SE447891B

SE447891B - SET AND DEVICE TO REDUCE FRICTION RESISTANCE TO A FORM THAT MOVES IN A FLUIDUM

Info

Publication number: SE447891B
Application number: SE8501639A
Authority: SE
Inventors: Olov Roger Bolstad
Original assignee: Olov Roger Bolstad
Priority date: 1985-04-02
Filing date: 1985-04-02
Publication date: 1986-12-22
Also published as: SE8501639D0; SE8501639L; AU5691286A; WO1986005758A1

Description

10 447 891 2 Detta syfte uppnås genom att sättet och anordningen erhållit de i de följande patentkraven angivna känne- tecknen. 10 447 891 2 This object is achieved by the method and the device obtained the characteristics specified in the following claims the signs.

Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas närmare i samband med en föredragen utföringsform, som visas på ritningen.The invention will be described in the following in more detail in connection with a preferred embodiment, shown in the drawing.

Figur 1 visar schematiskt ett snitt genom en utfö- ríngsform av en mikrobubbelgenerator applicerad på sidan av ett fartygsskrov. Figur 2 visar ett funktions- diagram för anordningen i figur l.Figure 1 schematically shows a section through an embodiment ring shape of a microbubble generator applied to side of a ship's hull. Figure 2 shows a functional diagram of the device in figure 1.

Den i figur l visade anordningen för att alstra mikro- bubblor är avsedd att appliceras i eller på ett far- tygsskrov lämpligen något för om den punkt på skrovet där omslaget från laminär till turbulent strömning sker. Man kan även tänka sig att anordna apparaten integrerad i bog/bulb på fartyget.The device shown in Figure 1 for generating micro- bubbles are intended to be applied in or on a fabric hull suitably something for about the point of the hull where the shift from laminar to turbulent flow happens. It is also conceivable to arrange the appliance integrated in the bow / bulb on the ship.

Anordningen i figur l innefattar en kompressor 10 som levererar luft vilken kan regleras med avseende på tryck och mängd till ett tryckkärl 12 som utjämnar tryèkfluktuationer. En tryckregulator 14 är kopplad till kompressorn 10 och till tryckkärlet 12 och håller ett förutbestämt tryck Pl i enlighet med ett börvärde från en kontrollenhet (ej visad). Tryckkärlet l2 är förbundet med ett hålrum 16, vilket bildas _på ett sätt som anges närmare nedan. Till luftkanalen 18 mellan tryckkärlet 12 och hâlrummet 16 är kopplad en doseringsenhet 20 och en laddningsenhet 22 som beskrivs närmare nedan. Hålrummet 16 som nämnts ovan bildas mellan ett membran 24 som år inspänt mellan sina sidor mitt emot en öppning i fartygssidan 26, vilken i sin tur är täckt av en mikroväv 28. Vid det i figur l schematiskt visade horisontalsnittet genom fartygssidan 26 är sålunda mikroväven 28 fäst KA' 3 447 891 vid sin ena ände vid fartygssidan eller -plåten 26 med tillhjälp av en fästplåt 32 som även klämmer fast ett innanför väven 28 anordnat stagnät 30 som stöder mikroväven mot det utanför skrovplåten 26 rådande vattentrycket som i figuren symboliserats med P0. Fästpláten 32 tjänar även för infästning av membranet 24 så att mellan membranet och stagnätet bildas de ovan nämnda mellanrummet 16. Mikro- väven 28 är vid sin fästpläten 32 motsatta ände infäst vid en innanför skrovplâten 26 anordnad trumma 34 som via en arm 36 kan pâverkas av ett reglerdon 38 för att sträcka väven 28.The device in Figure 1 comprises a compressor 10 which supplies air which can be regulated with respect on pressure and quantity to a pressure vessel 12 which equalizes pressure fluctuations. A pressure regulator 14 is connected to the compressor 10 and to the pressure vessel 12 and maintains a predetermined pressure P1 in accordance with a setpoint from a control unit (not shown). The pressure vessel 12 is connected to a cavity 16, which is formed _in a manner specified below. To the air duct 18 between the pressure vessel 12 and the cavity 16 is connected a dosing unit 20 and a charging unit 22 which described in more detail below. The cavity 16 as mentioned above formed between a membrane 24 which is clamped between its sides opposite an opening in the side of the ship 26, which in turn is covered by a micro-fabric 28. At the horizontal section schematically shown in Figure 1 thus, through the vessel side 26, the micro-fabric 28 is attached KA ' 3 447 891 at one end of the ship's side or plate 26 with the aid of a mounting plate 32 which also clamps fixed to a web 30 arranged inside the fabric 28 which supports the micro-fabric against that outside the hull plate 26 prevailing water pressure as symbolized in the figure with P0. The mounting plate 32 also serves for attachment of the membrane 24 so that between the membrane and the stay network the above-mentioned gap 16 is formed. the web 28 is attached to its opposite plate 32 opposite end at a drum 34 arranged inside the hull plate 26 which can be influenced via an arm 36 by a control device 38 to stretch the fabric 28.

På insidan av membranet 24 är anordnad en vibrator 40 som alstrar tryckvariationer i luften som strömmar genom hålrummet 16 till väven 28. Vibratorn 40 innefattar en roterbar axel med ett antal excenteranordningar som intermittent åstadkommer en tryckstöt i mellanrummet 16 via membranet 24. Tryckstötens amplitud styrs av en justerbar ventil 42 som öppnar vid inställd nivå P2 i ett reglerdon 44 kopplat till ventilen 42. vattnets strömning över mikroväven 28 har betydelse för genereringen av mikrobubblor och därför är anord- nad en turbulensstimulator 46 framför väven 28 sett i fartygets rörelseriktning vilken är inställbar och påverkar vattnets strömning över väven 28.A vibrator is arranged on the inside of the diaphragm 24 40 which generates pressure variations in the air flowing through the cavity 16 to the web 28. The vibrator 40 includes a rotatable shaft with a number of eccentric devices which intermittently produces a pressure shock in the gap 16 via the diaphragm 24. The amplitude of the pressure surge is controlled of an adjustable valve 42 which opens at set level P2 in a control device 44 connected to the valve 42. the flow of water over the microfiber 28 is important for the generation of microbubbles and therefore a turbulence stimulator 46 in front of the web 28 seen in the direction of movement of the ship which is adjustable and affects the flow of water over the fabric 28.

Den ovan beskrivna anordningen fungerar på följande sätt: Fartyget rör sig åt höger sett på ritningen dvs vattnet strömmar i den riktning som anges av pilen i figurens högra nedre hörn. Den av kompressorn alstrade och i tryckackumulatorn 12 lagrade tryck- luften med trycket Pl tillföres yia kanalen 18 mellan- rummet 16 mellan membranet 24 och väven 28. Vid passagen genom kanalen 18 kan tryckluften tillföras tillsatsäm~ 447 891 4 nen av olika slag, ex.vis friktionsminskande polymerer, bevâxtningshämmande ämnen etc., via doseringsenheten . Luften kan pâläggas en varierbar laddning eller jordas till skrovets potential med hjålp av laddnings- enheten 22 som kan vara kopplad till ett galler i luftkanalen 18. Den laddade och eventuellt med till- satser försedda tryckluften med trycket Pl inkommer via en backventil i mellanrummet 16 mellan membranet 24 och mikrovâven 28. Med hjälp av vibratorn 40 alstras tryckvariationer i luften och amplituden på tryckstötarna styrs av ventilen 42 som "klipper" trycket på den inställda nivån P2 i tryckregulatorn 44. Tryckstötar- nas varaktighet bestäms av varvtalet på vibratorn 40. Ett funktionsdiagram för tryckvariationerna visas i figur 2.The device described above operates on the following way: The ship moves to the right as shown in the drawing ie the water flows in the direction indicated by the arrow in the lower right corner of the figure. That of the compressor generated and stored in the pressure accumulator 12 the air with the pressure P1 is supplied to the duct 18 between the space 16 between the membrane 24 and the fabric 28. At the passage through the duct 18 the compressed air can be supplied additionally 447 891 4 of various kinds, eg friction reducing polymers, growth inhibitors, etc., via the dosing unit . The air can be charged a variable charge or grounded to the potential of the hull by means of charging the unit 22 which may be connected to a grille in the air duct 18. It is charged and possibly with batches of compressed air with the pressure P1 are received via a non-return valve in the space 16 between the diaphragm 24 and the microwave 28. By means of the vibrator 40 pressure variations in the air and the amplitude of the pressure shocks is controlled by the valve 42 which "cuts" the pressure on it set level P2 in the pressure regulator 44. Pressure surge their duration is determined by the speed of the vibrator 40. A function diagram for the pressure variations is displayed in Figure 2.

