CN108128401A - 气体盖普稳压器 - Google Patents

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高丽瑾
周伟新
恽秋琴
陈少峰
徐杰
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    • B63B1/32—Other means for varying the inherent hydrodynamic characteristics of hulls
    • B63B1/34—Other means for varying the inherent hydrodynamic characteristics of hulls by reducing surface friction
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Abstract

本发明提供一种船用气体盖普稳压器，是为船用气体润滑减阻节能装置而设计的气体整流及稳压装置，包括设置在船底板上的N个稳压腔，稳压腔的底部设有m个喷气孔，所述N个稳压腔分别与供气设备相连，m≥3，N≥1，N个稳压腔沿船宽方向固定于船底板的内侧或外侧；N个稳压腔的两两间隔为5‑150m，其截面外形为长方形、方形、半圆形、半椭圆形或机翼型，且N个稳压腔内部光滑且彼此独立，稳压腔的体积为V＝CPQ/N，其中：Cp为气体压缩系数，Q为所述供气设备的供气量，N为稳压腔的数量，所述喷气孔设置在稳压腔的平行于水流方向的底部平面上，或者设置在所述稳压腔内的船底板上。

Description

气体盖普稳压器
技术领域
本发明涉及气体润滑减阻技术领域，是气体润滑减阻技术中的首要条件且关键技术，更具体地说，涉及一种使得气体稳定均匀喷出且使气层稳定保持的稳压器。
背景技术
随着IMO对船舶能效指标要求的逐步提高，为达到“2025年及以后建成的船舶能效在现有基础上提高30％”这一目标，仅靠现有的船型优化、主机优化及常规水动力节能装置等手段很难实现。新型船舶节能减排技术的研发因此成为船舶研究领域的重大课题，同时也受到广大船东的青睐。
船体表面气体润滑减阻技术，研究目标为船舶底部，通过向船舶底部通气，在船舶底部形成并保持一薄层气层，使船底面与水隔绝，减小湿表面积，可以显著降低船舶阻力，减少燃料消耗。使用时不受环境条件限制，不与现有其它节能措施冲突可联合使用，是具有极大潜力的新型船舶节能减排技术。
目前，气体润滑减阻技术在高速船上应用已基本成熟，低速船上应用只被少数国家掌握。由于低速船航速低的特点，使得气体润滑减阻技术于低速船上工程实施极为困难。在实际应用过程中，涉及如下关键技术：(1)气孔喷流的均匀性；(2)船舶底部的气层的形成并稳定维持。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种船用气体盖普稳压器，包括设置在船底板上的N个稳压腔，所述稳压腔的底部设有m个喷气孔，所述N个稳压腔分别与供气设备相连，m≥3，N≥1。
进一步地，N个稳压腔沿船宽方向固定于船底板的内侧或者外侧。
进一步地，N个稳压腔的两两间隔为5-150m。
进一步地，N个稳压腔的截面外形为长方形、方形、半椭圆形、半圆形或机翼型。
进一步地，所述N个稳压腔内部光滑且彼此独立。
进一步地，所述稳压腔的体积为V＝CPQ/N，其中：Cp为气体压缩系数，Q为所述供气设备的供气量，N为稳压腔的数量。
进一步地，所述喷气孔设置在所述稳压腔的平行于水流方向的底部平面上。
进一步地，所述喷气孔设置在所述稳压腔底部与水流接触面上。
