用於浮體的破冰系統的製作方法

2023-08-04 03:13:31 3

專利名稱：用於浮體的破冰系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及根據權利要求1的前序部分的用於浮體的破冰系統以及根據權利要求12在使用相應的系統的情況下進行位置固定的方法。
背景技術：
用於浮體或船舶的破冰系統已公知。JP 59-179493A公知了一種系統及方法，在其中(尤其是在船底的龍骨區域中)使用了壓載箱，從而從左舷到右舷並且反向地反覆泵壓壓載水，由此實現船舶的傾斜運動。由於這種重量的移動，則可以藉助船頭區域中的側面的突起構造來破冰。US 3，939，789另外公知了一種有效的系統。相應地，該文件提供了一種在冰中作業的鑽井船，該船在船頭區域中配備有可沉入到水中的艙室。另外，設置有在冰面上方平坦地伸出的船頭。由於開口相對較大，這種船頭的水密艙或平衡水艙可以在甲板區域和側面區域中迅速灌滿水，從而使船頭相對於普通吃水線發生下沉，並且通過這種方式將處在船頭下方的冰打破。通過將壓縮空氣引入到該艙室中將平衡水艙重新排空。在該平衡水艙中設置有分隔物，從而能夠促使船頭和船舶向左舷和右舷傾斜。然而，在船舶的這種構造中存在以下危險，S卩，打破的冰同時會進入到艙室中並且在排空的時候將相應的開口堵塞。根據US 3，850，125的另一種系統示出在冰中作業的鑽井船的馬刺狀船頭以及在船底區域中分別處在船頭和船尾的艙室，該艙室可以被灌滿水或排空。根據這種方式能夠使船頭的上升和下沉具有破冰作用。在此，其缺陷同樣在於艙室具有結冰的危險以及用於排空相應艙室的壓縮空氣裝置的構造相對較為複雜。US 3，872，814描述的是帶有鑽塔的船身。在此，鑽塔處在帶有兩個側面的管狀浮體的漂浮的半潛入式裝置上。在船尾和船頭處該浮體配備有灌水區域。由此，可以通過向船頭艙室灌水來實現下沉並且同時對冰面或浮冰進行破冰。通過周期性地排空船頭艙室和灌滿船尾艙室可以更有利地實現上述效果。這種半潛入式裝置也可以控制鑽井平臺的傾斜運動。在此卻仍然存在所需的壓縮空氣系統構造費用相對較高的問題以及灌水艙結冰的危險。JP 58-224887示出另一種具有破冰作用的實施方式，在該實施方式中，在龍骨區域中從船頭到船尾地作用有一個固定的壓載重量，由此使船舶利用船頭來搗碎冰面並且由此執行破冰功能。例如根據DE 42 08 682 B4，為了另外實現船舶的側向運動，破冰機不僅裝配有噴氣式發動機還裝配有可旋轉的推進單元，從而另外實現側向運動。然而，公知的系統大多都存在以下缺陷，S卩，這些系統的效率低下，在平衡水艙中存在高結冰危險並且其大多數在排空艙室和轉移重心時速度過慢。

發明內容
本發明的目的由此在於，克服上述缺陷並且尤其實現一種破冰系統，該破冰系統被用於在冰內或冰附近的浮體，尤其是用於在冰原、冰層或浮冰以及類似地點中的鑽井船和考察船或平臺，該破冰系統能夠有效地將船體或船舶靜止地固定在海底某點上方並且提供了相應的用於靜止固定的方法。該目的在根據權利要求1的系統中通過該權利要求的特徵實現，而在方法上該目的通過權利要求12的特徵實現。由於對北極海域所進行的針對可經濟開發的油田以及其他原料和礦產的勘探越來越有意義，需要越來越先進的考察船、鑽井船以及可靜止地固定的漂浮平臺，儘管受到洋流和漂流冰面的影響，這些船舶和平臺必須仍能夠靜止地固定在海底上方的規定位置上。