空气润滑系统及包括这种系统的船舶技术方案

本发明专利技术涉及一种船舶(1)，该船舶具有至少三个空腔，这些空腔横跨底部在长度方向上沿着从靠近船首的中心线向相应的一侧延伸的线进行分布。此外，本发明专利技术包括一种船舶，针对每个空腔或在中心线的相对侧上位于预定长度位置处的每对空腔，该船舶容纳相应的压缩机，用于以大致对应于每个空腔中的静水压的压力将空气注入到空腔中。每个空腔(33)可以包括偏转器，该偏转器具有在空腔的长度方向上延伸越过空腔长度L的至少5％、优选地至少10％的长形部分(29、34、34’)。进气口(23)可设置于顶壁(19)中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种船舶，所述船舶包括船体，所述船体具有中心线、相对的侧部和大致平坦的底部，所述船舶具有数个空气润滑系统，每个系统包括：限定空腔的侧壁和顶壁，所述空腔具有布置于界面平面中的开口，所述界面平面大致在平坦底部的水平处横切侧壁，当在所述空腔的长度方向看时，所述开口具有前端和后端，空气入口与空腔的开口间隔开，空腔具有长度、从界面平面到顶壁的距离(Hc)以及宽度(W)，其中，比例Lc/Hc在7:1到13:1的范围内，比例W/H在1.3:1到2.5:1的范围内，以及比例Lc/W在3.5:1到7:1的范围内。
技术介绍
从以本申请人的名义提交的WO2013/125951中已知这种系统和船舶。在这一公开中，描述的是，通过提供相对小型的开口空腔并且以大约静水压将空气注入到空腔中来实现船舶的平坦底部的有效空气润滑，从而在该底部的高度处形成大致平坦的水-空气界面。在该界面处，由于开尔文-亥姆霍兹混合效应，空气被混合到水中，并且气泡流从空腔的后部逃离。这种空腔被认为提供了一种沿着底部提供气泡层、减小摩擦阻力的稳定且高效的方式，从而使得在推进期间由于减小的摩擦所获得的能量增益远超过以静水压将空气注入空腔中所需的额外能量。为了促成在启动期间将空腔排空，描述了横跨空腔横向地延伸的数个弯曲的波浪偏转器。波浪偏转器减少了空腔内的扰动并且使得空气保持在空腔内更长的时间段，从而使得在启动期间需要用于较弱的空气注入的容量减小的压缩机。在WO2013/125951中，还描述了，除了中心线上的最前端的空腔之外，两个空腔可位于中心线的每一侧上不同的长度位置处以便使得气泡横跨底部均匀分布。WO2010/058614也公开了一种具有多个空气空腔的船舶，两个空腔位于中心线的每一侧上不同的长度位置处。在US6,145,459中，描述了一种空气润滑系统，其中，沿着船体以朝向船尾的一个角度经由连接到空腔的缝隙注入空气，该空腔在船体的内侧表面上包含压缩空气。在船体中的缝隙的出口点的上游放置缆线，以便引起使空气体积散开的扰动，因此形成小泡状物。已知的系统具有以下缺点：空气注入需要相对高的压力，并且在针对减小摩擦阻力而进行的润滑所需要的功率方面考虑的话该空气注入是相对低效的。此外，船体外侧上的缆线相对容易受到损坏，产生附加的阻力并且可形成污物、贝类或海草的附着点。JP2002-2582A描述了一种空气空腔船舶，该船舶具有空腔并且具有在底层下方突出以用于在空腔内产生负压的特殊的上游楔子。鉴于所产生的负压，空气在不需要压缩机的情况下供应到空腔中。在空腔内，下部前部部分造成使得水和空气进行混合的不均匀且扰动的空气-水界面。具有相对低的内部压力的小型泡状物在空腔的后部处离开，在泡状物沿着船体的底部行进时，泡状物的大小由于水压而减小。该已知的润滑系统相对低效，因为这种系统以空腔内产生的不受控制的负压来进行操作，并且无法形成与平坦底部在同一水平的平坦的空气-水界面，允许通过开尔文-亥姆霍兹效应沿着所述整个界面来混合空气和水，并且沿着界面不受限制地离开空腔到达明确限定且未扰动的边界层中的底部。因此，本专利技术的目的是提供空气沿着底部的改进的分布以便增加润滑。此外，本专利技术致力于提供空气润滑系统的改进的控制和安全性。本专利技术的另一个目的是提供一种具有改进的空气流特征的空气润滑系统。
技术实现思路
根据本专利技术的系统的特征在于，在船舶的中心线的每一侧上，至少三个空腔横跨底部在长度方向上沿着从靠近船首的中心线向对应的一侧延伸的线进行分布。通过这种“V形”空腔分布，可以横跨底部的整个宽度扩展均匀的气泡覆盖层。空腔沿着其进行分布的线可以是直线或曲线，或者可以由具有不同曲率的线段组成。专利技术人发现使用更多的小型空腔使得在相对低的能量输入下生成的气泡分布更有利。根据另一个实施例，空腔可以以下述方式来布置：在朝向船尾的方向看时，最靠近船首的空腔的后端比相邻空腔的前端距离船首更远。对于带有尖锐的船尾以及相应形状的平坦底部的船舶，空腔遵循船体形状以实现空气润滑横跨底部的宽度的最优分布。相比于空腔在船舶的长度方向上对齐的情况，空腔的扇形展开分布带来改进的底部强度。对于横跨船体的气泡的有效分布，在靠近船首的区域中，两个最前方的空腔可位于距中心线预定的距离处，靠近船尾的两个额外的空腔位于距中心线较小的距离处。包括在V形分布的边界内的中心空腔沿着船舶的中心线提供额外的空气润滑。在横向方向上均匀扩展的空腔沿着平坦底部提供空气润滑的良好分布。靠近中心线的密集的空腔针对中心处的流线的扩展而被定制并且被认为在位置上取决于在遇到船舶的前部之后的水的稳定性。