konventionelles langsames Seefrachtschiff mit Ballastsystem liegt. Die Spalte „Standardschiff“ bezieht sich auf die Werte eines bestimmten konventionellen Frachtschiffs mit Ballastsystem. Die Werte der Spalten „Langsames Seefrachtschiff' und „Standardschiff“ sind aus dem Stand der Technik bekannt (Ship design: Methodologies of Preliminary Design, Papanikolaou 2014). Die Spalte „Ballastloses Frachtschiff“ bezieht sich auf die Werte eines bestimmten ballastlosen Frachtschiffes, wie hier beschrieben, bei dem die geformte Tiefe des Schiffes verändert wurde, um die angegebenen Parameter zu erreichen. Die Werte in der Spalte „Ballastlose Frachtschiffe maximal“ wurden für einen maximalen Tiefgang (Beschränkung) von 150% des maximalen Tiefgangs eines konventionellen Frachtschiffes ermittelt. Insbesondere die Spalte „Ballastlose Frachtschiffe maximal“ zeigt Werte für ballastlose Frachtschiffe, bei denen nur die geformte Tiefe des Schiffes verändert wurde und der untere Rumpf eine V-förmige Aufkimmung aufweist (mit anderen Worten, es gibt keinen flachen Boden im unteren Körper und der untere Körper hat einen dreieckigen Querschnitt).The column "Ranges of unballasted cargo ships" refers to the values between which the unballasted cargo ship described here moves. The column "Slow sea carrier" refers to the values between which a conventional slow sea carrier with ballast system lies. The Standard Ship column refers to the values of a specific conventional ballasted cargo ship. The values of the columns "Slow Sea Freight Ship" and "Standard Ship" are known from the prior art (Ship design: Methodologies of Preliminary Design, Papanikolaou 2014). The "Ballastless Cargo Ship" column refers to the values of a specific unballasted cargo ship, as described herein, where the shaped depth of the ship has been altered to match the specified parameters. The values in the column "Ballastless cargo ships maximum" were determined for a maximum draft (restriction) of 150% of the maximum draft of a conventional cargo ship. In particular, the “Maximum Ballastless Cargo Ships” column shows values for unballasted cargo ships where only the shaped depth of the ship has been changed and the lower hull has a V-shaped riser (in other words, there is no flat bottom in the lower body and the lower body has a triangular cross-section).
Das Verhältnis (B/T) des hier beschriebenen ballastlosen Frachtschiffes liegt zwischen 1,35 und 3, wenn die geformte Tiefe des Schiffes anstelle der Breite wesentlich verändert wird, d. h. der maximale Tiefgang des Schiffes erhöht wird. Wenn die Breite und nicht die geformte Tiefe wesentlich verändert wird (und ein ähnlicher maximaler Tiefgang wie bei einem herkömmlichen Schiff, d. h. einem Schiff mit Ballastsystem, erreicht wird), liegt das Verhältnis (B/T) zwischen 2-3. Der jeweilige Wert des Verhältnisses (B/T) hängt von der Differenz der Verdrängungen des Schiffs aufgrund unterschiedlicher Belastungsbedingungen und der bestimmten Geometrie des Schiffs ab. Da nur die geformte Tiefe oder der Tiefgang oder beides geändert werden kann, ergibt sich ein breiter Bereich [1,35-3] für das Verhältnis (B/T. Dann kann die Konstruktion des ballastlosen Frachtschiffs so festgelegt werden, dass eine Lösung erreicht wird, bei der das Verhältnis (B/T) im Wesentlichen den Werten dieses Verhältnisses für das herkömmliche Schiff entspricht (z.B., das Standard-Frachtschiff oder das langsame Seefrachtschiff), wobei die geformte Tiefe und die Breite des ballastlosen Frachtschiffs höher sind als die normalen Werte eines herkömmlichen Schiffs mit ähnlichen Eigenschaften. Die Werte von Cb und Cm werden durch den Wert des Verhältnisses (B/T) nicht beeinflusst, da sie durch den Wert des Produkts (BxT) beeinflusst werden).The ratio (B/T) of the unballasted cargo ship described herein is between 1.35 and 3 when the shaped depth of the ship is changed significantly rather than the width, ie the maximum draft of the ship is increased. If the width and not the formed depth is changed significantly (and a similar maximum draft as a conventional ship, ie a ship with a ballast system, is achieved), the ratio (B/T) is between 2-3. The particular value of the ratio (B/T) depends on the difference in ship displacements due to different loading conditions and the specific geometry of the ship. Since only the shaped depth or the draft or both can be changed, there is a wide range [1.35-3] for the ratio (B/T. Then the design of the unballasted cargo ship can be determined to achieve a solution , where the ratio (B/T) substantially corresponds to the values of this ratio for the conventional ship (e.g., the standard cargo ship or the slow sea cargo ship), with the shaped depth and beam of the unballasted cargo ship being higher than the normal values of a conventional ship with similar characteristics The values of C b and C m are not affected by the value of the ratio (B/T) since they are affected by the value of the product (BxT)).