由此，按照本發明的系統和方法考慮到了這些要求。在此，主要的核心想法在於， 在船體的船頭區域或船首區域中儘可能地朝向船頭並且與龍骨線的間距儘可能大地設置船頭的平衡水艙。與此相對地在船尾區域中按照間隔和高度設置第二平衡水艙，其中，這兩個平衡水艙流體技術地通過至少一個平衡管道彼此連接。在具有平衡管道的情況下，該平衡管道在中央沿龍骨的縱方向延伸。尤其有利的是設置兩個平衡管道，這兩個平衡管道處在船體或船舶相對的側面區域中。根據船頭平衡水艙和船尾平衡水艙在吃水線上方的優選的布置方式，與平衡管道共同實現了一個封閉系統。但也可以任意根據功能在船舶上相應地布置平衡水艙。在此提出一種防凍的布置方式，該布置方式尤其節省能源。由於該系統在北極相對較低的室外溫度下，在-35°C以下必須仍能夠完全有效地運行，所以使用一種平衡流體，該平衡流體尤其是帶有高含鹽量的水或帶有可明顯地降低平衡介質冰點的添加劑的水。通過隔離艙可以儘可能地從外部防止水艙和平衡管道結冰。為了防止艙室和/或平衡管道結冰，也可以根據需要優選地對該設備進行加熱。在船舶或漂浮的平臺可能靜止地固定在鑽孔上方的北極海域中，在或多或少的封閉冰層或浮冰漂流中存在以下問題，即，待被靜止地固定的船舶會隨著冰漂流。在此可以從緩慢變化的方向中產生大約0. 5kn(節)或更小的漂流速度。因此，船舶必須能夠在這種情況下自行動態地，或者以一定角度或甚至橫向於冰或洋流的漂流方向，例如，在相應的海上定位點地進行定位。因此，這種船舶必須具有一種破冰系統，該破冰系統的特徵如權利要求1示出。根據方法，為了在冰中或冰附近，尤其是在使用根據權利要求1的相應的破冰系統的情況下，穩定這種船體的位置，首先要探測出冰和/或洋流的漂流狀況。可以根據當前的冰漂流狀況來校準和操縱船體，使得尤其是船體的船頭區域與冰或洋流的漂流方向相對並且使船體的破冰系統發揮作用。由於該船體配備有相應的水下驅動單元(該水下驅動單元可以被設置為可在船頭或船尾360°旋轉的推進單元和/或衝壓式驅動裝置)，所以如此配備的船舶也可以大約斜向地或甚至橫向於冰或洋流的漂流方向地靜止地保持在海底上方。由此，破冰系統也可以通過產生傾斜運動和/或搗碎運動來幫助船體在冰附近進行靜止的定位。通過這種方式，船體產生了與冰的漂流方向相反的，以漂流速度或洋流的大小進
5行的相對運動，從而使船體或船舶靜止地(例如，在海底某點上方)保持在鑽孔附近。由此例如，可以通過GPS或其他定位裝置來確定浮體的各自位置並且基於所探測到的冰的漂流速度和漂流方向利用船舶的破冰功能來對其進行校準，從而在船頭側和/或船尾側上，利用平衡介質在船頭艙室和船尾艙室中的反覆平衡產生了搗碎和破冰功能。另一方面，可以通過船頭的衝壓式發動機和/或船尾的衝壓式發動機(如情況需要的話可以結合機電推進單元或柴油機械的推進單元)利用與漂流速度相反的、所需的相對速度對船舶進行校準，從而將船舶靜止地保持在鑽孔上方。推進單元可以吊艙式地設置在船底或與船體的主體結合。根據目的，可以某個頻率實現船舶的破冰功能以及反覆平衡在平衡水艙中的和流向平衡水艙的相應的介質，該頻率與冰的漂流速度相適應並且由此起到有效的破冰作用。