船體及其製造方法
2023-04-24 03:16:06 1
專利名稱：船體及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種具有雙層殼體的船體，尤其適用於油輪、運送化學物品的船舶(chemical ship)、客船和漁船，及這種殼體的製造方法。
背景技術：
在不考慮用途的情況下，當今商船所用的船體毫無例外地是框體鋼板、縱向加強肋和縱梁形成的單層或雙層殼體。但是，為了增強安全性，國際規則更傾向於雙層殼體。通常外殼體和內殼體之間的距離為3m。骨架安置在殼體之間。
雖然在受到低能量陸地(low energy ground impact)撞擊時雙層殼體可以明顯增加安全性，但是這種解決方法遠不是最佳的。這種構造非常昂貴，在內層殼體上缺少來自水體的反壓力，這使張力問題更加突出，而且由於鋼板面積明顯增大，大約是單層殼體的2.5倍，這就使防腐問題更加突出，並且增加了維護費用。當機械壓力作用在外殼體的外側時，其局部會發生嚴重變形，導致鋼板斷裂。另外，通過殼體站的骨架可以將變形傳遞到內殼體，內殼體也可能斷裂，產生洩漏。在圖1中，示意性的描述了這樣的殼體，其包括外殼體100，內殼體102，安置在其間的骨架104。當受到外物碰撞時，這裡是指具有一個錐尖的物體106，則外殼體100發生一個嚴重的局部變形，其很快就導致裂痕或破裂108。
另外，與水體在船在外側施加反壓力時的單層殼體相反，當通過裂痕將油或者類似物中的低粘性物質擠出並且堵塞氣孔時，由於內外殼體之間的氣體變形有爆炸的危險。因此，在殼體之間要充滿惰性氣體，這就使成本增加，並且增加最洩漏的危險，當在殼體之間檢查船舶時也會比較困難。
因此，就急需一種改進的船體，當受到陸地擠壓或者與其碰撞時，能夠減少或者消除貨物洩漏的危險。
同時還急需一種船體，具有改進的浮力，使其在受到陸地擠壓或者與其碰撞時不會沉下去。顯而易見，其適用於油輪，而且也特別適用於客輪。
在EP-B1-473587中，描述了一種提供改進殼體的方法，其中由泡沫塑料形成的薄片或墊料粘在鋁殼上，其上附有玻璃纖維層。該方法具有一系統好處及可能性。通過這種方式可以修復舊的生鏽或腐蝕的殼體。除此之外(amongother things)可以絕熱，由於消除了凝結問題，所以為遊艇方面的生產帶來巨大的好處。另外，在各方向都具有吸音性質。而且，泡沫塑料材料可以吸收能量，從而保護金屬殼體並且增強局部強度。
WO02/43954A1總地來說公開了一種不同的層複合結構，其中提到，具有中間塑料的金屬的內層和外層可以粘結在一起，從而形成船舶。但是，仍然沒有解決船舶外部的變形導致外殼體局部變形及破裂進而洩漏的問題。
發明內容
所以，本發明的一個目的是提供一種船體，具有當受到陸地擠壓或與其碰撞時改進的變形性，從而消除或者至少充分減少了的危險。
本發明的另一個目的是提供一種具有改進的浮力的船體。即使在危險的情況下，其也能夠浮起來，這樣就可以將油抽到另一艘船上，或者將乘客撤離失事的船體。
本發明還有一個目的是提供一種船體的製造方法，該船體當受到陸地擠壓或與其碰撞時具有改進的變形性，並且可以消除或者至少充分減少洩漏的危險。
本發明還有一個目的是提供一種製造方或，或者可選擇地再建船體，使具有該殼體的船舶不會沉沒。
本發明還有一個目的是提供一種船體的製造方法，不考慮殼體的開關，提供在成本最低而且不需要精確調節的情況下在殼體不同層之間的最佳的固定，該精確調節例如是研磨、切削等。
令人驚訝的是，根據本發明的具有如權利要求1所述的基本特徵的船體和根據本發明的具有如權利要求12所述的特徵的方法可以實現這些目標及其它目標。
