NO336030B1 - Kursstabilt, hurtig og havgående skip med et skrog som er optimert for en rorpropell - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et kursstabilt, hurtig og havgående skip med et skrog som er innrettet til opptakelse av nyttelast eller passasjerer, og som har minst én dreibar, fortrinnsvis elektrisk rorpropell (POD) som er anordnet gondolaktig under skipets skrog, og som for energiforsyning har minst én motor-generatorenhet som er anordnet i skipsskroget.

Skip av denne type er kjent f.eks. fra cruiseskipområdet. De kjente skip har en kjølkonstruksjon hvor roret og akselanlegget har blitt erstattet av én eller flere rorpropeller. Den egentlige skipsform har forblitt hovedsakelig uendret. Et eksempel er vist i skriftet «The SSP Propulsor» fra firmaet Siemens und Schottel, nr. 159U559 04982.

S. Johnsson et. al, "20000 m<3>Product and Chimical Thanker for Donsotank Rederi AB" viser et tankskip med et skrog som bl.a. har en dreibar rorpropell anordnet under skipets skrog

"Multi- purpose ice-breaker "Botnica" boosted by Cat - Azipod propulsion" MARINE ENGINEERS REVIEW, juni 1998, side 34-36;XP000765042, omtaler bl.a. fremdrifts innretninger på en isbryter.

GB 703777 A vedrører forbedringer i drivmekanismer på skip.

Hensikten med oppfinnelsen er å skaffe et nytt, hurtig, havgående skip som i forhold til dette i sin samlede konstruksjon er optimert spesielt for bruken av elektriske rorpropeller, for spesielt fullt å gjøre bruk av alle de mulige fordeler ved romutnyttelsen, seilingsoppførselen, skipsmotstanden og fremdriftsvirkningsgraden for skipet, som kan fås ved bruk av elektriske rorpropeller.

Denne hensikt bli oppnådd ved et skip med et skrog som angitt i patentkrav 1.

Skipets skrog kan være tildannet nytteromsoptimert såvel som strømningsoptimert til den elektriske rorpropelldrift, idet skipets skrog for dette formål hovedsakelig har en bunn som stiger mot de to skrogsider, og at den fremre del av skroget er tildannet stabiliserende for kursen og bevegelsen av skipet og under vann løper ut særlig i en langstrakt baug med en baugbulb, og at det har to rorpropeller, hvor det foran hver rorpropell er anordnet et strømningsledelegeme (kjølakterkant eller - parti) for optimering av seileegenskapene såvel som optimering av anstrømningen dvs. strømmen mot rorpropellen, som har et fortrengningsvolum for det vann som strømmer mot den aktuelle rorpropell. Gjennom denne nye utforming er det fordelaktig mulig å utforme skrognytterommet optimalt såvel som å oppnå en stabil kurs- og sjøoppførsel ved en så liten skipsmotstand som mulig og en optimert drifts virknings grad. Særlig fås det således en nytteromsøkning på klart mer enn 10% og en økning av fremdriftsvirkningsgraden på flere prosent. På denne måte fås det for kunden, rederen eller chartreren, et øket nyttelastvolum ved et redusert energiforbruk under skipets drift. Etter ønske kan det også bli seilt med en større hastighet.

Ved innføringen av kjølakterpartiet (tysk: Skegg) ifølge oppfinnelsen, øker den fuktede eller hydrauliske overflate av skipslegemet. Dette kjente faktum som hittil har avholdt fagfolk fra i større utstrekning å benytte voluminøse strømningslede-legemer ved underdelen av et havgående skip, blir overraskende mer enn oppveid ved fordelene, såsom ved den mulige økning av fremdriftsvirkningsgraden, og gjennom den optimerte bortstrømning med liten motstand i skipets hekkområde. Ved bruken av kjølakterpartiet ifølge oppfinnelsen fås det for skipet samlet så store fordeler at de mer enn utlikner ulempen ved den større, fuktede overflate. Dette gjelder spesielt for skip som blir drevet av flere rorpropeller.

