专利名称：具有浸水船体的船只的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于在任何海洋条件下在商用大型和小型港口中进行装载、货物和人员运输的任意类型的海上操作的船只的航行和设计。具体地，本发明涉及专门用于海上生产平台的供给、安装、运行和维护的船只。
背景技术：
当前，越来越多地需要利用海洋自然资源来满足人类需求。正因为如此，开发了许多浮动或固定的海上平台或结构，以产生和/或提取资源。为了在其制造、安装、运行、维护以及在生产期间供应所需的材料和设备，需要具有合适的船只。
因此，在本领域内进行研究以找出一种符合下述要求的船只，S卩，这些船只需要执行下述功能-用于多功能运输的船只。该船只必须运输不同类型的货物，从散货(例如水泥和用于生产水泥和其他结构性材料的干货)到用于风力发电机(其支持水产养殖业务)的连杆。这些连杆的长度可能多达60m，因此，必须能够获得该长度的甲板空间。-运输的货物的最大重量为3500TPM。该限制特别针对散货，并且毫无疑问这种限制将确定船只的总体尺寸。-必须有足够的燃料容量以运行合理时间，例如短途中的一周，或者至少较长航程的往返行程(最大自主航行2500英里)。-速度大约为25海里/小时或更快。目标是供给和维护操作所需的时间最少，或者举例来说，至少不至于使得不能够响应紧急情况。-在8m的有效高度下航行。这些要求设想了一种以相对高速运输较重货物并同时能够在相对风大浪海上维护的船只类型。根据具体应用和船只将要运行的位置，所有的这些要求都是可变的，并且可按照研究中的平均情况制定。用于海上平台的支援船只的传统方案是被称为补给船的船只类型，其是一种拖船，具有特定的系柱拉力，有时甚至具有动态定位和非常宽的甲板以运输不同类型的供给品，不管有没有货盘；其通常还配备有支持操作的装置，例如起重机、移动锚的机构，等等。这种类型的船只可以由符合制定的运行要求的尺寸制成，然而在如此高波浪的海上的行为将毫无疑问地导致任何传统单船体船只的较高程度的移动和加速。这种类型的船只在25海里/小时的航速下需要至少40000KW的功率。给定船只尺寸和必须速度的单体船被前进的阻力强烈地限制了优化发展，尤其是由于波浪的形成而产生的阻力。因此，总而言之，为了符合运输较重荷载的船只的高速要求，有两种可能性I、通过动态支撑以及使用可浸没翼将船体升出水面。从特定尺寸方面不建议这种方案，这是由于翼的支撑随着尺寸的增加而增加，并作为整体长度的平方(翼的面积)的函数，而重量也随着尺寸的增加而增加，并作为整体长度的立方(排水量体积)的函数，因此，难以将在较小尺寸下工作良好的水翼船设计推广到更大尺寸。2、以尽可能平滑地浮动的方式浸没排水量装置，这是由于波浪形成而产生阻力的主要诱因(尽管不是唯一诱因)。第二种可能性已经被探索了至少20年，出现了众多未进入大规模生产阶段的原型。然而，符合要求的最有前途的选择是具有来自浸没翼板或鳍板的动态悬挂支撑的混合船只。这是SWATH型的解决方案。首字母缩略词SWATH表不小水线面双体船(Small Water plane Area Twinhull),即，具有较小的漂浮面积的双船体船只(双体船)。这通过在漂浮区域使每个船体变薄来实现，而船只的主排水量降低。这种类型的优势在于降低波浪形成的阻力并由此降低以相对高速推进船只所需的功率。另一方面，对于相同的排水量甚至相同的净重(这是最佳的比较方式)，这种类型的船只一般具有较大的净表面，这使得摩擦阻力或粘滞阻力大体上增加。可以说，在单船体概念和SWATH之间的比较中，通常SWATH保证的速度更快。在这种类型的船只中，对于25海里/小时的航速大约需要28000KW的功率。但为了追求目标，这种类型的船只的一个大问题是其上部结构不能提升到波浪的高度之上，因此，尽管其由于几何尺寸而具有较小的由于波浪形成而产生的阻力，但其不能 避免形成在海上的波浪的阻力，并且在较大波浪的海上航行也是困难且具有风险的，因此，在这些情况下，其不能进行生产平台的运行与维修操作。在平静条件下，其与平台一起工作也存在问题，这是由于其在保持漂浮的状态下将受到海平面变化(尽管这种变化较小)的影响，而且还需要使人员和设备接近平台平面以及从平台到船只的装置。出于这些原因，本发明基于本领域已经存在的一些概念开发出了一种船只，从这些概念中发展并引入了新特征，从而获得了符合列出的需求的结果。
发明内容
