CN113710573A - 用于船舶的空气供应装置、包括其的船舶以及向空气润滑设备供应空气的方法 - Google Patents

用于船舶的空气供应装置、包括其的船舶以及向空气润滑设备供应空气的方法 Download PDF

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Abstract

描述了一种用于船舶的空气供应装置(100)。该空气供应装置包括主涡轮增压器(110)，该主涡轮增压器(110)具有主压缩机(111)和主涡轮(112)。主涡轮(112)可由主发动机(120)的废气驱动。附加地，空气供应装置(100)包括辅助涡轮增压器(130)，该辅助涡轮增压器(130)具有辅助压缩机(131)和辅助涡轮(132)。辅助涡轮(132)可由从主涡轮(112)提供的废气驱动。进一步地，空气供应装置(100)包括用于降低船舶阻力的空气润滑设备(140)。辅助压缩机(131)与空气润滑设备(140)连接，用于向空气润滑设备(140)供应空气。

Description

用于船舶的空气供应装置、包括其的船舶以及向空气润滑设 备供应空气的方法
技术领域
本公开的各实施例涉及一种用于降低水摩擦阻力的空气润滑型船舶的空气供应装置。进一步地，本公开的各实施例涉及一种向船舶的空气润滑设备供应空气的方法。
背景技术
通常，在海上航行期间，船舶的船底的潜水面受到水的摩擦阻力。尤其是对于大型船舶(例如，货船)，船舶外壳阻力的很大一部分来自外部水在船底的相对流动所生成的摩擦阻力。
为了减少船舶外壳摩擦阻力，可以使用空气润滑，特别地，通过将空气排放到船舶外壳周围。降低摩擦阻力具有较大的燃油经济性提高效果，因此表示减少船舶CO2排放的有效手段。
在现有技术中，存在用于产生用于外壳润滑的气泡的各种系统和途径。比如，为了生成用于外壳润滑的气泡，现有技术教导直接使用驱动发动机的废气或使用单独电动压缩机或鼓风机。然而，用于外壳润滑的已知系统(特别地，在能量消耗方面)具有一些缺点。
因而，鉴于上述情况，需要改进用于船舶的空气供应装置以及改进用于向船舶的空气润滑设备供应空气的方法，其至少部分克服了现有技术的(特别是关于能源消耗的)问题。
发明内容
鉴于上述情况，提供了一种根据独立权利要求所述的用于船舶的空气供应装置以及一种向船舶的空气润滑设备供应空气的方法。根据从属权利要求、说明书和附图，其他方面、优点和特征是显而易见的。
根据本公开的一方面，提供了一种用于船舶的空气供应装置。该空气供应装置包括主涡轮增压器，该主涡轮增压器具有主压缩机和主涡轮。主涡轮可以由主发动机的废气驱动。附加地，空气供应装置包括辅助涡轮增压器，该辅助涡轮增压器具有辅助压缩机和辅助涡轮。辅助涡轮可以由从主涡轮提供的废气驱动。进一步地，空气供应装置包括用于减小船舶阻力的空气润滑设备。辅助压缩机与空气润滑设备连接，用于向空气润滑设备供应空气。
因而，与用于空气润滑型船舶的传统装置相比较，本公开的空气供应装置得到改进。特别地，如本文中所描述的空气供应装置的实施例在能量效率方面得到改进。更具体地，通过在根据本文中所描述的实施例的主涡轮增压器下游提供具有辅助涡轮增压器的空气供应装置具有以下优点：可以以高能量效率产生用于空气润滑设备的大量低压压缩空气。因而，更一般地讲，涡轮增压船用发动机可以配备有辅助涡轮增压器，使得有利地，发动机主涡轮增压器中膨胀后与废气相关的能量可以用于驱动辅助涡轮增压器。辅助涡轮增压器用于压缩大量低压空气，然后，该低压空气馈送到船舶外壳下方的空气润滑设备中用于生成气泡，以减少船舶的水-外壳摩擦。减少船舶外壳摩擦造成船舶能源使用量的整体减少。
进一步地，应当指出，传统上，来自主涡轮增压器的废气通过废气管浪费。因此，通过使用来自主涡轮增压器的废气来驱动用于向空气润滑设备提供空气的辅助涡轮增压器，可以显著提高船舶燃料效率。换言之，本公开的实施例有益地提供了提高船舶整体能量效率的可能性，从而节省燃料，进而降低操作成本。
根据本公开的另一方面，提供了一种船舶，包括根据本文中所描述的任何实施例的空气供应装置。
根据本公开的另一方面，提供一种向船舶的空气润滑设备供应空气的方法。该方法包括：通过使用来自主涡轮增压器的主涡轮的废气来驱动辅助涡轮增压器。主涡轮增压器用于为用于驱动船舶的主发动机增压。进一步地，该方法包括：从辅助涡轮增压器的辅助压缩机向空气润滑设备供应空气。
因而，应当理解，本公开的实施例提供了一种空气供应装置、一种包括该空气供应装置的船舶、以及一种向船舶的空气润滑设备供应空气的方法，从而关于能源效率得以提高，进而降低操作成本。特别地，通过采用本文中所描述的实施例，能量效率可以提高5％至10％甚至更多。
附图说明
为了能够详细地理解本公开的上述特征的方式，可以通过参考实施例获得对上文所简要概括的本公开的更具体的描述。附图涉及本发明的实施例，并且在下面进行描述：
图1示出了根据本文中所描述的实施例的空气供应装置的示意图；
图2示出了根据本文中所描述的其他实施例的空气供应装置的示意图；以及
图3示出了用于图示了根据本文中所描述的实施例向船舶的空气润滑设备供应空气的方法的流程图。
具体实施方式
现在，详细参考各种实施例，一个或多个示例在每个图中图示。每个示例都通过解释方式提供，并不意味着限制。例如，作为一个实施例的一部分图示或描述的特征可以用于任何其他实施例或与任何其他实施例结合使用以产生又一实施例。本公开旨在包括这样的修改和变化。
在以下对附图的描述中，相同的附图标记是指相同或相似的部件。一般地，仅描述相对于各个实施例的差异。除非另有说明，否则对一个实施例中的部分或方面的描述也可以适用于另一实施例中的对应部分或方面。
示例性地参考图1和图2，描述了根据本公开的空气供应装置100。根据可以与本文中所描述的其他实施例结合的实施例，空气供应装置100包括主涡轮增压器110，该主涡轮增压器110具有主压缩机111和主涡轮112。通常，主压缩机111经由第一空气供应管16与主发动机120连接。主涡轮112通常经由第一废气管11与主发动机120连接。主涡轮112可由主发动机120的废气驱动。
更特别地，如图2所示例性地示出的，主压缩机111可以经由第一空气供应管16与主发动机120的空气接收器121连接。特别地，第一空气供应管16可以包括增压空气冷却器150，如图2所示意性地示出的。
附加地，如图1和图2所示例性地示出的，空气供应装置100包括辅助涡轮增压器130，该辅助涡轮增压器130具有辅助压缩机131和辅助涡轮132。辅助涡轮132可由从主涡轮112提供的排气驱动。特别地，辅助涡轮132通常经由第二废气管12与主涡轮112连接。如图1和图2所示意性地示出的，通常设置进气口18以向主压缩机111以及辅助压缩机131提供空气。进一步地，可以设置废气出口管道15。特别地，废气出口管道15可以连接到辅助涡轮132。
进一步地，如图1和图2所示意性地示出的，空气供应装置100包括空气润滑设备140，该空气润滑设备140用于减小船舶阻力。辅助压缩机131与空气润滑设备140连接，特别地经由第二空气供应管17，用于向空气润滑设备140供应空气。特别地，空气润滑设备140被配置为用于生成气泡以用于外壳润滑。更特别地，通常空气润滑设备被配置为通过将空气排放到外壳的吃水线下方的外表面而在船体的底部表面上生成或形成空气层。因此，可以有利地减小船舶与水之间的摩擦阻力。
因而，与用于空气润滑型船舶的传统装置相比较，如本文中所描述的空气供应装置的实施例有利地提供了改进的能量效率。特别地，通过在主涡轮增压器下游提供具有辅助涡轮增压器的空气供应装置具有以下优点：可以以高能量效率生产用于空气润滑设备的大量低压压缩空气。进一步地，根据本文中所描述的实施例的空气供应装置具有自调整的优点。更特别地，船舶行驶得越快，从主涡轮增压器到辅助涡轮增压器的压力就越大，从而导致向空气润滑设备供应的空气增加，从而在船舶外壳下面生成更多气泡，以减少船舶的水-外壳摩擦。
示例性地参考图2，根据可以与本文中所描述的其他实施例结合的实施例，主涡轮112例如经由第一废气管11与主发动机20的废气接收器122连接。特别地，如图2所示，第一废气管11可以连接到流量控制器160，用于控制从废气接收器122向主涡轮112提供的废气流。流量控制器160可以设置在绕过主涡轮112的第一旁通管道13中。因而，有利地，可以控制从主发动机120向主涡轮112提供的废气量。因此，流量控制器160可以用于控制主涡轮112的速度，因此控制从主涡轮112向辅助涡轮132提供的废气流，从而控制辅助涡轮增压器130的速度。因此，通过控制辅助涡轮增压器130的速度，可以控制从辅助压缩机131向空气润滑设备140提供的空气量。
进一步地，如图2所示例性地示出的，第二废气管12可以连接到旁通阀170，用于控制从主涡轮112向辅助涡轮132提供的废气流。更特别地，旁通阀170可以设置在绕过辅助涡轮132的第二旁通管道14中。因而，有利地，可以控制从主涡轮112向辅助涡轮132提供的废气量。因此，旁通阀170可以用于控制辅助涡轮增压器130的速度，因此控制从辅助压缩机131向空气润滑设备140提供的空气量。
因而，根据图1和图2，应当理解，根据本公开的另一方面，提供了一种包括根据本文中所描述的任何实施例的空气供应装置的船舶200。因此，可以提供一种用于降低水-外壳摩擦的具有更节能的系统的船舶，使得可以降低整体操作成本。
示例性地参考图3所示的流程图，描述了根据本公开的向船舶的空气润滑设备供应空气的方法300的实施例。根据可以与本文中所描述的其他实施例结合的实施例，该方法包括：通过使用来自主涡轮增压器110的主涡轮112的废气来驱动(由图3中的框310表示)辅助涡轮增压器130。主涡轮增压器110用于为用于驱动船舶的主发动机120增压。进一步地，该方法300包括：从辅助涡轮增压器130的辅助压缩机131向空气润滑设备140供应(由图3中的框320表示)空气。
根据可以与本文中所描述的其他实施例组合的实施例，方法300还包括：通过控制辅助涡轮增压器130的转速来控制(由图3中的框330表示)提供给空气润滑设备140的空气量。辅助涡轮增压器130的转速可以通过(例如，通过使用流量控制器160，由图3中的框331表示)控制提供给主涡轮112的废气流来控制。特别地，流量控制器160可以设置在绕过主涡轮112的第一旁通管道13中，如图2所示例性地示出的。附加地或可替代地，如图2中所示例性地示出的，可以通过使用(由图3中的框332表示)旁通阀170来控制提供给辅助涡轮132的废气流。旁通阀170可以设置在绕过辅助涡轮132的第二旁通管道14中。
应当理解，根据可以与本文中所描述的其他实施例结合的实施例，向船舶的空气润滑设备供应空气的方法300可以通过使用根据在本公开中描述的任何实施例的空气供应装置来进行。
因此，鉴于上述情况，应当理解，与现有技术相比，本文中所描述的实施例有益地提高了船舶能量效率，特别地，提高了10％或更多的船舶能量效率，从而使得可以节省燃料，进而减少CO2排放。因此，通过采用本公开的实施例，可以实现操作成本的降低。
进一步地，应当理解，根据可以与本文中所描述的其他实施例结合的实施例，涡轮增压船用发动机可以配备一个或多个辅助涡轮增压器，其主要或部分使用在发动机的一个或多个主涡轮增压器中膨胀后的剩余废气压力。一个或多个辅助涡轮增压器可以用于大量地压缩低压空气(～1.0巴)。压缩空气可以作为气泡送入船舶外壳下面，这些气泡与外壳的滑动摩擦比水小，以使可以减少外壳的整体滑动摩擦。当激活外壳润滑时，减少了外壳摩擦，增加了船舶速度，同时减少了所需螺旋桨功率。因此，可以为船舶实现更快的速度和更好的燃料经济性。
虽然前面涉及实施例，但在没有背离基本范围的情况下，可以设计其他和进一步的实施例，并且该范围由所附权利要求确定。
附图标记
11 第一废气管
12 第二废气管
13 第一旁通管道
14 第二旁通管道
15 废气出口管道
16 第一空气供应管
17 第二空气供应管
18 进气口
100 空气供应装置
110 主涡轮增压器
111 主压缩机
112 主涡轮
113 轴
120 主引擎
121 空气接收器
122 废气接收器
130 辅助涡轮增压器
131 辅助压缩机
132 辅助涡轮
140 空气润滑设备
150 增压空气冷却器
160 流量控制器
170 旁通阀
200 船舶
300 向空气润滑设备供应空气的方法
310、320、330、331、332 框表示如本公开中所描述的方法步骤

Claims (11)

1.一种用于船舶的空气供应装置(100)，包括：
-主涡轮增压器(110)，具有主压缩机(111)和主涡轮(112)，所述主涡轮(112)能够由主发动机(120)的废气驱动；
-辅助涡轮增压器(130)，具有辅助压缩机(131)和辅助涡轮(132)，所述辅助涡轮(132)能够由从所述主涡轮(112)提供的废气驱动；以及
-空气润滑设备(140)，用于减少所述船舶的阻力；
其中所述辅助压缩机(131)与所述空气润滑设备(140)连接，用于向所述空气润滑设备(140)供应空气。
2.根据权利要求1所述的空气供应装置(100)，所述主涡轮(112)经由第一废气管(11)与所述主发动机(120)的排气接收器(122)连接，所述第一废气管道(11)连接到流量控制器(160)，用于控制从所述废气接收器(122)向所述主涡轮(112)提供的废气流。
3.根据权利要求1或2所述的空气供应装置(100)，所述辅助涡轮(132)经由第二废气管(12)与所述主涡轮(112)连接，所述第二废气管(12)被连接到旁通阀(170)，用于控制从所述主涡轮(112)向所述辅助涡轮(132)提供的废气流。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的空气供应装置(100)，所述主压缩机(111)经由第一空气供应管(16)与所述主发动机(120)的空气接收器(121)连接，特别地，所述第一空气供应管(16)包括增压空气冷却器(150)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的空气供应装置(100)，所述辅助压缩机(131)经由第二空气供应管(17)与所述空气润滑设备(140)连接。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的空气供应装置(100)，所述流量控制器(160)被设置在绕过所述主涡轮(112)的第一旁通管道(13)中。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的空气供应装置(100)，所述旁通阀(170)被设置在绕过所述辅助涡轮(132)的第二旁通管道(14)中。
8.一种船舶(200)，包括根据权利要求1至8中任一项所述的空气供应装置(100)。
9.一种向船舶的空气润滑设备(140)供应空气的方法(300)，包括：
-通过使用来自主涡轮增压器(110)的主涡轮(112)的废气来驱动(310)辅助涡轮增压器(130)，所述主涡轮增压器(110)被用于为用于驱动所述船舶的主发动机(120)增压；以及
-从所述辅助涡轮增压器(130)的辅助压缩机(131)向所述空气润滑设备(140)供应(320)空气。
10.根据权利要求9所述的方法(300)，还包括：通过使用(331)流量控制器(160)通过控制提供给所述主涡轮(112)的废气流来控制所述辅助涡轮增压器(130)的转速，来控制(330)提供给所述空气润滑设备(140)的空气量，特别地，所述流量控制器(160)被设置在绕过所述主涡轮(112)的第一旁通管道(13)中。
11.根据权利要求9或10所述的方法(300)，还包括：通过使用(332)旁通阀(170)通过控制提供给所述辅助涡轮(132)的废气流来控制所述辅助涡轮增压器(130)的转速，来控制(330)提供给所述空气润滑设备(140)的空气量，所述旁通阀(170)被设置在绕过所述辅助涡轮(132)的第二旁通管道(14)中。
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