CN111186527A - 一种船用气层减阻节能装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种船用气层减阻节能装置,包括船体,其内设置一套或多套供气系统,单套供气系统的输出端连接通气总管,通气总管的输出端依次连接多级管路,相邻两级管路连接处的前部贯通安装气腔输气管;船体的船底固装稳压腔,稳压腔沿着船体宽度方向平行分布,稳压腔上并列开有多个向下贯穿的喷气头,船底外壁上设置有气穴;气腔输气管经气腔注入管向稳压腔内输气,气体经喷气头输出并在船底外壁上形成气层。本发明通过在船体外表面和水之间注入空气形成均匀稳定的气液两相流,从而降低船舶航行阻力,提高船舶推进效率,在高速艇的减阻提速、大型运输船舶的节能减排上均能取得显著应用效果,有效助力于绿色、低碳的船舶运输体系构建。
Description
技术领域
本发明涉及船舶减阻节能技术领域,尤其是一种船用气层减阻节能装置。
背景技术
航运业是一个高能耗行业。据不完全统计,世界上运输船舶每年消耗的燃油大约为2亿桶(约为2.7亿吨),二氧化碳排放量达12亿吨,约占全球排放量的6%左右。为此,国际海事组织(IMO)海上环境保护委员会(MPEC)在2011年7月召开的第62届会议上,将新船能效设计指数(EEDI)作为强制性要求纳入《国际防止船舶造成污染公约》(MARPOL)框架下。EEDI强制性要求自2013年1月1日起正式实施,按照不同的目标年限划分为四个阶段:第0阶段自2013年1月1日至2014年12月31日;第1阶段自2015年1月1日至2019年12月12月31日;第2阶段自2020年1月1日至2024年12月31日;第3阶段将从2025年1月1日开始,2025年及以后建成的船舶能效在现有基础上提高30%。现有船舶必须采用节能减排技术才能符合新标准要求。如何提高船舶能源利用效率、减少环境污染,使新造船能达到EEDI三阶段,已经成为船舶工业必须解决的现实重大技术问题。
现有技术中,船舶的节能减排技术的措施有很多种,如风帆、太阳能等,但均未取得较好的节能效果,且受使用环境的制约,严重限制了这些技术在实船上的使用。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点,提供一种结构合理的船用气层减阻节能装置,从而显著降低船舶阻力,减少燃料消耗,提高船舶航速,达到节能增效的目的,具有重要的经济性和环保价值。
本发明所采用的技术方案如下:
一种船用气层减阻节能装置,包括船体,所述船体内设置有一套或者多套独立的供气系统,单套供气系统的输出端连接有通气总管,通气总管的输出端依次连接有多级管路,所述多级管路中相邻两级管路连接处的前部贯通安装有气腔输气管;所述船体的船底固装有稳压腔,所述稳压腔沿着船体的宽度方向平行分布,稳压腔上并列开有多个向下贯穿的喷气头,船底外壁上设置有气穴;所述气腔输气管经气腔注入管向稳压腔内输气,气体经喷气头输出并在船底外壁上形成气层。
作为上述技术方案的进一步改进:
所述供气系统的数量为两套,两套供气系统分别布置于船体的船艏和船艉,供气系统经通气总管向着船体中部依次布置有多级管路;或者,两套供气系统相背布置于船体中部,供气系统经通气总管向着船体的船艏或船艉方向依次布置有多级管路。
所述供气系统为风机,风机后方依次安装有电磁阀、压力传感器和流量计。
所述通气总管端部并列安装有两套相同的多级管路;所述多级管路的数量为三级,分别为一级管路、二级管路和三级管路,其中一级管路与通气总管相连,二级管路连接在一级管路和三级管路之间,所述一级管路、二级管路和三级管路分别连接有气腔输气管。
两套多级管路上相对应级的管路经气腔输气管、气腔注入管后贯通至同一个稳压腔内,所述稳压腔的两端分别与两个气腔注入管连接,所述气腔注入管上安装有截止阀。