本发明的新型船只的特征在于其浸水船体由两个被浸没的并联主体组成，主体横截面呈明显圆柱形或尽可能地呈流线型，通过水文动态翼型将这两个浸没主体连接。在圆柱和翼型的连接处具有四个支柱，其能够支撑装卸平台或区域，装卸平台或区域可以沿着支柱移动(向上或向下)，直至将其自身升起到波浪平面之上。支柱的内部具有等长的液压活塞，其穿过主体的圆柱体并连接到圆柱体外部的切线板上，以实现活塞的深度支撑。上部结构(或船只的未浸没部分)具有齿轮，其能够将上部结构升起到支柱的上方，支柱配备有齿条以升起到在海面上航行所需的高度。齿条和齿轮系统可由任何垂直位移的等同系统替代。机房、电机、船桥和船员区域位于上部结构之上。上部结构的几何形状将适应于每种具体情况。
不同类型的推进方式可适用于该船只，但复杂的反转牵引类型是优选地，其避免了使用了舵。以这种方式航行的船只不会形成波浪并且不需要克服由于波浪形成而产生的阻力，而波浪形成而产生的阻力是限制速度的最大因素并且消耗最多的功率。下一个因素将是粘滞阻力或水摩擦力。这可通过设置具有低水摩擦系数的覆盖物来实现，或者利用纤维材料完全覆盖浸没区域，该纤维材料具有孔隙度小于水分子但大于空气分子的渗透膜。一旦被覆盖，空气被泵进内部。灌注的空气分子通过孔逸出；随着空气分子逸出，边界层被破坏并将浸没区域的水分子分离开来，从而粘滞摩擦力或水摩擦力显著地降低。 空气逸出的压力必须大于顶部的水的静水压力，静水压力取决于圆柱体的深度。一旦船只获得速度，由于文杜里效应，船只自身的速度将驱使更多的空气逸出。如果使用反转牵引推进，则使用深井升降机，而如果使用传统推进方式，舵(具有两个船体)也将被置于传统方位。这种船只的众多优势之一是在到达卸载码头时，其可以停靠在码头平面上，S卩，负载平台处于码头的平面上，从而轮式货物不需要活动舷梯或起重机就可以从货舱中提取，节省了大量的装载和卸载时间。货物可以相同的方式被置放到海上的生产平台的同一平面上，使得操作更加简单。上部结构也可以处于码头平面上(由于支柱包括在期望时能够收缩的可伸缩圆柱体)，其被浸没的并联主体使得能够移动通过泵提取的散货(水泥、沙、幼鱼、鱼食)并且通过将材料直接从工厂泵入圆柱体而将货物加载到船只上，而不需要将货物铲到容器并且随后将这些容器加载到货舱中。升起上部结构以进入浅水港口，排空压载箱，上升到表面上，并且随后降低到海平面并漂浮，由此降低了船只的拉力。直到船只获得足够的速度之前，其不具有支撑。一旦其获得支撑，船只降低其上部结构并将其自身置于波浪之下，随后上部结构被升起并置于增加速度的波浪之上。关于前面段落所述的问题，与现有技术相比，已经开发出来且寻求保护的方案呈现出下述优点·能够以高速运输大货物。·能够以船只自身运输散货，而不需要额外的舱室。·没有波浪形成，并且显著降低粘滞摩擦系数。·高速且低功耗。·在任意天气条件下真正实现了安全运行。·实现了海上生产平台操作和维护中的最高效率，由于通过将其支柱抵靠在海床上，其可将工作甲板置于与平台相同的平面上，形成允许直接通过人员和设备的平整和稳定区域。·在为制造生产平台而供应材料和设备的任务中，其独有的允许其将负载区域定位在与码头相同平面的特征使得有可能通过简单的滚动处理大货物，例如风力发电机(大于200Tm)，而不需要提升设备，因此，这种类型的船只使得有可能在任何码头(期望其可不具有提升设备)上制造平台。
·其被设计成在系泊操作中不需要拖船。 可以毫无困难地停靠在浅水港口中。·由于其系柱拉力能力和甲板的尺寸，其完美地适应水下电缆和管道的安装和铺设。·其建造十分经济，这是由于上部结构和支脚以及支柱的液压圆柱体是基于大规模生产的工业产品，因此经济而且质量得以保证。·消除了波浪的影响，使得在平静区域中航行时其结构所遭受的阻力远小于传统船只所遭受的阻力，因此，其更加简单和经济。·通过气流打破外层来降低粘滞阻力的方案带来了船只建造领域的革命，这是由 于其使得可能实现利用到现在为止不可想象的消耗才能达到的速度。
为了使描述完整以及为了更好地理解本发明的特征，随附了一组附图，其中，以示例性和非限制性的方式示出了以下图示图I示出了在波浪之上航行的船只；图2示出了与平台一起工作的船只；图3示出了进入浅水港口的船只；图4示出了以码头齐平系泊的船只。附图中所使用的附图标记I船桥、机房和船员室2甲板和负载区(上部结构)3齿轮和齿条4被浸没的并联主体(下部结构)5连接下部结构的水文动态翼型6升降机7海床上的可伸缩支脚