Vergleicht man die für das ballastlose Frachtschiff ermittelten Werte mit den Werten, die für die konventionellen oder Standardschiffe ermittelt wurden, kann man feststellen, wie der Tiefgang und/oder die Breite des ballastlosen Frachtschiffs höher ist. Daher ist die Multiplikation von Breite und Tiefgang höher als bei herkömmlichen Schiffen (mit Ballastsystemen. Der Blockkoeffizient und damit auch der Mittschiffsabschnittskoeffizient ist geringer als bei herkömmlichen Schiffen.If one compares the values determined for the ballastless cargo ship with the values determined for the conventional or standard ships, one can determine how the draft and/or width of the ballastless cargo ship is greater. Therefore, the multiplication of width and draft is higher than in conventional ships (with ballast systems. The block coefficient and therefore also the midship section coefficient is lower than in conventional ships.
In diesem Text sollten der Begriff „umfasst“ und seine Ableitungen (wie „aufweist“ usw.) nicht in einem ausschließenden Sinne verstanden werden, d. h. diese Begriffe sollten nicht so ausgelegt werden, dass sie die Möglichkeit ausschließen, dass das, was beschrieben und definiert ist, weitere Elemente, Schritte usw. enthalten kann. Der Begriff „ein weiteres“, wie er hier verwendet wird, ist definiert als mindestens ein zweites oder mehrere. Der hier verwendete Begriff „gekoppelt“ ist als verbunden definiert, sei es direkt ohne zwischengeschaltete Elemente oder indirekt mit mindestens einem zwischengeschalteten Element, sofern es nicht anders angegeben ist. Zwei Elemente können mechanisch, elektrisch oder kommunikativ über einen Kommunikationskanal, einen Pfad, ein Netz oder ein System miteinander verbunden sein.In this text, the term "includes" and its derivatives (such as "comprising", etc.) should not be construed in an exclusive sense, ie these terms should not be construed to exclude the possibility that what is being described and defined may contain other elements, steps, etc. The term "another" as used herein is defined as at least one second or more. As used herein, the term "coupled" is defined as connected, whether directly with no intervening elements or indirectly with at least one intervening element, unless otherwise noted. Two elements may be mechanically, electrically, or communicatively linked via a communications channel, path, network, or system.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die hierin beschriebenen spezifischen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst auch alle Variationen, die von einem Fachmann (z.B. in Bezug auf die Wahl der Materialien, Abmessungen, Komponenten, Konfiguration usw.) innerhalb des allgemeinen Schutzumfangs der Erfindung in Betracht gezogen werden können, wie in den Ansprüchen definiert.The invention is of course not limited to the specific embodiments described herein, but also includes all variations that a person skilled in the art (e.g. in terms of choice of materials, dimensions, components, configuration, etc.) contemplated within the general scope of the invention can be as defined in the claims.
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