本发明具有以下优势：
本发明主要是提供一种适用于船舶气体润滑减阻技术的气体整流、稳压技术，使气体充分在稳压器内降速、整流、稳压，保证各个喷气孔喷出的气体速度及压力保持一致，使得气体均匀地喷流入水，从而易于在船底形成并维持均匀稳定的气层。
附图说明
图1为本发明稳压器结构图
图2为图1的A-A横剖图
图3为图1的B-B横剖图
图4为本发明稳压器安装工艺图
图5为“长航洋山2”敞口集装箱船应用本发明稳压器安装示意图
图6为本发明独立稳压器气体控制图
图中：
①通气管法兰
②稳压腔
③船底板
④喷气孔
⑤通气管
⑥气穴挡板
⑦流量计
⑧压力表
⑨电动阀
⑩截止止回阀
旁内龙骨
纵骨
纵骨补板
纵骨开孔
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，该实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
参见图1、2、3，本发明从工程应用的角度出发，充分考虑各类船舶航速、吃水及结构的特点，旨在解决气体流速及压力的整流及预稳定以及喷出气体的均匀性问题，是应用于船舶上的气体润滑减阻系统的关键组成部分。本发明的气体盖普稳压器(气体盖普稳压器英文为Gas Pressure Keeping-Steady Equipment，简称Gapping，中文音译为“盖普”)，包括设置在船底板3上的多个稳压腔2。稳压腔2可以是一种凹槽形狭长的密封结构，用于形成狭长气道，它焊接于船底板3内侧(即船体里面)，与船底板3一起形成中空的狭长气道。在船底板上沿船长方向焊接有多道独立稳压腔2。
每个稳压腔为一个连贯系统，为提高稳压腔的利用效率，在稳压腔内的船底板上开有一些喷气孔4，即对应于每一道喷气孔4设置一道单独的稳压腔2，对应于N道喷气孔则设置N个独立、单个稳压腔，独立单个稳压腔2通过通气管法兰1与通气管路连接后，再与船上的供气设备相连。本发明是为应用于船舶上的气体润滑减阻系统而设计的气体整流及稳压装置，可提供均匀、稳定气源，以实现在低航速状态下的气体均匀而稳定地喷出，是船底产生均匀、稳定气层的关键因素之一。
稳压腔沿船宽方向焊接于船底板之上，其沿船长方向布置多道，每道稳压腔间隔5-150m，稳压腔内部应尽量光顺，减小气体压力损失。所述稳压腔与供气设备相连，气体通过输气管路进入稳压腔，由于稳压腔内空间狭小、气体流动方向大幅改变，使得气体流速迅速降低，起到了整流、稳定的作用，从而使得与稳压腔底部连接的喷气孔喷出的气体能保持压力、流速一致，从而均匀化。
气体稳压腔的体积根据喷气系统所需气量设计，可依据具体公式进行设计，稳压腔的体积为V＝CPQ/N，其中：Cp为气体压缩系数，取值为0.3-1.5，Q为所述供气设备的供气量，N为稳压腔的数量。
气体稳压腔的截面外形无特殊要求，尽量简单，可以为长方形、方形、半椭圆形、半圆形或机翼型等多种形状，在满足体积条件下可根据船舶结构、制造和安装条件进行调节。在空间不够的情况下，可在稳压腔内增加挡板，使得速度迅速下降。为保证气体稳压腔的效率，需设置成独立稳压腔，即各区域的稳压腔需隔绝开来。
每道独立稳压腔作为一个整体，安装过程中，需要贯穿船内的旁内龙骨11和纵骨12，旁内龙骨11和纵骨12都是船舶固有结构，而稳压腔引起的纵骨开孔，对整船的结构强度产生了影响，可通过在旁内龙骨11和纵骨(12)的开孔处，加焊纵骨补板13，提高结构强度，施工工艺如图4所示。
另外，根据具体情况，稳压腔还可以沿船宽方向固定于船底板的外侧，即它焊接于船底板3外侧，形成槽形狭长的密封气道；也可以为圆形、椭圆形或翼型等形状的密封气道。在这种情况下，喷气孔设置在所述稳压腔的平行于水流方向的底部平面上，或最低端面上。
