专利名称：改造的双壳油轮及将现有单壳油轮改造为双壳油轮的方法
技术领域：
本发明总体涉及远洋油轮领域，特别是涉及改造后的双壳油轮以及将现有的单壳油轮改造为改造后的双壳油轮的方法。
背景技术：
航运和货运工业一直以来面对顾客对于新的改进的油轮结构的需求以及新的改进的改装现有油轮结构的方法的需求。油轮拥有者通过改装或改造现有的油轮以实现油轮结构的改进或延长油轮的寿命，这可节省大量成本而无需支付建造一艘新油轮的费用。
此外，新的政府和环境法令对油轮拥有者或运营者施加了一定的限制和要求。这些新的或必要的结构必须能够安全装载货物并适于远洋航运。同时，油轮必须服从于航运和环境的需求和法令。
传统的油轮包括单壳结构的油轮。这种类型的船壳结构具有单层外船壳或表层，其用于提供结构完整性并作为油轮的工作环境(例如，海洋)与货物及油轮内部结构之间的分界面。该单层船壳通常包括外壳，其具有船底、左弦、右弦、船头、船尾以及用于支撑和加强船壳外壳的多个舱壁和内部加固件。
油轮经特殊设计以运载例如石油或化学产品的液体或流体型货物的船。单壳油轮的唯一问题是船壳的破损会导致油轮货舱的破裂，从而导致货物溢出或渗漏。这种结果不但损失货物，而且污染海洋环境和相应的海岸线。
由于目前日益高涨的环境意识以及多起海运事故，已贯彻的新的政府法令要求在美国海域到200英里经济区界限内使用双层船壳。这些对双层船壳的要求记载在1990年的原油污染法案(OPA-90)中，并且也包括在美国海岸防卫条例中。其中，OPA-90要求所有根据1990年以后的授权合同建造的新油轮必须带有双层船壳，并且所有现有的用于海运石油或石油产品的单壳油轮必须被改造为双层船壳，或者根据油轮的尺寸和已用年限在1995年和2015年之间退役。美国的法律与适用于全球的国际海事组织的法律非常接近。
这对具有现有单壳油轮的承运者产生了巨大的负担。这些单壳油轮或要被改造为双壳结构而花费承运者的大量成本，或在很多情况下将比经济上的可用寿命提前多年退役。
为了符合OPA-90的要求，双壳结构已经被用于较新油轮的构造。这些双壳油轮通常具有外壳和内壳。外壳和内壳各具有壳板以形成船壳的结构完整性。在内壳和外壳之间设置横向和纵向构架的组合以帮助强化壳板。
双层船壳的创意在于外壳的结构整体性被破坏时不会损及内壳。因此，外壳可能被破坏即对海水开放，而货物则安全地保存在内壳中。因此，潜在的货物泄漏将得以避免。过去因泄漏而导致环境灾难的典型货物包括油、石油、化学品或其它危险材料的货物。当然，制造双层船壳增加了新构造的复杂性和成本。
于1993年6月15日授权给Krulikowski等人、名称为″用于安装双层船壳防护的方法和装置″(“METHOD AND DEVICE FOR THEINSTALLATION OF DOUBLE HULL PROTECTION”)的美国专利5218919描述了在轮船的主船壳之外构建辅助船壳，其具有吸收冲击能量防止主船壳破裂的能力，可以由现有的单壳轮船翻新获得。然而，完全在现有单层船壳之外安装新的辅助船壳以形成双层船壳成本高，并且明显地改变了船的操作性能。在现有的船底壳之外安装新的辅助船壳还影响吃水深度并降低油轮的基线，显著地影响流入推进器的水流。此外，这种结构不满足OPA-90对最小船壳间距的要求。
于1993年3月2日授权给Zednik等人、名称为″用于重构油轮的方法″(“Method for Reconfiguration Tankers”)的美国专利5189975描述了将单壳油轮改装为中层甲板结构的方法。根据Zednik等人的公开，油轮的中段载货部沿着刚好位于满载吃水线下的水平面被纵向地切割。包括新的横向中层甲板的间隔件被置于中段载货部的下部和上部之间。具有中层甲板结构的油轮包括垂直货舱(一个在另一个的上方)和两个侧面，但是不包括双层船底，因此并不如双层船壳有效，同时也不符合OPA-90的要求(即，在美国，这种类型的结构不能构成双层船壳而仅能被视为单层船壳)。
名称为″将现有油轮改建为双壳油轮的方法″的日本专利JP361024685A，以及日本专利JP61-24686均描述了将现有油轮改建为双壳油轮的方法，其中新的内层船壳以及新的内层船侧壳均在现有外层船壳板内安装。然而，这种方法降低了载货能力，同时由于双层船壳所增加的重量而增加了油轮的吃水深度，二者均是不希望的。
美国专利6170420B1和6357373B1公开了内部改造的双壳油轮以及改造方法。这些专利公开了工艺方法，其中最上层甲板被切下并移除，新的内层船壳被置于现有的单层船壳内部以形成双层船壳。尽管这种内部的双层船壳工艺对驳船有效，但对于油轮而言并不同样有效，其原因包括，(1)在驳船上为了保持同样的载货能力而使用升高的主甲板，这样在油轮上会导致比在驳船上更多的视觉和操作问题；(2)油轮通常为横向三舱而非两舱，由此导致新的双侧结构的复杂性在驳船改造中不会出现；(3)油轮一般具有比驳船有更多的功能设施(燃料，油，电气，水，货物吊运，船只装载等)将在通过使甲板底部升高而产生升高甲板来进行改造期间被破坏；(4)由于新的双层船壳的额外重量对油轮而言因其船壳形状将会比驳船更大地增加吃水深度，这将会对销售造成不利影响并可能将货物限制在部分港口；(5)不同于驳船中可通过调节和补偿额外钢制件重量而允许额外的吃水深度，油轮上额外的钢制件重量将会表现为载货重量的减小；(6)由于油轮发动机室而导致的重量集中引起了船壳弯矩问题，而驳船则不存在该问题；以及(7)用于典型驳船的翻新方法难于在典型油轮上实施，这是因为对现有船体结构和管线的改造及访问和干涉问题。
与执行现有单壳油轮的双壳改造相关的另一问题是油轮必须处于干船坞或干坞的时间。油轮必须出水以完成双壳改造的时间越长，改造的费用越高。因此，期望减少油轮必须处于干船坞或干坞的时间量。
此外，与执行现有单壳油轮的双壳改造相关的另一问题或潜在限制是干船坞或干坞的可用性。例如，要改造的油轮的尺寸会限制能够满意地执行双壳改造和/或可用于执行改造方法的修船厂。
与双壳改造相关的还有另一问题是由在现有船侧壳外部之上在外部安装新的船侧壳而引起的。安装在现有的船侧壳外部之上的新的外层船侧壳增加油轮船宽并且会由于油轮穿水时增大的阻力而导致油轮的速度损失。新的外层船侧壳还会不利地影响进入推进器的水流。
因此，存在对具有双层船壳的改造油轮的需求，它要具有在大致相同或减小的吃水深度情况下具有大致相同的货运能力。还存在对将现有单壳油轮改造为改造后的双壳油轮的改进方法的需求，它要使现有轮船保养中的裂隙最少并且解决访问和干涉问题并且修改现有轮船结构和管线。此外，存在对执行双壳改造的方法的需求，它要降低油轮处于干船坞或干坞中的时间并且还要考虑在干船坞和干坞的尺寸和可用性方面的限制。此外存在一种需求，即确保流体在船体上平滑流动以有助于改造后的双壳油轮的任何速度损失最小化。
发明内容
本发明涉及改造后的双壳油轮以及将现有单壳油轮改造为改造后的双壳油轮的方法。改造后的双壳油轮包括至少形成在改造后油轮的载货部上的新的双层船底壳和新的双层船侧壳。新的双层船底壳包括由新的内层船底板形成的内部船底壳，该内层船底板设置于外层船底壳的内部并与之间隔开，该外层船底壳由现有的船底板形成。新的左右弦双层船侧壳包括新的外层船侧壳，该新的外层船侧壳由新的外层船侧板形成，该外层船侧板置于内层船侧壳的外部并与之间隔开，该内层船侧壳由现有的船侧板形成。改造后的双层船底壳在每个端部(例如在船舭拐角部)连接到改造后的双层船侧壳上。
