一种用于全回转喷水推进装置的通气减阻装置及使用方法

技术领域

本发明涉及船舶推进技术领域，具体涉及一种用于全回转喷水推进装置的通气减阻装置及使用方法。

背景技术

全回转喷水推进装置是一种特殊结构形式的喷水推进装置，其推进工作原理与传统的喷水推进装置类似，即利用叶轮13做功和扩压室的喷口收缩加速，产生进出口动量差，产生推力，其特点在于，进出口均位于推进装置底部，运行时，推进装置从底部中心吸水，从底部外周位置侧向喷水。

如图1所示，常规全回转喷水推进装置10安装于井箱0上，全回转喷水推进装置10的喷口11与井箱0的底部相邻，全回转推进装置喷射角度与船底夹角约为15度，喷射速度超过15m/s，喷射水流与井箱0的底部摩擦，产生巨大的摩擦阻力，如图2所示，全回转喷水推进装置喷口下游壁面切应力普遍超过400Pa，导致船舶实际收到推力远小于推进装置发出推力，通过小尺度船模试验可得，推力减额高达0.2，即船舶实际收到推力仅为推进装置发出推力的80％。同时，全回转喷水推进装置喷口可360度全向回转，高切应力区域将随喷口位置变化而变化，因此，降低各个方向上高速喷流引起的船底摩擦阻力，将大幅提高推进效率，增强船舶操纵性能。

因此，上述技术中没有能够减小全回转喷水推进装置喷射摩擦阻力的装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题为现有技术中全回转喷水推进装置喷射摩擦阻力较大的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种用于全回转喷水推进装置的通气减阻装置，包括全回转喷水推进装置、通气井箱和全回转通气减阻装置，所述全回转喷水推进装置包括喷口、扩压室和叶轮，所述全回转通气减阻装置连接在全回转喷水推进装置底部且与全回转喷水推进装置底部平齐，所述通气井箱包裹在全回转通气减阻装置外侧并与全回转喷水推进装置以及船体连接，所述通气井箱靠近全回转喷水推进装置的位置上设有凸台，所述凸台上设有通气管，所述通气管围绕全回转喷水推进装置周向均布，且所述通气管与全回转通气减阻装置连通。

通过采用上述技术方案，将通气井箱与船体结构相连，作为全回转喷水推进装置安装基座，与全回转喷水推进装置相连，承受全回转喷水推进装置的重量和其产生的推力，设置全回转通气减阻装置以及通气管，将空气引入全回转通气减阻装置并喷出，在浮力和全回转喷水推进装置喷流的相互作用下形成气膜，将高速喷流与船体隔离，大幅降低摩擦阻力，提高船舶收到推力，提升推进效率和船舶操纵性能。

可选的，所述全回转通气减阻装置包括孔板壳体和封板，所述孔板壳体上设有通气室和浮力室，所述孔板壳体与全回转喷水推进装置底部平齐，所述封板盖在孔板壳体上方，所述浮力室与封板密封连接，浮力室中填充空气，所述通气室底部设有透气孔用于通气，所述通气室中设有整流板，所述整流板平行于通气室底部。

可选的，所述全回转通气减阻装置中的透气孔位于全回转喷水推进装置的喷口下游。

通过采用上述技术方案，全回转通气减阻装置分别包含静止部件转动部件，转动部件与全回转喷水推进装置喷口同步旋转，使得在任意推进方向上，透气孔均位于全回转喷水推进装置下游的高切应力区域，起到减阻效果，静止部件上布置多个通气管，保证在各推进方向上，都能保持透气孔处空气压力平稳，使其在各个方向上都具有稳定的减阻效果。

可选的，所述透气孔为倾斜或垂直布置，使空气贴着底板排出，降低形成气膜的难度。

可选的，所述封板包括盖板、内密封衬套和外密封衬套，所述内密封衬套和外密封衬套高于盖板，所述盖板、内密封衬套、外密封衬套与通气井箱一同形成凸起的通气腔，所述内密封衬套与通气井箱的凸台一内侧壁连接，所述外密封衬套与通气井箱的凸台另一内侧壁连接。

可选的，所述内密封衬套与通气井箱的凸台一内侧壁之间以及外密封衬套与通气井箱的凸台另一内侧壁之间均设有多个回转密封。

可选的，所述回转密封之间设有密封隔板，所述回转密封上方设有密封盖板。

通过采用上述技术方案，设置多个密封衬套和密封板，防止高压空气从动静部件之间的间隙泄漏,影响全回转喷水推进装置进流和通气减阻装置的使用效果。

可选的，所述盖板与通气室连接的位置开设通气孔，所述通气管通过通气腔以及通气孔与通气室连通。

可选的，所述通气管外接高压气源，且所述通气管中设有单向通气阀。

一种用于全回转喷水推进装置的通气减阻装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤1：根据船舶吃水深度调整高压空气压力，使透气孔位置空气压力略大于水压，高压空气压力须通过计算或者试验进行确定，并通过高压气源上的整流板进行设置；

步骤2：全回转通气减阻装置可先于全回转喷水推进装置启动，也可与全回转喷水推进装置同时启动，高压气体从通气管进入通气井箱和封板组成的通气腔，通过通气孔进入通气室，将水从透气孔排出，此步骤用时即为全回转通气减阻装置启动时间；

步骤3：空气从透气孔冒出后，在浮力和全回转喷水推进装置喷流的相互作用下，持续在喷口下游形成气膜，将高速喷流与孔板壳体底部隔离，大幅降低摩擦阻力；

步骤4：全回转喷水推进装置转舵时，扩压室带动全回转通气减阻装置同步旋转，始终保持透气孔位于喷口下游，回转密封在转舵过程中保证高压空气仅通过透气孔冒出，防止空气沿动静部件间隙从上游进入全回转喷水推进装置，从而影响推进性能，通气井箱上沿周向均布若干通气管，使得在任意转舵角度下均能使透气孔位置空气压力保持大致相同，使气膜保持相对稳定。

综上所述，本发明至少具有以下一种有益效果：

1、全回转通气减阻装置将空气引入透气孔，在浮力和全回转喷水推进装置喷流的相互作用下，持续在该区域形成气膜，将高速喷流与船体隔离，大幅降低摩擦阻力，提高船舶收到推力，提升推进效率和船舶操纵性能。

2、转动部件与全回转喷水推进装置喷口同步旋转，使得在任意推进方向上，透气孔均位于全回转喷水推进装置下游的高切应力区域，起到减阻效果；静止部件上布置多个通气管，保证在各推进方向上，都能保持透气孔处空气压力平稳，使其在各个方向上都具有稳定的减阻效果。

3、设置多个回转密封分别与封板和通气井箱接触，并通过密封隔板和密封盖板压紧，防止高压空气从动静部件之间的间隙泄漏,影响全回转喷水推进装置进流和通气减阻装置的使用效果。

附图说明

图1为现有全回转喷水推进装置安装示意图；

图2为全回转喷水推进装置周围船底板剪切应力云图；

图3为本发明全回转喷水推进装置安装示意图；

图4为本发明全回转通气减阻装置结构示意图；

图5为图4中通气腔放大结构示意图；

图6为本发明孔板壳体俯视结构示意图；

图7为本发明仰视安装结构示意图；

图8为本发明另一种透气孔结构示意图；

图9为本发明封板俯视结构示意图；

图中：0、井箱；1、通气井箱；2、全回转通气减阻装置；3、封板；31、盖板；32、内密封衬套；33、外密封衬套；34、通气腔；35、通气孔；4、孔板壳体；41、通气室；42、浮力室；43、透气孔；5a、5b、整流板；6a、6b、6c、6d、回转密封；7a、7b、密封隔板；8a、8b、密封盖板；10、全回转喷水推进装置；11、喷口；12、扩压室；13、叶轮。

具体实施方式

以下结合附图1-9对本发明作进一步详细说明。

本发明公开了一种用于全回转喷水推进装置的通气减阻装置，参照图3-5，包括全回转喷水推进装置10、通气井箱1和全回转通气减阻装置2，全回转喷水推进装置10包括喷口11、扩压室12和叶轮13，全回转通气减阻装置2连接在全回转喷水推进装置10底部且与全回转喷水推进装置10底部平齐，通气井箱1与船体结构相连，并作为全回转喷水推进装置10的安装基座，与全回转喷水推进装置10相连，承受全回转喷水推进装置10的重量和其产生的推力，所述通气井箱包裹在全回转通气减阻装置2外侧，通气井箱1靠近全回转喷水推进装置10的位置上设有凸台，凸台上设有通气管9，通气管9围绕全回转喷水推进装置10周向均布，且通气管9与全回转通气减阻装置2连通，通气管9中设有单向通气阀，且外接高压气源，其中全回转通气减阻装置2和全回转喷水推进装置10的扩压室12刚性连接，可以随扩压室12同步旋转，通过设置全回转通气减阻装置2以及通气管9，将空气引入全回转通气减阻装置2并喷出，在浮力和全回转喷水推进装置10喷流的相互作用下形成气膜，将高速喷流与船体隔离，大幅降低摩擦阻力，提高船舶收到推力，提升推进效率和船舶操纵性能。

在进一步的实施方式中，参照图4和图6，全回转通气减阻装置2包括孔板壳体4和封板3，孔板壳体4上设有通气室41和浮力室42，孔板壳体4与全回转喷水推进装置10底部平齐，封板3盖在孔板壳体4上方，浮力室42与封板3密封连接，浮力室42中填充空气，所通气室41底部设有透气孔43用于通气，通气室41中设有整流板，整流板平行于通气室41底部，浮力室42与封板3构成封闭空间，内部填充空气，减少全回转通气减阻装置2在水中的重量，并能降低减阻所需的通气量，缩短全回转通气减阻装置2启动时间，通气室41宽度与全回转喷水推进装置10直径相当，本实施方式中，整流板设有两个，其中整流板5a设置在整流板5b上方，且两者平行，使得各透气孔43压力相当，安装全回转通气减阻装置2时，参照图7，透气孔43位于全回转喷水推进装置10的喷口11下游，覆盖图5中高切应力区域，本实施方式中透气孔43为竖直布置，在另一实施方式中，参照图8，透气孔43是倾斜布置的，将透气孔43从竖直布置变化为倾斜布置，使空气贴着底板排出，降低形成气膜的难度。

在进一步的实施方式中，参照图9，封板3包括盖板31、内密封衬套32和外密封衬套33，内密封衬套32和外密封衬套33高于盖板31，盖板31、内密封衬套32、外密封衬套33与通气井箱1一同形成凸起的通气腔34，内密封衬套32与通气井箱1的凸台一内侧壁连接，外密封衬套33与通气井箱1的凸台另一内侧壁连接，内密封衬套32与通气井箱1的凸台一内侧壁之间以及外密封衬套33与通气井箱1的凸台另一内侧壁之间均设有多个回转密封，回转密封之间设有密封隔板，回转密封上方设有密封盖板，盖板31与通气室41连接的位置开设通气孔35，通气管9通过通气腔34以及通气孔35与通气室41连通。

在本实施方式中，盖板31、内密封衬套32和外密封衬套33与通气井箱1构成通气腔34，盖板31在通气腔34与孔板壳体4的通气室41连接的位置开设通气孔35，联通两个空间，孔板壳体4的浮力室42与封板3的盖板31构成封闭空间，内部填充空气，外密封衬套33侧面与回转密封6a和回转密封6b连接，回转密封6a和回转密封6b之间设置密封隔板7a，回转密封6b上方设置密封盖板8a，内密封衬套32侧面与回转密封6c和回转密封6d接触，回转密封6c和回转密封6d之间设置密封隔板7b，回转密封6d上方设置密封盖板8b，外密封衬套33顶部与密封盖板8a连接密封，内密封衬套32顶部与密封盖板8b密封连接，密封隔板和密封盖板压紧回转密封，防止高压空气从动静部件之间的间隙泄漏,影响全回转喷水推进装置10进流和全回转通气减阻装置2的使用效果。

本发明还公开了一种用于全回转喷水推进装置的通气减阻装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤1：根据船舶吃水深度调整高压空气压力，使透气孔43位置空气压力略大于水压，高压空气压力须通过计算或者试验进行确定，并通过高压气源上的整流板进行设置。

步骤2：全回转通气减阻装置2可先于全回转喷水推进装置10启动，也可与全回转喷水推进装置10同时启动，高压气体从通气管9进入通气井箱1和封板3组成的通气腔34，通过通气孔35进入通气室41，将水从透气孔43排出，此步骤用时即为全回转通气减阻装置2启动时间。

步骤3：空气从透气孔43冒出后，在浮力和全回转喷水推进装置10喷流的相互作用下，持续在喷口11下游形成气膜，将高速喷流与孔板壳体4底部隔离，大幅降低摩擦阻力。

步骤4：全回转喷水推进装置10转舵时，扩压室12带动全回转通气减阻装置2同步旋转，始终保持透气孔43位于喷口11下游，回转密封在转舵过程中保证高压空气仅通过透气孔43冒出，防止空气沿动静部件间隙从上游进入全回转喷水推进装置10，从而影响推进性能，通气井箱1上沿周向均布若干通气管9，使得在任意转舵角度下均能使透气孔43位置空气压力保持大致相同，使气膜保持相对稳定。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。