破冰型大型航标船的制作方法

本发明涉及一种大型航标船，该大型航标船主要用于对我国北方海区各港口航道的助航设施进行布设、撤除、检查和维护工作，并在冬季一定冰层厚度情况下具备破冰功能，属于船舶设备技术领域。

背景技术：

目前国内同类大型航标布设工程船舶存在如下现状：

(1)缺乏破冰功能。北方海区每年冬季都存在冰情，航标因冰情而遭到不同程度的冰损，发生冰情时不能出航对受损航标进行维护作业，缺乏冰情时期的应急反应能力，严重制约了航海保障能力的发挥。

(2)普遍采用柴油机驱动可调螺距桨的推进方式，在船舶动力装置功率分配的合理性、船舶机动和回转性能、动力定位能力等方面表现一般。

(3)普遍采用普通甲板吊机配合常规绞盘联合作业，吊机在较高海况下的起重量折减较大，自动化水平较低，套标、抛设方式笨重落后，人员劳动强度高，作业效率较低。

技术实现要素：

本发明的目的是：提供一种具有在一定冰层厚度情况下持续破冰能力的大型航标布设工程船舶。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种破冰型大型航标船，具备持续破冰作业能力，其特征在于，包括采用破冰型船体线型的船体，由全电力驱动系统驱动船体艉部的两个推进器，推进器采用全回转固定螺距舵桨，该全回转舵桨满足适应北方海区的冰区加强要求；

船体的艏部线型由前倾艏柱线型、与船体光顺连接的楔形分冰踵线型和v型横剖面线型构成；船体的船舯横剖面在设计水线处呈有一定的外倾角；在船体的艉部线型两个推进器中间及后方的船底位置设置了导冰隧道线型，船体的艉部与船体的尾封板交接处的纵剖线型设计成平滑圆弧曲线形式；

船体的主甲板以上艉部到艏部依次为艉部系泊区、生活楼、航标作业甲板区、艏部系泊区；船体的主甲板以下艉部到艏部的主要机器处所依次为舵机舱、推进电机舱、机舱、辅设备舱、航标器材舱、甲板机械液压泵站舱、侧推器舱。

优选地，所述艏部线型设计水线的半进流角范围为35°～40°；所述v型横剖面线型对应的艏部区域为采用冰刀形式的艏部破冰船体；所述前倾艏柱线型的倾角取为20°～30°；所述楔形分冰踵线型位于船体的艏柱与船底基线交接附近。

优选地，所述楔形分冰踵线型的高度取1.0米～1.5米，且前端轮廓适度前倾。

优选地，所述船舯横剖面在设计水线处设有一定的外倾角，该外倾角取8°～12°；所述船舯横剖面底部与所述船体的基平面的夹角为3°～7°。

优选地，设计水线处的所述导冰隧道线型的宽度为3.0米～4.0米，所述船体的中纵剖线在设计水线处的出水角取为20°～30°。

优选地，所述航标作业甲板区上设置航标作业机械设备，航标作业机械设备包括航标起重机、液压锚链绞车、牵引绞车、升降导链滚轮装置、弃链装置等。

优选地，所述航标起重机采用配置智能防撞系统的近海起重机机型。

优选地，所述液压锚链绞车由液压驱动，并具有自动排链及储存锚链的功能，通过电液比例换向阀实现无级调速，锚链的排列依靠排链装置推拉导向轮移距与滚筒转速自动同步来实现。

优选地，所述航标作业甲板区的甲板铺设木铺板，并设置相当密度的埋入式眼环，采用埋入式密封舱盖使得舱盖与主甲板作业面持平，所述航标起重机、所述液压锚链绞车设在作业甲板首部，将所述航标起重机搁置在艏楼甲板的搁架上。

优选地，所述全电力驱动系统包括主电站，主电站为3～4台可并联运行的主柴油发电机组，主柴油发电机组向主配电板直接供电，为所述推进器提供电力，并满足全船设备的用电需要；

所述全电力驱动系统还包括1台停泊发电机组，在停泊时满足全船用电，任意1台所述主柴油发电机组可与所述停泊发电机组进行不间断负荷转移。

本发明提供的破冰型大型航标船船长70～80米、型深6.0～6.5米、设计吃水处型宽13.5～14.5米、排水量2000～3000吨，可航行于近海航区，作业于沿海航区，主要服务于中国北方海区港口航道大中型灯浮标、活节式灯桩等助航设施的抛设、撤除、检查和维护等，并可用于北方海区冰情期间对航标进行应急布设、抢修和维护保养，具备在一定冰层厚度情况下持续破冰的能力。本发明与现有技术相比具有如下积极效果：