实施例
以敞口集装箱船应用本发明提供的船用气体盖普稳压器为例，敞口集装箱船为长航洋山2号400箱敞口集装箱船，总长122.8m、型宽18.8m、型深8.6m、吃水4.8m、营运航速9节，于2016年11月进行了气体润滑减阻改造。为使气体能均匀稳定的从喷气孔中喷出，在船舱内构建5道独立稳压腔，如图5所示。
每一道独立稳压腔的控制系统如图6所示。稳压腔为设置在船舱底部的狭长空腔，可以为不锈钢构件焊接于船底板内侧形成的狭长气体通道，稳压腔对应的船底板上设有喷气孔，稳压腔与通气管相连。稳压腔沿船宽方向固定于船底板上，且其内部光滑。在船舶上的气体润滑减阻系统的工作过程中，气体通过本发明的稳压腔均匀稳定地从船底喷入水中，在船底形成稳定气层，是达到良好减阻节能效果的关键。气体润滑减阻系统的输气控制系统包括流量计7、压力表8、空隙率仪、横摇传感器、电动控制阀9、自适应控制程序、警报系统，以及截止阀10等元器件。其中自适应控制程序通过采集流量计、压力表和空隙率仪等的测量数据，结合横摇传感器等获取的船舶姿态，分析气层在船底的分布情况，调节电动阀开度，在船底各个位置分配气体。
改装完成后，在船坞内进行了喷孔流速、压力测量试验，试验表明，同一道稳压器下的喷气孔喷出的气体流速、压力能够保持一致。在随后进行的海上实船试验中，多道稳压腔，使气体充分在稳压器内降速、整流、稳压，保证各个喷气孔喷出的气体速度及压力保持一致，使得气体均匀地喷流入水，从而易于在船底形成并维持均匀稳定的气层。因此在设计吃水、营运航速下，扣除供气设备——罗茨风机功耗后，节能效果达到7％以上，取得了良好的效果。
本发明的技术特点在于：
气体润滑减阻技术，特别是适用于低速船舶的气体润滑减阻技术，必须包含本发明的气体盖普稳压器。该气体盖普稳压器使得喷出气体均匀化，是产生稳定气层的必要条件。
该气体盖普稳压器的稳压腔体积根据喷气系统所需气量设计。所述稳压腔的外形无特殊要求，尽量简单，在满足体积条件下可根据船舶结构调节。
为保证气体盖普稳压器的效率，需将所述稳压腔设置成独立的，即各区域的稳压腔需隔绝开来。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种船用气体盖普稳压器，其特征在于，包括设置在船底板上的N个稳压腔，所述稳压腔的底部设有m个喷气孔，所述N个稳压腔分别与供气设备相连，m≥3，N≥1。
2.根据权利要求1所述的船用气体盖普稳压器，其特征在于，所述N个稳压腔沿船宽方向固定于船底板的内侧。
3.根据权利要求1所述的船用气体盖普稳压器，其特征在于，所述N个稳压腔沿船宽方向固定于船底板的外侧。
4.根据权利要求1-3之一所述的船用气体盖普稳压器，其特征在于，所述N个稳压腔的两两间隔为5-150m。
5.根据权利要求1所述的船用气体盖普稳压器，其特征在于，所述N个稳压腔的截面外形为长方形、方形、半圆形、半椭圆形或机翼型。
6.根据权利要求1所述的船用气体盖普稳压器，其特征在于，所述N个稳压腔内部光滑。
7.根据权利要求1所述的船用气体盖普稳压器，其特征在于，所述N个稳压腔彼此独立。
8.根据权利要求1所述的船用气体盖普稳压器，其特征在于，所述稳压腔的体积为V＝CPQ/N，其中：Cp为气体压缩系数，Q为所述供气设备的供气量，N为稳压腔的数量。
9.根据权利要求1所述的船用气体盖普稳压器，其特征在于，所述喷气孔设置在所述稳压腔的平行于水流方向的底部平面上。
10.根据权利要求1所述的低速船用气体盖普稳压器，其特征在于，所述喷气孔设置在所述稳压腔底部与水流接触面上。
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