所述船体靠近船艉处的船底上焊装有楔形块,楔形块向着船艉的方向向下倾斜;所述船体靠近船艏处的船底上安装有斜面结构一,斜面结构一向着船艏的方向向上倾斜;所述喷气头分布于楔形块和斜面结构一之间的船体底部。
所述船体靠近船艉处的船底设置为斜面结构二,斜面结构二向着船艉的方向向下倾斜;所述船体靠近船艏处的船底设置有台阶,所述台阶前部的船底向下凸出。
所述船体的船外底面两侧沿着长度方向设置有围板,位于两个围板之间的船外底面安装有隔板,所述围板与隔板构成容纳气层的气穴;所述船体为双层底结构,所述多级管路容纳于双层底之间。
所述稳压腔焊装于船体的内底面,所述喷气头贯穿开设在船体的船底,喷气头与稳压腔贯通。
所述稳压腔焊装于船体的外底面,所述喷气头开设在稳压腔底部,所述船体底部开孔使得稳压腔与气腔注入管贯通。
本发明的有益效果如下:
本发明结构紧凑、合理,操作方便,通过供气系统经通气总管、多级管路、气腔输气管和气腔注入管向稳压腔内输气,气体经喷气头输出并在船底外壁上形成气层,从而在船底外表面和水之间注入气体形成均匀稳定的气液两相流,从而利用水与气体粘度的差别,改变船体表面流场的粘度、密度以及湍流模式,进而减小船舶底面实际浸湿面积,大大降低摩擦阻力,提高船舶推进效率,达到节能增效的目的,适用于散货船、集装箱船、油船等船型。
本发明还包括如下优点:
通气总管的输出端依次连接有多级管路,多级管路中每一级管路管径减小一个规格,以确保经气腔输气管、气腔注入管输入至稳压腔中的气体气压一致,从而使得在船底形成的气层稳定;
船体底面由楔形块、斜面结构一配合围板、隔板形成气穴,从而锁住船底气泡,使气泡在船底附着形成气层;船艏部的斜面结构一用于防止在船航行时产生涡流;船艉部的楔形块用于在船航行时使得气泡平滑向船尾方向排出;围板则用于防止气泡从船体底部宽度方向逸出;
船体底面由斜面结构二、台阶配合围板、隔板形成气穴,从而锁住气泡,形成气层;船艉部的斜面结构二的作用与楔形块一样,用于在船航行时使得气泡平滑向船尾方向排出;船艏部的台阶则用于阻挡气体从艘部逸出,从而更有利于气层的保持;
经多级管路沿着船体长度方向设置有多个稳压腔,从而使得经喷气头输出的气泡在船底形成气层,且气层均匀覆盖整个船底的气穴。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
图2为本发明的主视图。
图3为图2中A部的局部放大图。
图4为图2中B部的局部放大图。
图5为图2中C部的局部放大图(实施例一)。
图6为图2中D部的局部放大图(实施例一)。
图7为图2中C部的局部放大图(实施例二)。
图8为图2中D部的局部放大图(实施例二)。
图9为本发明稳压腔安装示意图(实施例一)。
图10为本发明稳压腔安装示意图(实施例二)。
图11为本发明稳压腔安装示意图(实施例二,另一视角)。
其中:1、风机;2、电磁阀;3、通气总管;4、多级管路;41、一级管路;42、二级管路;43、三级管路;5、气腔输气管;6、气腔注入管;7、截止阀;8、稳压腔;9、喷气头;10、船体;11、围板;111、隔板;12、楔形块;121、斜面结构二;13、斜面结构一;131、台阶;21、压力传感器;22、流量计;101、空调机房;102、艏楼。
具体实施方式
下面结合附图,说明本发明的具体实施方式。
如图1和图2所示,本实施例的一种船用气层减阻节能装置,包括船体10,船体10内设置有一套或者多套独立的供气系统,单套供气系统的输出端连接有通气总管3,通气总管3的输出端依次连接有多级管路4,多级管路4中相邻两级管路连接处的前部贯通安装有气腔输气管5;船体10的船底固装有稳压腔8,稳压腔8沿着船体10的宽度方向平行分布,稳压腔8上并列开有多个向下贯穿船底的喷气头9,船底外壁上设置有气穴;气腔输气管5经气腔注入管6向稳压腔8内输气,气体经喷气头9输出并在船底外壁上形成气层,从而在船底外表面和水之间注入气体形成均匀稳定的气液两相流,从而利用水与气体粘度的差别,改变船体表面流场的粘度、密度以及湍流模式,进而减小船舶底面实际浸湿面积,大大降低摩擦阻力,提高船舶推进效率。
