一種凸出船底的氣層減阻裝置及其安裝方法、船舶與流程

2023-08-22 18:38:03 2

1.本發明涉及船舶減阻技術領域，尤其是涉及一種凸出船底的氣層減阻裝置及其安裝方法、船舶。


背景技術：

2.船舶氣層減阻裝置是指通過在船體與水之間注入氣體，在船底表面形成氣膜層或者氣泡層，降低船底附近流體的粘性，抑制湍流現象的發生，以減小船體與水之間的摩擦，從而降低船舶所受摩擦阻力的裝置。
3.現有技術中，通常採用凸出船底的氣層減阻裝置來降低船舶所受摩擦阻力，在現有凸出船底的氣層減阻裝置中，凸出船底的部件有矩形狀和沿船舶縱向的長條狀，為最大化減阻效果，氣體噴出時的覆蓋範圍要布滿整個船底，凸出構件在船寬上的投影長度要等於船寬，即要在寬度方向上布置很多個相同的凸出構件，然而在船體底部設置很多個相同的凸出構件，需投入巨額花費，且需在船體內部預留額外噴氣空間，更為要緊的是會幹涉船體原有的縱向和橫向加強構件，影響船體的結構強度。


技術實現要素：

4.針對現有技術中存在的缺陷，本技術提供一種凸出船底的氣層減阻裝置，以解決現有技術中需在船底寬度方向上設置很多相同突出構建的問題。
5.為實現上述目的，本發明提供如下技術方案。
6.一種凸出船底的氣層減阻裝置，包括凸出船底板部件，所述凸出船底板部件包括可形成有中空腔體的箱體，所述箱體上表面貼附並固接於船底板外表面，所述箱體下表面用於直接接觸水，所述箱體設置有氣體出口；所述船底板上開設有與所述中空腔體連通的透氣孔，所述中空腔體內設置有數個氣流導向板，所述氣流導向板以所述透氣孔在所述中空腔體中的進氣區域為起始端、以箱體的所述氣體出口為終端呈發射狀布置；由所述氣體出口噴出的氣體噴出時的覆蓋範圍大於所述凸出船底板部件在船寬上的投影長度。
7.在一種實施方案中，所述箱體沿著所述進氣區域至所述氣體出口方向為漸擴狀結構。
8.在一種實施方案中，所述箱體包含墊板、蓋板，所述墊板上表面貼附並固接於所述船底板外表面，所述氣流導向板上表面貼附並固接於船底板外表面，所述氣流導向板下表面貼附並固接於所述蓋板上表面，所述蓋板上表面貼附於並固接於所述氣流導向板下表面和所述墊板下表面，所述蓋板下表面與水直接接觸。
9.在一種實施方案中，所述墊板由兩塊相同的矩形板拼接在一起，兩塊所述矩形板的長邊形成夾角，所述夾角大於0度，小於等於180度，所述夾角尖端處設置有所述進氣區域，所述夾角的開口指向所述氣體出口。
10.在一種實施方案中，所述蓋板形狀為與所述墊板相同夾角的扇形，所述扇形開口指向所述氣體出口。
11.在一種實施方案中，所述墊板形成的夾角與水接觸的一端有倒邊處理，所述蓋板的夾角與水接觸的一端有倒邊處理。
12.在一種實施方案中，還包括氣體輸送管道，所述氣體輸送管道固定於船底板內表面，所述氣體輸送管道一端連接氣體供給端，另一端與所述透氣孔密封固定連接，所述氣體輸送管道內徑與透氣孔的孔徑相等，所述氣體輸送管道上設置有流量控制閥、傳感器及止回閥。
13.在一種實施方案中，所述氣流導向板的形狀相同，靠近所述進氣區域一側窄，遠離所述進氣區域的一側寬，多個所述氣流導向板間隔分布。
14.在一種實施方案中，所述氣流導向板的形狀為等腰梯形，所有所述氣流導向板兩腰的延長線匯聚於同一點。
15.本發明還提供上述任一種凸出船底的氣層減阻裝置的安裝方法，包括以下步驟：
16.a.確定出船底的船底板區域；
17.b.在所述船底板區域的迎流前半段選取首尖、首肩、平行中體三個位置進行氣層減阻裝置的安裝，在首尖位置，布置一個所述凸出船底的氣層減阻裝置，在首肩、平行中體位置，分別布置至少兩個所述凸出船底的氣層減阻裝置，直至所述氣體噴出時的覆蓋範圍布滿整個船底。
18.本發明還提供一種船舶，包括船體和船底，所述船底安裝有上述任意一項所述的凸出船底的氣層減阻裝置，所述凸出船底的氣層減阻裝置在所述船底的安裝位置按照上述的安裝方法布置。
19.本技術中的凸出船底的氣層減阻裝置及其安裝方法具有的有益效果：
20.1)本技術通過橫截面沿著船首至船尾方向逐漸增大的凸出船底板部件的設置增大了氣層減阻裝置的氣體覆蓋範圍，改善現有同類技術中存在的氣體噴射覆蓋面不高的問題，能夠以更少的噴氣點實現同等或者更大的氣體覆蓋範圍。