(1)采用破冰型船体线型，使船舶在我国北方海域冬季冰情时期具备持续破冰作业能力，既能满足北方海域非冰情时期的航标作业工程需求，又弥补了北方海域冰情时期航海保障能力的空缺。

(2)采用全电力驱动型式，由推进电机驱动全回转固定螺距舵桨，相比于传统大型航标船柴油机直接驱动可调螺距桨的驱动方式，在不同环境条件、不同作业工况和指标范围中，能够更加灵活地进行动力装置功率分配，操纵性能和动力定定位能力更强，营运经济性更佳。

(3)采用液压锚链绞车配合航标起重机联合作业，液压锚链绞车用于绞拉锚链及沉石，并具有自动排链及储存锚链的功能，不需要航标作业人员通过人工排链等方式排链，其自动化程度亦比目前同类船舶普遍采用的液压绞盘要高，不仅大幅度减轻了操作人员的劳动强度，还极大降低了因钢丝绳断裂造成人员伤害的风险。

(4)航标起重机采用近海起重机，相较于传统航标船采用的普通起重机，较高海况下起重能力无明显折减，更适用于较高海况下的沿海航标作业，配置智能防撞系统，防止误操作时吊臂与艏桅或其他高耸物碰撞，提升了作业的安全性，自动化水平较高。

(5)作业甲板主要设备部局合理，作业甲板铺设木铺板，设置相当密度的埋入式眼环，有利于灯浮标、活节式灯桩等助航设施的布放和绑扎，采用埋入式密封舱盖等舾装部件，舱盖与主甲板作业面持平，起重机设在作业甲板首部，且可将起重机搁置在艏楼甲板的搁架上，不占据作业甲板空间，从而能大幅增加作业甲板航标作业和航标设备存放的空间，提高作业甲板利用率。

附图说明

图1为本发明破冰型大型航标船的总布置主视图；

图2为本发明破冰型大型航标船的船体艏部线型纵剖线图；

图3为本发明破冰型大型航标船的船体艏部线型俯视图；

图4为本发明破冰型大型航标船的船体艏部线型横剖线图；

图5为本发明破冰型大型航标船的船体艉部线型横剖线图；

图6为本发明破冰型大型航标船的船体艉部线型纵剖线图；

图7为本发明破冰型大型航标船的航标作业机械设备布置示意图；

图8为本发明破冰型大型航标船的机舱、推进电机舱和舵机舱的布置示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

图1为本发明破冰型大型航标船具体实施例的总布置主视图，主甲板以上艉部到艏部依次为艉部系泊区1、生活楼2、航标作业甲板区3、艏部系泊区4，主甲板以下艉部到艏部的机器处所依次为舵机舱5、推进电机舱6、机舱7、辅设备舱8、航标器材舱9、甲板机械液压泵站舱10、侧推器舱11。

本发明破冰型大型航标船艏部线型主要由前倾艏柱12、与船体光顺连接的楔形分冰踵13和v型横剖面14构成，艏部线型关于船体中纵剖面左右对称，如图2和图3所示。

本发明破冰型大型航标船艏部破冰体采用冰刀形式，前倾艏柱12要承受船体与冰的碰撞，较小的首柱倾角能产生更大的垂直向下破冰力，艏柱倾角a取为20°～30°，如图2所示；艏部底端设置的楔形分冰踵13，高度h取1.0米～1.5米，楔形分冰踵13与船体光顺连接，用于使破冰后产生的碎冰块向两舷侧排开，避免碎冰块向船体后方移动并进入螺旋桨工作区域，分冰踵前端轮廓适度前倾，以减小碎冰阻力，如图2所示；同时，为提升破冰能力，艏部线型设计水线的半进流角b范围取为35°～40°，如图3所示。

为了减小当舯体通过由艏部所破碎冰的航道时所引起的摩擦阻力，并使在破冰时冰区转向阻力较小，船舯横剖面在设计水线处设有一定的外倾角c，对于本发明航标船来讲，该外倾角不宜过大，否则会影响作业甲板上航标起重机的舷外跨距，该外倾角c取8°～12°。此外，由于船舶方形系数较小，为使线型在沿船长方向较流畅，适当增加菱形系数，减小横剖面积，横剖面底部与基平面之间的夹角d约3～7°，如图4所示。

由于破冰船舶需能在破碎的冰道中倒航，要考虑尾部推进器免于冰压的破坏，故在两个主推进器中间及后方的船底位置设置了导冰隧道15，设计水线处的导冰隧道宽度l为3.0米～4.0米，如图5所示。同时为便于尾部导冰，将艉部与尾封板交接处的纵剖线型设计成平滑圆弧曲线形式，船体中纵剖线在设计水线处的出水角e取为20°～30°，如图6所示。

航标作业甲板区3布置了主要的航标作业机械设备，包括：航标起重机301、液压锚链绞车302、牵引绞车303、升降导链滚轮装置304、弃链装置305等，如图7所示。

航标作业甲板区3前方安装1台航标起重机301，主要用于浮标、沉石、锚链和活节式灯标等吊放作业，吊臂范围可覆盖航标设备作业区域，采用近海起重机机型，相较于传统航标船采用的普通起重机，较高海况下起重能力无明显折减，更适用于较高海况下的沿海航标作业，配置智能防撞系统，防止误操作时吊臂与艏桅或其他高耸物碰撞，提升了作业的安全性，自动化水平较高。

锚链绞车布置于航标作业甲板区3首部船中处，由液压驱动，用于绞拉锚链及沉石，并具有自动排链及储存锚链的功能，通过电液比例换向阀实现无级调速，锚链的排列依靠排链装置推拉导向轮移距与滚筒转速自动同步来实现，自动化程度较高，可大幅度减轻了操作人员的劳动强度，还极大降低了因钢丝绳断裂造成人员伤害的风险。

航标作业甲板区3四角各设一台牵引绞车303，由液压驱动，为满足绞车工作绳索偏角，绳索通过安装在舱壁上的导向摆动滑轮后牵引浮标在甲板的任何位置移动。

升降导链滚轮304装置布置于航标作业甲板区3首部两舷侧处，主要用途是绞收锚链作导向及止链作用，不作业时，升降式滚轮装置收进甲板凹陷处，作业时可将其升高到超过止链板高度，托起锚链，由锚链绞车绞收锚链。

弃链装置305共2台，设置于航标作业甲板区3中部两舷侧处，主要用于布标时，快速、安全抛出沉石及锚链。

作业甲板主要设备部局合理，作业甲板铺设木铺板，设置相当密度的埋入式眼环306，有利于灯浮标、活节式灯桩等助航设施的布放和绑扎，采用埋入式密封舱盖等舾装部件，舱盖与主甲板作业面持平，航标起重机设在作业甲板首部，且可将起重机搁置在艏楼甲板的搁架401上，充分利用艏楼甲板处的空间，该起重机不占据作业甲板空间，从而能大幅增加作业甲板航标作业和航标设备存放的空间，提高作业甲板利用率。

本发明破冰型大型航标船全电力驱动系统的主电站由机舱7内3～4台主柴油发电机组701构成，主发电机可并联运行，向主配电板直接供电，为主推进提供电力，并满足全船设备的用电需要，任意1台主发电机可与停泊发电机702进行不间断负荷转移；机舱7尾部另设有两台变压器703，作为电力推进系统的推进变压器，如图8所示。本发明破冰型大型航标船采用全电驱动型式，燃油消耗率低，在相同工况下运营时，相比常规驱动型式的同类型航标船在不同环境条件、不同作业工况和指标范围中，能够更加灵活地进行动力装置功率分配，操纵性能和动力定定位能力更强，营运经济性更佳。

本发明破冰型大型航标船推进电机舱6设有主推进装置的推进电机601及推进变频器602，如图8所示。采用2台推进电机驱动全回转固定螺距舵桨501，全回转舵桨501满足适应北方海区的冰区加强要求。

综上所述，本发明一种破冰型大型航标船，通过采用破冰型船体线型，使船舶在我国北方海域冬季冰情时期具备持续破冰作业能力，既能满足北方海域非冰情时期的航标作业工程需求，又弥补了北方海域冰情时期航海保障能力的空缺；采用全电力驱动型式，能够更加灵活地进行动力装置功率分配，操纵性能和动力定定位能力更强，营运经济性更佳；配置了先进可靠的航标作业机械设备，设备布置合理，作业甲板空间有效利用率高，自动化程度高，能有效提升作业效率和作业安全性，大幅减轻操作人员劳动强度。本发明有效克服了现有技术中的种种不足或缺陷，具有良好的市场推广前景和产业利用价值。