一种快速更换动力源和能源方式的内河货船及其设计方法与流程

本发明涉及船舶，更具体涉及一种快速更换动力源和能源方式的内河货船及其设计方法。

背景技术：

1、内河货船常规设计中，动力源及能源位于机舱内，主推进及操舵系统一般由主机、齿轮箱、中间轴、螺旋桨轴、艉管及艉管滑油系统、舵机及舵系、舵机控制系统、舵叶等组成，船舶电力供应由发电机提供，常规设计方法中这些设备分散布置在机舱及舵机舱内，设计协调和建造协调工作量大，且有如下缺点：

2、不利于标准化设计，设计协调工作量大，为达到设计航速而设计的船舶型线影响机舱中这些设备布置，为满足设备布置又需对船舶型线进行调整等，从而设计周期长，设计成本高；

3、不利于标准化建造，船舶建造过程中不同工种施工作业交织在一起，施工组织困难，作业环境恶劣，作业效率低，建造周期长，建造成本高；

4、不利于营运过程中的维护保养，营运过程中的维护保养工作必须停航，在专门的维修保养船厂进行维修保养；

5、营运受制于国家政策，营运成本受制于能源市场供需引起的能源价格波动等，基本无法根据能源价格波动更换船舶能源方式，除非对船舶机舱进行开膛破肚后，对船舶进行颠覆性的改装，但无法在短时间内完成。

6、当前，绿色环保已成为内河船舶发展的主要方向，虽然各种新能源动力船层出不穷，但是存在“续航里程短”、“航线适应性差”、“新能源补给不确定”、“盈利模式不清晰”等关键痛点。

7、有鉴于此，有必要对现有技术中的内河货船予以改进，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于公开一种快速更换动力源和能源方式的内河货船及其设计方法，以解决上述技术问题，通过将船舶动力源和能源进行模块化设计，并放置于主甲板上，实现船舶动力源与能源模块的快速更换，提高了船舶营运的灵活性与便捷性。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种快速更换动力源和能源方式的内河货船，包括：

3、船舶动力源与能源模块，布置于船舶尾部的主甲板上，包括：

4、第一储能单元，至少布置于一组标准集装箱内，用于存储燃料能源；

5、转化单元，单独布置于一组标准集装箱内或与所述第一储能单元共同布置于一组标准集装箱内，所述转化单元通过传输管路与所述第一储能单元相连，用于将所述第一储能单元存储的燃料能源转化为电能；

6、第一传输电缆，一端和所述转化单元相连，另一端通过电缆快换接头与电缆插座箱连接，用于将电能输送到机舱内，并传递安全监测、报警、控制信号；

7、推进装置，布置于船舶的机舱内，且配置有驱动电机，能够驱动船舶螺旋桨转动推进与船舶的换舵。

8、作为本发明的进一步改进，所述船舶动力源与能源模块还包括第二储能单元，集成于至少一组标准集装箱内，用于存储电池组，所述第二储能单元通过第二传输电缆与所述电缆插座箱连接。

9、作为本发明的进一步改进，所述转化单元为箱式发电机，用于将能源燃料转化为电能，能源燃料包括柴油、天然气、氨燃料或甲醇。

10、作为本发明的进一步改进，所述转化单元所在的标准集装箱内还设有：

11、滑油储存柜，通过滑油管路连接箱式发电机，为所述箱式发电机提供润滑油；

12、配电箱与控制箱，包括支持系统、安全系统及电力管理系统，通过传输电缆将电能输送到机舱内，并传递安全监测、报警、控制信号；

13、以及布置于所述转化单元上方的排气管路、第一消防管路、通风管路、照明单元、探测及声光报警单元；

14、所述传输管路与部分所述第一传输电缆分别布置于所述标准集装箱内的底部两侧。

15、作为本发明的进一步改进，所述船舶的甲板室为上下复式布置，且下层甲板室部分下沉至主甲板的下方。

16、作为本发明的进一步改进，所述船舶的甲板室布置在船首主甲板上。

17、作为本发明的进一步改进，所述箱式发电机的外周包覆有防火隔热绝缘层，所述防火隔热绝缘层的外表面还覆有吸音网孔镀锌板。

18、作为本发明的进一步改进，所述箱式发电机的底部角件通过钮锁与船舶尾部主甲板上的箱脚固定，顶部角件通过绑扎件与船舶的绑扎眼板绑扎，所述箱式发电机与集装箱的箱体之间还布置有隔震器。

19、作为本发明的进一步改进，所述船舶动力源与能源模块前后的主甲板上以及甲板室的后方布置有水雾灭火系统，用于船舶动力源与能源模块的灭火以及对甲板室的保护。

20、作为本发明的进一步改进，还包括第二消防管路，一端和船舶动力源与能源模块相连，另一端通过管路快换接头与管路接口阀箱连接，用于连接船舶消防系统至船舶动力源与能源模块中。