由於通過船舶的傾斜運動也起到了改進的破冰作用，所以也可以在側壁的區域內，尤其是在吃水線上方設置側面的平衡水艙，從而可以通過對其進行反覆平衡來產生傾斜運動。根據目的，成對地並且朝向船體中線相對地布置側面的平衡水艙。考慮到改進船舶的擺動運動或傾斜運動，優選地成對地設置多個側面平衡水艙，其中，隨後沿船舶的縱方向分散地布置這些平衡水艙。也可以通過以下方式改進平衡破冰機的破冰功能，S卩，通過從船頭到船尾再從船尾到船頭地在艙室中反覆平衡的方式，並且結合在側面的平衡水艙中的平衡過程和由此所產生的傾斜運動來產生船舶的搗碎運動或轉動運動。由於應該在儘可能短的時間內實現平衡介質在封閉系統中從船頭平衡水艙到船尾平衡水艙的反覆平衡，所以首先要在平衡管道中設置大的管直徑(例如在1至細之間的直徑)並且其次在封閉的平衡系統中集成高功率流體輸送裝置例如，流體力學的泵裝置。相應的流體輸送裝置可以產生例如，在共同運行時在10至30秒內將500至IOOOt 平衡介質從船尾泵送到船頭的輸送功率。然而，對於反覆平衡(例如，從船頭平衡水艙到船尾平衡水艙)而言，也可以利用在反覆平衡時湧動的水體的動能來對驅動裝置的高輸送功率進行補充。對此也就是說，同時利用反向湧動的水體來泵送平衡介質，從而使平衡介質可以更迅速地例如從船頭平衡水艙平衡到船尾平衡水艙中。優選地持續對平衡管道進行輸送，直至相應的輸送裝置將所有的容量都輸送到管中為止，使得在平衡過程中可以立即使用所有的流體容量。可以通過相應的保持裝置或止回裝置對該系統進行補充，該保持或止回裝置尤其是可雙向運行的和切換的。取決於所使用的平衡介質，流體輸送裝置也可以被設置成液壓的或氣動的。為了使船舶實現儘可能好的搗碎作用從而實現破冰，優選地朝向浮體的龍骨線或底線以儘可能大的高度間隔布置船頭平衡水艙和船尾平衡水艙。由此，儘可能靠近船頭和船尾地並且儘可能在主甲板的高度上設置船頭平衡水艙和船尾平衡水艙。為了防止和阻止平衡介質結冰，優選地利用隔離艙從外面保護其下面的艙室和平衡管道。也可以為船頭平衡水艙和船尾平衡水艙配備分艙(尤其是在船中線的平面內)， 由此也可以交替地對船舶的側面產生重量負載，並且由此可以改善對側面破冰的傾斜運動。考慮到浮體的搗碎運動或轉動運動的產生，也可以只設置一個平衡水艙，尤其是船頭平衡水艙。這種單個的平衡水艙既可以被灌滿現場抽取的海水和被排空。也可以與側面的中間水艙連接成為一個封閉的系統，從而分別泵送平衡介質，將剩餘的平衡介質仍存儲在平衡系統中。在利用平衡管道的總功能方面，可以如下方式布置或設置平衡水艙(尤其是用於產生船舶的搗碎作用)的數量和布置方式，從而能夠在相對較短的時間間隔中在船舶中產生儘可能大的平衡力矩。與這種船舶的不同使用需求相關地還可以根據目的地，可選擇地或與封閉的平衡系統結合地實現一種向外敞開的平衡系統，從而對優選的封閉的平衡系統進行補充。由此，出於修理角度通過流體管道尤其將船頭和船尾的平衡水艙向外與海水連接也是有意義的，由此可以輔助性地或選擇性地實現平衡過程。還可以如下方式改進對船舶的操縱能力，S卩，額外地為主驅動裝置設置其他的直接的或間接的驅動裝置，尤其是船頭噴氣式發動機和船尾噴氣式發動機，如情況需要的話可以結合例如，機電推進單元，其中，後者是吊艙式的懸掛裝置，大多具有從0°至360°的旋轉範圍。這種驅動裝置組合恰好可以使相應的浮體或船舶(尤其是計算機控制地)在漂流和洋流中仍靜止地固定在鑽井或海底確定的位置上方。