供气系统的数量为两套,两套供气系统分别布置于船体10的船艏的艏楼102中和船艉的空调机房101中,供气系统经通气总管3向着船体10中部依次布置有多级管路4;或者,两套供气系统相背布置于船体10中部,供气系统经通气总管3向着船体10的船艏或船艉方向依次布置有多级管路4。
如图3所示,供气系统为风机1,风机1后方依次安装有电磁阀2、压力传感器21和流量计22。
气腔输气管5与多级管路4相接处亦安装有用于控制流体的电磁阀2。
通气总管3端部并列安装有两套相同的多级管路4;多级管路4的数量为三级,分别为一级管路41、二级管路42和三级管路43,其中一级管路41与通气总管3相连,二级管路42连接在一级管路41和三级管路43之间,一级管路41、二级管路42和三级管路43分别连接有气腔输气管5,并经气腔注入管6后形成对应的三个稳压腔8。
两套多级管路4上相对应级的管路经气腔输气管5、气腔注入管6后贯通至同一个稳压腔8内,稳压腔8的两端分别与两个气腔注入管6连接,气腔注入管6上安装有截止阀7,如图4所示。
通气总管3的输出端依次连接有多级管路4,多级管路4中每一级管路管径减小一个规格,以确保经气腔输气管5、气腔注入管6输入至稳压腔8中的气体气压一致,从而使得在船底形成的气层稳定;经多级管路4沿着船体长度方向设置有多个稳压腔8,从而使得经喷气头9输出的气泡在船底形成气层,且气层均匀覆盖整个船底的气穴。
如图5所示,船体10靠近船艉处的船底上焊装有楔形块12,楔形块12向着船艉的方向向下倾斜;如图6所示,船体10靠近船艏处的船底上安装有斜面结构一13,斜面结构一13向着船艏的方向向上倾斜;喷气头9分布于楔形块12和斜面结构一13之间的船体10底部。
船体10的船外底面两侧沿着长度方向设置有围板11,位于两个围板11之间的船外底面安装有隔板111,围板11与隔板111构成容纳气层的气穴,围板11与隔板111的高度在100至300mm内;船体10为双层底结构,多级管路4容纳于双层底之间。
船体10底面由楔形块12、斜面结构一13配合围板11、隔板111形成气穴,从而锁住船底气泡,使气泡在船底附着形成气层,喷气头9位于气穴空间内;船艏部的斜面结构一13用于防止在船航行时产生涡流;船艉部的楔形块12用于在船航行时使得气泡平滑向船尾方向排出,楔形块12在气泡来流方向的角度为6~10°,以确保气泡平滑流出;围板11则用于防止气泡从船体底部宽度方向逸出。
如图9所示,稳压腔8焊装于船体10的内底面,喷气头9贯穿开设在船体10的船底,喷气头9与稳压腔8贯通。
同一稳压腔8上相邻喷气头9之间的间距为200至300mm。
实施例一中,楔形块12、斜面结构一13以及稳压腔8,均可在现有船体10上进行改造增设,从而获得气层减阻节能装置。
实施例二:
如图7所示,船体10靠近船艉处的船底设置为斜面结构二121,斜面结构二121向着船艉的方向向下倾斜;如图8所示,船体10靠近船艏处的船底设置有台阶131,台阶131前部的船底向下凸出。
船体10底面由斜面结构二121、台阶131配合围板11、隔板111形成气穴,从而锁住气泡,形成气层;船艉部的斜面结构二121的作用与楔形块12一样,用于在船航行时使得气泡平滑向船尾方向排出;船艏部的台阶131则用于阻挡气体从艘部逸出,从而更有利于气层的保持。
如图10和图11所示,稳压腔8焊装于船体10的外底面,喷气头9开设在稳压腔8底部,船体10底部开孔使得稳压腔8与气腔注入管6贯通。
实施例二中斜面结构二121、台阶131和稳压腔8均为船体10船底结构的一部分,适用于新船上气层减阻节能装置的安装。
本发明实现了航行时船底均匀气层的形成,从而大大降低阻力,提高船舶推进效率,有效助力于绿色、低碳的船舶运输体系的构建。