Från mellanrummet 16 skall den strömmande luften omvandlas till mikrobubblor vilket sker vid passagen genom mikroväven 28. Väven kan exempelvis vara framställd så att den är luft- och vattenogenomtränglig i slakt tillstånd. Dâ Väven 28 spänns med hjälp av trumman 34; armen 36 och-reglerdonet 38 öppnar sig våvens porer eller öppningar så att tryckluften från mellan- rummet 16 passerar ut genom väven till grânsskiktet mellan skrovplåten 26-och vattnet utanför under bil- dande av mikrobubblor. Genom att spänna vâven mer eller mindre regleras tryckfallet över väven 28 och en jämn spridning av luften till väven åstadkommes genom att väven 28 stagas upp av stagnätet 30f Väven kan ex.vis vara en polyesterväv av ca S mmzs tjocklek och den kan även modifieras genom påvulkanisering av olika porösa material. Olika standardtyper av väv kan användas som har bestämda egenskaper som funktion av inspänning och luftmängd per ytenhet.From the space 16 should be the flowing air transformed into microbubbles which occurs at the passage through the micro-fabric 28. The fabric may, for example, be made so that it is air and water impermeable in slaughter state. Then the fabric 28 is tensioned with the aid of the drum 34; the arm 36 and the controller 38 open the web pores or openings so that the compressed air from the the room 16 passes out through the fabric to the spruce layer between the hull plate 26 and the water outside under the microbubbles. By tightening the loom more or less, the pressure drop across the fabric 28 and an even distribution of the air to the fabric is achieved by the fabric 28 being braced up by the stay net 30f The fabric may, for example, be a polyester fabric of about 5 mm thickness and it can also be modified by vulcanization of various porous materials. Different standard types of fabrics can be used that have specific properties such as function of input voltage and air volume per unit area.

Strömningen över väven 28 har som nämnts även betyd- else för alstrandet av bubblor och med hjälp av tur- bulensstimulatorn 46 bringas de alstrade mikrobubblor- na att släppa från väven. 447 891 Den visade och beskrivna anordningen styrs av en kontrollenhet (ej visad) som lämpligen innehåller en dator vilken registrerar ett antal mätvärden för de förhållanden under vilka fartyget drivs och som i förhållande därtill varierar och reglerar de olika anordningarna som beskrivits ovan; exempelvis kan man variera trycken Pl, P2, vibratorns 40 varvtal, turbulensstimulatorns 46 läge, doseringen av till- satsämnen via doseringsanordningen 20, gasens poten- tial via laddningsanordningen 22 mm. så att optimala friktionsminskande effekter erhålles.The flow over the web 28 has, as mentioned, also been significant. for the generation of bubbles and by means of tur- the bulge stimulator 46 is brought to the generated microbubbles. to release from the fabric. 447 891 The device shown and described is controlled by a control unit (not shown) which suitably contains a computer which registers a number of measured values for the conditions under which the ship is operated and which in relation to this, they vary and regulate differently the devices described above; for example can to vary the pressures P1, P2, the speed of the vibrator 40, the position of the turbulence stimulator 46, the dosage of the batches via the dosing device 20, the potency of the gas via the charger 22 mm. so that optimal friction reducing effects are obtained.

