CN219790440U - 一种船舶气泡润滑减阻系统及具有其的船舶 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及船舶气泡润滑减阻系统领域，特别是涉及一种船舶气泡润滑减阻系统及具有其的船舶。包括气源装置，气源装置通过空气供给管系连接至文丘里管，空气供给管系上带有止回阀；水泵，水泵连接至进水管，有益效果：通过应用文丘里效应，在朝向船舶行进方向开设进水口，内部设置水泵，将海水吸入管路内，进水通入文丘里管与空气混合，低功率空气压缩机将压缩空气同时注入文丘里管，海水与空气在文丘里管内形成微气泡气液混合体，从而形成微气泡，由排气单元排入船底，并附着在船体外板上，形成微气泡气层，减少船舶湿表面积，从而减小船舶航行阻力。

Description

一种船舶气泡润滑减阻系统及具有其的船舶

技术领域

本实用新型涉及船舶气泡润滑减阻系统领域，特别是涉及一种船舶气泡润滑减阻系统及具有其的船舶。

背景技术

全球航运业管理机构国际海事组织IMO为了促进航运业节能降碳，在MEPC77会议通过了将气泡润滑减阻系统计入船舶设计能效指标EEDI/EEXI的决议。这也证明了船舶气泡润滑减阻系统是减少船舶水下阻力来实现船舶节能减碳，提高航程的一条重要技术途径。

空气润滑减阻是改进船舶阻力的一种有效方式，其原理是空气从船底的外壳上的小孔中被快速泵出，这时蜂巢状的气泡会接触船底表面，并在船底外形成一层气泡层，减少船舶湿表面积。由于空气的阻力远远小于水，空气接触船底面积越大船舶行驶阻力越小，因此这样可以减少船舶航行时的阻力进而提升推进效率。

当船舶向前移动时，附着在船体上的气泡则向后滑动，并最终从船体底部的表面移走。但是同时气层减阻系统也存在着空气压缩机功率较大(以万箱级集装箱船为例，负责气源发生的空气压缩机总功率达1000-2000KW)以及毫米级气泡容易逃逸(尤其是在船舶重载工况吃水加大后气泡逃逸更严重)等问题。

实用新型内容

本实用新型一种船舶气泡润滑减阻系统及具有其的船舶，以解决上述背景技术中提出的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：一种船舶气泡润滑减阻系统，船舶气泡润滑减阻系统包括气源装置，气源装置通过空气供给管系连接至文丘里管，空气供给管系上带有止回阀；水泵，水泵连接至进水管，进水管可选择的带有海底阀，并连接至文丘里管；文丘里管，文丘里管与气液混合管连接，气液混合管连接至排气单元；船体，船体为具备气源装置、水泵和文丘里管组成的气泡润滑减阻系统的船舶。

优选的，所述气源装置通过空气供给管系与文丘里管联通，水泵通过进水管与文丘里管联通，文丘里管的另一侧与气液混合管连接，气液混合管的另一端与排气单元连接，且气液混合管通过排气单元与船体外联通。

优选的，所述船体设置有若干个气源装置，每个气源装置连接若干路空气供给管系，且与气源装置相连的空气供给管系设置有适合不同船型的海底格栅、海底阀、水泵、进水管、文丘里管、气液混合管和排气单元，同时船体上配备有监测控制系统。

优选的，所述气源装置为空气压缩机或空气瓶，对于吃水较浅的船舶，或者压力合适的鼓风机，文丘里管为单级文丘里管，或者多级文丘里管串联。

优选的，所述空气供给管系与文丘里管所连接的注气口位置，位于文丘里管的喉管处，或者位于文丘里管的进水管处，空气供给管系与文丘里管所连接的注气口的朝向，相对进水管进水的方向，根据不同需求，设置为并流进气、错流进气或逆流进气。

优选的，所述排气单元周围的船体带有超声波传感器，超声波传感器发出特定的低功率脉冲超声波。

优选的，所述海底格栅、海底阀、水泵、进水管、文丘里管集成在一个气体发生单元内，气体发生单元与空气供给管系连接，气体发生单元根据需要简化为一种文丘里管形式的结构。

优选的，所述船体的气源装置连接若干路空气供给管系，每路空气供给管系带有止回阀，每路空气供给管系连接有一个气体发生单元。

一种船舶，包括上述任意一项所述的船舶气泡润滑减阻系统。

本实用新型的有益效果：通过应用文丘里管效应，在朝向船舶行进方向或其它合适位置开设进水口，内部设置水泵，将海水吸入管路内，进水通入文丘里管与空气混合，低功率空气压缩机将压缩空气同时注入文丘里管，海水与压缩空气在文丘里管内形成微气泡气液混合体，从而形成微气泡，由排气单元排入船底，并附着在船体外板上，形成微气泡气层，减少船舶湿表面积，从而减小船舶航行阻力，通过超声波发生装置破坏海洋生物生长防止堵塞排气孔。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型的船舶内文丘里管连接结构示意图；