21、本发明还公开了一种快速更换动力源和能源方式的内河船的设计方法，包括以下步骤：

22、s1，基于纳什博弈理论，选取航行能源以及能源的补给方式，基于计算流体力学仿真计算结果，确定推进装置与船舶尾部的最优型线；

23、当推进装置为常规轴推进时，采用双尾鳍型线；

24、当推进装置为全回转推进装置或无轴推进装置，采用单尾型线加分水踵的型线；

25、s2，将船舶动力源与能源模块集成于标准集装箱内，并根据标准集装箱的布置方式，确定甲板室的布置方式；

26、当所述标准集装箱采用沿船宽的方向依次排布，甲板室采用复式布置；

27、当所述标准集装箱采用沿船长的方向依次排布，甲板室布置于船首甲板上；

28、s3，基于计算流体力学仿真计算结果对动力源和能源模块中可能产生的危险气体进行气体扩散仿真计算，确定应急排气口的合理位置；

29、s4，重新计算船舶的重量重心，调整空船重量分布曲线,对船舶的稳性进行校核与调整。

30、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

31、(1)一种快速更换动力源和能源方式的内河货船及其设计方法，通过将船舶动力源和能源进行模块化设计，集成船舶动力源与能源模块并采用标准集装箱的形式放置于主甲板上，由于采用标准化、模块化设计，利于建造，大大改善了施工作业难度，缩减建造周期，降低建造成本，更重要的是能够实现船舶动力源与能源模块的快速更换，通过在甲板上将能源燃料转化为电能，并传输给机舱内的推进装置以及船舶附属设施使用，改变了传统船舶能源需求单一，提高了船舶营运的灵活性与便捷性；在船舶主尺度不变的情况下，将机舱的长度缩短，以节省主甲板的空间供标准集装箱使用，提升装箱量10％，大大降低营运成本，提升营运收益。

32、(2)集成的船舶动力源与能源模块具有“可充、可换、可拓展”的模块化特征，有效解决新能源动力船续航里程短、航线受限、能源补给困难等问题；动力源模块化使得内河船舶“动力单元租赁”营运模式有了关键技术支撑，解决了船东初期投资大、盈利模糊等问题；模块化设计也将大大提高内河船舶建造效率、降低产品成本、便捷后期维护，有望推动内河船舶发展进入新阶段。此外，还具有良好的能源适配性，为新能源发展预留了充足的应用空间。

技术特征：

1.一种快速更换动力源和能源方式的内河货船，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种快速更换动力源和能源方式的内河货船，其特征在于，所述船舶动力源与能源模块还包括第二储能单元，集成于至少一组标准集装箱内，用于存储电池组，所述第二储能单元通过第二传输电缆与所述电缆插座箱连接。

3.根据权利要求1所述的一种快速更换动力源和能源方式的内河货船，其特征在于，所述转化单元为箱式发电机，用于将能源燃料转化为电能，能源燃料包括柴油、天然气、氨燃料或甲醇。

4.根据权利要求3所述的一种快速更换动力源和能源方式的内河货船，其特征在于，所述转化单元所在的标准集装箱内还设有：

5.根据权利要求1所述的一种快速更换动力源和能源方式的内河货船，其特征在于，所述船舶的甲板室为上下复式布置，且下层甲板室部分下沉至主甲板的下方。

6.根据权利要求1所述的一种快速更换动力源和能源方式的内河货船，其特征在于，所述船舶的甲板室布置在船首主甲板上。

7.根据权利要求3所述的一种快速更换动力源和能源方式的内河货船，其特征在于，所述箱式发电机的外周包覆有防火隔热绝缘层，所述防火隔热绝缘层的外表面还覆有吸音网孔镀锌板。

8.根据权利要求3所述的一种快速更换动力源和能源方式的内河货船，其特征在于，所述箱式发电机的底部角件通过钮锁与船舶尾部主甲板上的箱脚固定，顶部角件通过绑扎件与船舶的绑扎眼板绑扎，所述箱式发电机与集装箱的箱体之间还布置有隔震器。

9.根据权利要求2所述的一种快速更换动力源和能源方式的内河货船，其特征在于，所述船舶动力源与能源模块前后的主甲板上以及甲板室的后方布置有水雾灭火系统，用于船舶动力源与能源模块的灭火以及对甲板室的保护。

10.一种快速更换动力源和能源方式的内河船的设计方法，基于权利要求1所述的一种快速更换动力源和能源方式的内河货船，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种快速更换动力源和能源方式的内河货船，包括：船舶动力源与能源模块，布置于船舶尾部主甲板上，包括：第一储能单元，至少布置于一组标准集装箱内；转化单元，单独布置于一组标准集装箱内或与第一储能单元共同布置于一组标准集装箱内，转化单元通过传输管路与第一储能单元相连，用于将第一储能单元存储的燃料能源转化为电能；第一传输电缆，一端和转化单元相连，另一端通过电缆快换接头与电缆插座箱连接，用于将电能输送到机舱内，并传递安全监测、报警、控制信号；推进装置，布置于船舶机舱内，且配置有驱动电机，能够驱动船舶推进与船舶的换舵。本发明实现了船舶动力源与能源模块的快速更换，提高了船舶营运的灵活性与便捷性。

技术研发人员：薛新峰,管义锋,李岳洋,刘波涛
受保护的技术使用者：江苏现代造船技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15