21.2)本技術中氣層減阻裝置通過船底板上的凸出部件噴出氣體，無需在船體內部預留額外噴氣空間，不幹涉船體原有的縱向和橫向加強構件的布置，對原有船體結構強度沒有不利影響或者幾乎沒有不利影響。這種特點使其不僅可以用於新船建造，也可用於舊船改裝。
22.3)本技術中的船底板凸出構件，在厚度上相當於兩層船底板厚度甚至更薄，在最小化凸出面積的同時，並採用倒邊處理，使裝置帶來的附加阻力最小。
23.4)本技術中的氣層減阻裝置中的船底板構造簡單，其構件多為形狀規則的平板組成，便於加工，連接件少，裝置性能穩定性高。
24.5)本技術中的氣層減阻裝置噴出的氣體，緊貼船底板，每次開啟裝置都能起到衝刷船底的效果，從而減少了海洋浮遊生物的附著，某種程度上進一步提升了該裝置的減阻能力。
附圖說明
25.為了更清楚地說明本技術實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本技術的某些實施例，因此不應被看作是對範圍的限定，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這
些附圖獲得其他相關的附圖。
26.圖1為根據本技術實施例示出的一種凸出船底的氣層減阻裝置構成圖；
27.圖2為根據本技術實施例示出的一種凸出船底板部件外側視圖；
28.圖3為根據本技術實施例示出的一種凸出船底板部件內側視圖；
29.圖4為根據本技術實施例示出的一種包含氣體輸送管道、船底板、船底板透氣孔和凸出船底板部件的剖面圖。
30.圖5為根據本技術實施例示出的安裝有該氣層減阻裝置的船底板視圖。
31.附圖標記：1、氣體輸送管道；2、凸出船底板部件；21墊板；22、蓋板；23氣流導向板；3、船底板；31、透氣孔；4、氣腔；5、氣槽；6、船底板邊線；61、首尖；62、首肩；63、平行中體。
具體實施方式
32.為使本技術實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本技術實施例中的附圖，對本技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本技術一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本技術實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。
33.因此，以下對在附圖中提供的本技術的實施例的詳細描述並非旨在限制要求保護的本技術的範圍，而是僅僅表示本技術的選定實施例。基於本技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本技術保護的範圍。
34.本技術實施例公開一種凸出船底的氣層減阻裝置，參照圖1-3，包括氣體輸送管道1和凸出船底板部件2。
35.其中，凸出船底板部件2包括可形成有中空腔體的箱體，箱體上表面貼附並固接於船底板3外表面，箱體下表面用於直接接觸水，箱體設置有氣體出口，船底板3上開設有與所述中空腔體連通的透氣孔31，中空腔體內設置有數個氣流導向板23，氣流導向板23以透氣孔3在中空腔體中的進氣區域為起始端、以箱體的氣體出口為終端呈發射狀布置，由氣體出口噴出的氣體噴出時的覆蓋範圍大於凸出船底板部件2在船寬上的投影長度。
36.箱體包含墊板21、蓋板22，墊板21上表面貼附並固接於船底板3外表面，氣流導向板23上表面貼附並固接於船底板3外表面，氣流導向板23下表面貼附並固接於所述蓋板22上表面，蓋板22上表面貼附於並固接於所述氣流導向板23下表面和墊板21下表面，蓋板22下表面與水直接接觸。
37.墊板21由兩塊相同的矩形板拼接在一起，兩塊矩形板的長邊形成夾角，夾角大於0度，小於等於180度，夾角尖端處設置有進氣區域，夾角的開口指向所述氣體出口，蓋板22形狀為與墊板21有相同夾角的扇形，扇形開口指向所述氣體出口，墊板21形成的夾角與水接觸的一端有倒邊處理，蓋板22的夾角與水接觸的一端有倒邊處理，從而使水從船底表面到墊板下表面儘可能光順銜接，保持流線型過度，以最小化凸出部件所帶來的附加阻力。