图2为本实用新型的注气口位于进水管处的文丘里管结构示意图；

图3为本实用新型的注气口位于喉管处的文丘里管结构示意图；

图4为本实用新型的多级文丘里管结构示意图；

图5为本实用新型的文丘里管并流进气结构示意图；

图6为本实用新型的文丘里管错流进气结构示意图；

图7为本实用新型的文丘里管逆流进气结构示意图；

图8为本实用新型的气体发生单元结构示意图；

图9为本实用新型的气体发生单元简化后的一种形式示意图；

图10为本实用新型的船舶内空气供给管系连接结构示意图。

图中：气源装置1、空气供给管系2、止回阀3、海底格栅4、海底阀5、水泵6、进水管7、文丘里管8、气液混合管9、排气单元10、监测控制系统11、船体12、气体发生单元13、超声波传感器14。

具体实施方式

为了更清楚的阐释本实用新型的整体构思，下面再结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。

需说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

另外，在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。但注明直接连接则说明连接地两个主体之间并不通过过度结构构建连接关系，只通过连接结构相连形成一个整体。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

请参阅图1至图3，本实用新型提供一种技术方案：一种船舶气泡润滑减阻系统，船舶气泡润滑减阻系统包括气源装置1，气源装置1通过空气供给管系2连接至文丘里管8，空气供给管系2上带有止回阀3；水泵6，水泵6连接至进水管7，进水管7可选择的带有海底阀5，并连接至文丘里管8；文丘里管8，文丘里管8与气液混合管9连接，气液混合管9连接至排气单元10；船体12，船体12为内置气源装置1、水泵6和文丘里管8组成的气泡润滑减阻系统的船体。

气源装置1将压缩空气通过空气供给管系2输送至文丘里管8，水泵6通过进水管7将海水输送至文丘里管8，空气和海水在文丘里管8内形成气液混合体，气液混合体含有大量微气泡，大量微气泡通过气液混合管9传输至位于船体外板的排气单元10，从而将微气泡运送至船体外板，并附着于船体外板上，从而减小船体湿表面积，减小航行阻力。

船体12可配备若干个气源装置1，每个气源装置1可连接若干路空气供给管系2，且与气源装置1相连的空气供给管系2设置有相应数量的海底格栅4、海底阀5、水泵6、进水管7、文丘里管8、气液混合管9和排气单元10，同时船体12上配备有监测控制系统11，对气源装置1运行状态、止回阀3与海底阀5开闭以及文丘里管8、气液混合管9等内部的供气压力进行监测，并负责安全报警和系统关停等。气源装置1可采用空气压缩机或空气瓶，对于吃水较浅的船舶，也可采用压力合适的鼓风机直接供气直接供气以减小消耗功率，文丘里管为单级文丘里管，或者多级文丘里管串联以增加微气泡数量。空气供给管系2与文丘里管8所连接的注气口位置，位于文丘里管8的喉管处，或者位于文丘里管8的进水管处，空气供给管系2与文丘里管8所连接的注气口的朝向，相对进水管进水的方向，根据不同需求，可为并流进气、错流进气或逆流进气等优选进气方式。排气单元10附近带有超声波传感器14，超声波传感器14发出特定的低功率脉冲超声频率波，船舶充当声板,承载声波,从而破坏海洋生物的生长，防止堵塞排气孔。海底格栅4、海底阀5、水泵6、进水管7、文丘里管8集成在一个气体发生单元13内，气体发生单元13与空气供给管系2连接，气体发生单元13也可选择的简化为文丘里管形式的结构，利用船体12航行产生的水流，直接与空气供给管系2接入的气流通过文丘里效应产生微气泡。海底格栅4可选择带有小型杂物粉碎装置，防止杂物进入堵塞进水管或文丘里管。

船体12配备的气源装置1可连接若干路空气供给管系2，每路空气供给管系2带有止回阀3，每路空气供给管系2连接有一个气体发生单元13。

一种船舶，其包括上述任意一项所述的船舶气泡润滑减阻系统。

工作原理：应用文丘里管原理，在朝向船体12行进方向(或者船体12合适的位置)开设进水口，内部设置水泵6，将海水吸入管路内，进水通入文丘里管8与空气混合。气源装置1将压缩空气同时注入文丘里管8，海水与压缩空气在文丘里管8以及气液混合管9内形成微气泡气液混合体，从而形成微气泡，由排气单元1排入船底，并附着在船体12外板上，形成微气泡气层，减少船体12湿表面积，从而减小船舶航行阻力。

利用文丘里效应，当气体或液体在文丘里管8里面流动，在管道的最窄处，动态压力达到最大值，静态压力达到最小值。气体(液体)的速度因为涌流横截面积变化的关系而上升。整个涌流都要在同一时间能经历管道缩小过程，因而压力也在同一时间减小。进而产生压力差，形成强大吸力，将空气或压缩空气吸入文丘里管8内。气源装置1采用的空气压缩机的功率相比普通船舶气层减阻系统的空气压缩机功率可至少降低50％以上，相对来说增加的水泵消耗功率很少。文丘里管微气泡发生器利用高速液流流过文丘里管时，经过文丘里管先收缩后扩张的特殊结构，不断地进行动压与静压的转换，从而产生强烈的湍流剪切，喉管处低压区进入的大气泡经剪切多次破碎最终形成微气泡。相对于其他微气泡产生方法，该方法具有流程简单、操作方便且易实现工程放大等特点。

同时利用微气泡的特性解决了常规气层减阻系统中的气泡逃逸问题，微气泡的比表面积较大。实验证实了比表面积是决定气泡吸附性能最重要的因素，微纳米气泡巨大的表面积赋予了其更强的吸附能力。微米级气泡比表面积大的优势，可以提高船舶与气泡(空气)的接触面积，减阻效果明显。气泡的体积和表面积的关系可以通过公式表示。

气泡的体积公式为

V＝4πr3/3

气泡的表面积公式为

A＝4πr2

两公式合并可得

A＝3V/r，即A总＝n·A＝3V总/r

也就是说，在总体积不变(V不变)的情况下，气泡总的表面积与单个气泡的直径成反比。根据公式，100微米的气泡与1毫米的气泡相比较，在一定体积下前者的比表面积理论上是后者的10倍。同时微米气泡在水中上升速度慢，能有效的解决气泡上升逃逸的问题。根据斯托克斯定律，气泡在水中的上升速度与气泡直径的平方成正比。气泡直径越小则气泡的上升速度越慢，以此解决解决气层减阻系统中的为产生更多气泡而导致的空气压缩机功率较大的问题，以及毫米级气泡逃逸速度快的问题。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本实用新型的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本实用新型旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种船舶气泡润滑减阻系统，其特征在于：所述船舶气泡润滑减阻系统包括

气源装置，气源装置通过空气供给管系连接至文丘里管，空气供给管系上带有止回阀；

水泵，水泵连接至进水管，进水管可选择的带有海底阀，并连接至文丘里管；

文丘里管，文丘里管与气液混合管连接，气液混合管连接至排气单元；

船体，船体为具备气源装置、水泵和文丘里管组成的气泡润滑减阻系统的船舶。

2.根据权利要求1所述的一种船舶气泡润滑减阻系统，其特征在于：所述气源装置通过空气供给管系输与文丘里管联通，水泵通过进水管与文丘里管联通，文丘里管的另一侧与气液混合管连接，气液混合管的另一端与排气单元连接，且气液混合管通过排气单元与船体外联通。

3.根据权利要求1所述的一种船舶气泡润滑减阻系统，其特征在于：所述船体设置有若干个气源装置，每个气源装置连接若干路空气供给管系，且与气源装置相连的空气供给管系设置有适合不同船型的海底格栅、海底阀、水泵、进水管、文丘里管、气液混合管和排气单元，同时船体上配备有监测控制系统。

4.根据权利要求3所述的一种船舶气泡润滑减阻系统，其特征在于：所述气源装置为空气压缩机或空气瓶，对于吃水较浅的船舶，或者压力合适的鼓风机，文丘里管为单级文丘里管，或者多级文丘里管串联。

5.根据权利要求3所述的一种船舶气泡润滑减阻系统，其特征在于：所述空气供给管系与文丘里管所连接的注气口位置，位于文丘里管的喉管处，或者位于文丘里管的进水管处，空气供给管系与文丘里管所连接的注气口的朝向，相对进水管进水的方向，根据不同需求，设置为并流进气、错流进气或逆流进气。

6.根据权利要求3所述的一种船舶气泡润滑减阻系统，其特征在于：所述排气单元周围的船体带有超声波传感器，超声波传感器发出特定的低功率脉冲超声波。

7.根据权利要求3所述的一种船舶气泡润滑减阻系统，其特征在于：所述海底格栅、海底阀、水泵、进水管、文丘里管集成在一个气体发生单元内，气体发生单元与空气供给管系连接，气体发生单元根据需要简化为一种文丘里管形式的结构。

8.根据权利要求3或7所述的一种船舶气泡润滑减阻系统，其特征在于：所述船体的气源装置连接若干路空气供给管系，每路空气供给管系带有止回阀，每路空气供给管系连接有一个气体发生单元。

9.一种船舶，其特征在于：包括上述权利要求1-8任意一项所述的船舶气泡润滑减阻系统。