一种用于船舶的空气释放单元、船舶及船舶的控制方法

技术领域

本发明涉及船舶技术领域，尤其涉及一种用于船舶的空气释放单元、船舶及船舶的控制方法。

背景技术

空气润滑系统包括空气释放单元(Air Release Unit，ARU)，其是船舶空气润滑系统的关键组成部分之一。空气释放单元安装在船体，空气释放单元空气具有入口和喷口，入口连接管路系统并将来自管路系统的空气通过喷口吹入水中，形成气泡混合流或气液分层流，进而降低船底板的摩擦阻力。在入口处设有阀件，当空气润滑系统不使用时，阀件防止海水倒流进入管路系统，以对管路系统进行防护。但是海水通过喷口进入空气释放单元内部，海水的腐蚀性和海生物的生长会对空气释放单元效果造成不利影响，为此，现有技术中，会在不使用空气润滑系统时(如低速航行状态或靠泊装卸状态)要求每隔一定时间启动系统运行，以对空气释放单元进行防护。然而，既造成了能源的浪费又对船舶电网造成了冲击，并且对空压机寿命也有不利影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于船舶的空气释放单元、船舶及船舶的控制方法，对空气释放单元进行防护，并且解决了现有技术中造成能源的浪费、对船舶电网造成冲击以及对空压机寿命也有不利影响的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，提供一种用于船舶的空气释放单元，包括：

壳体，包括入口和喷口，所述入口用于与外部压缩机的空气出口管道连接以供应空气；

压力检测模块，设于所述壳体，所述压力检测模块用于检测所述喷口处的空气压力；

启闭模块，设于所述喷口处，所述启闭模块能够打开或关闭；

在空气润滑系统启用且空气压力大于外围海水压力时，所述启闭模块打开，使所述喷口处于喷气状态，在空气润滑系统不启用时，所述启闭模块关闭，使所述喷口处于水密状态。

在一些可能的实施方式中，所述启闭模块包括支撑件，所述支撑件上设有驱动电机、齿轮和齿条封板，所述支撑件设于所述喷口处，所述驱动电机驱动所述齿轮转动，所述齿条封板和所述齿轮啮合连接，所述齿条封板用于封堵所述喷口。

在一些可能的实施方式中，所述齿条封板的两侧设有导轨，所述齿条封板沿所述导轨滑动。

在一些可能的实施方式中，壳体包括沿第一方向依次连接的入口段、稳压段和出口段，所述出口段背离所述稳压段的一端为所述喷口，所述入口段背离所述稳压段的一端为所述入口，所述壳体内部为光滑过渡结构，所述喷口沿第二方向开设，所述第二方向与所述第一方向呈夹角设置。

在一些可能的实施方式中，所述稳压段的外形为等截面椭圆柱体，所述入口段的外形为变截面柱体，所述入口段朝向所述稳压段的一端横截面呈椭圆形，所述入口段朝向所述稳压段一端的横截面积大于所述入口一端的横截面积，所述出口段呈鹤嘴形，所述出口段的横截面呈椭圆形，所述出口段朝向所述稳压段一端的横截面积大于所述喷口一端的横截面积。

在一些可能的实施方式中，所述壳体由钢材质制成，所述稳压段分别与所述入口段和所述出口段焊接，所述启闭模块和所述出口段焊接。

在一些可能的实施方式中，还包括第一连接板和第二连接板，所述壳体连接于所述第一连接板和所述第二连接板之间，所述第一连接板和所述第二连接板均与船体焊接。

第二方面，提供一种船舶，包括船体和上述的用于船舶的空气释放单元，所述船体的底部设有肋骨和纵骨，所述肋骨和所述纵骨形成槽体，所述用于船舶的空气释放单元嵌设于所述槽体。

在一些可能的实施方式中，所述船体的底部设有多个所述槽体，所述用于船舶的空气释放单元设有多个，多个所述用于船舶的空气释放单元按预设形状排布并对应嵌设于部分所述槽体。

第三方面，提供一种船舶的控制方法，所述船舶包括空压机和上述的用于船舶的空气释放单元，控制方法包括：

使喷口处于喷气状态：

控制压力检测模块检测喷口处的空气压力；

比较所述喷口处的空气压力与外部水压，判断当二者之差是否达到预设值；

是，则控制启闭模块打开，使所述喷口处于喷气状态；否，则控制启闭模块关闭，使所述喷口处于水密状态；

使喷口处于水密状态：

控制空压机进入低气量模式运行，使所述喷口处的空气压力大于外部水压；

控制启闭模块关闭，使所述喷口处于水密状态；

控制所述空压机停机。

本发明的有益效果：

本发明提供的一种用于船舶的空气释放单元、船舶及船舶的控制方法，在空气润滑系统启用时，空气压力大于外围海水压力时，启闭模块打开，使喷口处于喷气状态，进行正常喷气。在空气润滑系统不启用时，启闭模块关闭，使喷口处于水密状态，不会造成额外的阻力，同时也可以避免海水进入空气释放单元内部，采用启闭装置大大延长了维护周期和使用寿命，解决了现有技术中造成能源的浪费、对船舶电网造成冲击以及对空压机寿命也有不利影响的问题，保证了节能率指标。