具体实施例方式为了更好地理解本发明的，下文将基于附图描述这种新型船只设计。参见图1，图I示出了在波浪之上航行的船只，该船只由两个被浸没的并联主体4组成，其横截面呈明显圆柱形或尽可能地呈流线型，通过水文动态翼型5将这两个并联主体4连接。在圆柱4和翼型5的连接处设置四个具有水动力截面的支柱3，其能够支撑装卸平台或区域2，装卸平台或区域2可以通过齿条沿着支柱3移动(向上或向下)，直到升到波浪平面之上。尽管未示出，但主体4和水文动态连接翼型5的浸没部分可以由纤维材料完全覆盖，该纤维材料具有孔隙度小于水分子但大于空气分子的渗透膜，由此，空气被泵进内部。灌注的空气分子通过气孔逸出，打破边界层并将浸没区域的水分子分离开来，从而显著地降低粘滞摩擦。
在仅反转牵引推进时，升降机是必须的。图2示出了工作的船只，在此时，其被固定在海床上。为此，包括在支柱中的液压活塞和其连接的平台抵靠在海床上。上部结构2 (或船只的未浸没部分)具有齿轮，其能够将上部结构2在具有齿条的支柱3上升起到其在海面上航行所需的高度，或者升起到码头平面或生产平台的位置。机房、电机、船桥和船员区域位于上部结构2之上。上部结构2的几何形状将适应于每种具体情况。图3示出了进入浅水港口的船只，下部结构4被升起到海平面，排空压载箱，并且上部结构2在齿轮和齿条的动作下降低到下部结构的切线处，提供了漂浮并减少了拉力。 如果操作需要船只稳定并且独立于海洋的运动，由于浸没区域的支柱3由可伸缩圆柱体制成，可实现这一点，可伸缩圆柱体可按期望的那样延伸或收缩，并抵靠在海床上。图4示出了船只如何依靠在船坞的平面上，以下述方式进行不需要起重机或降低平台就将货物从货舱取出，就像在圆柱体4中的散货的情况和在上部结构2的平台上运输的较重元件的情况下一样，在这两种情况下，其可按期望的那样被升起或降低到期望水平，使得其处于码头的平面。
权利要求
1.具有浸水船体的新型船只，其以高速运输重货物的方式航行，其特征在于，上部结构和下部结构均能垂直移动，上部结构可在海平面和超过波浪平面的高度之间移动，这避免了摩擦和波浪的形成，下部结构在正常的航行和工作条件时浸没在水面之下，在浅水域或装卸操作时上升到海平面。
2.如权利要求I的具有浸水船体的新型船只，其特征在于，下部结构包括两个被浸没的并联主体(4)，主体(4)由水文动态翼型(5)连接并由支柱(3)支撑，在浸没区域的支柱(3)由可伸缩圆柱体组成，可伸缩圆柱体根据期望可伸展或收缩，以便浸没或升起下部结构。
3.如权利要求2的具有浸水船体的新型船只，其特征在于，支柱中的圆柱体连接到主体的圆柱体外部的切线板上，以在海床上获得支撑。
4.如权利要求I的具有浸水船体的新型船只，其特征在于，垂直位移系统是齿轮和齿条类型。
5.如权利要求2的具有浸水船体的新型船只，其特征在于，水文动态翼型(5)和并联主体(4)的浸没部分被纤维材料完全覆盖，该纤维材料具有孔隙度小于水分子但大于空气分子的渗透膜，由此，空气被泵进内部，空气通过气孔逸出，打破边界层并将浸没区域的水分子分离开来，从而显著地降低粘滞摩擦。
6.如权利要求I的具有浸水船体的新型船只，其特征在于，机房、电机、船桥和船员区域位于上部结构(2)之上。
7.如权利要求2的具有浸水船体的新型船只，其特征在于，浸没排水量装置的两个并联主体(4)为散货的存放处。
8.如权利要求I的具有浸水船体的新型船只，其特征在于，推进是反转牵引类型并具有升降机(6)。
全文摘要
本发明公开了一种具有浸水船体的新型船只，其能够以高速在波浪之上运输大货物，浸水船体由两个被浸没的并联主体(4)组成，主体的横截面呈明显圆柱形或尽可能地呈流线型，通过水文动态翼型(5)将这两个并联主体连接。在圆柱(4)和翼型(5)的连接处设置四个具有合适的水动力截面的支柱(3)，其能够支撑装卸平台或区域(2)，装卸平台或区域(2)可以沿着支柱(3)移动(向上或向下)，直至将其自身升起到波浪平面之上，为此支柱包括一个垂直运动系统。可移动主体(4)和水文动态连接翼型(5)的浸没部分可以由纤维材料完全覆盖，该纤维材料具有孔隙度小于水分子但大于空气分子的渗透膜，因此加压空气可以进入其中。已进入的空气分子通过气孔逸出，破坏边界层并将浸没区域的水分子分离开来，从而显著地降低粘滞摩擦。下部结构可被升起到海平面上，以便材料的装卸或进入浅水港口。
文档编号B63B1/38GK102762442SQ201080063778
公开日2012年10月31日 申请日期2010年12月10日 优先权日2009年12月11日
发明者C·德尔·坎波·Y·鲁伊斯·德·阿莫多瓦 申请人:大洋洲工程集团有限公司