CN114889742B - 一种船用通气减阻装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及船用通气减阻装置，包括主壳体、进气管、隔板组件、左置整流组件和右置整流组件。主壳体内形成有一空气室。进气管插配于主壳体上，且与空气室保持沟通。隔板组件由内置于空气室内的左置竖立隔板和右置竖立隔板构成。左置竖立隔板和右置竖立隔板协同作用以将空气室分隔为依序相沟通的左置子气室、下置通气缝、第一流道、上置通气缝和右置子气室。用来执行一次整流操作的左置整流组件、用来执行二次整流操作的右置整流组件分别一一对应地布置于左置子气室、右置子气室内。如此，高压气体在气室中流通进程中辅以隔板组件、左置整流组件和右置整流组件的协同作用以进行整流，最终降低其被通入船体底部时的湍流度，利于稳定隔离气层的形成。

Description

一种船用通气减阻装置

技术领域

本发明涉及船舶制造技术领域，尤其是一种船用通气减阻装置。

背景技术

随着国际海事组织(IM0)对节能减排要求不断提升，船舶能效设计指数(EEDI)及营运船能效指数(EEXI)愈趋严格，降低船舶能耗成为船舶行业的发展趋势。通气减阻技术是船舶及水下航行体节能效果显著的前沿技术之一，日益受到船舶界的重视。

通气减阻技术利用气体的粘性系数远小于水的粘性系数这一物理属性，气体经由通气装置在船舶表面形成气层，从而减少船舶的湿表面积，可有效降低水中航行的摩擦阻力，从而达到提高燃油经济性效果，降低船舶的综合能耗，减少碳化物、硫化物、氮化物等有害气体的排放。

在现有技术中，通气装置多由气室和通气孔或通气缝组成。气室为通气提供均压气源，但由于缺乏整流措施，通入水中的气体湍流度较大，不利于形成稳定的气层。此外，若采用在船体外表面开通气缝进行通气，会影响船舶总体强度；而采用通气孔方式通气，虽然不影响船舶的总体强度，但通气孔通气需在船舱的不同区域配套多组气体发生装置得以覆盖整个船体表面，最终导致总施工成本偏高，且在一定程度上拉长的船舶制造周期。总而言之，现有的通气装置多采用简单的方法，不能快速稳定的形成气层，且形成后的气层稳定性不足，不利于快速降低摩擦阻力的目的。因而，亟待本课题组解决上述问题。

发明内容

故，本发明课题组鉴于上述现有的问题以及缺陷，乃搜集相关资料，经由多方的评估及考量，并经过课题组人员不断实验以及修改，最终导致该船用通气减阻装置的出现。

为了解决上述技术问题，本发明涉及了一种船用通气减阻装置，齐平于船体底部进行安装，以在船体底部形成隔离气层。船用通气减阻装置包括有主壳体、进气管、隔板组件、左置整流组件以及右置整流组件。主壳体呈盒式结构，且其内形成有一空气室。由气体发生器提供高压气体支持的进气管插配于主壳体上，且与空气室保持沟通。隔板组件由内置于空气室内的、间隔设定距离a相并排而置的左置竖立隔板和右置竖立隔板构成。左置竖立隔板和右置竖立隔板协同作用以将空气室分隔为依序相沟通的左置子气室、下置通气缝、第一流道、上置通气缝以及右置子气室。左置子气室位于左置竖立隔板的左侧。右置子气室位于右置竖立隔板的右侧。当左置竖立隔板在空气室被固定到位后，其底面与主壳体的底壁保持于非顶触状态，以形成下置通气缝。当右置竖立隔板在空气室被固定到位后，其顶面与主壳体的顶壁保持于非顶触状态，以形成上置通气缝。而第一流道形成于左置竖立隔板和右置竖立隔板之间。左置整流组件用来对高压气体执行一次整流操作，其布置于左置子气室内。右置整流组件用来对已经历一次整流操作后的高压气体执行二次整流操作，其布置于右置子气室内。

作为本发明技术方案的进一步改进，左置整流组件包括有上置均压板、下置均压板。上置均压板和下置均压板均横亘于左置子气室内，且沿着上下方向间隔设定距离b。在上置均压板上均布有多个上置透气孔。在下置均压板上均布有多个下置透气孔。