以上描述是对本发明的解释,不是对发明的限定,本发明所限定的范围参见权利要求,在本发明的保护范围之内,可以作任何形式的修改。
Claims (10)
1.一种船用气层减阻节能装置,其特征在于:包括船体(10),所述船体(10)内设置有一套或者多套独立的供气系统,单套供气系统的输出端连接有通气总管(3),通气总管(3)的输出端依次连接有多级管路(4),所述多级管路(4)中相邻两级管路连接处的前部贯通安装有气腔输气管(5);所述船体(10)的船底固装有稳压腔(8),所述稳压腔(8)沿着船体(10)的宽度方向平行分布,稳压腔(8)上并列开有多个向下贯穿的喷气头(9),船底外壁上设置有气穴;所述气腔输气管(5)经气腔注入管(6)向稳压腔(8)内输气,气体经喷气头(9)输出并在船底外壁上形成气层。
2.如权利要求1所述的一种船用气层减阻节能装置,其特征在于:所述供气系统的数量为两套,两套供气系统分别布置于船体(10)的船艏和船艉,供气系统经通气总管(3)向着船体(10)中部依次布置有多级管路(4);或者,两套供气系统相背布置于船体(10)中部,供气系统经通气总管(3)向着船体(10)的船艏或船艉方向依次布置有多级管路(4)。
3.如权利要求1或2所述的一种船用气层减阻节能装置,其特征在于:所述供气系统为风机(1),风机(1)后方依次安装有电磁阀(2)、压力传感器(21)和流量计(22)。
4.如权利要求1或2所述的一种船用气层减阻节能装置,其特征在于:所述通气总管(3)端部并列安装有两套相同的多级管路(4);所述多级管路(4)的数量为三级,分别为一级管路(41)、二级管路(42)和三级管路(43),其中一级管路(41)与通气总管(3)相连,二级管路(42)连接在一级管路(41)和三级管路(43)之间,所述一级管路(41)、二级管路(42)和三级管路(43)分别连接有气腔输气管(5)。
5.如权利要求4所述的一种船用气层减阻节能装置,其特征在于:两套多级管路(4)上相对应级的管路经气腔输气管(5)、气腔注入管(6)后贯通至同一个稳压腔(8)内,所述稳压腔(8)的两端分别与两个气腔注入管(6)连接,所述气腔注入管(6)上安装有截止阀(7)。
6.如权利要求1所述的一种船用气层减阻节能装置,其特征在于:所述船体(10)靠近船艉处的船底上焊装有楔形块(12),楔形块(12)向着船艉的方向向下倾斜;所述船体(10)靠近船艏处的船底上安装有斜面结构一(13),斜面结构一(13)向着船艏的方向向上倾斜;所述喷气头(9)分布于楔形块(12)和斜面结构一(13)之间的船体(10)底部。
7.如权利要求1所述的一种船用气层减阻节能装置,其特征在于:所述船体(10)靠近船艉处的船底设置为斜面结构二(121),斜面结构二(121)向着船艉的方向向下倾斜;所述船体(10)靠近船艏处的船底设置有台阶(131),所述台阶(131)前部的船底向下凸出。
8.如权利要求1所述的一种船用气层减阻节能装置,其特征在于:所述船体(10)的船外底面两侧沿着长度方向设置有围板(11),位于两个围板(11)之间的船外底面安装有隔板(111),所述围板(11)与隔板(111)构成容纳气层的气穴;所述船体(10)为双层底结构,所述多级管路(4)容纳于双层底之间。
9.如权利要求1所述的一种船用气层减阻节能装置,其特征在于:所述稳压腔(8)焊装于船体(10)的内底面,所述喷气头(9)贯穿开设在船体(10)的船底,喷气头(9)与稳压腔(8)贯通。
10.如权利要求1所述的一种船用气层减阻节能装置,其特征在于:所述稳压腔(8)焊装于船体(10)的外底面,所述喷气头(9)开设在稳压腔(8)底部,所述船体(10)底部开孔使得稳压腔(8)与气腔注入管(6)贯通。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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