Skipet ifølge oppfinnelsen fjerner fordommene innenfor fagområdet vedrørende bruken av voluminøse undervanns-strømningsledelegemer for havgående skip, spesielt når skroget samlet blir optimert for bruken av dreibare rorpropeller og disse blir tilsvarende anordnet og dimensjonert. Spesielt fordelaktig i denne forbindelse er bruken av lavtbyggende, elektriske rorpropeller som tillater spesielt gunstige kjølakterpartier (små overflater av kjølakterpartiene), og hvis skaft og motorhus kan være inkludert i strømningsoptimaliseringen.

Ifølge en side ved oppfinnelsen er baugen, særlig i den nedre del, utformet slik at den løper delvis konkav. Herved kan det meget fordelaktig bli valgt en samlet forholdsvis full forskipsform uten at det behøver å gis avkall på en kursstabil virkning av baugen.

Ifølge en annen side ved oppfinnelsen er strømningsledelegemene (kjølakterpartiene) i lengderetningen ved enden er tildannet hakeformet, fortrinnsvis i sin utforming tilpasset den spesielle skipstype, og skaffer et bortstrømningsforhold eller bortstrømning som i stor utstrekning uten avløsning fører til en retardert anstrømning mot huset av rorpropellenheten. Herved fås bl.a. den ifølge oppfinnelsen fordelaktige, mulige økning av fremdriftsvirkningsgraden for rorpropellen, idet rorpropellen selv fordelaktig på en slik måte er anordnet og innstilt gjennom en vinkelstilling i forhold til den stigende hekk i forhold til skipsbunnen i vertikal retning og skipets lengderetning, at det fås en ytterligere bedring av den motstandsoptimerte strømning bort fra akterskipet og en økning av fremdriftsvirkningsgraden (av kjølakterpartiet).

Herunder er strømningsledelegemene (kjølakterpartiene) på skipsbunnen anordnet i en vinkel utad, idet vinkelen er på mellom 3 ° og 10 °, spesielt på tilnærmet 7 °. Sammen med en i tverrsnitt dråpeformet utforming av strømningsledelegemene, blir det tildannet en strømningskanal som er utvidet oppad, og som bevirker en avløsningsfri, retardert strømning mot rorpropellen. Samtidig fås det generelt en meget god kursstabilitet som fordelaktig blir opprettholdt også ved rullebevegelser.

Ifølge en ytterligere side ved oppfinnelsen er strømningsledelegemene, underdelen av skroget og baugen tildannet slik i form og lengde at det fås et rett løp av skipet med liten motstand. Derved er strømningsledelegemene tildannet i ett med skroget, hvorved parameterene av kjølakterpartiet er slik at gjennomsnittlig kjølakterparti-bredden tilnærmet er på mellom 0,1 og 0,06 av skipsbredden, særlig på 0,8 av skipsbredden, kjølakterpartidybden tilnærmet er på mellom 1,0 og 0,74 av skipets dypgående, særlig på tilnærmet 0,92 av skipets dypgående, og de har en stilling utenfor midtpartiet i forhold til skipsmidtpartiet tilsvarende tilnærmet avstanden mellom den tilhørende propellaksel og skipsmidtpartiet. Lengden av kjølakterpartiene er fordelaktig på mellom 0,25 og 0,38 av vannlinjelengden ved konstruksjonsdypgående, særlig tilnærmet på 0,32 av vannlinjelengden ved konstruksjonsdypgående. Foran hver rorpropell er det fordelaktig anordnet et kjølakterparti.

Spesielt fordelaktig er det at kjølakterpartiene er tildannet som fremre vinger eller finner for rorpropellen når de tilnærmet oppfyller de ovennevnte betingelser. Således blir rorvirkningen forsterket ved små utslag av rorpropellen og skipet følger pålitelig rorutslagene med hekker uten stor sideveis avdrift.

Ifølge en annen side ved oppfinnelsen, har hver rorpropell fortrinnsvis to enkeltpropeller, særlig likeløpende eller synkrone propeller, og propellene er anordnet i en rettet bakskips-totalstrøm som i området for rorpropellene fører til en retardert anstrømning. Herved fås det fordelaktig en stor fremdrifts virknings grad gjennom kombinasjonen av rorpropell og skipsform.

