CN107235113B - 一种高速船消波减阻及航态优化装置 - Google Patents

一种高速船消波减阻及航态优化装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高速船消波减阻及航态优化装置，包括信息采集系统、分析控制系统、驱动系统、管路系统。信息采集系统主要包括三维航态仪、航态信息采集系统、航速传感器、航速信息采集系统；分析控制系统主要包括分析系统和控制系统；驱动系统主要包括自吸式离心泵、电动机、增压机、发电机舱；管路系统主要包括船艏吸波口、过渡管、储水箱、船艉喷头。本发明通过船艏吸波口吸收艏部兴波，吸入的海水通过驱动系统最终在船艉以可变高度水幕形式排出，形成船艉水幕阻流板，达到削减、消除船艏兴波浪，调整船舶航态的效果；通过对船体航速、航态的实时监测，自动调整吸入水量以及排水压力，实现对水幕高度的自动调节。

Description

一种高速船消波减阻及航态优化装置
技术领域
本发明属于船舶领域，具体涉及一种高速船消波减阻及航态优化装置。
背景技术
近年来，能源枯竭和环境污染成为了全球范围内关注的热点，而船舶行业作为能耗重点行业，其所需要消耗的能源以及所造成的环境污染等都是不容忽视的。高速船的型线设计以及其服务航速范围使之在使用过程中具有一些难以克服的问题，具体体现在：航行时船体湿面积过大，带来较大的航行阻力，抑制了航速的进一步提高，增大了油耗和排放量；航行过程中纵倾较大，使船员的工作能力下降，稳性降低，设备安全隐患增加，螺旋桨推进效率恶化，降低了舒适性；高速情况下尾流场兴波严重，增大主机能耗，恶化船舶航行性能，所产生的尾浪对堤坝、海岸、港口和近海结构物具有严重的冲击和威胁。更有一些执行特殊工作和任务的高速船，如带有拖网和拖曳设备的船只，由于这些现象而导致航速无法提高，能耗和排放量巨大，航行安全性无法保障，设备使用中存在威胁等问题。以上这些问题均是高速船与生俱来的问题，若干年来仅靠船舶自身的船型优化和总体设计均无法改变。
专利申请号为200820173224.2的实用新型专利文件中公开了一种改进的可移动消波装置，它包括浮筏体、破波墙、阻尼消波膜、沉力件，碎波墙固定设置在浮筏体上方，阻尼消波膜固定在浮筏体下方，沉力件固定在阻尼消波膜的底部；从浮筏体较长的两边支起碎波墙，碎波墙由若干人字架排列成骨架，骨架外罩网衣。该技术方案能破碎越浪，有效衰减越浪能量，并消减海面以下潜浪的强度。该技术方案所涉及的消波装置主要用于海上，所涉及的消波装置浮于水面，为被动式消波。而本发明所涉及的一种高速船消波减阻及航态优化装置通过船艏吸波口吸收艏部兴波，吸入的海水通过驱动系统最终在船艉以可变高度水幕形式排出，形成船艉水幕阻流板，达到削减、消除船艏兴波浪，调整船舶航态的效果；通过对船体航速、航态的实时监测，自动调整吸入水量以及排水压力，实现对水幕高度的自动调节，使船舶达到最佳航行状态。
发明内容
针对目前现有技术中存在的不足，本发明旨在提供一种减小船艏兴波、降低高速船阻力、提高航速、改善航态、降低排放量、增加船舶航行稳定性、减小尾波、保护海岸的一种高速船消波减阻及航态优化装置。
本发明的目的是这样实现的：
本发明为一种高速船消波减阻及航态优化装置，包括信息采集系统、分析控制系统、驱动系统、管路系统，其特征在于：所述的信息采集系统收集航态、航速信息，并把信息传递给分析控制系统；所述的分析控制系统整理、分析所采集到的信息，并依据信息制定方案，通过数据线传递给驱动系统；所述的驱动系统和管路系统各有两套，分布在船舶左右两侧且相对独立；所述的驱动系统驱动管路系统吸收船艏水波，使水波在船艉以水幕形式排出。
所述的信息采集系统包括三维航态仪1-1、航态信息采集系统2-1、航速传感器1-2、航速信息采集系统2-2、若干缆线17和数据线18；三维航态仪1-1将收集的船体航态信息通过缆线17传递给航态信息采集系统2-1，航速传感器1-2将航速信息通过缆线17传递给航速信息采集系统2-2，航态信息采集系统2-1和航速信息采集系统2-2分别对航态信息和航速信息进行滤波和采样，将所得到数据通过数据线18传递给分析控制系统。
所述的分析控制系统包括分析系统5和控制系统6；分析系统5对信息采集系统传递来的数据进行整理、分析，把结果通过数据线18传递给控制系统6；控制系统6基于结果形成相应的控制方案，通过数据线18传递给电动机8和增压机11，改变电动机8的转速和增压机11的压力输出。
所述的驱动系统包括自吸式离心泵7、电动机8、增压机11、发电机舱、若干缆线17和电线19；自吸式离心泵7和电动机8驱动管路系统吸入船艏水波；增压机11对通过自吸式离心泵7的海水进一步加压处理，使其高速排出；发电机舱给电动机8和增压机11提供电力。
