一种利于减阻的铺管船月池优化结构的制作方法

本发明涉及海船运输领域，特别是涉及一种利于辅管船上月池在航行过程中减阻的辅管船月池优化结构。

背景技术：

深水起重铺管船是海洋油气开采过程中最为重要的装备之一，一般通过自航或拖航进行移动。为了进行起重机作业，铺管作业和水下施工/安装作业，铺管船上会有各种特殊结构。出于作业需要，通常在靠近船舯位置设计一个垂向贯通式开口(即月池)，月池虽然方便了作业，但月池的存在使得航行阻力大大增加，研究表明：中低航速时附加阻力可占全船阻力的10％～30％，高航速时甚至可达100％，而钻井船的设计航速通常在10kn以上，因此对月池结构进行优化，降低钻井船航行阻力是钻井船设计的重要环节。

出于安全考虑，一般来说月池位于船中，目前典型的月池形状包括矩形，阶梯形，圆柱形。已有的研究表明：圆形月池压力系数的最小值接近矩形月池的一半，而阶梯形月池的阻力也较小。为了解决水体晃荡问题，现有的研究和优化方式多从月池的宏观形状进行优化，设计了一些增加阻尼的结构，如：减小月池腔内流体激荡的阻尼板结构(cn104724248b、cn204548389u、cn104724248a)；在月池中设计防晃荡装置(cn101331054b、cn101331054a)；增加减阻结构以减少航行阻力的大型导流月池结构(cn207997953u)，在月池竖直边增加圆角以达到减阻目的等方式。

但现有设计主要聚焦在降低月池中水体晃荡上，对于导流等局部结构设计鲜有涉及，使得不能从根本上消除月池内水体的活塞运动和晃荡。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种利于辅管船上月池在航行过程中减阻的辅管船月池优化结构。

具体地，本发明提供一种利于减阻的铺管船月池优化结构，包括月池，在月池靠近行进方向一侧的底部边缘设置有向下方垂直延伸的挡边，挡边朝向行进方向的一侧为向水平面方向倾斜的引导面。

本发明在月池前壁增加的引导结构不会减少月池的开口面积，而且只需要在船底增加相应的楔形引导结构，即可大大减少进入月池的流体量，进而减少月池内水的振荡运动，达到降阻的目的。

附图说明

图1是本发明一个实施方式的月池结构示意图；

图2是本发明一个实施方式的月池立体示意图。

具体实施方式

以下通过具体实施例和附图对本方案的具体结构和实施过程进行详细说明。

如图1、2所示，在本发明的一个实施方式中，公开一种利于减阻的铺管船月池优化结构，其中，月池1设置在铺管船的中部，在月池1靠近行进方向一侧的底部边缘设置有向下方垂直延伸的挡边2，挡边2朝向行进方向的一侧为向水平面方向倾斜的引导面21。

在本实施方式中，由于从月池1前壁11(即月池与铺管船行进方向相对的一侧边)产生并向下游流动的漩涡是月池1附加阻力的主要源头，因此，本方案在前壁11底部设置挡边2，利用引导面21将行进方向的水向月池1的底部导流，进而减少进入月池1的水流，从而缓和月池1内水的振荡运动并达到减少附加阻力的目的。

本实施方式在月池前壁增加的引导结构不会减少月池的开口面积，而且只需要在船底增加相应的楔形引导结构，即可大大减少进入月池的流体量，进而减少月池内水的振荡运动，达到降阻的目的。

引导面21的倾斜角度如果太大或太小都会增加水流在月池1内的漩涡数量，因此，本实施方式通过cfd软件计算出引导面21与水平面之间的夹角α为5～6°范围内时其引导效果最佳，优选为5.71°。

本技术：
中限定的水平面可以是月池1内的水面，也可以是空间意义上水平方向的平面。

在本发明的另一个实施方式中，可同时将月池1与行进方向相对的一侧边缘底部设置为向行进方向倾斜的斜面3。将月池1的后壁(即与行进方向相对一面的侧壁)设置成向月池1外部扩展的切口斜面结构，该结构可以减小由前壁2处流过来的涡流撞击压力，并将涡流的撞击力通过斜面3向水面下引导，进而降低月池1后壁3上承担的压力，从而减少整个月池1的行进阻力。

尽管采用向外扩展的斜面3结构增加了月池1底部的开口面积，但是通过适当优化斜面3角度，达到减小撞击力和阻力的效果，使得因增加面积而增加的阻力远远小于增加斜面切口结构后降低的阻力，则该改进结构是合适的。

此外，根据目标航速，可以限定一个斜面3切口角度，使其与外部流体的交换减少，达到最优的减阻效果。本实施方式中，利用cfd根据月池的参数和铺管船的航速计算出斜面3与水平面的夹角β为60^～65°时引导效果最佳，优选为63.34°。

前述的月池1引导面21和斜面3结构可以配合在一起使用，达到最佳降阻效果。本实施方式中的引导面21和斜面3分别位于月池1内的水平面之下。其中，斜面3的高度可为月池1内水平面高度的2/3，或整个月池1高度的1/3。引导面21向行进方向延伸的宽度与斜面3的高度相同。而挡边2的高度可为斜面3高度的1/5左右。

为更好的达到降阻效果，本实施方式涉及的月池1为矩形月池，即月池1的水平截面为长方形，且长度方向与行进方向相对。

进一步地，还可在月池1底部接近水平面的位置设置向轴心方向凸出的凸缘4。凸缘4能够减少月池1内水平面的起伏程度，进而降低水阻。凸缘4结构既可以单独设置，也可以与前述的引导面21和斜面3结构同时设置。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

技术特征：

1.一种利于减阻的铺管船月池优化结构，包括月池，其特征在于，在月池靠近行进方向一侧的底部边缘设置有向下方垂直延伸的挡边，挡边朝向行进方向的一侧为向水平面方向倾斜的引导面。

2.根据权利要求1所述的优化结构，其特征在于，

所述引导面与所述水平面之间的夹角为5～6°。

3.根据权利要求1所述的优化结构，其特征在于，

所述月池与行进方向相对的一侧边缘底部为向行进方向倾斜的斜面。

4.根据权利要求3所述的优化结构，其特征在于，

所述斜面与所述水平面的夹角为60～65°。

5.根据权利要求3所述的优化结构，其特征在于，

所述引导面和所述斜面分别位于水平面之下。

6.根据权利要求5所述的优化结构，其特征在于，

所述斜面的高度为所述月池内水平面高度的2/3，或所述月池高度的1/3。

7.根据权利要求6所述的优化结构，其特征在于，

所述引导面的宽度与所述斜面的高度相同。

8.根据权利要求7所述的优化结构，其特征在于，

所述挡边的高度为所述斜面高度的1/5。

9.根据权利要求1所述的优化结构，其特征在于，

所述月池的水平截面为长方形，且长度方向与行进方向相对。

10.根据权利要求1所述的优化结构，其特征在于，

在所述月池底部接近水平面的位置设置有向轴心方向凸出的凸缘。

技术总结
本发明提供一种利于减阻的铺管船月池优化结构，包括月池，在月池靠近行进方向一侧的底部边缘设置有向下方垂直延伸的挡边，挡边朝向行进方向的一侧为向水平面方向倾斜的引导面。本发明在月池前壁增加的引导结构不会减少月池的开口面积，而且只需要在船底增加相应的楔形引导结构，即可大大减少进入月池的流体量，进而减少月池内水的振荡运动，达到降阻的目的。

技术研发人员：冯岩;余建星;王华昆;徐立新;王文涛;余杨;段庆昊
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2021.05.25
技术公布日：2021.07.30