具有優點地，可將在本發明的範圍內所描述的平衡系統設置為計算機控制的，並且該系統不僅可以使用在冰層下的水中也可以使用在開放的水面中。通常完全自動地進行該平衡過程，其中，也可以考慮半自動的功能。計算機控制的平衡方式允許大量的平衡過程和調節過程。由此既可以控制浮體的轉動或搗碎運動也可以控制浮體的傾斜運動。同樣能夠在搗碎工序或傾斜工序或其組合中根據預先給定的、待達到的角度按照方法地實現周期性的頻率。由於需要儘可能快速的反覆平衡過程並且要求與船舶運動所需的頻率相應地實現該過程，所以需要流體輸送裝置，該流體輸送裝置能夠在平衡管道中實現在大約8m/s以內的流速。與之相比，在壓倉水或流體在大約:3m/s的時候，出現反覆泵送。可以使用氣動式驅動裝置例如，鼓風機單元作為流體輸送裝置，該流體輸送裝置的極限大約在IOm/水柱高度(WS)左右。與此相對地是離心泵更具優點，採用離心泵，向相反的作用方向的切換應該更加迅速。螺旋槳驅動裝置和渦輪驅動系統尤其適用於快速的反覆平衡過程過程。用於穩定位置的系統由此一方面與冰的漂流速度同步，並且另一方面相應於船舶與破冰功能相關的搗碎頻率和轉動頻率。為了改進破冰功能，使船舶外殼尤其在船頭側和船尾側非常突出地設置。通過設置相應的冰層類型所需要的船壁和船底來對整個船體明顯地進行補充。
在傾斜運動中通過伸出的船側壁來改進破冰效果。 考慮到破冰效果，也可以預先給定出最大的平衡角度和傾斜角度，在反覆平衡過程過程中，對於船舶的轉動和傾斜而言也應該考慮該最大平衡角度和傾斜角度。為了在時間方面對該平衡過程過程進行改進，應該持續以平衡介質填充平衡通道，至少填充至輸送泵，並且相反的、空的平衡水艙不具有剩餘液體。在泵送過程中尤其要注意的是，為了避免空穴作用所造成的損害不能讓空氣進入泵中。根據這種方式，可以立即現有的全容量開始平衡過程並且在相應的平衡管道的直徑尺寸下可以在10至20s之間密封500至IOOOt的平衡容量。


下面藉助兩個實施例的示意性視圖來更詳細地闡述本發明。其中圖1是大約在主甲板的高度上所獲取的截面圖，該截面圖是配備有破冰系統的船舶的俯視圖，其中，利用陰影線示出了帶有連接的平衡管道的船頭平衡水艙、船尾平衡水艙以及兩個側面的平衡水艙；圖2是沿著右舷側的平衡管道穿過圖1所示的船舶而獲取的縱截面圖，該縱截面圖帶有在船頭平衡水艙和船尾平衡水艙中的截面圖；圖3是根據圖1大約在剖切線3-3的高度上所獲取的縱截面圖；圖4是根據圖1大約在剖切線4-4的高度上所獲取的縱截面圖；圖5是船舶的船頭區域的示意圖，該船頭區域帶有破冰功能並且通過三個線條圖示出了帶有破冰功能的船舶的搗碎運動。
具體實施例方式圖1示出的是在大約主甲板的高度上所獲得的船舶1的水平剖面圖，該圖示出了平衡系統的主要組件。利用陰影線在船頭區域2中示出了船頭平衡水艙10，而在船尾區域3中示出了船尾平衡水艙16。平衡水艙10、16儘可能遠地布置在船舶最前方的位置上或船舶最後面的位置上。如圖2的截面所示，以距離龍骨線4或船底7儘可能大的間距設置平衡水艙10、 16。基於這種極端的布置方式(在普通的吃水線上方)，明顯地改善了作用在冰面上的力矩。在實例中，利用設置在船舶的外部區域中的平衡管道流體技術地連接平衡水艙 10、16。該平衡管道12、13處在平衡水艙10、16的下水平面之下，但在通常情況下這些平衡管道仍然處在吃水線之上。