所述的管路系统包括船艏吸波口12、过滤网16、过渡管9、储水箱13、船艉喷头15、船艉板14、喷头侧板20；船艏吸波口12通过船体表面伸入船舱，过滤网16位于船艏吸波口12外侧，工作时，船艏吸波口12吸入海水，将海水从过渡管9输入到储水箱13暂存；船艉喷头15固定于船艉板14上，过渡管9与船艉喷头15之间通过弯管连接；喷头侧板20与船艉板14构成纵向开口，开口宽度为b，b＜L/100；管路系统中其他函数关系为：0.8T＜H＜1.2T，S＜L/10，其中H、S、T、L分别表示船艏吸波口中心线距离水线高度、吸波口前端距艏柱距离、船的吃水、水线长。
所述的船艉喷头15内部存在带轴21螺旋叶片22，入射水流带动螺旋叶片22旋转用以纵向传递水流，形成均匀水幕喷出船体；左右船艉喷头15中间用隔板23隔开。
附图说明
图1为一种高速船消波减阻及航态优化装置的结构示意图。
图2为一种高速船消波减阻及航态优化装置的俯视示意图。
图3为一种高速船消波减阻及航态优化装置的船艉喷头侧视图。
图4为一种高速船消波减阻及航态优化装置的船艉喷头内部结构图。
图5为一种高速船消波减阻及航态优化装置的船艉喷头内部螺旋叶片示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明：
如图1到图5所示，一种高速船消波减阻及航态优化装置主要包括信息采集系统、分析控制系统、驱动系统、管路系统，所述的信息采集系统用于航态、航速信息的收集，并把信息传递给分析控制系统，所述的分析控制系统用于整理、分析所采集到的信息，并依据当前信息制定方案，通过数据线18传递给驱动系统，驱动系统用以驱动管路系统吸收船艏水波，并在船艉以水幕形式排出。
如图1和图2所示，信息采集系统主要包括三维航态仪1-1、航态信息采集系统2-1、航速传感器1-2、航速信息采集系统2-2、若干缆线17和数据线18，船舶航行时，三维航态仪1-1将收集的船体航态信息通过缆线17传递给航态信息采集系统2-1，航速传感器1-2将航速信息通过缆线17传递给航速信息采集系统2-2，由各自的信息采集系统进行滤波和采样，再将所得到数据通过数据线18传递给分析控制系统，分析控制系统包括分析系统5和控制系统6，分析系统5对信息采集系统传递来的航态、航速信息进行整合、分析，并把结果通过数据线18传递给控制系统6，控制系统6基于当前的分析评估结果形成相应的控制方案，通过数据线18传递给电动机8和增压机11，改变转速和压力输出。船艏吸波口12作为系统吸入海水的入口，通过船体表面深入船舱，通过过渡管9-1把水输入储水箱13暂存，驱动系统中的自吸式离心泵7和电动机8为船艏海水的吸入提供动力，将储水箱13中的海水吸出，通过过渡管9-3输给增压机11进行压力增强处理，使其通过过渡管9-4高速进入船艉喷头15，形成水幕喷出船体，改变船体周围流场中的速度和压力分布，实现减阻、提速、增加稳性、减小尾浪的作用，之后船体将获得新的航速和航态，继续由三维航态仪1-1、航态信息采集系统2-1、航速传感器1-2、航速信息采集系统2-2监测新的船体信息，并传递给分析控制平台进行新的评估和分析，如此反复循环，直至达到最优状态。
如图1和图2所示，船艏吸波口12前端有过滤网16，用以避免海洋垃圾以及海洋生物吸入船舱，造成设备损坏。
如图3到图5所示，船艉喷头15固定于船艉板上14，喷头侧板20与船艉板14构成纵向开口，开口宽度为b，船艉喷头15内部存在带轴21螺旋叶片22，入射水流带动螺旋叶片22旋转用以纵向传递水流，形成均匀水幕喷出船体，左右船艉喷头15不连续，中间用隔板23隔开，避免相互影响。
本发明采用多种传感器获得船体航行状态下的信息，确保信息收集的全面、准确；
本发明具有数据整理和综合分析功能，能够提供针对当前船型和航行情况下的优化控制方案；
本发明的驱动系统电力供应依靠船舶发电机舱，减少了额外设备投入；
本发明的驱动系统中的吸水泵采用自吸式离心泵，能够自动排出管内气体，增加吸水效率；
本发明通过船艏吸波口削减、消除船艏兴波，能够有效降低船舶兴波阻力，减小对于动力的消耗，增加航速，以及减少船艏波向外辐射对堤岸造成的危害；
本发明在船尾形成的水幕能够起到调节船舶运动姿态的作用，通过水幕阻流作用改善船舶纵倾、增加船体升力、降低船艉兴波；
本发明用喷射出的高压水幕作为实现消波减阻、提升航速、节能环保、增强船舶稳定性的装置，既方便实时调控，极短时间内实现船舶航速和航态的调控，又不需要其他多余设备，降低对于仓容和重量的要求，同时，不采用其他材质也不会对环境造成相应的污染；
本发明的船艏吸波口装有过滤网，有效避免海洋生物或是海洋垃圾堵塞设备；
本发明的过渡管与船艉喷头之间通过弯管连接，最大程度避免流动局部损失；
本发明的船体两侧各有一套相对独立的驱动系统和管路系统，可以通过控制输出不同高度水幕来增强船舶转向性能；
本发明采用闭环的监测和控制系统，通过监测—控制—调节—监测—控制的循环修正方式，根据不同航速、航态及时改变海水吸入量以及水幕高度，使船舶的航速、航态达到指定要求。