作为本发明技术方案的更进一步改进，上置透气孔与下置透气孔的分布密度值及方位相异。

作为本发明技术方案的更进一步改进，左置整流组件还包括有扰流板。扰流板亦固定于左置子气室内，且横亘于下置均压板的正下方。

作为本发明技术方案的更进一步改进，扰流板为格栅板，且其上均布有多个供高压气体流经的格栅孔。

作为本发明技术方案的更进一步改进，右置整流组件包括有横置隔板、分隔板单元以及L形折弯板构成。横置隔板横亘、固定于右置子气室中，以将其分隔为上位右置孙气室和下位右置孙气室。当横置隔板在右置子气室被固定到位后，其右侧面与主壳体的内侧壁保持于非顶触状态，以形成用来沟通上位右置孙气室和下位右置孙气室的右置通气缝。分隔板单元和L形折弯板均布置于下位右置孙气室内，其中，分隔板单元由固定于横置隔板底壁上的、且沿着前后方向进行均布的多个竖置分隔板构成，附带地，在相邻竖置分隔板之间形成有与右置通气缝相沟通的均压腔。L形折弯板与竖置分隔板的底壁相顶触，且与右置竖立隔板相距设定距离c。在L形折弯板和右置竖立隔板之间形成有一与各均压腔相沟通的第二流道。沿其宽度方向，在L形折弯板上出成型出有一系列用来实现第二流道和外界相沟通的过气孔。

作为本发明技术方案的更进一步改进，右置整流组件还包括有异形导流板。异形导流板依序由平置固定段和弧形导流段连接而成。当平置固定段相对于L形折弯板被布置到位后，弧形导流段与过气孔正对位。

相较于传统设计结构的船用通气减阻装置，在本发明中所公开的技术方案中，由气体发生器所供给的高压气体的流通路径为：进气管-左置整流组件-下置通气缝-第一流道-上置通气缝-右置整流组件-船体底部。在不破坏船舶总体强度以及不明显增加总施工成本的前提下，高压气体在空气室中流通进程中辅以隔板组件、左置整流组件以及右置整流组件的协同作用以进行整流，最终降低其被通入船体底部时的湍流度，利于在船体底部形成稳定的隔离气层，进而降低船舶在水中航行时的摩擦阻力，提高其燃油经济性效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明中船用通气减阻装置第一种视角的立体示意图。

图2是本发明中船用通气减阻装置第二种视角的立体示意图。

图3亦是本发明中船用通气减阻装置第一种视角的立体示意图(隐去主壳体的前侧壁状态下)。

图4是图3的正视图。

图5是图4的A-A剖视图。

图6是图4的B-B剖视图。

图7是图3的I局部放大图。

图8亦是本发明中船用通气减阻装置第一种视角的立体示意图(隐线可见状态下)。

图9是本发明中船用通气减阻装置的流场数值模拟示意图。

1-主壳体；11-空气室；111-左置子气室；112-下置通气缝；113-第一流道；114-上置通气缝；115-右置子气室；1151-上位右置孙气室；1152-下位右置孙气室；1153-右置通气缝；1154-均压腔；1155-第二流道；2-进气管；3-隔板组件；31-左置竖立隔板；32-右置竖立隔板；4-左置整流组件；41-上置均压板；42-下置均压板；43-扰流板；5-右置整流组件；51-横置隔板；52-分隔板单元；521-竖置分隔板；53-L形折弯板；531-过气孔；54-异形导流板；541-平置固定段；542-弧形导流段。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

船用通气减阻装置为船舶配套件，通常齐平于船体底部进行安装，以利于在船体底部形成隔离气层，进而大大地降低船舶在水中航行时的摩擦阻力。

下面结合具体实施例，对本发明所公开的内容作进一步详细说明，结合附图1、2、3、4、8中所示，可知，船用通气减阻装置主要由主壳体1、进气管2、隔板组件3、左置整流组件4以及右置整流组件5等几部分构成。其中，主壳体1整体上呈现盒式结构，且其内形成有一空气室11。由气体发生器提供高压气体支持的进气管2插配于主壳体1上，且与空气室11保持沟通。隔板组件3由内置于空气室11内的、间隔设定距离a相并排而置的左置竖立隔板31和右置竖立隔板32构成。左置竖立隔板31和右置竖立隔板32协同作用以将空气室11分隔为依序相沟通的左置子气室111、下置通气缝112、第一流道113、上置通气缝114以及右置子气室115。左置子气室111位于左置竖立隔板31的左侧。右置子气室115位于右置竖立隔板32的右侧。当左置竖立隔板31在空气室11被固定到位后，其底面与主壳体1的底壁保持于非顶触状态，以形成上述的下置通气缝112。当右置竖立隔板32在空气室11被固定到位后，其顶面与主壳体1的顶壁保持于非顶触状态，以形成上述的上置通气缝114。而第一流道113形成于左置竖立隔板31和右置竖立隔板32之间。左置整流组件4用来对高压气体执行一次整流操作，其布置于左置子气室111内。右置整流组件5用来对已经历一次整流操作后的高压气体执行二次整流操作，其布置于右置子气室115内。