特別地，該發明涉及一種船體，尤其是油輪、運送化學品的船舶、客船及漁船，包括位於骨架、縱向加強肋和縱梁上的支撐結構上的由鋼板或鋁板形成的內殼體，及外殼體。在內殼體和外殼體之間，具有主要是閉合孔的泡沫，以提高浮力及能量吸收能力。外殼體由高強度鋼製成，其中在受到外部應變時，外殼體和泡沫塑料材料最好連接在一起以形成一個能量吸收變形區。泡沫塑料的這種特性使得碰撞時外殼體的凹陷處產生的變形能夠迅速分配到該壓迫處周圍的較大面積上。接下來，由於與外殼體的高強度鋼板相結合，所以泡沫塑料上的能夠產生凹陷的反作用力就分配到較大的面積上，從而可以避免外殼體上的嚴重的局部變形。
根據優選實施例，外殼體和泡沫塑料材料是相適應的，以便在受到外部應變時，所述變形區可以吸收足夠的應力，從而使內殼體的破裂或斷裂發生在外殼體破裂或斷裂之間。
為了得到浮力，泡沫塑料材料的厚度應當最好與船的總重相適應。泡沫塑料材料的厚度最好在0.05-3.0m之間選擇，高強度鋼板的厚度最好在0.005-0.030m之間選擇。
泡沫塑料材料也可以是泡沫聚丙烯、泡沫聚乙烯，泡沫PVC，泡沫聚苯乙烯、泡沫PET、聚合或非聚合材料，優選泡沫丙烯(EPP)的微粒泡沫，任何具有熱硬化性塑料，進行粘結或只是熱接在一起。另外，可以在泡沫塑料材料中添加硬化劑，或者相應地提高泡沫塑料材料的一個方向上的硬度。
泡沫塑料材料可以粘結在內殼體的外側。外殼體還可以粘結有泡沫塑料材料。使用的粘結最好在硬化期間可以形成擴張連接。
此外，至少一個高彈性層做為隔膜位於內殼體和外殼體之間。高彈性層的材料可以是橡膠、彈性體或聚合物。高彈性層可以由粘結形成，以將殼體和泡沫塑料材料粘接在一起。
本發明還包括根據上述內容的船體的製造方法，包括位於骨架、縱向加強肋和縱梁支持結構上的鋼板或鋁製成的內殼體，和外殼體。主要是閉合孔的泡沫塑料層粘結到內殼體上，高強度鋼板層做為外殼體，其中在受到外部應變時，外殼體和泡沫塑料材料適用於相結合地構成一個能量吸收變形區。
根據本方法，外殼體和泡沫塑料材料是相適應的，以便在受到外部應變時，所述變形區可以吸收足夠的應力，從而使內殼體的破裂或斷裂發生在外殼體破裂或斷裂之間。
具有閉合孔的泡沫塑料塊可以粘結在內殼體上，鋼板可以粘結在泡沫塑料材料上，其中粘結到泡沫塊上的鋼板焊接在一起以形成外殼體。然後具有高強度鋼板粘結層的泡沫塑料材料塊粘結到內殼體。
根據本發明方法的一個優選實施例，該結構可以位於內殼體和外殼體之間，將殼體以需要的相互距離進行固定，但是比所述內殼體的支撐結構弱一點，以形成一個間隙。可選擇地，當重建雙層殼體時，內殼體和外殼體之間的現存結構可以是相互適應的，以使所述結構比內殼體的支撐結構弱。在這兩種情況下，將泡沫塑料成形材料流入內外殼體之間的間隙中，優選地，泡沫塑料球體和粘結劑一起，其中所述泡沫塑料層與內外殼體連接。
根據本方法，泡沫塑料材料層最好設計其厚度為0.05-3.0m，外殼體最好設計其厚度為0.005-0.030m。
泡沫塑料層最好選擇包括粘結劑密度為60-400kg/m3，大約至多為200kg/m3，最好是100-150kg/m3。
面向間隙的殼體的內表面可以與粘結劑預粘結，以形成擴張連接或彈性粘結連接，如雙組分聚氨脂粘結劑、環氧樹脂及溼固單組分粘結劑或其它類型的預固體。
可以選擇泡沫聚丙烯、泡沫聚乙烯、泡沫聚苯乙烯、泡沫PET、泡沫PPO、泡沫PVC或其混合物做為泡沫塑料材料。可以使用熱硬化塑料或其它任何硬化粘結劑做為粘結劑。
下面將結合附圖更詳細地描述本發明圖1是當受到外部物體碰撞時現有的雙層殼體結構的剖面示意圖。
圖2a是當受到外部物體碰撞時，變形期間根據本發明的雙層殼體結構的剖面示意圖。
圖2b是在稍後的變形階段，圖1所示的殼體結構的剖面示意圖。
圖3a-c是根據本發明的不同實施例的殼體結構的剖面示意圖。
圖4是根據凹陷濃度描述的，在碰撞期間，錐體壓入不同殼體所需力的變化的圖表。
圖5是在碰撞期間，錐體壓入不同殼體所吸收的能量總量的圖表。