38.如圖1所示，氣體輸送管道1固定於船底板3內表面，氣體輸送管道1一端連接氣體供給端，另一端與船底板3上的透氣孔31密封固定連接，氣體輸送管道1內徑與透氣孔31的孔徑相等，船底板3作為船體部件之一，在其固有用途之外，還為氣體輸送管道1和凸出船底部件2提供附著物。
39.如圖1、3所示，氣流導向板23的形狀相同均為等腰梯形，靠近進氣區域一側窄，遠離進氣區域的一側寬，多個氣流導向板23間隔分布，所有氣流導向板23兩腰的延長線匯聚於同一點。
40.船底板3外表面、墊板21內側、蓋板22上表面以及氣流導向板23窄邊側組成氣腔4空間邊界，氣體在氣腔4空間邊界完成氣泡發生過程，船底板3外表面、蓋板22上表面、以及相鄰兩氣流導向板23的腰組成氣槽空間5邊界，或者氣槽5空間邊界由船底板3外表面、蓋板22上表面、以及墊板21內側與相鄰氣流導向板23的腰組成，
41.在一種實施方案中，氣體輸送管道1上設置有控制氣體輸流量的流量控制閥，還設置有監控氣體溫度、壓強和流速等物理量的傳感器，同樣還設置了防止海水倒流的止回閥。
42.如圖4所示，在本技術公開凸出船底的氣層減阻裝置中，氣體通過氣體輸送管道1達到氣腔4中，並在氣腔4處完成氣泡發生，發泡後的氣體沿著氣槽5噴向下遊的各個方向。
43.本技術所公開凸出船底的氣層減阻裝置的安裝方法，包括以下步驟：
44.首先確定出船底板區域，如圖5所示，由船底板邊線6所圍成的區域，並選擇該區域作為該氣層減阻裝置的安裝區域，安裝於該區域可保證氣體儘可能多的貼敷在船體表面，避免在浮力的作用下過快逸散至水面，使減阻效果大打折扣。
45.在上述船底板區域的迎流前半段的選取首尖61、首肩62、平行中體63三個位置進行氣層減阻裝置的安裝。
46.在首尖61位置，布置一個本技術所提供的氣層減阻裝置，其中墊板21和蓋板22所構成的扇形的尖端指向船首，扇形開口指向船尾，扇形夾角的大小近似等於船底板邊線的進流角。
47.在首肩62位置，布置至少兩個本技術所提供的氣層減阻裝置，當兩肩間距較小時，布置兩個本技術所提供的減阻裝置，此時的兩個減阻裝置的凸出船底板部件的扇形墊板21、蓋板22關於船舶中縱線對稱，且扇形靠近船舶中縱線的一邊垂直於船舶中縱線，另一邊與之形成的夾角大小則根據肩部的凹凸程度決定；當兩肩間距較大時，則布置兩個以上本技術所提供的減阻裝置，最外邊的兩個減阻裝置的布置方式與上述只布置兩個減阻裝置時的布置方式相同，中間的減阻裝置的布置則需要根據cfd計算結果和船底板氣體的覆蓋率來確定扇形的夾角大小，該夾角大於0度，小於等於180度，且中間的減阻裝置的夾角中線與船舶中縱線平行。
48.在平行中體63位置，布置至少兩個及以上本技術所提供的氣層減阻裝置，一般為三個，具體個數還要依據船舶寬度而定，對於較窄的船舶，布置兩個本技術所提供的減阻裝置，此時的兩個減阻裝置的凸出船底板部件的扇形墊板21、蓋板22關於船舶中縱線對稱，此時扇形夾角為90
°
，扇形的一邊垂直於船舶中縱線，另一邊平行於船舶側邊線；對於較寬的船舶，則需要布置兩個以上本技術所提供的減阻裝置，最外邊兩個的布置方式與上述只布置兩個減阻裝置時的布置方式相同，中間的減阻裝置的布置則需要根據cfd計算結果和船底板氣體的覆蓋率來確定扇形的夾角大小，該夾角大於0度，小於等於180度,且中間的減阻裝置的夾角中線與船舶中縱線平行。
49.按上述方式安裝完氣層減阻裝置後，如圖4所示，空氣、蒸汽、氮氣、氦氣等氣體經由氣體輸送管道1，從氣體供給端傳送到船底板3上孔徑與氣體輸送管道1內徑一致的船底板透氣孔31，並由船底板透氣孔31進入氣腔4中，氣體在氣腔4中進行氣泡發生後，並沿著各
個方向上的氣槽5貼著船底板噴向下遊，在船底形成一層氣膜。
50.氣體通過氣體輸送管道進入船底板凸出部件時的溫度、氣壓和流速等物理信息可被管道上的相關傳感器捕捉，依據這些信息可通過各類閥件對氣體的噴射狀態進行調整，或開、或關、或大、或小。氣體輸送管道上還存在止逆閥，可以保證氣層減阻裝置在未使用時海水不會倒灌。
51.以上所述僅為本技術的優選實施例而已，並不用於限制本技術，對於本領域的技術人員來說，本技術可以有各種更改和變化。凡在本技術的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本技術的保護範圍之內。