专利技术人在大量的CFD分析之后惊奇地发现了密集的空腔的中心位置。根据本专利技术可采用波浪偏转器来使空腔内的流动稳定。通过在空腔内提供在空腔长度方向上具有相对长的尺寸的波浪偏转器，可以在船舶例如以20海里/小时的速度航行时有效地为空腔填充空气。在操作中，偏转器有效地使填充有空气的空腔免遭由于船舶的横摇运动以及波浪而引起的水的进入，长形偏转器部分在横摇运动期间使得空腔内的水表面保持稳定，从而确保空腔的稳定操作。同样，在船舶航行而空腔中没有空气的情况下，根据本专利技术的长形偏转器部分以减小的阻力带来未被扰动的水流。如在此所使用的，词语“大致平坦的底部”旨在意指在可以在与水平面成+5°与-5°之间的角度的平面中延伸的底部。根据本专利技术的偏转器可以由一个或多个穿孔的板构件形成，或者可以为格子或框架结构的形式。偏转器可以包括数个偏转器构件，每个偏转器构件具有水平定向部分，其中，相邻的长形部分之间在空腔的长度方向上的间隔在空腔长度L的1％与10％之间。在操作期间，空气可以在偏转器之间以均匀分布的方式向下传到船体底部的水平面处的开尔文-亥姆霍兹界面。通过在相邻偏转器之间留下相对窄的敞开区域的条形物，在空气可以自由地行进到开尔文-亥姆霍兹界面时，偏转器在横摇运动期间有效地避免空腔有波浪进入和有水进入。在WO2013/125951第4页第40行到第5页第5行给出了可以发生有效的开尔文-亥姆霍兹效应的速度和气流，该国际申请通过引用合并于此。根据本专利技术的空气润滑系统所形成的泡状物的大小在0.5毫米到5毫米的范围内。在较低的速度时，所形成的泡状物看起来具有这样的大小，该大小在该范围的最高的一端内并且该大小在直径上通常测量为在3毫米到5毫米之间。对于较高的速度，泡状物大小被认为在该范围的较低的一端处并且在0.5毫米到约3毫米之间。可以在其中使用本专利技术的空腔的船舶可以是用于内陆使用的尺寸更小的船舶，但是优选地是远洋航行的船舶，并且可以具有长度为至少20米长达500米的平坦的底部。适合结合根据本专利技术的空气润滑系统使用的船舶的排水量可以是10.000吨或更多、优选地50.000吨或更多，并且可以包括大型的海洋航行油轮、散装货船、集装箱船或其他载货船以及渡轮、游轮和其他载客船。空腔的长度可以在2米到10米之间并且空腔的高度可以在0.2米到1.5米之间。空腔的宽度可以在40厘米到2米的范围内。发现空腔的以上尺寸足以产生用于产生恒定的气泡和使这些气泡沿着底部流动到边界层的稳定的开尔文-亥姆霍兹界面效应。空腔的大小确定了产生稳定的润滑气泡层所需的空气体积，并且确定了在破裂之后重新填充空腔并且本文档来自技高网...

【技术保护点】
船舶(1)，所述船舶包括船体(4)，所述船体具有中心线(50)、相对的侧部(51,52)和大致平坦的底部(6)，所述船舶具有数个空气润滑系统(7,8)，每个系统包括：限定空腔(33)的侧壁(18、18’)和顶壁(19)，所述空腔(33)具有布置于界面平面(30)中的开口(20)，所述界面平面(30)大致在所述平坦底部的水平处横切所述侧壁，当在所述空腔的长度方向看时，所述开口具有前端(22)和后端(21)；空气入口(23)与所述空腔的所述开口间隔开，所述空腔具有长度(Lc)、从所述界面平面(30)到所述顶壁(19)的距离(Hc)以及宽度(W)，其中，比例Lc/Hc在7:1到13:1的范围内，比例W/H在1.3:1到2.5:1的范围内，并且比例Lc/W在3.5:1到7:1的范围内，其特征在于，在所述船舶(1)的所述中心线(50)的每一侧上，至少三个空腔(54、54’至59、59’)横跨所述底部在所述长度方向上沿着从靠近所述船首(2)的所述中心线(50)向对应的侧部(51,52)延伸的线进行分布。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.05 EP 14157871.61.船舶(1)，所述船舶包括船体(4)，所述船体具有中心线(50)、相对的侧部(51,52)和大致平坦的底部(6)，所述船舶具有数个空气润滑系统(7,8)，每个系统包括：限定空腔(33)的侧壁(18、18’)和顶壁(19)，所述空腔(33)具有布置于界面平面(30)中的开口(20)，所述界面平面(30)大致在所述平坦底部的水平处横切所述侧壁，当在所述空腔的长度方向看时，所述开口具有前端(22)和后端(21)；空气入口(23)与所述空腔的所述开口间隔开，所述空腔具有长度(Lc)、从所述界面平面(30)到所述顶壁(19)的距离(Hc)以及宽度(W)，其中，比例Lc/Hc在7:1到13:1的范围内，比例W/H在1.3:1到2.5:1的范围内，并且比例Lc/W在3.5:1到7:1的范围内，其特征在于，在所述船舶(1)的所述中心线(50)的每一侧上，至少三个空腔(54、54’至59、59’)横跨所述底部在所述长度方向上沿着从靠近所述船首(2)的所述中心线(50)向对应的侧部(51,52)延伸的线进...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰内斯·约翰内松，诺亚·西尔柏施密特，乔根·克劳森，
申请(专利权)人：银流技术公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL