CN114013559A - 采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统和气层减阻船 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统和气层减阻船，该采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统包括：供气设备、输气设备、多组稳压腔、控制器、检测设备、控制阀组和设于船底板上的若干喷孔；供气设备与输气设备连接；输气设备与每一稳压腔连接，输气设备用于将供气设备输出的气体传输至每一稳压腔内；稳压腔设置于船底，稳压腔沿船的宽度方向延伸并沿船的长度方向间隔分布，每一稳压腔与多个喷孔连接。本发明实施例提供的采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统和气层减阻船，可以在船处于不同的航行工况下使每一稳压腔的喷气量符合船当前的航行工况下的设计量，进而使每一稳压腔的喷气量达到最佳分配状态。
Description
技术领域
本发明实施例涉及技术领域船领域，尤其涉及一种采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统和气层减阻船。
背景技术
船用气层减阻技术，通过专门设计的装置，向船底部通气，在船底部形成并保持一层气层，使船底面与水隔绝，减小湿表面积，可以显著降低船阻力，减少燃料消耗。该技术与其它较为成熟的节能装置，如消涡鳍、节能导管等，作用机理和位置不同，从而能与其它节能装置联合使用，是具有极大潜力的新型船节能减排技术。
气层减阻技术节能效果的优劣，与船底气层的覆盖面积、供气能耗的高低等因素有关，覆盖面积越大、供气能耗越低，则气层减阻的节能效果越明显。上述两因素，均与气层减阻的供气管路设计有直接的关系，在较小的管路损失条件下，保障各个支管气量达到设计要求，是气层减阻管路系统的设计目标。实船应用时，管路系统仅能采用一种固定安装形式，该固定形式则仅能保证在某一船设计运行工况下，支管气量达到最佳分配状态，当船吃水、姿态、航速发生变化时，各个支管末端出口的工况参数发生变化，输送到船底的气量不再处于最佳分配状态，船底气层的覆盖面积将会减少、甚至影响到船底稳定气层的生成，最终直接影响到气层减阻系统的节能减阻效果。
发明内容
本发明实施例提供一种采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统和气层减阻船，可以在船处于不同的航行工况下使每一稳压腔的喷气量符合船当前的航行工况下的设计量，进而使每一稳压腔的喷气量达到最佳分配状态。
第一方面，本发明实施例提供一种采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统，该采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统包括：供气设备、输气设备、多组稳压腔、控制器、检测设备、控制阀组和设于船底板上的若干喷孔；
所述供气设备与所述输气设备连接；
所述输气设备与每一所述稳压腔连接，所述输气设备用于将所述供气设备输出的气体传输至每一所述稳压腔内；
所述稳压腔设置于船底，所述稳压腔沿船的宽度方向延伸并沿船的长度方向间隔分布，每一所述稳压腔与多个喷孔连接，所述稳压腔用于将所述输气设备传输的气体从所述喷孔喷出；
所述控制器与所述检测设备和所述控制阀组连接；
所述控制阀组设置于所述输气设备上，所述检测设备设置于所述输气设备上，所述检测设备用于检测所述输气设备输入至每一所述稳压腔内的气流量和压力值，并将所述气流量和所述压力值传递至所述控制器，所述控制器用于根据所述气流量和所述压力值控制所述控制阀组的开度从而控制所述输气设备输入至每一所述稳压腔内的气体量。
可选的，所述输气设备包括输气主管和多组输气支管；
所述输气主管沿船的长度方向设置；
每一所述输气支管均与所述输气主管连接，所述输气支管沿所述输气主管的延伸方向间隔分布，每一所述输气支管包括两个输气子支管，每组所述输气支管中的两个所述输气子支管相对分布；
每一所述输气支管中的两个输气子支管与同一所述稳压腔连接。
可选的，所述输气子支管的形状呈“C”型，所述输气子支管沿船的宽度方向延伸至船的一侧壁，并沿船的内侧壁延伸至船底内壁，并沿船底内壁沿船的宽度方向延伸设定长度。
可选的，每组所述稳压腔包括两个稳压子腔；
每组所述稳压腔中的两个所述稳压子腔相对设置且不连通；
每一所述输气子支管对应连接一所述稳压子腔。
可选的，所述检测设备包括与所述输气子支管数量相等的气体流量计和压力传感器；
每一所述输气子支管内分别设置一所述气体流量计和一所述压力传感器；
所述气体流量计用于检测所述输气子支管内的气流量；
所述压力传感器用于检测所述输气子支管内的压力值。
可选的，所述控制阀组包括多个阀门；
每一阀门与所述控制器连接，所述控制器用于控制所述阀门的开度；
每一所述输气子支管内设置一所述阀门，所述阀门用于控制所述输气子支管传输至所述稳压子腔内的气体量。
可选的，相邻两组所述输气支管之间的距离与相邻两组所述稳压腔之间的距离相等。
可选的，该采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统还包括多个气腔注气管；
每一所述输气子支管的首端与所述输气主管连接，每一所述输气子支管的末端通过一个所述气腔注气管与一所述稳压子腔连接。
可选的，所述供气设备包括鼓风机或空压机。
第二方面，本发明实施例还提供一种气层减阻船，气层减阻船包括本发明任意实施例提供的采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统。
本发明实施例提供一种采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统，设置输气设备将供气设备输出的气体传输至每一稳压腔内，检测设备将输气设备输入至每一稳压腔内的气流量和压力值均发送至控制器，控制器根据船的航行参数以及输气设备输入至每一稳压腔的气流量和压力值控制控制阀组的开度，从而控制输气设备输入至每一稳压腔的气体量，使稳压腔喷出的气体量处于最佳分配状态，符合船当前的航行工况。本发明实施例提供一种采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统，可以在船处于不同的航行工况下使每一稳压腔的喷气量符合船当前的航行工况下的设计量，进而使每一稳压腔的喷气量达到最佳分配状态。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的又一种采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的又一种采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的又一种采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的又一种采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1为本发明实施例提供的一种采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统的结构示意图，参考图1，该采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统包括供气设备110、输气设备120、多组稳压腔130、控制器140、检测设备150、控制阀组160和设于船底板上的若干喷孔170；供气设备110与输气设备120连接；输气设备120与每一稳压腔130连接，输气设备120用于将供气设备110输出的气体传输至每一稳压腔130内；稳压腔130设置于船底，稳压腔130沿船的宽度方向延伸并沿船的长度方向间隔分布，每一稳压腔130与多个喷孔170连接，稳压腔130用于将输气设备120传输的气体从喷孔170喷出；控制器140与检测设备150和控制阀组160连接；控制阀组160设置于输气设备120上；检测设备150设置于输气设备120上，检测设备150用于检测输气设备120输入至每一稳压腔130内的气流量和压力值，并将气流量和压力值传递至控制器140，控制器140用于根据气流量和压力值控制控制阀组160的开度从而控制输气设备120输入至每一稳压腔130内的气体量。
具体的，供气设备110作为气源输出气体至输气设备120，输气设备120将气体传输至每一稳压腔130内，稳压腔130内的气体通过喷孔170喷出，从而在船底部形成气层，使船体与水面分离。为了使气层在船底均匀分布，需要控制每组稳压腔130的单位长度喷气流量达到设计要求。当船的吃水、横倾、纵倾姿态发生变化时，稳压腔130底部喷孔170所处位置的工况参数会随之改变，各稳压腔130的喷气量无法保持最佳分配。检测设备150可以包括多个压力传感器和多个气体流量计，与每一稳压腔130连接的支管内都可以设置一个压力传感器和一个气体流量计。
输气设备120包括多个支管，每一支管连接与一稳压腔130连通，支管的管阻S的计算公式为：
其中，λ表示沿程阻力系数，L表示管路长度，d表示管道直径，k表示局部阻力系数，g表示重力加速度。
各支管的气量分配与船航行参数(航速、吃水、横倾、纵倾等)和管阻S密切相关。各支管的气量分配与管阻S的关系为：
采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统的气源及稳压腔130的布置位置，与船体整体的布置情况有关，一旦气源及稳压腔130位置确定后，管路长度L即确定。船用管系一般选用镀锌钢管，沿程阻力系数λ确定。管径d的确认，与一次性建造投资成本及长期运行成本有关，管径d越大，一次性投入成本越大，但是，管道内气体流速小，管路压力损失小，长期运行成本低，管径d越小，一次性投入成本小，但是，管道内气体流速快，管道压力损失大，长期运行成本高。因此，管径d的选择需要综合考虑一次性和长期运行成本，一旦管径d确认后，在采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统运行过程中，d无法更改。可见，能方便调节管阻S的手段仅为调节各个支管的局部阻力系数k，保障随着船运行航速和姿态变化时，各稳压腔130单位长度喷气量仍能达到该工况下的设计量，使之保持最佳匹配状态。支管的局部阻力系数之和∑k，与管路中的变径管、弯头、三通、四通、止回阀等管路连接组件的型号和数量有关，此类组件一旦确定，对应的局部阻力系数k即确定。为了能够根据船航速及航行姿态，实时调整各个支管的局部阻力系数，采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统在输气设备120上设置控制阀组160，即每一支管中加入阀门，可通过增大或缩小阀门的开度，调节气流通道的截面积，达到实时调节局部阻力系数的目的。当某一支管对应的气量过大或过小时，减小或增大该支管中对应阀门的开度，使得各个支管的管阻S达到平衡，从而使得各支管末端的单位稳压腔130长度排气量保持最佳匹配。因此，在采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统运行过程中，每一稳压腔130的喷气量需要根据船的吃水和航行姿态进行调节，从而保证各稳压腔130的喷气量达到各运行工况下的设计量，使之达到运行工况下的最佳匹配状态。在船运行中，检测设备150实时检测输气设备120输入至每一稳压腔130内的气流量和压力值，并将输气设备120输入至每一稳压腔130内的气流量和压力值均发送至控制器140，控制器140根据船的航行参数和输入至每一稳压腔130内的气流量和压力值控制控制阀组160的开度，从而控制每一稳压腔130的喷气量，使每一稳压腔130的喷气量符合船当前的运行工况。示例性的，当船在运行过程中吃水，控制器140控制控制阀组160的开度使每一稳压腔130的喷气量符合当前船吃水的航行工况，当船在运行过程中出现横倾，控制器140控制控制阀组160的开度使每一稳压腔130的喷气量符合当前船横倾的航行工况，船在吃水的航行工况下和船在横倾的航行工况下相同位置的稳压腔130的喷气量不同。
本发明实施例提供一种采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统，设置输气设备将供气设备输出的气体传输至每一稳压腔内，检测设备将输气设备输入至每一稳压腔内的气流量和压力值均发送至控制器，控制器根据船的航行参数以及输气设备输入至每一稳压腔的气流量和压力值控制控制阀组的开度，从而控制输气设备输入至每一稳压腔的气体量，使稳压腔喷出的气体量处于最佳分配状态，符合船当前的航行工况。本发明实施例提供一种采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统，可以在船处于不同的航行工况下使每一稳压腔的喷气量符合船当前的航行工况下的设计量，进而使每一稳压腔的喷气量达到最佳分配状态。
可选的，图2为本发明实施例提供的又一种采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统的结构示意图，图3为本发明实施例提供的又一种采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统的结构示意图，图4为本发明实施例提供的又一种采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统的结构示意图，参考图2、图3和图4，输气设备120包括输气主管121和多组输气支管122；输气主管121沿船的长度方向设置；每一输气支管122均与输气主管121连接，输气支管122沿输气主管121的延伸方向间隔分布，每一输气支管122包括两个输气子支管10，每组输气支管122中的两个输气子支管10相对分布；每一所述输气支管122中的两个输气子支管10与同一所述稳压腔130连接。进一步的，输气子支管10的形状呈“C”型，输气子支管10沿船的宽度方向延伸至船的一侧壁，并沿船的内侧壁延伸至船底内壁，并沿船底内壁沿船的宽度方向延伸设定长度。
具体的，输气主管121与供气设备110连接，供气设备110将气体传输至输气主管121，再通过输气支管122传输至每一稳压腔130。输气子支管10呈“C”型，输气子支管10沿船的内侧壁传输至船低内壁，而不是直接贯穿船体与船底部的稳压腔130连通，从而避免在船体上直接开槽的步骤，进一步保证船体的完整性。图2表示采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统的侧视结构示意图，图3表示供采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统的俯视结构示意图，图4表示采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统的主视结构示意图。
可选的，继续参考图4，每组稳压腔130包括两个稳压子腔131；每组稳压腔130中的两个稳压子腔131相对设置且不连通；每一输气子支管10对应连接一稳压子腔131。
具体的，设置一稳压腔130中的两个稳压子腔131不连通，可以使控制器单独控制每一稳压子腔131的喷气量，示例性的，在船向左倾或向右倾时，可以控制两侧的稳压子腔131的喷气量不同，从而每一稳压子腔131的喷气量符合船当前的航行工况下的设计量。
可选的，图5为本发明实施例提供的又一种采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统的结构示意图，参考图5，检测设备150包括与输气子支管10数量相等的气体流量计151和压力传感器152；每一输气子支管10内分别设置一气体流量计151和一压力传感器152；气体流量计151用于检测输气子支管10内的气流量；压力传感器152用于检测输气子支管10内的压力值。
具体的，控制器140与每一气体流量计151和每一压力传感器152连接，用于接收每一气体流量计151检测的气体流量和每一压力传感器152检测的压力值。控制器140根据每一输气子支管10内的气流量和压力值控制与该输气子支管10连接的稳压子腔131的喷气量，从而使每一稳压子腔131的喷气量可以达到船当前的航行工况下的设计量，使每一稳压子腔131的喷气量达到最佳分配状态。
可选的，继续参考图5，控制阀组160包括多个阀门161；每一阀门161与控制器140连接，控制器140用于控制阀门161的开度；每一输气子支管10内设置一阀门161，阀门161用于控制输气子支管10传输至稳压子腔131内的气体量。
具体的，控制器140根据每一输气子支管10的气流量和压力值以及船的航行参数控制相应的输气子支管10的阀门161的开度，从而使输气子支管10的输入至稳压子腔131的气体量达到最佳分配状态。
可选的，相邻两组输气支管之间的距离与相邻两组稳压腔之间的距离相等。
具体的，设置相邻两组输气支管之间的距离与相邻两组稳压腔之间的距离相等，可以使输气支管在稳压腔上的垂直投影落入稳压腔上，使输气支管中的输气子支管延伸至船底内壁时直接与稳压腔连接，减少输气支管的铺设路径，进而节省输气支管的材料。
可选的，继续参考图5，本实施例提供的采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统还包括多个气腔注气管180；每一输气子支管10的首端与输气主管121连接，每一输气子支管10的末端通过一个气腔注气管180与一稳压子腔131连接。
具体的，气腔注气管180用于将输气子支管10中的气体传输至稳压子腔131内，每一输气子支管10至少通过一个气腔注气管180与一稳压子腔131连接。
可选的，供气设备包括鼓风机或空压机。
具体的，鼓风机和空压机作为气源，将产生的气体传输至输气主管内。
本发明实施例还提供了一种气层减阻船，气层减阻船包括本发明任意实施例提供的采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统，其特征在于，包括：供气设备、输气设备、多组稳压腔、控制器、检测设备、控制阀组和设于船底板上的若干喷孔；
所述供气设备与所述输气设备连接；
所述输气设备与每一所述稳压腔连接，所述输气设备用于将所述供气设备输出的气体传输至每一所述稳压腔内；
所述稳压腔设置于船底，所述稳压腔沿船的宽度方向延伸并沿船的长度方向间隔分布，每一所述稳压腔与多个喷孔连接，所述稳压腔用于将所述输气设备传输的气体从所述喷孔喷出；
所述控制器与所述检测设备和所述控制阀组连接；
所述控制阀组设置于所述输气设备上，所述检测设备设置于所述输气设备上，所述检测设备用于检测所述输气设备输入至每一所述稳压腔内的气流量和压力值，并将所述气流量和所述压力值传递至所述控制器，所述控制器用于根据所述气流量和所述压力值控制所述控制阀组的开度从而控制所述输气设备输入至每一所述稳压腔内的气体量。
2.根据权利要求1所述的采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统，其特征在于，所述输气设备包括输气主管和多组输气支管；
所述输气主管沿船的长度方向设置；
每一所述输气支管均与所述输气主管连接，所述输气支管沿所述输气主管的延伸方向间隔分布，每一所述输气支管包括两个输气子支管，每组所述输气支管中的两个所述输气子支管相对分布；
每一所述输气支管中的两个输气子支管与同一所述稳压腔连接。
3.根据权利要求2所述的采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统，其特征在于，所述输气子支管的形状呈“C”型，所述输气子支管沿船的宽度方向延伸至船的一侧壁，并沿船的内侧壁延伸至船底内壁，并沿船底内壁沿船的宽度方向延伸设定长度。
4.根据权利要求2所述的采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统，其特征在于，每组所述稳压腔包括两个稳压子腔；
每组所述稳压腔中的两个所述稳压子腔相对设置且不连通；
每一所述输气子支管对应连接一所述稳压子腔。
5.根据权利要求2所述的采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统，其特征在于，所述检测设备包括与所述输气子支管数量相等的气体流量计和压力传感器；
每一所述输气子支管内分别设置一所述气体流量计和一所述压力传感器；
所述气体流量计用于检测所述输气子支管内的气流量；
所述压力传感器用于检测所述输气子支管内的压力值。
6.根据权利要求4所述的采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统，其特征在于，所述控制阀组包括多个阀门；
每一阀门与所述控制器连接，所述控制器用于控制所述阀门的开度；
每一所述输气子支管内设置一所述阀门，所述阀门用于控制所述输气子支管传输至所述稳压子腔内的气体量。
7.根据权利要求2所述的采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统，其特征在于，相邻两组所述输气支管之间的距离与相邻两组所述稳压腔之间的距离相等。
8.根据权利要求4所述的采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统，其特征在于，还包括多个气腔注气管；
每一所述输气子支管的首端与所述输气主管连接，每一所述输气子支管的末端通过一个所述气腔注气管与一所述稳压子腔连接。
9.根据权利要求1所述的采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统，其特征在于，所述供气设备包括鼓风机或空压机。
10.一种气层减阻船，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的采用分支管路调节气量的船用气层减阻系统。
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