在船舶航行的进程中，气体发生器始终保持于开机状态，其所供给的高压气体在空气室11中流通进程中辅以隔板组件3、左置整流组件4以及右置整流组件5的协同作用以进行整流。高压气体的流通路径为：进气管2-左置整流组件4-下置通气缝112-第一流道113-上置通气缝114-右置整流组件5-船体底部。如此，最终降低了高压气体被通入船体底部时的流速，且提高了其流动平稳性，降低了气体的波浪状摆动频率及幅度，进而可有效地避免湍流现象的发生，利于在船体底部形成稳定的隔离气层，使其流况始终维持于层流或过渡流，进而降低船舶在水中航行时的摩擦阻力，提高其燃油经济性效果。

还需要着重说明的是，左置整流组件4用来对高压气体执行一次整流操作，以使得单束高速气流分散为多束低速气流，从而使得高压气体的流速得到明显地降低。右置整流组件5用来对已经历一次整流操作后的多束低速气流执行二次整流操作，以使其所形成流线的波浪状摆动的频率以及振幅得到大幅度降低，尽可能地避免隔离气层的后续形成进程中湍流效应的发生。

已知，根据设计常识，左置整流组件4可以采取多种设计结构以实现对高压气体的整流操作，不过，在此推荐一种设计结构简单、易于制造实施，且整流效果良好的实施方案，具体如下：如图4中所示，左置整流组件4主要由上置均压板41和下置均压板42构成。其中，上置均压板41和下置均压板42均横亘于左置子气室111内，且沿着上下方向间隔设定距离b。在上置均压板41上均布有多个上置透气孔。在下置均压板42上均布有多个下置透气孔。上置透气孔与下置透气孔的分布密度值及方位相异，以尽可能地降低高压气体的流速，且使其尽可能地分散(即所形成多束低速气流的数量较多)。

在此需要说明的是，根据船舶预航行环境的不同(直接影响预充入高压气体的压力以及单位时间内流量)，在制造、组装进程中不但可对上置均压板41和下置均压板42之间的间距值进行微调，抑或对上置透气孔、下置透气孔的孔径以及形状进行微调。

结合附图3、4中所示还可以清晰地看出，左置子气室111内，在下置均压板42的正下方还横亘有扰流板43。且作为一种设计优选，扰流板43为格栅板，且其上均布有多个供高压气体流经的格栅孔。如此，由高压气体分流而成的多束低速气流在流经格栅孔的进程中其部分冲击动能转化为扰流板43的振动势能，进而可进一步降低多束低速气流的波浪状摆动频率及幅度。另外，在流经格栅孔后，进入到下置通气缝112前，多束低速气流始终维持于层流状态，避免湍流现象的发生(如图9中所示)。

再者，结合附图4、8中所示还可以清晰地看出，右置整流组件5优选包括有横置隔板51、分隔板单元52以及L形折弯板53构成。横置隔板51横亘、固定于右置子气室1115中，以将其分隔为上位右置孙气室1151和下位右置孙气室1152。当横置隔板51在右置子气室1115被固定到位后，其右侧面与主壳体1的内侧壁保持于非顶触状态，以形成用来沟通上位右置孙气室1151和下位右置孙气室1152的右置通气缝1153。分隔板单元52和L形折弯板53均布置于下位右置孙气室1152内，其中，分隔板单元52由固定于横置隔板51底壁上的、且沿着前后方向进行均布的多个竖置分隔板521构成，附带地，在相邻竖置分隔板521之间形成有与上述右置通气缝1153相沟通的均压腔1154。L形折弯板53与各竖置分隔板521的底壁均相顶触，且与右置竖立隔板32相距设定距离c。在L形折弯板53和右置竖立隔板32之间形成有一与各均压腔1154相沟通的第二流道1155。沿其宽度方向，在L形折弯板53上出成型出有一系列用来实现第二流道1155和外界相沟通的过气孔531(如图5-7中所示)。

在船舶航行的进程中，气体发生器始终保持于开机状态，高压气体的流通路径为：进气管2-上置均压板41-下置均压板42-扰流板43-下置通气缝112-第一流道113-上置通气缝114-上位右置孙气室1151-右置通气缝1153-下位右置孙气室1152-第二流道1155-过气孔531-船体底部。高压气体在左置子气室111内依序经历一次整流操作和二次整流操作，随后，经由上置通气缝114流通至右置子气室115后，辅以横置隔板51和多个竖置分隔板521的协同作用再次对低速气流束进行分流，且在各均压腔1154均形成有涡旋(如图9中所示)，以使得气流流速得到更进一步的降低，以对流线的波浪状摆动的频率以及振幅进行优化。在后续流通进程中，经分流后的低速气流束再次被多个过气孔531所分流，且呈面状平散开来，确保在航行进程中船体底部所形成的气流层始终保持于层流状态，利于降低其航行阻力。