Det framgår av det ovanstående att enligt uppfinningen har åstadkommits en anordning som ger möjlighet att i gränsskiktet mellan ett fluidum såsom vatten och' ett föremål som rör sig genom fluidet alstra mikro- bubblor vilkas egenskaper och spridning kan varieras inom ett stort område. Sålunda kan man framställa bubblor med mindre diameter än l/20 mm i diameter vilka hålls stabila och ej kollapsar till större bubblor vid sammanstötning mellan bubblorna. Genom tillsatser kan man exempelvis variera tyngden på en bubbla med bibehållen storlek, man kan ändra frikt- tionsförhållandena i gränsskiktet etc. Distributionen av bubblor kan även styras till vissa områden i gräns- skiktet samt varieras i mängd med de fysikaliska egenskaperna bibehållna genom att en emk-vektor introduceras pá bubblorna.It appears from the above that according to the invention a device has been provided which makes it possible to in the boundary layer between a fluid such as water and an object moving through the fluid generates micro- bubbles whose properties and dispersion can be varied within a large area. Thus one can produce bubbles with a diameter of less than l / 20 mm in diameter which are kept stable and do not collapse into larger ones bubbles on impact between the bubbles. Through additives you can, for example, vary the weight of a bubble with a maintained size, you can change the friction conditions in the boundary layer, etc. Distribution of bubbles can also be directed to certain areas in the layer as well as varied in quantity with the physical ones the properties are maintained by an emf vector introduced on the bubbles.

Det är klart att den visade och beskrivna utförings- formen för utförande av sättet enligt uppfinningen kan varieras inom ramen för de följande patentkraven utan att uppfinningen frångås. Även om uppfinningen har beskrivits i samband med ett fartygsskrov som rör sig i vatten är naturligtvis även andra tillämp- ningar tänkbara där föremål rör sig i ett fluidum.It is clear that the embodiment shown and described the form for carrying out the method according to the invention can be varied within the scope of the following claims without departing from the invention. Although the invention has been described in connection with a ship's hull which moving in water, there are of course other conceivable where objects move in a fluid.

Claims

447 891 G PATENT REQUIREMENTS

A method of reducing the frictional resistance to an object moving in a fluid, wherein a gas stream is blown out along the side or sides of the object which come into contact with the fluid, characterized in that the part of said side or pages through which the gas stream is blown out uses a material which allows the distribution of the gas by means of pressure shocks which are communicated to the gas stream in connection with the blow-out and which atomizes the gas sufficiently to promote the generation of microbubbles in the gas as it passes through the material.

2. A method according to claim 1, characterized in that the gas is supplied to the material with a predetermined lower pressure value and that a pressure surge is generated by the gas pressure being raised intermittently to a higher value whose size is adjustable.

3. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the gas is provided with additives of various substances, such as friction-reducing substances, for example polymers, surface-reducing substances or growth-inhibiting substances before it is added to the material.

4. A method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the gas is given an electric or magnetic charge before it is supplied to the material.

Device for carrying out the method according to any one of the preceding claims for reducing the frictional resistance against an object moving in a fluid, wherein the object has openings for blowing out a gas stream through one or more sides of the object, characterized in that the side or sides of the object are coated with a gas-permeable material, the gas before it passes 447 891 through the material (28) being passed through a chamber (16) of variable volume, in which the gas is intermittently given pressure shocks during the blow-out through the material which pressure shocks promote the generation of microbubbles during the passage of the gas through the gas-permeable material.

Device according to claim 5, characterized in that the gas-permeable material (28) consists of a stretchable fabric which at one end is firmly clamped at the edge of an opening in the side el. the sides of the object and which at the other end are attached to a stretching device (34-38) with which the stretch of the fabric can be changed so that more or less air can pass out through the pores or openings of the fabric.

Device according to claim 5 or 6, characterized in that the chamber of variable volume is formed between the gas-permeable material and a membrane (24) which on its side facing away from the chamber (16) is actuated by an eccentric device (40) for compressing the membrane (24) and thus of the gas in the chamber so that the gas pressure increases.

Device according to Claim 5, 6 or 7, characterized in that the chamber is provided with a valve (42) which opens at a pressure which can be determined by a predetermined means (44) for determining the size of the pressure shocks.

Device according to any one of claims 5-7, characterized in that in front of the gas-permeable material seen in the direction of movement of the object through the fluid, a turbulence stimulator (46) is arranged arranged to influence the flow of the fluid over the material (28) to facilitate the bubbles. release from the material. 447 891 8

l0. Device according to any one of claims 5-9, characterized by one or more additives (20, 22) for supplying additives to the gas stream or applying an electric or magnetic charge to the gas.