具體實施例方式
如上所述，圖1描述了是在碰撞或者陸地擠壓時，外殼體100中的嚴重的局部變形，導致在相對較小的壓迫力的情況下迅速產生破裂或凹陷108。
圖2a和2b表示了根據本發明的殼體結構，包括外殼體200，內殼體202，位於兩者之間的泡沫塑料層204。根據本發明的殼體採用多個步驟防止洩漏。與外殼體200相連接的，泡沫塑料材料204形成一個能量吸收變形區，能夠顯著增強殼體的局部強度。在層204中的泡沫塑料材料使硬度合理地局部增強，同時，可以將整體強度增強到某些範圍。另外，根據下文，外殼體200由高強度鋼板製成，明顯增強了殼體的變形性。
圖2a和b是受到外部物體206碰撞時的示意圖，這裡是用一個錐尖壓入殼體結構中。實際上，其可以是受陸地擠壓或與另一個船或物體碰撞。可以對不同的可能的材料和尺寸的所包括的組件進行模擬，以研究當具有圓頭的錐體壓入不同的殼體結構時的變形過程，在下面將進行詳細的描述。
所以，圖2a描述的是物體開始壓入外殼體200時，其中形成一個凹陷，但是很快就被位於內側的泡沫塑料材料產生的反壓力抵消了，這裡用多個相對的箭頭描述。由於泡沫塑料的特性，所以變形很快就分配到凹陷周圍的較大的面積上。因此，與外殼體200的高強度鋼板材料結合的反壓力會使該凹陷分配到較大的面積上，從而避免在外殼體上發生嚴重的局部變形。
圖2b描述的是當物體206繼續壓入時，稍後一點的變形情況，由於外殼體和泡沫塑料材料的結合變形特性，這時外殼體200的凹陷分配到更大的面積上。在圖2b中，泡沫塑料材料中的變形和壓入已經向外傳遞到一個範圍，以致內殼體202也發生變形。最後，如圖所示，發生破裂或斷裂，但是其發生在外殼體被外來物體穿破之前，就有可能在稍後不會發生嚴重的局部變形而只是面積更大了。
所以，對於新的殼體系統來說，泡沫塑料材料的特性與外殼體特性的結合是非常重要的。本發明歸於外殼體和泡沫塑料材料一起形成能量吸收變形區，其能夠吸收足夠多的變形使內殼體在外殼體之前破裂或斷裂。具有高屈服點和分級硬化模塊的泡沫塑料與具有高抗張強度和高容許張力的外層結合，就能產生所需要的結果。瑞典的SSAB，Lule公司生產並出售名為Domex500的高強度鋼，其具有外層所需的特性。
當機械壓力很高而使內殼體變形時，內殼體內側的結構當發生破裂。直到外殼體的變形超過高強度鋼的張力屈服極限，才發生斷裂，其中由於泡沫塑料材料的密封性所以仍然可以避免洩漏。
根據本發明的進一步改進，在內金屬殼體和硬金屬表面層之間具有一高彈性材料層，與其中的一個連接或者位於泡沫塑料材料中。該高彈性材料也可以由將塑料材料粘結到內和/或外殼體上的粘結劑形成。也可以均使用替換品，提供位於泡沫塑料材料中的彈性體和熱固性彈性體形式的多個隔膜層。為了在凹陷後向外彈出並且堵塞任何可能出現的斷裂或孔，通過提供與泡沫塑料材料共用的隔膜，由於凹陷後在損害區域中從泡沫塑料材料中釋放出高彈性材料，所以在非常嚴重的變形的情況下也可以防止洩漏。通過根據壓力的頻率以合適的方式確定材料的大小，結構可以優化，以得到所需的特性。材料也可以承受來自船體內部貨物的壓力，因此可以防止由於斷裂而產生的洩漏。對於油輪，在損害中，水體的壓力將與貨物的壓力互相影響。同樣的好處在船體內部的爆炸損害中也可以體現出來。預計大約2-10mm範圍內的厚度可以充分達到滿意的效果。該材料可以是橡膠，如乳膠、彈性體和聚合體，同時適於深度拉伸的軟金屬也可以達到這種效果，同時還有助於提高能量的吸收能力，和/或在注入粘結劑期間，利用材料之間的空隙將泡沫材料粘結到內外殼體的物質也可以形成隔膜層。
當將泡沫塑料材料粘結到鋼板上時，該粘結劑最好是能夠產生擴張連接的粘結劑，同時還應該是耐油的，如雙組分聚氨脂粘結劑。另外可以使用的粘結劑例如可以是環氧樹脂和溼固單組分聚氨脂粘結劑，其它類型的預固體(prepeg)。
泡沫塑料材料應當主要是包括閉合孔，可以由不同材料製成，也可以是其混合物，如泡沫聚丙烯、泡沫聚乙烯、泡沫PVC、泡沫聚苯乙烯、泡沫PET。根據需要，該材料可以是交聯或非交聯的。優選實施例是一種泡沫聚丙烯(EPP)的特殊泡沫，最好在粘結時是熱固性塑膠，或者只是熱焊接在一起。
另外，泡沫塑料材料中可以添加硬化劑，或者相應提高泡沫塑料材料在一個方向上的硬度。
而且，該泡沫塑料材料最好是耐火的，如果是那樣的話可以將泡沫石墨微粒添加到該顆粒和/或粘結劑中，當火勢蔓延時，其會形成一個阻燃層。也可以用一石墨層與泡沫塑料材料結合，然後其就包括了多個層。根據當前情況泡沫塑料材料的厚度和密度可以不一樣，如可以分別在大約0.05-3m和60-400kg/m3的範圍內，正常的大約是100-150kg/m3。
泡沫塑料材料的厚度和密度對於其做為變形區及所需要的能量吸收能力的功能是非常重要的，而且對於浮力也很重要。通過針對目前的前提調整厚度和密度，可以平衡船的總重，並且船不會沉沒。
當粘結鋼板時，也可以使用加熱起反應的預固材料，可能通過蝕刻的箔、鋁格或一些具有合適電阻的電導體形式的嵌入電阻材料進行這種硬化。
根據本發明的殼體結構自然會帶來多種優點。船的貨艙將變成隔熱的並且對於附加的熱源和冷藏的需要會大大減少。在當今的油輪中，從廢熱鍋爐中得到的熱量不足以將貨物維持在最低溫度，所以必需有附加熱源。當然，還存在相反的情況。例如，漁船需要的是一個冷凍的貨艙，使用根據本發明的殼體則就不再需要冷卻。也可能用絕緣船將核工廠的冷卻水加熱運送到用戶，以做為市政供熱網系統的補充。
根據本發明的另一種改進，可以使用具有不同密度的多層泡沫塑料層，這樣就可以同時具有良好的隔熱效率與良好的能量吸收能力。例如，讓最外層的泡沫塑料層具有高於鄰近內層的密度，則能量吸收能力將大大提高。
圖3a-c是根據本發明的殼體的不同實施例的示意圖。圖3a表示的是最基礎的殼體，包括外殼體300、內殼體302和中間泡沫塑料層304。在圖3b中，殼體包括內泡沫塑料層306、外泡沫塑料層308和兩者之間的金屬板310。在圖3c中的殼體包括夾層結構的外殼體，具有兩個金屬板，及比保持泡沫塑料層314緊密度更大的中間泡沫塑料層312。但是，根據本發明的殼體並不限於所示的實施例，在本發明基本特徵的範圍內，其可以具有任何數量的金屬板和泡沫塑料層，最佳尺寸及所選擇的材料。
當船的大小已定時，根據國際分類規則也可以確定殼體鋼板的厚度。使用高強度鋼板時允許其厚度是下限，可以節省重量，同時還能得到高品質，如在受到陸地擠壓、碰撞、爆炸等期間破裂時會有很高的抗張強度。
與具有中間骨架的傳統雙層殼體的當今所選擇的方式相比，根據本發明的殼體還能帶來多種優點，例如-良好的能量吸收能力，-提高了殼體的整體硬度，-大大提高了局部硬度，-良好的絕緣性，-大大降低了殼體內側被腐蝕的危險，
-較高的負載能力和較大的浮力-大大降低了維護成本，-提高了抗縱向彎曲力和局部硬度，以及-有可能以相對簡單的方式對現有單層殼體船進行轉換。
本發明用出人意料的方法解決了一個重要問題。不管油輪斷裂還是客輪斷裂所帶來的嚴重後果，船體的改進都未能遠遠超越雙層殼體，很難在任何範圍內改善這種情況。通過在船體上使用泡沫塑料材料而使浮力改善是顯而易見的，另外，根據本發明的殼體在碰撞時船動作的完全改變才是最出人意料的。
本發明也涉及一種關於根據本發明的船體的製造方法，在附加權利要求12中表述了它的基本特徵。在從屬權利要求中做了進一步改進。
基本上，本發明的方法包括與內殼體和外殼體連接的泡沫材料。通過包括將泡沫塑料材料連接到內殼體和外殼體上這個公共特徵可以有多種不同方法。優選地，有一隔膜位於泡沫塑料內部或者也其相連。
根據優選實施例，塊狀的泡沫塑料材料與內殼體粘結。所以，接下來外殼體與泡沫塑料材料粘結，或者外殼體先與泡沫塑料材料粘結然後才與內殼體粘結。