Ifølge en ytterligere side ved oppfinnelsen er skroget ved en anordning av diesel-(gassturbiner-) generatorenheter bak baugområdet tildannet slik at det løper spesielt retningsstabilt, og bortsett fra bulben ved baugen med sin delvis konkave overgang til forskipsformen og kjølakterpartiet ikke har noen strømningsledelegemer. Således fås det en god kursstabilitet for skipet ved en omstrømning med liten motstand ved en samtidig optimert bortstrømning ved hekken.

Ifølge en ytterligere side ved oppfinnelsen er rorpropellene anordnet ved særlig korte skaft som funksjonerer som strømningsledelegemer, og rorpropellene har hus for propellakselen som funksjonerer som strømningsledelegemer. Således fås det en optimert nytteromsutforming i skipet såvel som en god manøvrerbarhet.

Videre er skaftene og husene av rorpropellene utformet på en slik måte at de sammen med strømningsledelegemene ved skroget og hekkformen skaffer en bortstrømningsoptimert skrogende med liten motstand. Denne optimering som blir oppnådd basert på slepetankforsøk, gjør at fordelene ved et skipsskrog som har blitt optimert for drift med rorpropeller, blir spesielt åpenbare. Samlet fås det en øket fremdriftsvirkningsgrad ved redusert skipsmotstand.

De ovennevnte optimeringer blir spesielt benyttet for skrog som har blitt konstruert for hastigheter på mellom 20 knop (37 km/h) og 36 knop (67 km/h). Ved slike store skipshastigheter er spesielt den hittil uppnåelige kursstabilitet i forbindelse med den store fremdriftsvirkningsgrad og den lille skipsmotstand fordelaktig.

Spesielt fordelaktig er utformingen ifølge oppfinnelsen av et raskt havgående skip når det er konstruert som et Roro- eller Ropax-skip, hvorved rorpropellene er tildannet som lavtbyggende rorpropeller under hovedbildekket, slik at hovedbildekket kan bli tildannet gjennomgående fra hekken til baugen. Således fås det en spesiell nytteromsoptimering for Roro- eller Ropax-skip. De oppnådde fordeler fås naturligvis for containerskip eller passasjerskip.

Som lavtbyggende rorpropell kan den drivinnretning fra Siemens-Schottel-Konsortium som er nevnt i den innledningsvis angitte brosjyre, bli fremstilt uten store endringer da de har en spesielt lavtbyggende skrog-skaftovergang. Sammen med en sleperinganordning innenfor skaftoverdelen og dreiemotorer umiddelbart ved den øvre skaftrand eller også i overdelen av skaftet, fås det en så liten byggehøyde av drivinnretningen at hekken av skipet innvendig tilnærmet kan bli tildannet upåvirket av drivinnretningen. Hjelpeaggregatene for rorpropellen, f.eks. hydraulikkpumper, blir herunder anordnet hovedsakelig ved siden av skrog-skaftovergangen, slik at det i hekkområdet kan bli innredet et lavt anleggsplan for oppkjøringsklaffer for kjøretøyer etc. Hovedbildekket kan bli anordnet umiddelbart over dreielageret for den lavtbyggende rorpropell, en adkomst til skaftet av rorpropellen kan fås gjennom et skaftdeksel.

Ved utformingen av skipet er det herunder fordelaktig at det for driften har minst to motor-generatorenheter som er anordnet på skipsbunnen. Således blir det sørget for en god skipsstabilitet ved en optimert bildekkanordning. Rommet for motor-generatorenhetene med de tilhørende styre- og koblingsinnretninger er anordnet og anbrakt i tette rom i skroget på en slik måt at SOLAS- og IMO-stabilitetsbetingelsene og stockholms-overenskomsten for havgående skip blir tilfredsstillet. Således fås det ved oppfinnelsen ikke bare et havgående skip som er optimert vedrørende rom og forbruk, men også et spesielt sikkert, havgående skip.

Ytterligere karakteristiske trekk ved oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige krav.

Oppfinnelsen vil i det følgende bli beskrevet nærmere under henvisning til tegningen som viser ytterligere, fordelaktige detaljer.

