专利名称：船体空泡层的减阻节能与增速方法
技术领域：
本发明涉及船舶航行减阻的方法，具体讲是关于航船体外表与航道水之间 生成空泡层，以起到降低船体运动阻力的方法。
背景技术：
据悉，提出船体空泡层的减阻节能与增速方法，本发明尚属首先，而广义 的固体物表面减阻研究成果是已有所闻。2009年3月26日《上海译报》第九版《中国开发 超强浮力材料》 一文中，转述了美国《科学》杂志报道的、中国哈尔滨工业大学的、在硝酸 银等溶液中浸泡过的多孔铜网板新材料研究成果，并指出这种超浮力材料，还能大幅降低在 空气和水中的运动阻力。当然，本发明的固体物表面水中减阻的方法及其机理形态，与哈工 大的都是不同的。但本发明的积极意义在于，航船体外表的、不断生成并不断离去的小阻力 梯度空泡层，替代了大阻力梯度边界层的航道水。而哈工大新材料的不足之处又在于，正如 报道中所说这种材料"无法实现大规模应用"
发明内容
本发明要解决的技术问题是，在航船体外表的合适区域与航道水之间生成 空泡层，用于降低船体的运动阻力，以提高船舶的总能效比，提高原时航速值及其运输效率， 从而达到节能和降低航运成本的目的。方案如下。
本发明的方法，是在船体外表的合适区域与航道水之间，用本案的工质喷射器与其相适 应的现有技术的或供气和供水的成套装置，或只供气的成套装置，输给生成空泡的工质来实 施的；空泡层的最佳设置区，是航船体运动阻力最大的区域，而其输给的空泡总量，又是可 自控的；空泡层的离散泡不可进入区，是船尾任何形式的、尤其是螺旋桨推进器作用力的功 效区；航船不满载时，实际水线以上的工质喷射器是自控关闭的，反之是自控开启的工质 喷射器组件内工质失压时，是自主关闭的，反之是自主开启的；四种不同性能的工质喷射器， 图3是喷泵，这是一种压缩空气在喷水腔中、喷射低于空气压的有压水的工质喷射器，图4 是喷筒，这是一种压缩空气在出口喷嘴中，喷射低于空气压的有压水的工质喷射器，图5是 喷枪，这是一种压缩空气在出口喷嘴中，喷射航道水的工质喷射器，图6是喷栓，这是一种 压缩空气作为单一工质输出的工质喷射器；优质的空泡层，是一种高密度长行程均匀分布的 小空泡层，反之容易离去的大空泡是劣质泡。本发明的实施，有涉现有技术配套的在使用本案的喷泵或喷筒时，须配置6MPa或以上 的供气装置与其控制系统，和4MPa或以上的供水装置与其控制系统；使用喷枪或喷栓的，须 配置6MPa或以上的供气装置与其控制系统。而控制系统，可以是DDC，也可SPC。
本发明的积极效果是可有效提高航船的总能效比，有效提高原时航速值及其运输效率, 从而达到节能和降低运行成本的目的；本方法可用于新船设计上，也可方便地用于旧船的技 术升级改造上；使用本方法后，回收成本快，维持成本低，投入产出高。
附闺说明
图1是工质喷射器的布置示意图。
图2是喷射器控制点局部流程示意图，即只表示可利用现有控制技术，实现空泡总量和 水线以上工质喷射器自控开启与关闭的操纵。
图3是喷泵结构示意图，表示一种优质工质的制造方式。
图4是喷筒结构示意图，表示一种较优质工质的制造方式。
图5是喷枪结构示意图，表示一种只用于供给压縮空气，但可输出水珠雾工质而能生成 小空泡的制造方式。
图6是喷栓结构示意图，表示一种用于只供压縮空气，并将其作为单一工质的制造方式。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。 本发明的实施例，如下。
所述船体空泡层减阻方法，本实施例是在船体外合适的区域内，以一种合理的开孔阵式， 将本案中的工质喷泵，从船舱内向外伸出，喷口朝船尾并焊接，且使之构成与船舱内的供气、 供水装置与其DDC控制系统来实施的。图l喷射器布置示意图，给出了本实施例中喷泵布置 的一种阵式，其中(1)是喷泵布置点，(2)是工质喷射角，(3)是生成的空泡。喷泵在船体 外的布置密度是1.1只/!IP。
所述空泡层的最佳设置区，是船体运动阻力最大的区域。本实施例是船体前半部两倒航 道^Ciffl切面区域。而空泡总量的自控，是利用现有技术来实现的，可由图2来说明。图2喷 射器控制点局部流程示意图，(6) DDC中央控制机，其接受(8)和(9)现场空气包和现场 水包压力变送器输出的实时值后，与DDC人工的或预置的设定值比较后，令(10)和(11)调节伐分别调节现场(2)空气包与(3)水包压力，直止使此时水线以下的(4H)和(5L) 喷泵工质输出总量达到控制值止。
而要J&flJJlil目的，是要配置现有技术的供气供水装置与其DDC控制系统来实现的。今 给出供气与供水装置的参数是
总气包稳压设定值10MPa 喷泵内压控制值8MPa/max; 总水包稳压设定值8MPa 喷泵内压控制值6MPa/max。
本发明方法中，自控技术的配置是必须的，是船体减阻节能与增速的一种优化方式，表
现为
本实施例中，DDC要解决空气压与水压在喷泵中的工作段起始点不是零空气压给出值 0%=5MPa，所以工作段0 100%=5 8MPa;水压给出值0%=3MPa，所以工作段0 100%=3 6MPa;
DDC应设置比值调节功能。空气压5 8MPa与水压3 6MPa 二者之间的调量关系，可以 是线性关系，也可以是非线性关系的；
W)C应设置自适应控制功能。航船无论在何种航速中航行，都能自行搜索到喷泵的空气 压与水压的最佳比值调节设定值；
DDC应设置对空压装置组和水泵装置组的机组控制功能，以及机组保护功能；
DDC有了控制功能，也应设置管理功能。
本实施例中，还须关注现有焊接技术的配合，关注点
船体上喷泵安装孔，不可用风焊枪和电焊枪开孔，应用风枪钻或电钻垂直于船体面开孔; 船体上的喷泵安装孔内径，不应大于喷泵头外经的20ii; 喷泵头在船内外周边均应焊接，并必须按规范选用焊条的牌号进行焊接； 喷泵焊接时，船舱内一侧的喷泵体应串加焊上一块相应厚度的圆环形加强贴板； 喷泵安装点，应离开船体拼装钢板焊缝》20CM的距离，是外洋轮的，还须考虑做应力 处理的工作。
所述航船不满载时，水线以上的工质喷射器组件，是自控关闭的，反之是自控开启的。而此项工作也是利用DDC现有技术来实现的，可由图2说明。图2喷射器控制点局部流程示 意图，设(4H)喷泵组件此时因船不满载而成为水线以上喷射器，则(6)是DDC、它是通过 (7)差压变送器测得(4H)喷泵是位于水线以上的，于是令(12H)和(13H)空气与水的二 位式调节伐关闭，反之则又自控开启。
而图2中，(2)和(3)则分别是压縮空气分包和水分包，(5L)是表示水线以下的喷泵 层列，(1)表示船体，(16)表示航道水。
所述喷射器内工质失压时，喷射器的工质输入端是自主关闭的，反之是自主开启的。本 实施例喷泵的空气和水的输入端，都各自串接了一只相应尺寸的市售机械式止逆伐。
所述工质喷射器，本实施例中的喷泵，可见图3喷泵结构示意图，其中(1)是喷泵体， (2)是进水栓，(3)是喷泵盖，(4)喷泵盖紧固螺栓孔，(5)进气止逆伐接口， (6)进水止 逆伐接口， (7)喷水腔，(8)工质输出口。其特征是，空气与水分别从(5)和(6)进入(1) 泵体，并在喷水腔(7)完成空气喷射低于空气压的有压水后，从喷泵口 (8)输出复合工质
的。喷泵的基本参数是
材质 不锈钢
耐压 14MPa
伸出船体的喷头直径 42扭鹏
伸出船体外的喷头高度 10fflffl
喷泵喷口处的工质厚度 3mm
喷泵喷口处的工质扇面角 120°
喷泵内空气与水的流通能力比 4: 1 本发明实施例外还可
所述空泡层的不可进入区，是船尾任何形式的、尤其是螺旋桨推进器作用力的功效区。 所以凡附合这一原理的，其工质喷射器的设置，除本实施例中所设的区域外，是可适当扩大 到其他合适区域的。所述四种不同性能的工质喷射器，除实施例中的喷泵外，还有须供气供水的喷筒，和只 须供气的喷枪和喷栓。分别是-
图4是喷筒结构示意图，其中(1)是喷筒体，(2)喷筒盖，(3)喷筒盖紧固嫘栓孔， (4)加装件，(5)进气止逆伐接口， (6)进水止逆伐接口， (7)喷水道，(8)工质输出口。 基特征是，它是一种压縮空气在出口喷嘴中，喷射低于空气压的有压水的工质喷射器。
图5是喷枪结构示意图，其中(1)是喷枪体，(2)喷枪盖，(3)喷枪盖紧固嫘栓孔， (4)进气止逆伐接口， (5)航道水入口， (6)航道水进口槽，(7)工质输出口。其特征是， 它是一种压縮空气在喷嘴中喷射航道水的工质喷射器。
图6是喷栓结构示意图，其中(1)是喷栓体，(2)喷栓盖，(3)喷栓盖紧固螺栓孔， (4)进气止逆伐接口， (5)工质栅，(6)工质输出口。其特征是，它是一种压縮空气直接作 为单一工质输出的喷射器。
权利要求
1、一种船体空泡层的减阻节能与增速方法，其特征是，在船体外面的合适区域与航道水之间，用本案的喷射器组件，输给生成空泡层的工质来实施的。
2、 根据权利要求l所述方法，其特征是，空泡层的最佳设置区，是航船体运动 阻力最大的区域，而空泡的总量是自控的。
3、 根据权利要求l所述方法，其特征是，空泡层的离散泡不可进入区，是船尾 任何形式的、尤其是螺旋浆推进器作用力的功效区。
4、 根据权利要求1和2所述方法，其特征是，航船不满载时，实际水线以上的喷 射器组件是自控关闭的，反之是自控开启的。
5、 根据权利要求1和2所述方法，其特征是喷射器组件内工质失压时，是自主关 闭的，反之是自主开启的。
6、 根据权利要求1和2所述方法，其特征是， 一种名为喷泵的工质喷射器，是压 缩空气在喷水腔中喷射低于空气压的有压水后，形成复合工质输出的。
7、 根据权利要求l、 2和6所述方法，其特征是， 一种名为喷筒的工质喷射器，是 压缩空气在出口喷嘴中，喷射低于空气压的有压水后，形成复合工质输出的。
8、 根据权利要求l、 2和6所述方法，其特征是， 一种名为喷枪的工质喷射器，是 压缩空气在出口喷嘴中、喷射航道水后，形成复合工质输出的。
9、 根据权利要求i、 2和6所述方法，其特征是一种名为喷栓的工质喷射器，是压 缩空气f 'F为单 一 工质直接输出的。
全文摘要
本发明的船体空泡层的减阻节能与增速方法，旨在降低船体的运动阻力，以提高船舶的总能效比和原时航速值，从而达到节能和降低运行成本的目的。所述方法，是在船体外合适的区域与航道水之间，用本案的喷射器组件，输给生成空泡层的工质来实施的；空泡层的最佳设置区，是船体运动阻力最大的区域，而空泡的总量是自控的；空泡层的离散泡不可进入区，是船尾任何形式推进器作用力的功效区；航船不满载时，实际水线以上的喷射器组件，是自控关闭的；喷射器组件内工质失压时，是自主关闭的；四种不同性能的喷射器结构示意图图3是喷泵，图4是喷筒，图5是喷枪，图6是喷栓；高密度长行程均匀分布的小空泡层，是优质空泡层，容易离去的大空泡是劣质泡。
文档编号B63B1/38GK101659314SQ20091019542
公开日2010年3月3日 申请日期2009年9月10日 优先权日2009年9月10日
发明者徐士华 申请人:徐士华