按照作用，平衡管道12、13以及處在其中的平衡介質與作為高功率泵的輸送泵 18、19連接。類似地如圖1所示，同樣也可以設置另外的輸送泵，該輸送泵朝向船尾地移動地額外地設置在平衡管道上。為了產生船舶的傾斜運動，在兩側設置了側面的平衡水艙21和22。如圖2所示， 這些側面平衡水艙21、22在船舶中處在非常深的位置，尤其是在船舶的底部區域。如圖2所示，船頭2被形成為扁平船頭。這種構造同樣適用於船尾3，該船尾具有非常平坦的突出(auslaufend)的區域。也可以將船頭區域設置成勺形船頭。也可以利用充分伸出的船首柱和船尾柱來實現船頭處和船尾處的扁平輪廓，從而可以實現良好的破冰功能。在根據圖2的右舷側的視圖中，示意性地示出了帶有支承32和驅動裝置33的驅動螺旋槳31。圖3示出了根據圖1的剖切線3-3垂直剖視圖。在根據圖3的縱剖視圖中，平衡管道12、13被設置在船舶的甲板區域下面非常深的位置中。還示出了向下方伸出的支承32 和；35。船舶1的側面船壁被構造成為伸出的船壁對、25，使得其在傾斜運動中具有更好的破冰功能。在根據圖4的沿著剖面線4-4的剖面圖中示意性地示出，平衡通道12或13逐漸變為船尾平衡水艙16的側面的連接箱並且其截面大約為L-形。考慮到輸送泵18、19，平衡管道12、13也可以具有圓形的直徑，其直徑可以在例如，Im至鈿之間。為了從外面進行保護，通過設置在外面的隔離艙額外地保護平衡管道和平衡水艙。根據圖5的示意圖示出了船舶1的船頭區域2以及朝向船頭斜面38漂流的冰面 41。基於船舶的搗碎運動，可以通過船頭2的向前運動和向後運動產生破冰作用，從而將冰面41破碎成較小的冰片42，該搗碎運動是通過到船頭平衡水艙和船尾平衡水艙中的反覆平衡效應所產生的。以伸出的側面船壁M、25發揮輔助作用的朝向側面的傾斜運動也示出了類似的作用。由此，該破冰系統以及相應的方法使浮體或船舶在一定厚度內的北極海洋冰中也能夠靜止地固定在海底某點上方，例如，出於鑽井目的。
權利要求
1.一種用於在冰中或在冰附近的浮體(1)，尤其是用於鑽井船和考察船或平臺的破冰系統，帶有至少一個船頭的船體區域或船頭區域O)，所述區域在水面和冰面區域上方伸出；帶有至少一個平衡水艙(10)，所述平衡水艙設置在船頭的船體區域或船頭區域O)中以及帶有裝置(18、19)，用於以流體，尤其是水來充滿和排空所述平衡水艙(10)，從而使充滿的平衡水艙重量增加而排空的平衡水艙重量減小，從而使船頭的船體區域或船頭區域 (2)相對於冰面產生至少一次破冰、搗碎運動， 其特徵在於，在船體(1)的船頭和船尾處設置有平衡水艙(10、16)，為了產生破冰的搗碎運動而周期性地按照重量相反地使所述平衡水艙加載和卸載，至少一個平衡管道(12、1；3)流體技術地將所述船頭的和船尾的平衡水艙(10、16)彼此連接，至少一個流體輸送裝置(18、19)流體技術地設置在所述平衡水艙(10、16)之間並且所述平衡水艙(10、16)被構造為封閉的。
2.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於。一條平衡管道(18)，所述平衡管道被布置在中央，尤其是船中部(5)，以及兩條平衡管道(12、13)，所述兩條平衡管道尤其設置在相對的浮體側或船舶側的區域中。