Fig. 1 er et sideriss av et Ropax-skip ifølge oppfinnelsen.

Fig. 2 viser et tverrsnitt i maskinromhøyde gjennom et skip tilsvarende det som er vist på fig. 1. Fig. 3 viser et lengdesnitt gjennom et skip som tilsvarer det som er vist på fig. 1, som viser skipets innerparti og skipsskrogformen. Fig. 4 viser et snitt i høyde med det annet dekk gjennom et skip som tilsvarer det som er vist på fig. 1. Fig. 5 viser et snitt i høyde med det første dekk gjennom et skip som tilsvarer det som er vist på fig. 1. Fig. 6 er et riss av bildekket med en lasterampe av et liknende, annet skip som har blitt konstruert ifølge oppfinnelsen. Fig. 7 er et riss av værdekket (tysk: Wetterdeck) av et liknende, annet skip som har blitt konstruert ifølge oppfinnelsen. Fig. 8 viser et utsnitt gjennom akterskipet av et liknende, annet skip ifølge oppfinnelsen med et kjølakterparti.

Fig. 9 er et linjeriss av liknende skip i kjølakterpartiområdet.

På fig. 1 angir henvisningstallene 1, 2 og 3 skipets bro, baug respektive baugbulb. Inn i baugen 2 rager værdekket 9 som således kan være tildannet gjennomgående fra hekken til baugen. I en passende avstand bak broen 1 er det anordnet en skorstensinnretning 4 med avgassrør, hvis anordning kan bli valgt forholdsvis uavhengig av den aktuelle posisjon av diesel- eller gassturbin-generatorenhetene. I likhet med værdekket 9, er også hovedfraktdekket, f.eks. et hovedbildekk 10, tildannet gjennomgående fra hekken til baugen, slik at det for disse to dekk fås en oppstillingsflate som er gjennomgående fra skipets hekk til skipets baug. Den gjennomgående anordning av hovedbildekket 10 også i hekkområdet skyldes den lavt- eller kortbyggende rorpropell 6, som her ifølge oppfinnelsen er tildannet som en dobbeltrorpropell. Således fås det spesielt små propelldiametere samtidig som virkningsgraden er god. Foran hver rorpropell 6 er det anordnet et kjølakterparti 8 som, som nevnt ovenfor, løper ut hakeformet og er avsluttet i en avstand 7 foran rorpropellen 6. Avstanden 7 er vesentlig for en vibrasjonsfri anstrømning mot rorpropellen 6, og den er derfor vanligvis på 1% av skipslengden. Fordelakig er den på 2 % til 3% av skipslengden. Undervanns delen eller -skipet 11 av skipet er tildannet svakt stigende i hekkområdet, slik at det i hekkområdet fås en hovedsakelig hvirvelfri bortstrømning med liten motstand. Samlet er ved skipstypen ifølge oppfinnelsen baugformen, hekkformen, størrelsen og anordningen av rorpropellene og kjølakterpartiene meget fordelaktig tilpasset innbyrdes, slik at det for skipet fås en kursstabil seiling med liten motstand ved en samtidig stor fremdriftsvirkningsgrad for drivinnretningen.

På fig. 2 angir henvisningstallet 12 dieselgeneratorenheter med en eksentrisk avgassføring. Således fås det lastebil-lastebaner eller -lastespor som kan bli utformet optimalt.

På fig. 3, 4 og 5 er det vist maskinrom med inntegnede dieselaggregater 13, 17 og 21 nede i midtdelen / den fremre del av skipet. Som vist, kan diesel- respektive gassturbinaggregatene ha små dimensjoner og bli fordelt på en slik måte at det fås et gjennomgående hovedbildekk. Det nøyaktige oppstillingssted blir valgt på en slik måte at det i f.eks. midtskipsområdet fås en gunstig lengdefasthetpåkjenning (stillevannsmoment (tysk: Glattwassermoment), tverrkraftmoment) for skipet.