根据本发明范围内的另一实施例，将现有单壳油轮改造为改造后的双壳油轮的方法包括由现有外层船底板形成外层船底壳。临时切除部制作在现有的最上层甲板中，并且新的内层船底板的至少一部分穿过现有最上层甲板中的临时切除部进行安装。新的内层船底壳的一部分由在内部安装在现有外层船底板上的新的内层船底板形成。然后新的内层船底壳和现有的外层船底壳用多个连接件以间隔开的关系连接起来，形成新的双层船底壳。内层船侧壳由现有的内层船侧板形成。新的外层船侧壳由在外部安装在现有内层船侧板上的新的外层船侧板形成。现有的内层船侧壳和新的外层船侧壳用多个连接件以间隔开的关系连接起来，形成新的左右弦双层船侧壳。优选地，新的双层船底壳和新的双层船侧壳至少在改造后的双壳油轮的载货部上形成新的双层船壳。
根据本发明的另一方面，现有的单壳油轮还包括至少一个中心货舱、左翼货舱及右翼货舱。该方法还包括在现有最上层甲板中介于每个至少一个中心货舱的相邻横向舱壁之间的位置切割出至少一个临时切除部，并穿过该至少一个临时切除部安装新的内层船底壳的至少中心部并且在内部安装在每个至少一个中心货舱的相邻横向舱壁之间的现有腹板构架上。
根据本发明的另一方面，该方法还包括在每个至少一个中心货舱上的相邻纵向舱壁之间的位置在现有最上层甲板中制作至少一个临时切除部。然后穿过该至少一个临时切除部安装新的内层船底壳的至少中心部并且在内部安装在每个至少一个中心货舱的相邻纵向舱壁之间的现有腹板构架上。
根据本发明的另一方面，该方法还包括在现有中心货舱上的现有船侧壳和每个左翼货舱的纵向舱壁紧内侧之间的左翼货舱上的位置处制作至少一个临时切除部。穿过该至少一个临时切除部安装该新的内层船底壳的至少左舷部并且在内部安装在每个左舷载货翼舱的现有腹板构架上。至少一个临时切除部形成在所述现有最上层甲板中介于该现有船侧壳与每个右翼货舱的紧内侧纵向舱壁之间的右翼货舱上的位置处切出至少一个临时切除部。穿过该至少一个临时切除部安装该新的内层船底壳的至少右舷部并且在内部安装在每个右舷载货翼舱的现有腹板构架上。
根据本发明的另一方面，该方法还包括在船舭拐角部和现有单层船壳的现有腹板构架上的一个位置处制作现有左舷船侧板中的临时进入孔。穿过现有左舷船侧板中的临时进入孔安装新的内层船底壳的至少左舷部并且在内部安装在每个左舷载货翼舱的现有腹板构架上。临时进入孔形成在现有右舷船侧板中在船舭拐角部和该现有单层船壳的现有腹板构架上的一个位置处。穿过现有右舷船侧板中的临时进入孔安装新的内层船底壳的至少右舷部并且在内部安装在每个右舷载货翼舱的现有腹板构架上。
根据本发明的另一方面，该方法还包括将现有最上层甲板中的临时切除部定位在使现有机械和管线的破裂最小化的位置。在一个实施例中，临时切除部包括长度和宽度，其中临时切除部的长度沿横过船的方向定向。临时切除部也可包括其它定向方式，例如使临时切除部从船头到船尾的定向。
根据本发明的另一方面，该方法还包括用插入件闭合现有最上层甲板中的临时切除部。在一个实施例中，本方法还包括更新被去除以形成临时切除部的现有最上层甲板，从而形成插入件，并且该插入件用于在新的内层船底壳安装之后闭合现有最上层甲板中的临时切除部。此外，在穿过油轮的船侧壳安装新的内层船底的至少一部分的实施例中，该方法还包括更新被去除以形成临时进入孔的现有船侧板，从而形成插入件，并且现有船侧板中的临时进入孔在新的内层船底壳安装之后用该插入件闭合。
在优选实施例中，现有单层船壳的一部分在船舭拐角部处切除。这有助于新的内层船壳的至少一部分穿过油轮船侧壳的安装。在一个实施例中，新的船底填隙片连接于新的双层船底壳的每个外侧端，现有的船舭拐角部在那儿被切除。优选地，使新的船底填隙片合缝以匹配具有任何船底斜度的现有外层船底壳，并直接支撑该内层船侧壳。船舭拐角部的切除部最好在新的内层船壳安装之后再利用。船舭拐角部的切除部连接于新的船底填隙片的外侧端。包括新的外侧船壳在内的新的外层船侧填隙片最好连接在现有左右舷内层船侧壳的外部之上，并连接于现有的船舭拐角部。新的外层船侧填隙片包括最上层甲板的新的外层部，最好使这些部分合缝以匹配现有最上层甲板的剪板外形并且连接于现有最上层甲板的外围部。
根据本发明的另一方面，本方法还包括在新的内层船底板中对应于现有支架位置的位置处形成一个或多个槽缝，例如在现有纵向舱壁和现有横向构架部件之间。然后新的内层船底板搭接在现有横向构架部件上，同时新的内层船底板中的一个或多个槽缝绕现有支架安装。新的内层船底板和现有支架之间中槽缝之间的任何间距可用填料填充。
根据本发明另一方面，该方法还包括在新的外层船侧壳与现有船侧壳之间的过渡区域内形成流线型部分。该流线型部分最好被设计为在接近船头区域和船尾区域处在所述新的外层船侧壳与所述现有船侧壳之间提供相对平滑的过渡区域，用于所述新的双层船侧壳与所述现有单层船侧壳相接的区域内前后的平滑流体动力学过渡。该方法还可包括一个或多个下列步骤执行要改造油轮的模型复制品的模型池实验；并执行要改造油轮的流体动力学计算。
根据本发明的另一方面，执行要改造油轮的模型复制品的模型池实验的步骤还包括构造出表示现有单壳油轮的模型；测试表示该现有单壳油轮的模型；构造表示该改造后双壳油轮的模型；测试表示该改造后双壳油轮的模型。造型材料可用于通过将该造型材料的连续层施加于要改造的改造后双壳油轮模型的船头过渡区域和船尾过渡区域的所述模型复制品外部来模拟所述流线型部分的一个或多个结构。表示现有单壳油轮模型的实验结果可与表示具有造型材料连续层的改造后双壳油轮的模型的实验结果相比较。然后要改造的实际油轮的流线型部分可基于该模型池实验的比较结果设计和构造。
根据本发明的另一方面，执行要改造油轮的流体动力学计算的步骤还包括提供具有通过大规模迭代计算执行流体运动基本方程的软件的计算系统；输入表示所述现有单壳油轮的模型的数据；生成所述现有单壳油轮的结果；输入表示一个或多个所述要改造油轮的所述流线型部分结构的数据；生成所述要改造油轮的结果；比较所述现有单壳油轮的所述计算结果与所述具有一个或多个流线型部分结构的改造后双壳油轮的所述计算结果；并基于计算流体动力学的所述比较来设计该流线型部分。
根据本发明的另一方面，执行模型池实验和执行计算流体动力学的步骤还包括计算和比较船头区域中一个或多个流场的步骤；船尾区域中的流场；船头区域吃水线以下的表面等压线；船尾区域吃水线以下的表面等压线；船头波形；以及裸壳阻力。
根据本发明的另一方面，该方法还包括这些步骤比较执行模型池实验步骤的结果与执行计算流体动力学步骤的结果；并基于模型池实验与计算流体动力学的比较来设计该流线型部分。
根据本发明范围内的另一实施例，将现有单壳油轮改造为改造后的双壳油轮的方法包括由现有外层船底板形成外层船底壳的步骤；由在内部安装在所述现有外层船底板上的新的内层船底板形成所述新的内层船底壳；将新的内层船底壳和现有外层船底壳以间隔开的关系用多个连接件连接起来，形成新的双层船底壳；由现有内层船侧板形成内层船侧壳；由在外部安装在现有内层船侧板上的新的外层船侧板形成新的外层船侧壳；并且将现有内层船侧壳和新的外层船侧壳用多个连接件以间隔开的关系连接起来，形成新的左右弦双层船侧壳；其中新的双层船底壳和新的双层船侧壳至少在改造后的双壳油轮的载货部上形成新的双层船壳；形成新的外层船侧壳与现有船侧壳之间的过渡区域内的流线型部分；并且设计该流线型部分以在接近船头区域和船尾区域处在所述新的外层船侧壳与所述现有船侧壳之间提供相对平滑的过渡区域，用于新的双层船侧壳与现有单层船侧壳相接的区域内前后方向的平滑流体动力学过渡。
根据本发明的另一方面，设计流线型部分的步骤还包括一个或多个下列步骤执行所述要改造油轮的模型复制品的模型池实验；并执行要改造油轮的流体动力学计算。
本发明的其他特征如下文所述。
