[发明专利]正压超微气泡发生器

说明书

技术领域

本发明涉及一种沿着船舶的船体产生一层气泡以降低其在水中的摩擦阻力的方法。本发明还涉及一种具有用于在船体表面上产生多个气泡的气泡发生设备的船舶。

背景技术

这种方法和船舶从美国专利No.6,789,491中已知，其中描述了如何借助于带翼吸气管(WAIP)系统产生一层微气泡。一层直径可小到10微米的微气泡通过将环境空气吸入船舶底部附近腔室中的低压区域而产生。低压区域将环境空气的气流经由附接在船体底部附近腔室中的翼上的管而导向。船舶的向前运动在翼上方产生吸力并在翼的上表面上方吸入环境空气。在翼上方的水-空气界面处，朝着船尾迅速流动的水引起所谓的Kelvin-Helmholtz不稳定性，这导致空气和水的混合以及随后产生微气泡。与由加压空气产生的气泡不同，一旦喷射入水中，这些微气泡的尺寸不会改变，它们形成一个覆盖船体从船头至船尾的较大表面积的层。这样，能实现高达15％的推进能量节省。

还已知在船体上安装多个气泡产生喷嘴，空气经由压缩机供应至所述喷嘴。这些喷嘴具有狭缝状几何形状并且用作微气泡发生器。主动空气压缩的缺点是与使用带翼吸气管(WAIP)系统产生低压相比能量消耗增加。

本发明的目标是提供一种用于在船舶的船体上产生气泡的方法，以及具有增大阻力减少的气泡发生器的船舶。

本发明的另一目标是提供一种用于产生微气泡并且降低相对较大位移的海洋货运船舶的摩擦阻力同时维持可用货仓尽可能大的方法。

本发明的又一目标是提供一种用于在船舶的船体上产生气泡的方法，以及具有能适应于主要海洋状况的气泡发生器的船舶。

本发明的再一目标是提供一种用于在船舶的船体上产生气泡的方法，以及具有效率增大的气泡发生器的船舶。

发明内容

为了满足这些目标，本发明提供了一种在船舶的船体上产生一层气泡的方法，其包括步骤：

—在船舶的底部处提供腔室，腔室沿着底部具有至少1米并且不超过船舶长度L的30％的长度，优选地不超过25％，最优选地不超过船舶长度L的10％，并且具有与底部平面隔开至少50厘米的顶面，优选地距底部平面至少1米，

—经由压缩机设备在高于大气压力的压力下将空气提供入腔室以至少部分地排出腔室的水，

—在腔室中提供水-空气波纹界面，用于形成混合区域，

—在混合区域中产生多个气泡，以及

—在腔室的底部处或附近提供气泡出口，用于允许气泡沿着船体朝着船舶的后部流出。

底部附近的腔室至少部分地由喷射入腔室的加压空气将水排出。这种空气腔室已经由申请人开发并且例如在EP1501719和WO2007/136269中描述以便在航海状况下为货轮提供增大的推进效率。发明人已经意识到，开发来用于减少被弄湿的船体表面的空气腔室，以令人惊奇和意外的方式用作相对较小尺寸的气泡和微气泡的发生器。

已经显现，在空气以对应于腔室吃水深度的压力(每10米吃水深度大约1巴)下喷射时，湍流水-空气界面形成为用作其中水充满空气的混合区域。在水-空气混合物在后部从腔室带走时，水-空气混合物从位于腔室后下侧附近的出口区域排出。已经显现，气泡从出口点在船体的较大表面区域上散布，比如湿船体表面的20％-40％之间，并且保持在0.1μm和100μm之间的基本上恒定的尺寸。这样，能以相对简单且成本有效的方式实现摩擦阻力的降低。

根据本发明的用于产生气泡的腔室具有与美国专利No.6,789,491中公开的小尺寸腔室相比较大的尺寸，但是与根据EP1501719和WO2007/136269的空气腔室船舶中使用的腔室相比尺寸较小。因此，根据本发明的船舶中的可用货仓增大。

根据本发明的气泡发生器的简单设计允许通过在船体的底部处提供相对较小尺寸的腔室而容易在现有船舶上改型。

通过使用根据本发明的空气腔室，空气腔室充满空气以降低船体的受湿区域从而减少摩擦阻力同时产生尺寸在10μm和1mm之间的小尺寸气泡。

小气泡经由后部附近的气泡出口从腔室离开并且分布于较大船体表面区域上以便进一步减少摩擦阻力。从而能实现高达15％的推进能量节省。

根据本发明，能将导入空气腔室用于从腔室排出水的加压空气用作用于产生微气泡的空气供应。在优选实施例中，这种空气在腔室的前端处导入。替代地，除了用于从腔室排出水的加压空气供应以外，单独的气泡发生设备可用于腔室中，腔室具有连接至这些设备的单独空气供应。气泡发生设备可包括空气管道或喷嘴、翼形(WAIP)设备、穿孔板或任何其它适合的气泡发生装置。