På fig. 3 angir henvisningstallet 18 hovedbildekket og henvisningstallet 14 værdekket. På fig. 4 angir henvisningstallet 20 omformere og transformatorer, og henvisningstallet 14 angir hydraulikkaggregater i hekken. Hydraulikkaggregatene i hekken er fordelaktig anordnet i et hydraulikkrom 15 tilnærmet på planet for overkanten for rorpropellen 16. Disse aggregater ligger altså under det gjennomgående hovedbildekk.

På fig. 5 angir henvisningstallet 19 sluttelig kjølakterpartier som på dette plan er ført bakover, og som er fremstilt i ett med skrogundersiden.

En fordelaktig dekkform er vist på fig. 7 (værdekk) og fig. 6 (hovedbildekk). På fig. 6 og 7 er det med henvisningstallene 24 og 25 angitt oppstillingsrekker for biler, containere etc. Oppkjøringsrampen for kjøretøyene er angitt med henvisningstallet 23. Som det fremgår av figurene, fås det ved konstruksjonen ifølge oppfinnelsen et hittil uoppnåelig stort antall av oppstillingsplasser for kjøretøyer eller containere.

Fig. 8 viser et tverrsnitt gjennom skipet i begynnelsesområdet for kjølakterpartiene. Herunder er lastebiler på værdekket angitt med henvisningstallet 26. Lastebiler på hovedbildekket er angitt med henvisningstallet 27 og lastebiler i den nedre del av skipet er angitt med henvisningstallet 28. For medbringelse av personbiler er det

herunder anordnet hevbare sidedekkbaner eller -spor 29 som kan bli nådd eller kjørt opp på fra hoveddekket. De fremre deler eller partier av kjølakterpartiet er bygget i ett med dobbeltbunnen og dennes spante- og langbjelkesystem. Kjølakterpartiene er altså tildannet i ett med skipskonstruksjonen.

Fig. 9 viser kjølakterpartiparametere, idet disse kan bli valgt avhengig av skipstypen. Likeledes blir kjølakterpartiparameterne variert avhengig av hvorvidt det dreier seg om et rent Roro-skip, hvor det er behov for bare en liten seilekomfort, en Ropax-ferge, et containerskip eller et passasjerskip. Ifølge disse kriterier blir også avstanden rorpropell-kjølakterparti-bakkant valgt da denne er karakteriserende for rorpropellenes rolige løp. Jo større avstanden er, desto mindre er vibrasjons overføringen gjennom trykkimpulser fra rorpropellene til skroget.

Trykkimpulsene fra propellene av rorpropellene til det respektive skaft og skipsskroget blir derimot fordelaktig påvirket gjennom reguleringstekniske forholdsregler.

Claims (22)

1. Kursstabilt, hurtig og havgående skip omfattende et skrog som er innrettet til opptakelse av nyttelast, inkludert passasjerer, to dreibare rorpropeller (POD) (6) som er anordnet gondolaktig under skipets skrog, og som for energiforsyning har minst én motor-generatorenhet som er anordnet i skipets skrog,karakterisert vedat skipsskroget har en bunn som med en liten vinkel stiger mot skrogets to sider, og den fremre del av skroget er tildannet stabiliserende for kursen og bevegelsen av skipet og terminerer under vann i en langstrakt baugseksjon (2) formet med en bulb (3), og hvor det foran hver rorpropell (6) er anordnet et strømningsledelegeme (8), hvilket legeme har en utforming tilpasset en spesiell type skip, og som har bortstrømningskarakteristika som fører til en retardert strømning mot rorpropellen (6).

2. Skip ifølge krav 1, karakterisert vedat baugen i den nedre del i tilslutning til bulben (3) er tildannet løpende konkav.

3. Skip ifølge krav 1 eller krav 2, karakterisert vedat strømningsledelegemene (8) i lengderetningen ved enden er tildannet hakeformet, i sin utforming er tilpasset den spesielle skipstype, og har et bortstrømningskarakteristika som sammen med en strømning som er anliggende på kjølakterpartiet fører til en retardert anstrømning mot rorpropellenheten.

4. Skip ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat strømningsledelegemene (8) på skipsbunnen er anordnet i en vinkel utad, idet vinkelen er på mellom 3° og 10°.