图1是典型的现有单壳油轮船身中央部的横截面视图；图2是根据本发明的一个实施例的代表性的改造后的双壳油轮的典型的经改造的腹板构架在其船身中央部的横截面视图；图3是根据本发明的一个实施例的代表性的改造后的双壳油轮的典型的经改造的舱壁在其船身中央部的横截面视图；图4示出代表性的改造后的双壳油轮的船体外形；图5示出图4所示代表性油轮的平面图；图6示出图4所示油轮前部腹板构架处向前观察的部分横截面剖视图；图7示出了图4所示油轮前部舱壁处向前观察的部分截面剖视图；图8示出了代表性单壳油轮，描述了将要根据本发明一个实施例被切除的现有结构；图9示出了图8所示的代表性油轮，它带有从现有单层船壳第一侧中央区去除的切除结构，用于安装新的内层船底壳；图10A到图10C示出新的内壳的安装、纵向舱壁的修复、以及支架的重新安装；图11A到图11C示出新的船底件的安装、船舭拐角部的重新安装、以及新的外层船侧板的安装；图12示出图8所示的代表性油轮，它带有从现有单层船壳另一侧去除的切除结构，用于安装新的内层船底壳；图13A到图13B示出新的内壳的安装、纵向舱壁的修复、以及支架的重新安装；图14A到图14C示出新的船底件的安装、船舭拐角部的重新安装、以及新的外层船侧板的安装；图15示出了根据本发明的一个实施例的改造后的双层船壳；图16示出了根据本发明另一实施例的代表性单壳油轮的横截面视图，描述了最上层甲板中用于新内层船底壳插入的切除部；图17示出了穿过最上层甲板中切除部进行的新内层船底壳的安装；图18示出了位于中心货舱及可选项之上的最上层甲板中的切除部的闭合，该切除部用于翼舱中新内层船底壳的安装；图19A-19D显示了为船头区中的过渡区建模的几个实施例；图20A-20D显示了为船尾区中的过渡区建模的几个实施例；图21A-21B显示了从船头和船尾区的过渡区中的模型测试所得的近终态船壳形式；图22显示了模型池测试的结果，描述了各种船壳形式的阻力与速度损失之间的关系；图23A和23B显示了模型池测试和CFD计算的结果对比，描述了近终态船壳形式的船头波对比；图24显示了模型池测试的结果，描述了各种船壳形式的船头波对比；以及图25显示了为各种船壳形式用模型测量出和计算(CFD)出的裸壳阻力的结果对比。
具体实施例方式
图1示出一个代表性现有单壳油轮的结构。如图1所示，该现有的单壳油轮1包括单层外壳或表层2，所述单层外壳或表层用于提供结构的完整性，并且作为油轮的工作环境(例如，海洋)与货物及油轮内部结构之间的分界面。如图所示，该单层外壳包括具有船底板3的船壳板，以及左右舷的船侧板4。多个舱壁5以及内部加固框架6，用于支撑并加固船壳的表层。现有的舱壁一般包括横向与纵向舱壁的结合，内部框架通常包括横向和纵向部件的结合。如图1所示，典型的油轮可以包括多个支架7，所述支架用于支撑和加固保持在侧壁及纵向舱壁与最上层甲板8和船底壳腹板构架的连接处的货物。图1所示的单壳油轮1包括典型的框架结构，尽管本发明并不局限于这种类型的油轮结构。
在图2-7所示的本发明实施例中，经改造的双壳油轮10被显示出具有改造后的双层船壳11，该双层船壳包括新的双层船底壳12和新的双层船侧壳13(例如，左右舷的船侧壳)。内部改造的双层船底壳12包括现有的外层船底壳14(例如，现有的船底板3)和位于现有的外层船底壳内部并与之间隔开的新的内层船底壳15。外部改造的双层船侧壳13包括现有的内层船侧壳16(例如，现有的左右舷的船侧板4)以及置于现有内层船侧壳16外部并与之间隔开的新的外层船侧壳17。改造后的船底壳12在其每个端部(例如，在船舭18拐角部)与包括左右舷的外层船侧壳在内的改造后的双层船侧壳13相连。
新的内层船底壳15以及新的外层船侧壳17以间隔开的关系分别与现有的外层船底壳14和现有的内层船侧壳16相连接。在现有的内层船底壳14和新的外层船底壳15之间以及现有的内层船侧壳16和新的外层船侧壳17之间限定了一个或多个水密舱19。这些水密舱可以用作储物箱，例如盛装压舱物。
如图2所示，新的内层船底壳15、现有的内层船侧壳16、以及最上层甲板21限定了一个用于承载货物(未示出)的货舱22。该货物优选为液体货物。现有的外层船底壳14、新的外层船侧壳17、以及最上层甲板21限定了与外界工作环境(例如，海洋和空气)的分界面。货舱22可以由横向舱壁、纵向舱壁或者它们的组合而被分隔为一个或多个货舱。
在图2所示的一个优选实施例中，新的内层船底壳15包括内层船底板25和加固件26。如图2所示，该加固件26可以包括置于内层船底板25的顶面27上的纵向加固件。优选的是将加固件26设置在内层船底板25的顶面27上，因为这种设置使得安装容易，这是由于船底板的底面平滑，可以使其制造容易并且安装过程迅速。这一优选的结构还使新的内层船底壳15可以以例如平焊法被预制为夹具上的多个零片，这样还能降低费用并且改善结构质量。该加固件26优选等间距地连接到内层船底板25上，以提供必要的结构完整性并加固内层船底板25。
新的内层船底壳15与现有的外层船底壳14以间隔开的关系相连接。如图2所示，在优选的实施例中，新的内层船底壳15可以置于并直接连接到现有的框架28上，该框架从现有的外层船底壳14向内延伸，使得现有的框架高度H足够满足OPA-90对外内船壳间隔的要求。如图所示，在一个实施例中，其上安装有内壳15的现有框架可以包括横向腹板构架。在可选实施例中(未示出)，现有的框架可以包括现有的纵向框架30。
该框架高度H在例如现有外层船底壳14的顶面29与横向腹板构架28的顶部凸缘的顶面27之间测得。优选直接安装并连接新的内层船底壳15到现有的框架28上，因为现有结构的使用使得所需加工量最小并且油轮的停用时间最短。可选的是，如果现有的框架高度不符合OPA-90的要求，可以使用连接板或填隙板将新的内层船底壳15连接到现有的外层船底壳结构14上。
根据OPA-90，对于双层底油轮或空间的间距要求是通过以与船底壳板成直角的方式测得的货舱的底和船底壳板的型线之间的距离H来限定，该距离不小于H＝船宽/15或2米中的最小值。并且H的最小值＝1米。
对于舷舱或舷侧空间而言，最小的间距基于自重并且需要沿油轮侧面的全深延伸或者由双层船底的顶面延伸到最上层甲板，无论圆形舷缘的位置如何。任何位置的间距都不应小于距离W，该距离W是在垂直于船侧板的任意横截面处测得，并且定义为W＝0.5+自重/20000(米)或2米中的最小值。距离W的最小值＝1米。
如图2所示，每个新的外层船侧壳17包括侧板35，腹板构架36以及加固件37。如图所示，腹板构架36可以包括连接到新的外层侧板35的内表面38并向内延伸向现有内层船侧壳16的横向腹板构架。加固件37可包括等间距地设置于新的外层船侧板35的内表面38上以提供必要的结构完整性并加固新的外层船侧板35的纵向加固件。新的外层船侧壳17以间隔开的关系连接到现有的内层船侧壳16上。
如图2所示，连接板39可以用于将新的外层船侧壳17的新的外层船侧板35连接到现有内层船侧壳16的船侧板。
优选地，改造工艺包括对现有船舭拐角部18的切除以及再用。这一零件为了新内壳15的安装而从油轮侧面切掉并移除。必要时，船舭拐角部18可以在新内壳15安装之后重新加工。优选地，船舭拐角部18被切除的包括现有船侧板的至少一部分18a，该部分位于接近船舭拐角部18顶面的现有腹板构架的垂直上方。
由于新的外层船侧壳13而导致油轮的船宽B增加，填隙片或新的船底填隙片62被安装在双层船底壳12的每个端部，并且船舭拐角部18被连接到新的船底填隙片62的外端。优选地，新的船底填隙片62的宽度大约等于新的外层船侧壳13的宽度。
图3是改造后的双壳油轮10的截面视图，示出典型的改建舱壁60，该舱壁包括设置于现有的外层船底壳14内部的新的内层船底壳15和设置于现有的内层船侧壳16外部的新的外层船侧壳17。如图3所示，改造后的舱壁60包括现有的舱壁结构61、新的船底填隙片62、以及新的船侧填隙片63。船底填隙片62用于填补由新的外层船侧填隙片63而导致的船宽B增加使得现有船底壳结构与船舭拐角部之间形成的空隙。在一个实施例中，船底填隙片62被制成一定尺寸来填补宽度大约等于新的双层船侧壳13的宽度且高度大约等于新的双层船底壳12的高度的空隙。两个船侧填隙片63从船舭拐角部的顶面分别沿着左右船舷向上延伸到最上层甲板21。船侧填隙片63的宽度取决于改造后的双层船侧壳13的宽度。
加固件64被设置用于加固改造后的舱壁60。如图3所示，新的纵向加固件26附接于现有的舱壁加固件64上。舱壁加固件64a的新部分被提供在船底填隙片62的对应并连接到现有舱壁加固件64的区域内，而且新的舱壁加固件64b被提供在新的船侧填隙片63上。
图4是改造后的双壳油轮10的船外侧轮廓图，图5是改造后的双壳油轮10的平面视图，描述了包括新的双层船底壳12和左右船舷的双层船侧壳13在内的新的双层船壳11。如图4和5所示，改造后的双层船壳11在改造后油轮10的船头部分70到船尾部分71之间延伸。优选地，改造后的双层船壳11至少在油轮10的载货部分72的长度上延伸。
来自现有单壳油轮1的现有船底壳3形成了改造后的双壳油轮10的外层船底壳14，这样做的优点是船底壳已经被证明能可靠运行。来自现有单壳油轮的现有船侧壳4形成了改造后的双壳油轮10的内层船侧壳16，这样做的优点是这些船侧壳适合于接触货物。由图4和5可见，新的内层船底壳15从油轮10侧面的插入以及在外部安装的新的外层船侧壳17使得油轮10的翻新对最上层甲板21、机器、管线、特大结构等没有破坏或者破坏最小。
由图4可见，改造后的双壳油轮10的基线BL保持与现有单壳油轮1的基线相同。如图5所示，改造后的双壳油轮10的船宽B大于现有单壳油轮1的船宽。改造后的双壳油轮10的船宽B的增加大约等于两个新的双层船侧壳13(例如，左右船舷的侧壳)的宽度。在图4和5所示的优选的实施例中，改造后的油轮10由于新的双层船侧壳13而导致的加宽船宽B至少形成在油轮的载货部分72的长度上。
图4和5还示出了流线型部分75，该部分在新的外层船侧壳17和现有单层壳2接近船头部分70和船尾部分71的外层船壳4之间形成相对平滑的过渡。流线型部分75提供了船身的前后平滑流体动力过渡。在一个实施例中，流线型部分75由弹性体流线型部件形成。
图6示出图4和5所示油轮10前部腹板构架28处向前看的部分截面剖视图。基本上，之前所描述的方法可以用于整个载货长度的最前部和最后部框架。如图6所示，改造后的双层船壳10包括现有的最上层甲板21、现有的外层船底壳14、现有的内层船侧壳16、现有的纵向舱壁5、现有的船舭拐角部18、现有的支架7、新的内层船底板25、新的内层船底加固件26、新的外层船侧壳板35、新的船底填隙片62、新的船侧填隙片63以及新的支架41。
如图所示，新的内层船底壳15的新的内层船底板25置于腹板构架28之上并与之连接，该腹板构架从现有的外层船底壳14向上延伸。纵向舱壁5的底部5a可被切下并移除以用来安装新的内层船底壳15，并且优选地，这一块在新的内层船底壳15安装结束被后重新装上。
新的船底填隙片62被连接到新的双层船底12的两端(左舷和右舷)。现有的船舭拐角部18(左舷和右舷)分别连接到每个新的船底填隙片62的船外侧。
新的外层船侧壳17的新的外层船侧壳板35通过连接板39连接到现有的内层船侧壳板16。优选地，包括新的外层船侧板35、新的船侧板腹板构架36、新的船侧板加固件37以及连接板39在内的新的船侧填隙片63均为预制的并作为整体安装。
最上层甲板的新的外层部分21a随后连接到现有最上层甲板21的外围周边。优选地，现有的最上层甲板21基本按原状保留。如图6所示，支架41可用于将新的最上层甲板21a连接并加固到现有的轮船结构上。
加固件26、28、36、37提供在新的结构上以支撑并加固新的船壳板25、35。例如，如图6所示，新的内层船底板25包括新的纵向加固件26，新的船底填隙片62可以包括横向加固件28a以及纵向加固件30a，而新的船侧填隙板63可以包括横向加固件36和纵向加固件37。
图7示出图4和5所示改造后油轮10的前部舱壁处向前观察的局部剖视图。基本上，与之前所描述的同样的方法可以用于整个载货长度的前部和后部舱壁。如图7所示，改建或改造后的舱壁60包括现有的横向舱壁61、新的船底填隙片62、新的船侧填隙片63、现有的船舭拐角部18、现有的最上层甲板21、新的最上层甲板21a、现有的外层船底壳14、现有的内层船侧壳16、新的内层船底壳15以及新的外层船侧壳17。
图8-15示出典型油轮的部分横截面并示出将现有单壳油轮1改造为双壳油轮10的典型工艺。
通常，在将现有单壳油轮改造为双壳油轮的工序开始之前，要对油轮进行除气、清洗以进行热加工并干燥入坞。油轮将被清除残渣，并被适当地布置，安装脚手架或类似物，以备加层工艺之需。通常，这将包括照明、进入底部孔、加工平台等。最好，被去除的钢制件可在任何可能时再利用。可选地，确认再安装的部件可用新的钢制件更新。要去除的部件以及要去除并再安装的部件将被确认。
如图8和9所示，一旦油轮做好热加工准备之后即可以开始切割。首先切割的部件是船舭拐角部18，并且可以包括船底板(未示出)和/或船侧板18a邻近船舭拐角部的小部分。船舭拐角部18将被放置在一旁并且优选在稍后重新安装。重新使用该部件的好处是可以节约舭龙骨和船舭拐角部。由于船舭拐角部18是成型件，安装该部件的成本高于安装平板，因此重新使用该部件可以实现大幅的成本节约。此外，保存舭龙骨还可节约大量的焊接工作量。原来用于加固船侧壳垂直腹板构架的舷外侧支架7a可以被移除并废弃。由于新的船侧板的安装特性，因此不再需要这些支架。
去除船舭拐角部18之后、纵向舱壁5的下部5a以及相连的支架7之后，形成了穿过外层船侧板4的进入口80和穿过纵向舱壁5的进入孔80a。进入口80和进入孔80a提供了经油轮侧面进入货舱22的通道。优选地，结构件18、18a、5a、7、7a的去除以及进入口80和进入孔80a的形成在同一时刻发生在左舷或右舷侧。图9示出同时从一侧去除船舭拐角部18、纵向舱壁的下部5a、支架7、支架7a。优选使油轮的相对侧面保持结构完整以保证油轮的结构强度。
在待改造的油轮包括多个货舱的实施例中，可以在多于一个的货舱中同时安装新的内层船底壳15并交替地从油轮的左侧或右侧处理邻近的货舱，这样的目的是在新的内层船底壳15安装过程中保持油轮的结构完整性和足够的强度。
如图10A-10C所示，一旦打开进入口80和进入孔80a，就可以安装用于新的船底壳15的材料。优选地，新的船底壳15已在改造油轮的实际施工区之外预制，以节约时间；同时其也被制成多个部分，以便于通过进入口80和/或进入孔80a安装新的结构。
在一个实施例中，在车间内的夹具上预制多个加固板，同在线加工相比，这样可以更快、更好地装配和焊接。在所示实施例中，板81具有通用的长宽尺寸，并且其尺寸适于通过进入口80。板81的数量和尺寸取决于被改造油轮的特殊用途和尺寸。适当数量和尺寸的板通过进入口80和/或进入孔80a进入适当的位置，以便在一个横向舱壁(未示出)到下一个横向舱壁(未示出)之间组成新的内层船底壳15。板81的尺寸(即长度和/或宽度)是可以改变的，并且如果没有标准尺寸的板，也可以根据需要制造，例如在特殊的流水线上。在另一实施例中，可以增加板81的整体尺寸以减小所需纵向对接缝的数量。
图10B和10C示出新的内层船底壳15的继续安装。图10B示出正在安装第二板81。安装一个或多个板81，直至底板沿船身纵向和横向都封闭。如图所示，新的内层船底作业可以朝向船侧壳4进行。
图10B示出部分完成的内层船底壳15。在该过程中，支撑远端纵向舱壁5的支架7可以被设置并安装。由附图可见，支架7优选具有切口82，以支撑内层船底纵向加固件26并使其通过。优选地，在开始阶段，当支架7被切除时，就完成这些切口82，以使得支架7可以立即做好安装准备。在现有的船侧板处，内底15应被划线并装配，以便可以放置纵向舱壁的新的扩展。
图10C示出已经达到船侧板4的部分完成的内层船底壳15。纵向舱壁5被完全更新，并且也安装了其余的支架7。优选地，使用原来移除的下部5a来更新纵向舱壁5。由于支架7安装在远端的纵向舱壁上，因此被安装的新支架7应带有切口82，以便支撑内层船底纵向加固件26并使其通过。
图11A和11B示出新的内层船底填隙片62的安装。新的船底填隙片62包括板和与之相连的横向、纵向加固件。该填隙片将被划线以与包括任何船底横向侧度在内的现有的船底板相匹配，并直接支撑现有的船侧板4，该船侧板成为货舱和压舱物存储箱之间的新的纵向舱壁。在船底填隙片62被设置到现有的结构件上之后，其将被焊接，这使得船舭拐角部18能够被重新安装。
图11A-11C示出将新的外层船侧壳17安装到现有船侧壳4外部形成内层船侧壳16的代表性工艺。如图所示，现有的船舭拐角部18被划线并安置到新插入的船底填隙片62上。嵌入物18a被用于封闭内层船侧壳16的进入口80。优选地，该嵌入物包括被从船舭拐角部18的上方移除的外层船侧壳18a的一部分，或者可选地，可以沿着进入口80安装新的钢制件。
如图11B所示，一旦船舭拐角部18被放置就位后，新的外层船侧填隙片63以及船舭拐角部18将被划线并被装配，以便在新的外层船侧板17及框架处良好配合。该新的外层船侧填隙片63包括新的外层船侧壳板35、连接板39以及横向和纵向的加固件36、37。
图11C示出与现有船侧壳4的外面相连接的新的外层船侧填隙片63以及外层船侧壳17，该现有船侧壳形成新的双层船侧壳13的现有内层船侧壳16。如图11C所示，外层船侧填隙片63通过使用连接板39而被安装。
在一个实施例中，连接板39沿着支撑腹板构架28对接到现有的船侧壳4上。在一个实施例中，连接板39通过搭接到新的垂直船侧加固件36的表面而与新的结构相连。上述的对接和搭接技术是优选的，因为它们允许现有的以及新的结构的装配在特定范围内大幅偏移从而有助于模块化构造。这项技术为焊接连接提供了容易的途径。连接板39的另一个优点是它们可以设置为明显地减小垂直船侧板加固件的跨距。跨距的减小使新的船侧填隙片63的垂直加固件可以小于现有的垂直船侧板加固件。主甲板可以被简单地划线以与舷缘列板的轮廓相匹配，随后安放并焊接顶部和底部。
在油轮的一侧改造结束后，就可以开始油轮另一侧的改造。如上文所述，油轮的两侧不可以被同时加工。工艺是类似的，仅有的区别是无须切除纵向舱壁。为了保持纵向结构的完整性，优选的是，一侧的船侧板在另一侧改造的过程中始终保持完整。因此，应该在一侧的改造完全结束之后再开始另一侧的改造。同样如上文所述，还优选的是，不应使同一侧前后相邻的货舱同时被开口。优选交错加工以防出现结构问题。在另一实施例中，当邻近货舱被从油轮的另一侧开口时，多个相邻的货舱就可以被同时处理。
图12示出对油轮第二面或相对面进行的改造过程。如图12所示，切除船舭拐角部18以形成进入口80。随后通过进入口80去除现有的支架7。纵向舱壁加固件的下部5b沿着内层船底被去除以形成进入孔80b，用于允许包括内层船壳板25和加固件26的新的内层船底壳15的安装。
图13A和13B示出另一侧的安装过程。优选地，新的内壳15作为多个板81被安装，每个板具有近似的尺寸以便安装，并把将板81焊接到现有结构件上的工作量减到最小。图13B示出当完全安装并焊接到第二侧后的新的内层船底壳15的余下部分。应加工纵向舱壁加固件的下部5b以及支架7，以使得切口82做好准备并使所述工件做好焊接的准备。
图14A-14C示出新的船底填隙片62的安装，与另一侧类似，沿着双层船底壳重新安装船舭拐角部18，并安装新的船侧填隙片63。优选地，更新现有的船舭拐角部18并将其重新安装。与另一侧相同地设置并焊接包括外层船侧壳17在内的新的外层船侧填隙片63。由于在双壳结构中不再需要支架7a，因此可以废弃支架7a。
图15示出改造后双壳油轮10的完整剖图，该油轮具有在现有外壳14内的新的内壳15，共同组成双层船底壳12，并且具有位于现有内层船侧壳16外侧的新的外层船侧壳17，二者组成新的双层船侧壳13。新的双层船底壳12和新的双层船侧壳13相结合，形成了改造后油轮10的连续的双层壳11。双壳油轮改造完成，该油轮可作为双层运输工具投入使用。
通常，双层船壳改造的费用随着油轮必须离水并停在干船坞或干坞的持续时间而增加。因此，在可选实施例中，期望减少要改为双壳的油轮必须处于干船坞或干坞的时间量。此外，特定干船坞或干坞的可用性和特征是通常被认为确定特定干船坞或干坞是否适合于特定油轮的双壳改造以及该船厂或修理厂是否能够执行双壳改造的因素。例如，相对于可用干船坞或干坞的要改造油轮的尺寸可能会限制那些具有适当的干船坞或干坞设备以满意执行双壳改造船厂和修理厂并还可能限制用于执行双壳改造的工艺。
一种减少油轮出水以及干船坞或干坞繁忙时间的方法是当油轮还在海上时穿过最上层甲板21安装新的双层船底壳15的一部分或者全部。这些可选方法的其它优点在于它减少了将被切掉或移除之后再重新安装的结构件的数量。例如，穿过最上层甲板21安装新的内层船底壳15的这种可选方法使得舱壁5保持为整体并且还省却了不得不切除现有支架7的需要(例如图10A-10C所示)。借助于穿过最上层甲板21安装新的内层船底壳15，现有结构5a、7可留在适当位置并且该新的船底壳15可置于舱壁5和支架7的周围。
图16显示了另一代表性实施例，描述了最上层甲板21中用于新的内层船底壳15的至少一部分插入的临时切除部90。如图所示，现有的单壳油轮包括中心货舱22a和侧舱或翼舱22b。优选地，新的内层船底壳15中心部的至少一部分穿过最上层甲板21安装在中心货舱22a上面。切除部形成在最上层甲板中，具有足以允许新的内层船底壳15安装在一个或多个部分中，例如面板81。
优选地，最上层甲板21中的切除部90被制作在一个位置从而使现有机械和/或管线的破裂最小化。如图16所示，切除部90与龙骨线垂直定向，但期望的是切除部90可被定向为其长度纵贯前后，或者其它任何有助于使现有机械和/或管线的破裂最小化的方向。
图17显示了新的内层船底壳15穿过最上层甲板21中切除部90的安装。如图所示，一个或多个面板81穿过切除部90安装在最上层甲板21中并且置于现有框架28的顶部且绕现有支架7安装。槽缝91可沿现有支架7提供在面板81中。新的内层船底壳15与支架7之间的任何间隔(未示出)可用焊接和/或填料填充从而不存在一个会形成凹坑的部位。
将新的内层双壳15的至少一部分安装在至少中心货船22a的区域内排除了在纵向舱壁5的下部中切除进入孔80a的需要并且从而使得纵向舱壁5的结构整体性保持完整。此外，在油轮仍在海上时就可以实现将新的内层双壳15的至少一部分安装在中心货舱22a的区域内，从而减少油轮需要处于干船坞或干坞中的时间量。
图18显示出最上层甲板21中位于中心货舱22a之上的切除部90的闭合或更新。此外，图18显示出用于新的内层船底壳15在翼舱22b区域内的安装的可选方案。如图18的实施例所示，临时切除部90被制作在最上层甲板21中位于左右弦翼舱22b之上，用于新的内层船底壳15的一部分插入。切除部90形成在最上层甲板21中，具有足以允许新的内层船底壳15安装再一个或多个部分中。优选地，最上层甲板21中的切除部90被制作在一个位置从而使任何现有机械和/或管线的破裂最小化。
插入件93用于在新的内层船底壳15安装之后闭合或更新最上层甲板21中的临时切除部。优选地，现有最上层甲板的切除部再用作插入件。
可选地，由于无论用什么样的安装新的内层双船底15方法都要将船舭拐角部18切掉并移除，当船舭拐角部被切掉并移除到外面以容纳新的外层船侧壳17时，新的双船底15在左右弦翼舱22b区域内的部分可从油轮的侧面安装。新的内层船底壳15从要改造的油轮的侧面的安装参考图9-11C进行了以上更详尽的描述。
虽然新的外层船侧壳在外部安装在现有船侧壳上会提供一些益处，由于改造后的油轮增加的阻力，在油轮穿过海水时这种结构也会为改造后的油轮导致一些速度损失。如前所述，流线型部分75(如图4和5所示)最好用于帮助消除新的外层船侧壳17与现有单壳2的外壳4之间在接近船头部分70和船尾部分71的过渡。流线型部分75用于形成在新的外层船侧壳17与现有船壳2之间过渡处的流线型流动。此外，流线型部分75有助于通过在油轮穿水时减小其阻力而使油轮的速度损失最小化。此外，后部流线型部分75最好也用于帮助保持和/或优化船壳和推进器分界面，从而有助于确保流体平滑流入推进器。在设计流线型部分75时，油轮的特定特征(例如，大小和船壳形状)应作为会影响流线型部分75优化设计的因素予以考虑。
为此，本发明包括改造后油轮的包括模型测试和/或计算流体动力学(CFD)在内的流体动力学研究，以帮助确定和设计改造后用于要改造的特定油轮的双层船壳和流线型部分75的最佳特性。
在一个实施例中，包括新的外层船侧壳的油轮船壳的模型得以构建。该模型优选是改造后油轮的新的外层船壳形状的成比例复制品。之后流线型部分75的各种结构在模型池中进行开发和测试，以基于特定的油轮船壳形状确定流线型部分的最佳设计。模型测试可包括一个或多个下述实验和比较(a)船头区域中的流场；(b)船尾区域的流场；(c)船头区域吃水线以下的表面等压线；(d)船尾区域吃水线以下的表面等压线；(e)船头波形；以及(f)裸壳阻力。
开发出要测试的不同结构的一种方法是通过采用造型材料进行，并可应用于船壳模型以模拟流线型部分的各种实施例。造型材料例如可包括粘土或灰泥。造型材料应包括可在各连续层中应用于模型的外层船壳形状并且在试验期间将粘着模型而不会散落。在每个灰泥衬里连续层施加于模型之后该模型可在模型池中进行实验，模型池实验的结果可用于帮助确定流线型部分75的最佳形状和结构。
图19A-19D以及图20A-20D描述了采用灰泥材料和灰泥衬里在过渡区域中模拟各种船壳形状的代表性模型，该过渡区域位于船头和船尾区域内新的外层船壳与现有船壳之间。图19A和20A分别显示了现有单壳油轮在船头区域和船尾区域的船型衬里。图19B-19D描述了显示出船头区域处新的外层船壳17与现有外层船壳4之间的流线型部分75的附加细节的可选实施例。图20B-20D描述了显示出船尾区域处新的外层船壳17与现有外层船壳4之间的流线型部分75的附加细节的可选实施例。
图19B和20B显示了分别位于船头区域和船尾区域的第一过渡，具有相对陡峭的流线型部分75a，其中该流线型部分75a具有相对较短的前后长度。图19C和20C显示出具有中间流线型部分75b的的第二过渡，其延伸流线型部分75b的前后长度方向。图19D和20D显示了具有延伸的流线型部分75c的第三过渡，其中该流线型部分具有相对长的前后长度。
图21A和21B显示了具有相对光滑过渡的近终态船壳形状，该过渡位于分别在船头区域和船尾区域处的新外侧船侧壳17与现有船侧壳16之间。此外，如图21A和21B所示，新的外层船侧壳与现有船侧壳之间的过渡可包括平缓制出的表面或隆起92，它基本上包括使其容易构造的平面，在特定场合有助于过渡区域的制造和降低成本。
如模型池实验所示，增加流线型部分75的长度一般通过减少由新的外层船侧壳17引起的拖曳来改善流线型部分75的流体动力学特性。这使得改造后的双壳油轮10的速度损失的降低。
图22是阻力对比速度的图表，并描述了用于如图19B-20D所示过渡区域不同实施例的模型池实验结果。图22显示了当船壳穿水阻力增加时油轮如何经历速度损失。线条A显示了用于现有单壳的阻力，如图19A和20A所示。线条B显示了具有如图19B和20B所示第一过渡区域(短的流线型部分75a)的现有双壳的增加的阻力。线条C显示了具有如图19C和20C所示第二过渡区域(中间的流线型部分75b)的双壳的阻力降低。线条D显示了具有如图19D和20D所示的第三过渡区域(延伸的流线型部分75c的末尾部线条)的双壳的阻力的进一步下降。
在另一实施例中，改造后油轮的流体动力学研究可包括计算流体动力学(CFD)。CFD是通过大规模迭代计算得到的流体运动基本方程的解。这种方法被称为″虚拟模型实验″。CFD可包括一个或多个下列计算和比较(a)船头区域中的流场；(b)船尾区域中的流场；(c)船头区域吃水线以下的表面等压线；(d)船尾区域吃水线以下的表面等压线；(e)船头波形；以及(f)裸壳阻力。例如PROSTAR3.10的适当软件包可用于执行CFD。
船头区域和/或船尾区域中的流场范围内CFD可执行于现有单壳形状以及用于例如图19B-19D以及20B-20D的代表性过渡区域的多种实施例的每种船壳形状，以确定每种船壳形状的流场轮廓。然后可在现有单壳油轮和每种改造后船壳形状的流场轮廓之间做出比较。优选地，从而获得具有平滑流场并且最接近地匹配于现有单壳油轮的流场轮廓的流场轮廓。优选地，CFD在船头区域提供一种流场轮廓，具有包括降低的槽深和高度的平滑流场轮廓。优选地，CFD在船尾区域提供一种流动波波形，具有包括无循环或减弱的循环并且无减速或降低的减速的平滑流场轮廓。
此外，CFD可在现有单壳形状和各实施例的每种船壳形状的船头区域和/或船尾区域吃水线之下的表面等压线区域内执行，例如图19B-19D和20B-20D的代表性过渡区域，以确定施加于每种船壳形状的改造后油轮船壳上的压力。然后，每种船壳形状的表面压力的比较可被用于确定改造后双壳油轮的最佳或理想船壳形状。优选地，CFD提供从船头最前部穿过船头区域向后逐渐减小的平滑压力梯度。优选的表面等压线避免增加的表面压力的多个区域横穿船头区域(通常指减速区域)并从船头最前部向后移动。优选地，CFD允许改造的双壳油轮的船壳形状选择为具有最接近地匹配现有单壳油轮的表面等压线的表面等压线。
此外，船首波形中的CFD可执行于现有单壳形状和例如图19B-19D和20B-20D的代表性过渡区域的各实施例的每种船壳形状，以确定每种船壳形状的船首波形。然后可在现有单壳油轮的船首波形与每种改造后船壳形状的船首波形之间做出比较。优选地，从而获得具有平滑船首波形并且最接近地匹配于现有单壳油轮的船首波形的船首波形。优选地，CFD提供改造后油轮的船首处的船首波形，其具有包括减小的波谷和波峰高度的平滑波形。
图23A和23B显示了模型池实验的结果与CFD计算的比较，描述了近终态船壳形状的船头波比较。图23A显示了具有波谷和几个波峰的波形模型实验，图23B显示了用于其整个船壳的CFD计算。如图23A和23B可见，其结果显示出模型实验与CFD计算之间良好的相关性。
图24是油轮船壳上波浪高度对比点(位置)的图表，表述了各个过渡区域实施例的船头波形的比较。如图所示，线条A显示了计算出的现有单层船壳的波形。线条B显示了具有第一过渡区域(短的流线型部分75a)的计算出的改造后双层船壳的波形。线条C显示了具有第二过渡区域(中间流线型部分75b)的计算出的改造后双层船壳的波形。线条D显示了具有第三过渡区域(延伸的流线型部分75c)的计算出的改造后双层船壳的波形。如图所示，具有第三过渡区域的改造后双层船壳的计算出的波形(延伸的流线型部分75c)最接近地匹配于现有单壳油轮的计算出的波形。如图所示，改造后双层船壳的具有第三过渡区域(延伸的流线型部分75b)的线条D描述了CFD如何帮助确定延伸的流线型部分使船头波的波峰降低至接近点18.8以及使船头波的波谷降低至接近点17.5。
此外，CFD可用于计算各种船壳形状的裸壳阻力，以帮助确定作用在每种船壳形状的速度上的潜力。然后可在现有单壳油轮的裸壳阻力与每种改造后船壳形状的裸壳阻力之间做出比较。优选地，从而获得具有低的裸壳阻力并且最接近地匹配于现有单壳油轮的船壳形状的船壳形状。
更为优选的是，改造后的油轮流体动力学的研究可包括模型池实验和CFD。这种最佳船壳形状建模和计算的冗余方法有助于提供模型实验和CFD之间结果的相关性以确保改造后油轮的船壳形状最佳，从而提高改造后船壳形状的性能(即，在船壳穿过海水时减少其阻力)。这有助于使得由新的外层船侧壳附加在现有船壳外部而得到的改造后双壳油轮的速度损失最小化。此外，模型池实验和CFD均最好还进行对改造后油轮的船壳形状设计以优化流入推进器的流体。
图25是相应于船壳形状的船只阻力的图表，并且将现有单壳油轮以及改造后双壳油轮的各个过渡区域的测量的船壳阻力与计算的船壳阻力以模型比例的形式进行了比较。如图25所示，模型实验和CFD显示了相对较好的相关性并且有助于确保改造后双壳油轮的最佳船壳形状设计。模型实验和CFD结果的比较也可为其它参数执行。
优选实施例的优点和特性本发明的工艺具有几项改进之处，即由于所有的改造工作都是从侧面进行的，因此舱面机械及设备基本上不受影响。
此外，现有的船体结构件优选被最大限度地重用。例如，货舱22内的内层船底加固件优选利用现有的高达2米的横向加固件，优选将现有的支撑支架切下，开槽并重新用在新的内层船底板上，现有的船舭拐角部(即弯曲的船侧壳板以及舭龙骨)被切下、移到船外侧并重新使用，等等。由于新的双层船侧壳13的结构，外侧货舱支架可被去除。使用连接板39连装双层船侧壳13的新的外层，提供了安装时的尺寸灵活性。
将现有的压载舱改变为载油舱后，改造后油轮10的容量可以基本不受影响。改造后油轮10对于同样载荷的吃水深度有所减少，这是由于利用外部的双层船侧壳13而导致改造后双壳油轮的浮力增加。改造后油轮的基线BL基本保持不变，这是由于新的双层船底12使用由侧面装入到现有外层船底壳14内的新的内层船底壳15。
使用弹性体的流线型部件，提供了船身纵向的平滑流体动力过渡。
尽管通过详细说明并且参照优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明精神和范围的情况下可以作出各种形式及细节的替代。特别是，油轮的具体形状和尺寸，过渡件的形状，新的内壳部分的安装顺序，填隙片和填隙板的具体数目和形状，用于切割、移除、改动以及重新安装各个部分的手段可以根据具体的应用而变动，并不脱离本发明的范围。
权利要求
1.一种将现有单壳油轮改造为改造后的双壳油轮的方法，包括由现有外层船底板形成外层船底壳；在现有最上层甲板中切除临时切除部；穿过在所述现有最上层甲板中的所述临时切除部安装新的内层船底壳的至少一部分；由在内部安装在所述现有外层船底板上的新的内层船底板形成所述新的内层船底壳；将所述新的内层船底壳和所述现有外层船底壳以间隔开的关系用多个连接件连接起来，形成新的双层船底壳；由现有内层船侧板形成内层船侧壳；由在外部安装在所述现有内层船侧板上的新的外层船侧板形成新的外层船侧壳；并且将所述现有内层船侧壳和所述新的外层船侧壳用多个连接件以间隔开的关系连接起来，形成新的左右弦双层船侧壳；其中所述新的双层船底壳和所述新的双层船侧壳至少在所述改造后的双壳油轮的载货部上形成新的双层船壳。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述现有单壳油轮还包括至少一个中心货舱、左翼货舱和右翼货舱，所述方法还包括这些步骤在所述现有最上层甲板中介于邻近横向舱壁的位置为每个所述至少一个中心货舱切出至少一个临时切除部；并且穿过所述至少一个临时切除部安装所述新的内层船底壳的至少中心部并且在内部安装在每个所述至少一个中心货舱的相邻横向舱壁之间的现有腹板构架上。
3.根据权利要求2所述的方法，所述方法还包括这些步骤在所述现有最上层甲板中在每个所述至少一个中心货舱上介于邻近横向舱壁之间的位置切出至少一个临时切除部；并且穿过所述至少一个临时切除部安装所述新的内层船底壳的至少中心部并且在内部安装在每个所述至少一个中心货舱的所述相邻纵向舱壁之间的所述现有腹板构架上。
4.根据权利要求2所述的方法，所述方法还包括这些步骤在所述现有最上层甲板中在每个所述左翼货舱上介于所述现有船侧壳与每个左翼货舱的紧邻内侧纵向舱壁之间切出至少一个临时切除部；穿过所述至少一个临时切除部安装所述新的内层船底壳的至少左舷部并且在内部安装在每个左舷载货翼舱的现有腹板构架上；在所述现有最上层甲板中在每个所述右翼货舱上介于所述现有船侧壳与每个右翼货舱的紧邻内侧纵向舱壁之间切出至少一个临时切除部；并且穿过所述至少一个临时切除部安装所述新的内层船底壳的至少右舷部并且在内部安装在每个右舷载货翼舱的现有腹板构架上。
5.根据权利要求2所述的方法，所述方法还包括这些步骤在船舭拐角部和所述现有单层船壳的现有腹板构架之上的位置在所述现有左舷船侧板中切出临时进入孔；穿过所述现有左舷船侧板的所述临时进入孔安装所述新的内层船底壳的至少左舷部并且在内部安装在每个左舷载货翼舱的所述现有腹板构架上；在船舭拐角部和所述现有单层船壳的现有腹板构架之上的位置在所述现有右舷船侧板中切出临时进入孔；并且穿过所述右舷船侧板中的所述临时进入孔安装所述新的内层船底壳的至少右舷部并且在内部安装在每个右舷载货翼舱的所述现有腹板构架上。
6.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括将所述现有最上层甲板中的所述临时切除部定位在使现有机械和管线的破裂最小化的位置的步骤。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述临时切除部还包括长度和宽度，所述方法还包括使所述临时切除部的所述长度指向横过船的方向的步骤。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述临时切除部还包括长度和宽度，所述方法还包括使所述临时切除部的所述长度指向从船头到船尾的方向的步骤。
9.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括用插入件使所述现有最上层甲板中的所述临时切除部闭合的步骤。
10.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括这些步骤更新被去除掉以形成所述临时切除部的现有最上层甲板，以形成插入件；并且在所述新的内层船底壳安装之后利用所述插入件在所述现有最上层甲板中闭合所述临时切除部。
11.根据权利要求5的方法，所述方法还包括这些步骤改造被去除掉以形成所述临时进入孔的现有船侧板，以形成插入件；并且在所述新的内层船侧板安装之后利用所述插入件在所述现有船侧板中闭合所述临时进入孔。
12.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括这些步骤切除现有的左右舷船舭拐角部并且临时移除所述左右舷船舭拐角部；将新的左右舷船底填隙片连接至所述新的双层船底壳的每个外侧端，所述现有左右舷船舭拐角部在那儿被切除并使所述新的船底填隙片合缝以匹配所述新的双层船底壳；将所述左右舷船舭拐角部的所述切除部分别连接到每个所述新的左右舷船底填隙片的外侧端；将新的左右舷外层船侧填隙片连接在所述现有左右舷内层船侧壳外部上并且将所述新的左右舷外层船侧填隙片连接于所述现有左右舷船舭拐角部；并且使所述新的左右舷外层船侧填隙片的最上层甲板的新外部合缝以匹配现有最上层甲板的剪板外形。
13.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括这些步骤用现有的横向腹板构架将所述现有外层船底壳板和所述新的内层船壳板以间隔开的关系连接起来，形成所述改造后双层船底壳的中心部；在所述新的内层船壳板的最上层上形成新的纵向加固件；将新的左右舷船底填隙片装配和连接于所述改造后双层船底壳的所述中心部的左右舷外侧端，所述船底填隙片宽度大致等于所述新的双层船侧壳的宽度；将现有左右舷船舭拐角部分别连接到所述新的船底填隙片的外侧端；将新的左右舷填隙片分别装配和连接于所述左右舷的现有船舭拐角部，并将所述新的船侧填隙片用新的连接板连接于所述现有内层船侧壳板；并且将最上层甲板的新的左右舷外部装配和连接到所述新的左右舷填隙片上，并将最上层甲板的所述新的左右舷外部连接到现有最上层甲板的外层左右舷外围边缘。
14.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括这些步骤在所述新的内层船底板中与现有纵向舱壁和现有横向构架部件之间的现有支架的位置相对的地方形成一个或多个槽缝；将所述新的船底板搭接在所述现有横向构架部件上并且将所述一个或多个槽缝装配在绕所述现有支架的所述新的内层船底板中；并且填充所述新的内层船底板和所述现有支架中所述一个或多个槽缝之间的间隔。
15.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括这些步骤在接近船头区域和船尾区域处形成所述新的外层船侧壳与所述现有船侧壳之间的过渡区域内的流线型部分；并且设计所述流线型部分以在接近船头区域和船尾区域处提供所述新的外层船侧壳与所述现有船侧壳之间的相对平滑的过渡区域，作为所述新的双层船侧壳与所述现有单层船侧壳相接的区域内前后的平滑流体动力学过渡。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述设计步骤还包括一个或多个下列步骤执行所述要改造油轮的模型复制品的模型池实验；并执行所述要改造油轮的流体动力学计算。
17.根据权利要求16所述的方法，其中执行模型池实验的所述步骤还包括实验和比较以下一个或多个对象的步骤船头区域中的流场；船尾区域中的流场；船头区域吃水线以下的表面等压线；船尾区域吃水线以下的表面等压线；船头波形；以及裸壳阻力。
18.根据权利要求16所述的方法，其中执行模型池实验的所述步骤还包括以下步骤构造表示所述现有单壳油轮的模型；测试表示所述现有单壳油轮的模型；构造表示所述改造后双壳油轮的模型；测试表示所述改造后双壳油轮的模型；使用造型材料，通过将所述造型材料的连续层施加于所述要改造的改造后双壳油轮的船头过渡区域和船尾过渡区域的所述模型复制品外部来模拟所述流线型部分的一个或多个结构；比较表示所述现有单壳油轮的所述模型的所述实验结果与表示所述改造后双壳油轮的所述具有所述造型材料连续层的模型的所述实验结果；并基于所述模型池实验的所述比较来设计所述流线型部分。
19.根据权利要求16所述的方法，其中执行流体动力学计算的所述步骤还包括实验和比较以下一个或多个对象的步骤船头区域中的流场；船尾区域中的流场；船头区域吃水线以下的表面等压线；船尾区域吃水线以下的表面等压线；船头波形；以及裸壳阻力。
20.根据权利要求16所述的方法，其中执行流体动力学计算的所述步骤还包括以下步骤提供具有通过大规模迭代计算执行流体运动基本方程的软件的计算系统；输入表示所述现有单壳油轮的模型的数据；生成所述现有单壳油轮的结果；输入表示一个或多个所述要改造油轮的所述流线型部分结构的数据；生成所述要改造油轮的结果；比较所述现有单壳油轮的所述计算结果与所述具有一个或多个所述流线型部分结构的改造后双壳油轮的所述计算结果；并基于所述计算流体动力学的所述比较来设计所述流线型部分。
21.根据权利要求16所述的方法，所述方法还包括这些步骤比较所述执行模型池实验的步骤的结果与所述执行计算流体动力学的步骤的结果；并基于所述模型池实验与所述计算流体动力学的所述比较来设计所述流线型部分。
22.将现有单壳油轮改造为改造后的双壳油轮的方法，包括这些步骤由现有外层船底板形成外层船底壳；由在内部安装在所述现有外层船底板上的新的内层船底板形成所述新的内层船底壳；将所述新的内层船底壳和所述现有外层船底壳以间隔开的关系用多个连接件连接起来，形成新的双层船底壳；由现有内层船侧板形成内层船侧壳；由在外部安装在所述现有内层船侧板上的新的外层船侧板形成新的外层船侧壳；并且将所述现有内层船侧壳和所述新的外层船侧壳用多个连接件以间隔开的关系连接起来，形成新的左右弦双层船侧壳；其中所述新的双层船底壳和所述新的双层船侧壳至少在所述改造后的双壳油轮的载货部上形成新的双层船壳；形成所述新的外层船侧壳与所述现有船侧壳之间过渡区域内的流线型部分；并且设计所述流线型部分以在接近船头区域和船尾区域处提供所述新的外层船侧壳与所述现有船侧壳之间的相对平滑的过渡区域，作为所述新的双层船侧壳与所述现有单层船侧壳相接的区域内前后方向的平滑流体动力学过渡。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述设计步骤还包括一个或多个下列步骤执行所述要改造油轮的模型复制品的模型池实验；并执行所述要改造油轮的流体动力学计算。
24.根据权利要求23所述的方法，其中执行模型池实验的所述步骤还包括实验和比较以下一个或多个对象的步骤船头区域中的流场；船尾区域中的流场；船头区域吃水线以下的表面等压线；船尾区域吃水线以下的表面等压线；船头波形；以及裸壳阻力。
25.根据权利要求23所述的方法，其中执行模型池实验的所述步骤还包括以下步骤构造表示所述现有单壳油轮的模型；测试表示所述现有单壳油轮的模型；构造表示所述改造后双壳油轮的模型；测试表示所述改造后双壳油轮的模型；使用造型材料，通过将所述造型材料的连续层施加于所述要改造的改造后双壳油轮的船头过渡区域和船尾过渡区域的所述模型复制品外部来模拟所述流线型部分的一个或多个结构；比较表示所述现有单壳油轮的所述模型的所述实验结果与表示所述改造后双壳油轮的所述具有所述造型材料连续层的模型的所述实验结果；并基于所述模型池实验的所述比较来设计所述流线型部分。
26.根据权利要求23所述的方法，其中执行流体动力学计算的所述步骤还包括实验和比较以下一个或多个对象的步骤船头区域中的流场；船尾区域中的流场；船头区域吃水线以下的表面等压线；船尾区域吃水线以下的表面等压线；船头波形；以及裸壳阻力。
27.根据权利要求23所述的方法，其中执行流体动力学计算的所述步骤还包括以下步骤提供具有通过大规模迭代计算执行流体运动基本方程的软件的计算系统；输入表示所述现有单壳油轮的模型的数据；生成所述现有单壳油轮的结果；输入表示一个或多个所述要改造油轮的所述流线型部分结构的数据；生成所述要改造油轮的结果；比较所述现有单壳油轮的所述计算结果与所述具有一个或多个所述流线型部分结构的改造后双壳油轮的所述计算结果；并基于所述计算流体动力学的所述比较来设计所述流线型部分。
28.根据权利要求23所述的方法，所述方法还包括这些步骤比较所述执行模型池实验的步骤的结果与所述执行计算流体动力学的步骤的结果；并基于所述模型池实验与所述计算流体动力学的所述比较来设计所述流线型部分。
全文摘要
本发明涉及改造后的双壳油轮以及将现有单壳油轮改造为改造后的双壳油轮的方法。改造后的双壳油轮包括内部改造的双层船底壳和外部改造的双层船侧壳(即，左舷和右舷)，该双层船底壳包括现有的外层船底壳和置于其内部并与其间隔开的新的内层船底壳，双层船侧壳包括现有的内层船侧壳和置于其外部并与其间隔开的新的外层船侧壳。该方法包括通过穿过最上层甲板中的切除部安装新的内层船底壳的至少一部分并且在内部安装在现有的外层船底壳上从而至少在油轮的载货部位上形成包括新的双层船底壳和新的双层船侧壳在内的新的双壳。该方法还包括在新的外层船侧壳与现有的船侧壳之间的过渡区域内采用模型池实验和计算流体动力学参与船壳设计。
文档编号B63B9/04GK1989040SQ200580016634
公开日2007年6月27日 申请日期2005年3月22日 优先权日2004年3月23日
发明者托马斯·B·哈格纳 申请人:Osg美国公司