Claims (1)

1.一种高速船消波减阻及航态优化装置，包括信息采集系统、分析控制系统、驱动系统、管路系统，其特征在于：所述的信息采集系统收集航态、航速信息，并把信息传递给分析控制系统；所述的分析控制系统整理、分析所采集到的信息，并依据信息制定方案，通过数据线传递给驱动系统；所述的驱动系统和管路系统各有两套，分布在船舶左右两侧且相对独立；所述的驱动系统驱动管路系统吸收船艏水波，使水波在船艉以水幕形式排出；
所述的信息采集系统包括三维航态仪(1-1)、航态信息采集系统(2-1)、航速传感器(1-2)、航速信息采集系统(2-2)、若干缆线(17)和数据线(18)；三维航态仪(1-1)将收集的船体航态信息通过缆线(17)传递给航态信息采集系统(2-1)，航速传感器(1-2)将航速信息通过缆线(17)传递给航速信息采集系统(2-2)，航态信息采集系统(2-1)和航速信息采集系统(2-2)分别对航态信息和航速信息进行滤波和采样，将所得到数据通过数据线(18)传递给分析控制系统；
所述的分析控制系统包括分析系统(5)和控制系统(6)；分析系统(5)对信息采集系统传递来的数据进行整理、分析，把结果通过数据线(18)传递给控制系统(6)；控制系统(6)基于结果形成相应的控制方案，通过数据线(18)传递给电动机(8)和增压机(11)，改变电动机(8)的转速和增压机(11)的压力输出；
所述的驱动系统包括自吸式离心泵(7)、电动机(8)、增压机(11)、发电机舱、若干缆线(17)和电线(19)；自吸式离心泵(7)和电动机(8)驱动管路系统吸入船艏水波；增压机(11)对通过自吸式离心泵(7)的海水进一步加压处理，使其高速排出；发电机舱给电动机(8)和增压机(11)提供电力；
所述的管路系统包括船艏吸波口(12)、过滤网(16)、过渡管(9)、储水箱(13)、船艉喷头(15)、船艉板(14)、喷头侧板(20)；船艏吸波口(12)通过船体表面伸入船舱，过滤网(16)位于船艏吸波口(12)外侧，工作时，船艏吸波口(12)吸入海水，将海水从过渡管(9)输入到储水箱(13)暂存；船艉喷头(15)固定于船艉板(14)上，过渡管(9)与船艉喷头(15)之间通过弯管连接；喷头侧板(20)与船艉板(14)构成纵向开口，开口宽度为b，b＜L/100；管路系统中其他函数关系为：0.8T＜H＜1.2T，S＜L/10，其中H、S、T、L分别表示船艏吸波口中心线距离水线高度、吸波口前端距艏柱距离、船的吃水、水线长；
所述的船艉喷头(15)内部存在带轴(21)螺旋叶片(22)，入射水流带动螺旋叶片(22)旋转用以纵向传递水流，形成均匀水幕喷出船体；左右船艉喷头(15)中间用隔板(23)隔开。
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