结合3、4、7、8中所示还可知，右置整流组件5还增设有异形导流板54。异形导流板54依序由平置固定段541和弧形导流段542连接而成。当平置固定段541相对于L形折弯板53被布置到位后，弧形导流段542与过气孔531正对位。如此，在实际应用中，弧形导流段542可对经过气孔531所分流低速气流束的流向进行有效控制、导正，确保所形成的隔离气层始终于船底面保持平行，利于船舶航行阻力的进一步降低。

最后，需要说明的是，图9示出了本发明中船用通气减阻装置的流场数值模拟示意图，可知，高压气体的流线清楚可辨，且流场中所生成小漩涡数目极少，且经由过气孔531所排出的低速气流束维持于层流态，相邻流层间仅有滑动。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种船用通气减阻装置，齐平于船体底部进行安装，以在船体底部形成隔离气层，其特征在于，包括有主壳体、进气管、隔板组件、左置整流组件以及右置整流组件；所述主壳体呈盒式结构，且其内形成有一空气室；由气体发生器提供高压气体支持的所述进气管插配于所述主壳体上，且与所述空气室保持沟通；所述隔板组件由内置于所述空气室内的、间隔设定距离a相并排而置的左置竖立隔板和右置竖立隔板构成；所述左置竖立隔板和所述右置竖立隔板协同作用以将所述空气室分隔为依序相沟通的左置子气室、下置通气缝、第一流道、上置通气缝以及右置子气室；所述左置子气室位于所述左置竖立隔板的左侧；所述右置子气室位于所述右置竖立隔板的右侧；当所述左置竖立隔板在所述空气室被固定到位后，其底面与所述主壳体的底壁保持于非顶触状态，以形成所述下置通气缝；当所述右置竖立隔板在所述空气室被固定到位后，其顶面与所述主壳体的顶壁保持于非顶触状态，以形成所述上置通气缝；而所述第一流道形成于所述左置竖立隔板和所述右置竖立隔板之间；所述左置整流组件用来对高压气体执行一次整流操作，其布置于所述左置子气室内；所述右置整流组件用来对已经历一次整流操作后的高压气体执行二次整流操作，其布置于所述右置子气室内；

所述右置整流组件包括有横置隔板、分隔板单元以及L形折弯板构成；所述横置隔板横亘、固定于所述右置子气室中，以将其分隔为上位右置孙气室和下位右置孙气室；当所述横置隔板在所述右置子气室被固定到位后，其右侧面与所述主壳体的内侧壁保持于非顶触状态，以形成用来沟通所述上位右置孙气室和所述下位右置孙气室的右置通气缝；所述分隔板单元和所述L形折弯板均布置于所述下位右置孙气室内，其中，所述分隔板单元由固定于所述横置隔板底壁上的、且沿着前后方向进行均布的多个竖置分隔板构成，附带地，在相邻所述竖置分隔板之间形成有与所述右置通气缝相沟通的均压腔；所述L形折弯板与所述竖置分隔板的底壁相顶触，且与所述右置竖立隔板相距设定距离c；在所述L形折弯板和所述右置竖立隔板之间形成有一与各所述均压腔相沟通的第二流道；沿其宽度方向，在所述L形折弯板上出成型出有一系列用来实现所述第二流道和外界相沟通的过气孔；

所述右置整流组件还包括有异形导流板；所述异形导流板依序由平置固定段和弧形导流段连接而成；当所述平置固定段相对于L形折弯板被布置到位后，所述弧形导流段与所述过气孔正对位。

2.根据权利要求1所述的船用通气减阻装置，其特征在于，所述左置整流组件包括有上置均压板、下置均压板；所述上置均压板和所述下置均压板均横亘于所述左置子气室内，且沿着上下方向间隔设定距离b；在所述上置均压板上均布有多个上置透气孔；在所述下置均压板上均布有多个下置透气孔。

3.根据权利要求2所述的船用通气减阻装置，其特征在于，所述上置透气孔与所述下置透气孔的分布密度值及方位相异。

4.根据权利要求2所述的船用通气减阻装置，其特征在于，所述左置整流组件还包括有扰流板；所述扰流板亦固定于所述左置子气室内，且横亘于所述下置均压板的正下方。

5.根据权利要求4所述的船用通气减阻装置，其特征在于，所述扰流板为格栅板，且其上均布有多个供高压气体流经的格栅孔。

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