3.根據權利要求1或2所述的系統，其特徵在於，所述浮體(1)具有側面傾斜水艙01、22)，具有至少一對相對的側面傾斜水艙或具有多對側面傾斜水艙，所述多對側面傾斜水艙出於平衡目的沿所述船舶的縱方向分布，並且在所述吃水線區域中或大約在所述吃水線之上尤其設置有突出的船側壁(對、25)。
4.根據權利要求1至3中任意一項所述的系統，其特徵在於， 所述流體輸送裝置(18、19)被設置成流體力學的、液壓的或氣壓的。
5.根據權利要求1至4中任意一項所述的系統，其特徵在於，至少所述船頭和船尾平衡水艙(10、16)儘可能極端朝向船頭或船尾移動地設置在所述浮體(1)的所述端部區域中。
6.根據權利要求1至5中任意一項所述的系統，其特徵在於，船頭和/或船尾平衡水艙(10、16)配備有分艙，並且也可被驅動用作側面平衡水艙而產生所述船體(1)的傾斜運動。
7.根據權利要求1至6中任意一項所述的系統，其特徵在於，所述封閉的平衡水艙(10、16、12、1；3)具有帶有高含鹽量或用於降低冰點的添加劑的水。
8.根據權利要求1至7中任意一項所述的系統，其特徵在於，所述尤其帶有流體動力設置的流體輸送裝置(18、19)被設計用於實現所述平衡介質的高輸送功率，尤其是在10至30秒內實現在500t至IOOOt的範圍內的高輸送功率。
9.根據權利要求1至8中任意一項所述的系統，其特徵在於，設置有用於固定所述浮體(1)位置的裝置以及用於尤其是朝向所有方向控制操縱所述浮體(1)的直接或間接的驅動裝置(31)。
10.根據權利要求1至9中任意一項所述的系統，其特徵在於，船尾處設置有充分地伸出的船尾柱(3)，所述船尾柱伸出超過所述吃水線並且在存在冰面時伸出超過所述冰面。
11.根據權利要求1至10中任意一項所述的系統，其特徵在於，設置所述用於固定所述浮體(1)的位置的裝置，從而探測出所述冰和/或所述洋流的漂流狀況並且從而與所述漂流相反地控制所述船體(1)的校準和反向運動。
12.用於在冰中或在冰附近固定浮體(1)或船舶(1)的位置的方法，尤其是在使用了根據權利要求1至11中任意一項所述的系統的情況下，其中，測定出所述冰或所述洋流的漂流狀況，與所述冰或所述洋流的漂流方向相反地對所述浮體(1)或船舶(1)，尤其是對其船頭區域( 進行校準，發揮所述浮體(1)或船舶(1)的破冰系統(10、16、18、19、12、13)的作用，並且與所述冰或所述洋流的漂流方向相反地，以所述漂流速度的大小進行所述浮體(1)或船舶(1)的動力的相對運動。
13.根據權利要求12所述的方法，其特徵在於，利用某個頻率驅動所述破冰系統，為了實現有效的破冰功能，所述頻率與所述冰的漂流速度相應。
全文摘要
要求保護一種用於在冰中或冰附近的浮體的破冰系統，該破冰系統帶有伸出的柱以及至少兩個用於產生浮體的搗碎運動的平衡水艙(10、16)，其中，該至少兩個平衡水艙通過至少一條平衡管道(12、13)，利用用於平衡介質的高功率輸送裝置(18、19)流體技術地連接並且該平衡系統被構造為封閉的。
文檔編號B63B35/10GK102333693SQ200980157567
公開日2012年1月25日 申請日期2009年3月10日 優先權日2009年3月10日
發明者克勞迪歐·尼赤塔, 波仁德·普魯恩 申請人:瓦特西拉船隻設計德國有限公司