根據製造本發明的殼體系統的不同方法，在外側粘結有高強度鋼板的部分泡沫塑料材料的內側具有一個圍繞外圍磨出的槽，其中壓入一個泡沫塑料帶。在將粘結劑泵入表面之間期間通過負壓吸引將該塊與殼體粘結在一起。
高彈性材料形式的隔膜可以形成鄰近一層或兩層殼體的層，和/或用於泡沫塑料材料層之間。
外殼體可以通過位於泡沫塑料材料的槽中的反射背景條(reflecting backingbar)焊接在一起，其中在焊接之後，通道將注滿粘結劑。
可選擇地，在外殼體鋼板的連接地區下右側具有凹槽。在該凹槽中，具有一條礦棉，以在焊接過程中保護底層材料。該條礦棉也可以在左後方。
開始的時候，內殼體通常建在框架、縱向加強肋和縱梁上，骨架開始時最好位於船的底部中心，然後沿著一側來斷上升。開始是對殼體進行噴砂和底漆處理。然後，用粘結劑連接泡沫塑料材料，其中將粘結劑塗在泡沫塑料材料上或者兩個表面上，使泡沫塑料材料形成一塊。在組裝期間，通過膠膜將泡沫塑料材料固定，當使用負壓時，該膠膜也可以做為覆層。在硬化粘結劑期間，所使用的負壓大概是0.3-0.4kg/cm2，因此可以產生的壓力是3-4/m2，足以產生良好的效果。
可選擇地，用電磁在粘結期間將泡沫塑料塊靠船固定，在上面噴射粘結劑。可以用超聲波檢查膠縫。
根據另外一種變化，可以如下進行在組裝狀態下將1-3mm的高強度鋼板安放在從船上突出的泡沫塑料塊中。這樣就可以在鋼板上衝出多個孔，即鑽孔。一側的支撐和另一側的柱塞形成固定裝置，在爐上將鋼板加熱到試驗溫度，然後與泡沫塑料材料形成夾層，由於鋼板的溫度泡沫塑料材料會融化在表面上。當固定裝置填滿時，柱塞就會填滿外包裝，通過穿孔泡沫塑料材料的融化表面會連接在一起進而焊接在一起。另外，在鋼板上的各種粘結可以用熱處理來代替。這種實施例還增強了變形阻力並且還能在泡沫塑料材料中形成防火牆。泡沫塑料材料較小的密度可以用來平衡鋼板重量。
在根據本發明製造殼體的方法的另一種變化中，在內殼體和外殼體之間具有一種結構，以所需要的距離相互固定殼體，但是該距離小於所述內殼體的支撐結構，因此形成一個間隙。
可選擇地，在對現有雙層殼體船進行重建期間，對內外殼體之間的已存在的結構進行修改，使所述結構小於內殼體的支撐結構。在內外殼體之間的間隙中，注入泡沫塑料成形材料，最好是泡沫塑料球體和粘結劑一起，其中形成所述泡沫塑料層並且粘結到內外殼體上。
本質上，確定保持外殼體與內殼體之間為所需距離的結構的大小，使其在受力時的變形小於該力作用於內殼體時所產生的變形。因此，泡沫塑料就可以充分完成其做為能量吸收和能量分配區的功能。
在針對這種改變的方法中，具有多種優點。不考慮內外殼體的開關，可以得到內外殼體的最佳的填充和連接。而且，如果需要，可以通過將內外殼體之間的間隙調整為不同的大小來改變泡沫塑料層的厚度。
在對現有雙層殼體船進行重建期間，已經存在將內外殼體互相固定的結構。然後以適當的方施使該結構弱化，最好是在受陸地擠壓時通常碰到的位置。在這些位置，焊接的是較弱的鋼板，以在發生危險時，不被內殼體壓迫。然後注入的泡沫塑料可以按照希望的方式工作。在雙層殼體船中，兩鋼板之間的距離大約為3m。因此，在碰撞和受到陸地擠壓時，該泡沫塑料層均能產生分配作用力所需要的效果，同時低密度，如60-150kg/m3，同時還能增加浮力。
也有可能造船廠設計建造雙層殼體船時繼續這樣做，但是會對中間殼體結構進行改動，以使得造船廠的轉變成本最小化。
根據本發明的系統已經進行了大規模的檢測和試驗。粘結實驗很清晰地揭示，當鋼板移動時，泡沫塑料材料的表面層是不受影響的。在其它部分中，是由於在硬化後粘結劑並不變硬。由於泡沫塑料材料的厚度，其彈性比較大，以致致對於粘結連接的影響不會更嚴重，把以就不必要求粘結連接是彈性的或黏彈性的。
可選擇地，通過將混和有泡沫石墨顆粒的塑料材料和/或粘結劑可以形成防火通道(flame guard)。該防火通道也可以由緊鄰內殼體的泡沫石墨顆粒層形成，如在粘結劑中。
實施例在變形發生之前，密度為100kg/m3的泡沫PVC可承受280ton/m2的載荷。這種情況，在泡沫塑料材料的上表面不需要任何表面層。密度為200kg/m3的泡沫PVC可承受500ton/m2的載荷。
當發生變形時，外層最先開始變形，為以使泡沫塑料進一步變形，壓力必須加倍。這個事實與將壓力分配到更大面積上的泡沫塑料表面上的硬化表面層結合，可以是根據本發明的結構的能量吸收能力格外高。
當使用泡沫聚丙烯或泡沫聚乙烯時，可以帶來更多的優點，在壓縮後，泡沫塑料材料幾乎能恢復到原始厚度，但是也與損害的性質有一些關係。
通過本發明所帶來的另一個優點是關於在鹽水環境中的增生和藤壺(seaacorn)問題的。在IMO關於所有船隻和石油鑽塔的約定中，已經決定禁止包括錫和銅的的對環境有害的底漆。但是，在目前的應用中還沒有提供可用的替代品，建議使用可替換的機械清理。
從2003年1月起，就不能再使用包含這些材料的底漆了，從2008年1月起這些底漆必須被清除或由絕緣漆覆蓋。對於裝有溫油的油輪來說，增生和藤壺的問題比其它船隻更突出。雙層殼體在內外殼體之間有相對較大的距離，意味著空氣與溫的惰性氣體一起在該空間內循環(由於對流)。因此，外層鋼板一直是溫熱的，所以促進了增生。由於根據本發明的泡沫塑料，外殼體將與船體周圍的水溫相同，這就節省了大筆維護和運行費用。
最後，應當注意，腐蝕是一種化學過程，它會隨著溫度的升高而速度加快。由於泡沫塑料材料層的絕緣特性，在根據本發明的殼體系統的情況下外側鋼板具有較低的溫度，所以殼體的使用壽命會大大加長，也許是很多年。
對整體特性的估計由於並不是存在的所有尺寸的船都在本發明的基礎上進行試驗，所以用謹慎的計算來證明新的殼體系統相對於傳統單層殼體的效果。
能量損耗如果材料反覆承受超過材料的張力屈服極限的負載，則會發生能量損耗。已經進行的計算表明，在海上由於殼體鋼梁的彎曲會使泡沫塑料變形，稱為「下沉」或者「扭曲」，其量大概是泡沫塑料材料屈服點的1/80。來自水壓的靜態和動態(撞擊)的張力大約是泡沫塑料材料抗張強度的1/4。
因此，已經證明根據本發明的殼體系統不會帶來任何關於殼體整體特性的問題。
能量吸收殼體的能量吸收對於防止下沉時殼體的斷裂和洩漏是至關重要的。下沉可以分為不同的類或情況，例如-陸地擠壓-尖銳的巖石，-圓滑的巖石，-傾斜的陸地；-正面碰撞-其它船隻，-橋柱，-碼頭或平臺；-側面碰撞-船隻大小不同，-負載情況不同，-彎曲形狀。
例如，在分別與尖銳和圓滑的巖石發生陸地擠壓、及正面碰撞和側面碰撞的情況下，當使用根據本發明的殼體系統時，陸地擠壓的對象最先被該結構感知，當與較大的物體碰撞時，由於外層鋼板朝泡沫塑料材料向內偏，當孔受到擠壓時，泡沫塑料材料會產生不斷增強的阻力，之後在內支撐結構收回期間內殼體開始偏轉。因此，該結構只會發生彎曲和偏轉，而在單層或雙層殼體的已知結構中在所有的情況下都會發生斷裂，雖然不太可能發生與傾斜陸地碰撞的情況。
如上所述，由於沒有全比例船隻，所以只是模擬碰撞損害進行計算。計算是模擬與直徑為2M的金屬球的碰撞而進行的，它從殼體外側進入該結構中。為了使傳統形式船隻中的內層骨架斷裂，要對該球施加400-600tons的壓力。應當注意，對公知的雙層殼體也是這樣的。為了在根據本發明的殼體結構上得到同樣的結果，該殼體使用90cm的泡沫塑料材料，外殼體是10mm的Domex500MC，相應的作用力大約是600tons，即，是造成內支撐結構斷裂所需要的力的大概10倍。
防撞比較由於斷裂的難度不同，所以根據本發明的殼體系統當然比傳統的雙層殼體系統安全。如上面所討論的，新的殼體系統中的內殼體將在外層鋼板斷裂之前斷裂。為了描述這種情況，進行了模擬的碰撞分析。
將巖石簡化為一個具有圓端部的錐體(直徑1m)，分析其與不同殼體系統的碰撞(半靜態地與殼體正交的)。對不同殼體系統的想像的碰撞過程的不同分析的評定，如圖4和5中示意性的描述。實線針對的是根據本發明的殼體，虛線針對的是公知的傳統雙層殼體。圖4的圖表表述的是根據凹陷深度，需要多大力才能使錐體穿過各殼體系統。
根據本發明的殼體系統如下面1-5特徵所示，設計根據本發明的殼體以使得內殼體在外殼體之前斷裂。
1、外殼體的負載的範圍不斷擴大並且變形。底層壓縮泡沫塑料傳播該負載並且其傳遞到內殼體。
2、內殼體上的所謂「縱向加強肋」的支撐結構斷裂。
3、骨殼體斷裂，而外殼體仍然在變形。
4、當錐體接觸直接增加時，溼骨架開始支撐該結構。
5、在整個內殼體斷裂時，持續吸收能量。但是，外殼體仍然是完整的。
以前公知的殼體系統如下面6-10特徵所述，在相對較低的壓力下，殼體就非常致命地斷裂了。
6、外殼體的負載的範圍不斷擴大並且局部嚴重變形。
7、外殼側內側的縱向加強肋裂開並且斷裂。
8、當錐體碰撞殼體鋼板時，外殼體斷裂。
9、錐體使外殼體鋼板斷裂，接觸到中間骨架的溼骨架(wet frame)，其可以部分增加殼體的硬度。
10、錐體到達承受負載的內殼體，直到其最終斷裂並且發生致命的斷裂。
對碰撞強度很重要的一個方法是碰撞的總的能量吸收。圖5是描述不同殼體系統在碰撞過程中錐體穿過殼體所需要的能量的圖。為了精確，圖中的曲線描述的是在錐體穿過各殼體時吸收多少能量。顯而易見，當凹陷深度相同時，實線所述的本發明的殼體比傳統殼體吸收更多的能量。而且，該新型殼體可以承受更深的凹陷而不斷裂。
因此，所述的模擬測驗表示，具有本發明基本特徵的殼體在分別在受到陸地擠壓和碰撞時的變形特性遠優於傳統的雙層殼體。所以，洩漏的危險就消除了或者至少是充分減少了。
實際上，在外殼體受到外部應變時，泡沫塑料材料具有一種特性，在孔壓縮時，能夠迅速提供強大的不斷增加的阻力。因此，外殼體將在較大範圍內向內變形，而泡沫塑料的變形將分配並傳播到內殼體。外殼體的的嚴重的局部變形就被泡沫塑料固有特性所產生的反作用力抵消了。最好對所包括的組件的材料及大小進行選擇，以使得在外殼體破裂之前內殼體會破裂或斷裂。所以當相當大的變形能量傳遞到內殼體的時候，外殼體就可以保持完整並且防止洩漏，就能完全避免洩漏，如液體貨物洩漏到外面的水體中，和/或水進入船中。
如上所述，通過本發明在浮力、絕緣、腐蝕、維護、整體硬度、生產等的措施也可以得到很多「形成約定」的優點。
當然，在本發明的範圍內可能得到上述實施例的進一步改進和組合。因此，本發明並不僅限於所述的實施例，而通常是由下面的權利要求限定的。
權利要求
1.一種船體，尤其是油輪、運送化學品的船舶、客船及漁船，包括位於骨架、縱向加強肋和縱梁上的支撐結構上的由鋼板或鋁板形成的內殼體，及外殼體，其特徵在於，在內殼體和外殼體之間，具有主要是閉合孔的泡沫，以提高浮力及能量吸收能力，外殼體由高強度鋼製成，以及在受到外部應變時，外殼體和泡沫塑料材料適用於相結合地構成一個能量吸收變形區。
2.如權利要求1所述的船體，其特徵在於，外殼體和泡沫塑料材料進行適配，以當受到外部應變時，所述變形區吸收足夠的應力，使內殼體在外殼體之前斷裂或破裂。
3.如權利要求1或2所述的船體，其特徵在於，泡沫塑料材料的厚度與船的總重相適應，以獲得浮力。
4.如權利要求1-3任一項所述的船體，其特徵在於，泡沫塑料材料的厚度是0.05-3.0m，高強度鋼板的厚度是0.005-0.030m。
5.如權利要求1-4任一項所述的船體，其特徵在於，泡沫塑料材料也可以是泡沫聚丙烯、泡沫聚乙烯，泡沫PVC，泡沫聚苯乙烯、泡沫PET、聚合或非聚合材料，優選泡沫丙烯(EPP)的微粒泡沫，任選地具有作為粘結劑的熱硬化性塑料，或只是熱接在一起，其中可以在泡沫塑料材料中添加硬化劑，或者相應地提高在泡沫塑料材料的一個方向上的硬度。
6.如權利要求1-5任一項所述的船體，其特徵在於，泡沫塑料材料粘結在內殼體的外側。
7.如權利要求1-6任一項所述的船體，其特徵在於，外殼體粘結在泡沫塑料材料上。
8.如權利要求6或7所述的船體，其特徵在於，外殼體粘結在泡沫塑料材料上。
9.如權利要求1-8任一項所述的船體，其特徵在於，至少一個高彈性層做為隔膜進一步位於內殼體和外殼體之間。
10.如權利要求9所述的船體，其特徵在於，高彈性層的材料是橡膠、彈性體或聚合物。
11.如權利要求9所述的船體，其特徵在於，高彈性層由膠形成，以將殼體和泡沫塑料材料粘接在一起。
12.一種製造如權利要求1-11任一項所述船體的方法，包括位於骨架、縱向加強肋和縱梁支持結構上的鋼板或鋁製成的內殼體，和外殼體，其特徵在於主要是閉合孔的泡沫塑料層依附到內殼體上，高強度鋼板層做為外殼體，以及其中在受到外部應變時，外殼體和泡沫塑料材料適用於相結合地構成一個能量吸收變形區。
13.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，外殼體和泡沫塑料材料進行適配，以便在受到外部應變時，所述變形區可以吸收足夠的應力，從而使內殼體的破裂或斷裂發生在外殼體破裂或斷裂之間。
14.如權利要求12或13所述的方法，其特徵在於，具有閉合孔的泡沫塑料塊粘結在內殼體上，鋼板粘結在泡沫塑料材料上，粘結到泡沫塊上的鋼板焊接在一起以形成外殼體。
15.如權利要求14所述的方法，其特徵在於，具有高強度鋼板粘結層的泡沫塑料材料塊粘結到內殼體。
16.如權利要求12-15任一項所述的方法，其特徵在於，一個位於內殼體和外殼體之間的結構，將殼體以需要的相互距離進行固定，但是比所述內殼體的支撐結構弱一點，以形成一個間隙，或者，當重建雙層殼體時，內殼體和外殼體之間的現存結構可以進行適配的，以使所述結構比內殼體的支撐結構弱，以及將泡沫塑料成形材料流入內外殼體之間的間隙中，優選地，泡沫塑料球體和粘結劑一起，其中所述泡沫塑料層與內外殼體連接。
17.如權利要求12-16任一項所述的方法，其特徵在於，泡沫塑料材料層厚度為0.05-3.0m，高強度鋼板的厚度是0.005-0.030m。
18.如權利要求12-17任一項所述的方法，其特徵在於，泡沫塑料層選擇包括粘結劑密度為60-400kg/m3，大約至多為200kg/m3，最好是100-150kg/m3。
19.如權利要求12-18任一項所述的方法，其特徵在於，向內面向間隙的殼體的內表面可以與粘結劑預粘結，以形成擴張連接或彈性粘結連接，如雙組分聚氨脂粘結劑、環氧樹脂及溼固單組分聚氨酯粘結劑或其它類型的預固體。
20.如權利要求12-19任一項所述的方法，其特徵在於，選擇泡沫聚丙烯、泡沫聚乙烯、泡沫聚苯乙烯、泡沫PET、泡沫PPO、泡沫PVC或其混合物做為泡沫塑料球體。
21.如權利要求12-20任一項所述的方法，其特徵在於，熱硬化塑料或其它任何硬化粘結劑做為粘結劑。
全文摘要
一種船體，尤其是油輪、運送化學品的船舶、客船及漁船，包括位於骨架、縱向加強肋和縱梁上的支撐結構上的由鋼板或鋁板形成的內殼體，具有改進的浮力和能量吸收能力，及製造該船舶的方法。在外殼體(200)和內殼體(202)之間具有主要是閉合孔的泡沫塑料材料層(204)。外殼體由高強度鋼板製成，其中在受到外部應變時，外殼體和泡沫塑料材料適用於相結合地構成能量吸收變形區。
文檔編號B32B15/08GK1922070SQ200480037525
公開日2007年2月28日 申請日期2004年10月20日 優先權日2003年10月20日
發明者S·約恩松 申請人:法格達拉海運系統公司