5. Skip ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat rorpropellene er anordnet skråttstilt mot utsiden, idet de står tilnærmet vinkelrett på skipsbunnen som stiger en liten vinkel mot de to skipssider, f.eks. 4° til 5°.

6. Skip ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat rorpropell-rorstilling-nullstillingen er valgt til å avvike på en slik måte fra skipslengderetningen, at det mellom rorpropellene fås en strømningskanal som utvider seg.

7. Skip ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat dreieaksene for rorpropellene er rettet stigende mot hekken.

8. Skip ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat strømningsledelegemene (8), underdelen av skroget og baugen er tildannet i form og lengde slik at det fås et rett løp av skipet ved anliggende strømning.

9. Skip ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat strømningsledelegemene (8) er fremstilt i ett med skroget, idet målparameterne er som følger: - kjølakterpartibredde på mellom 0,1 og 0,06 av skipsbredden, - kjølakterpartidybde på mellom 1,0 og 0,74 av skipets dypgående, - forskyvningen av kjølakterparti-midtpartiet i forhold til skipsmidtpartiet er lik avstanden mellom den tilhørende propellaksel og skipsmidtpartiet, - kjølakterpartilengde på mellom 0,38 og 0,25 av vannlinjelengden ved konstruksjonsdypgående, f.eks. tilnærmet på mellom 0,30 og 0,35 av vannlinjelengden ved konstruksjonsdypgående.

10. Skip ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat kjølakterpartiet er tildannet som en forvinge eller -finne for den aktuelle rorpropell, slik at virkningen av små rorutslag blir forsterket.

11. Skip ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat hver rorpropell har to enkeltpropeller, særlig liktløpende propeller.

12. Skip ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat propellene er anordnet i en rettet bakskips-totalstrøm som er retardert i området for rorpropellen og gjennom kjølakterpartiene er innrettet til anstrømning mot rorpropellen med lite tap.

13. Skip ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat skroget gjennom en anordning av diesel/gassturbin-generatorenheter bak baugområdet er tildannet slik at det løper godt rett fremover og har en horisontal flytestilling.

14. Skip ifølge krav 13, karakterisert vedat drivenhetene er anordnet i midtskips området eller foran dette, f.eks. under dekkshus området ved Ropax-ferger, for å oppnå små mekaniske spenningspåkjenninger for skipet.

15. Skip ifølge krav 13 eller 14, karakterisert vedat rorpropellenes skaft og hus er formet og anordnet på en slik måte at de sammen med strømningsledelegemene (8) på skroget og hekkformen skaffer en skipsskrogende med form som tillater hvirvelfri vannbortstrømning.

16. Skip ifølge krav 13, 14 eller 15, karakterisert vedat det bortsett fra bulben ved baugen med sin eventuelt delvis konkave overgang til forskipsformen og kjølakterpartiene ikke har noen strømningsledeelementer.

17. Skip ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat skroget er konstruert for hastigheter på mellom 20 knop (37 km/h) og 36 knop (67 km/h).

18. Skip ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat det er konstruert som Roro- eller Ropax-skip, idet rorpropellene er tildannet som lavtbyggende rorpropeller og er anordnet under hovedbildekket, slik at det kan bli kjørt på hovedbildekket bakfra og hovedbildekket er tildannet gjennomgående fra hekken til baugen.

19. Skip ifølge et av de foregående krav, fortrinnsvis ifølge krav 13 eller 14,karakterisert vedat det for driften og fordelt ifølge stabilitets-betingelser eller -spesifikasjoner, har minst to motor-generatorenheter, som er anordnet på skipsbunnen og avgir sine avgasser sentralt.

20. Skip ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat rommet for motor-generatorenhetene med de tilhørende styre- og koblings innretninger er anordnet og tett avlukket med skott i skipet på en slik måte at SOLAS- og IMO-stabilitetbetingelsene og, med hensyn til sikkerheten, er stockholms-overenskomsten for havgående skip oppfylt.

21. Skip ifølge et av kravene 1 - 17 og 19, 20, karakterisert vedat det er tildannet som et container-skip.

22. Skip ifølge et av kravene 1 - 17 og 19, 20, karakterisert vedat det er et cruiseskip.