附图说明

图1是本发明的具体实施方式提供的壳体的示意图；

图2是本发明的具体实施方式提供的启闭模块打开状态下的示意图；

图3是本发明的具体实施方式提供的启闭模块关闭状态下的示意图；

图4是本发明的具体实施方式提供的稳压段连接于船体的示意图；

图5是本发明的具体实施方式提供的用于船舶的空气释放单元以一种方式布置在部分船体底部的示意图；

图6是本发明的具体实施方式提供的用于船舶的空气释放单元以另一种方式布置在部分船体底部的示意图。

图中：

100、空气出口管道；

200、船体；201、肋骨；202、纵骨；203、槽体；

300、空气释放单元；

1、壳体；11、入口段；12、稳压段；13、出口段；131、喷口；

2、压力检测模块；

3、启闭模块；31、支撑件；32、驱动电机；33、齿轮；34、齿条封板；

4、第一连接板；

5、第二连接板。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本实施例提供了一种用于船舶的空气释放单元，如图1-图3所示，包括壳体1、压力检测模块2和启闭模块3，壳体1包括入口和喷口131，入口用于与外部压缩机的空气出口管道100连接以供应空气。压力检测模块2设于壳体1，压力检测模块2用于检测喷口131处的空气压力。启闭模块3设于喷口131处，启闭模块3能够打开或关闭。

在空气润滑系统启用时，空气压力大于外围海水压力时，启闭模块3打开，使喷口131处于喷气状态，进行正常喷气。在空气润滑系统不启用时，启闭模块3关闭，使喷口131处于水密状态，不会造成额外的阻力，同时也可以避免海水进入空气释放单元300内部，采用启闭装置大大延长了维护周期和使用寿命，保证了节能率指标。相较于现有技术中，在不使用空气释放单元300时要求每隔一定时间启动系统运行的方式进行防护，解决了造成能源的浪费、对船舶电网造成冲击以及对空压机寿命也有不利影响的问题。进一步地，入口处还设有用于防止海水倒流进入空气出口管道100的阀件，参照现有技术即可，不再赘述。

在一种实施例中，如图2和图3所示，启闭模块3包括支撑件31，支撑件31上设有驱动电机32、齿轮33和齿条封板34，支撑件31设于喷口131处，驱动电机32驱动齿轮33转动，齿条封板34和齿轮33啮合连接，齿条封板34用于封堵喷口131，齿轮33和齿条封板34啮合精度高，保证密封可靠性，具体齿条封板34和喷口131处之间设有密封件，以保证水密性。进一步地，支撑件31连接于壳体1外周侧。

进一步地，压力检测模块2为压力传感器。空气润滑系统还包括控制模块，压力传感器向控制模块反馈压力信号，控制模块判断喷口131处空气压力是否大于海水压力，大于时则控制驱动电机32驱动齿轮33向一个方向转动，以驱动齿条封板34移动打开喷口131。当喷气准备中止时，控制模块控制驱动电机32驱动齿轮33向另一个方向转动，以驱动齿条封板34移动关闭喷口131。

在一种实施例中，齿条封板34的两侧设有导轨(图中未示出)，齿条封板34沿导轨滑动，一方面提高齿条封板34的滑动精度，另一方面，导轨对齿条封板34起到约束作用，吸收作用在封板上的压力，减少齿条封板34及与其连接的结构在水压、气压作用下的变形。进一步地，通过合理的设置驱动电机32的间隙，保证在设计载荷作用下导致的齿条封板34变形在间隙范围内，即其承受的垂直压力始终传递到两侧的导轨。驱动电机32驱动齿轮33转动、齿条封板34移动，但是不承受封板传递的压力。

如图2所示，齿条封板34沿船体纵向移动，因为船在航行，相对于船来说水流是从船首流向船尾的。空气在喷口131喷出后，刚好被水流带向下游船尾方向，形成气泡层覆盖船底以降低摩擦阻力。

在一种实施例中，如图1和图2所示，壳体1包括沿第一方向依次连接的入口段11、稳压段12和出口段13，出口段13背离稳压段12的一端为喷口131，入口段11背离稳压段12的一端为入口，壳体1内部为光滑过渡结构，避免了对气流的扰动，并且相对于现有技术中，通过螺栓及连接构件对不同段进行连接而导致空气释放单元300内部表面并不完全光滑，存在牺牲阳极和连接螺栓、对空气的稳定释放产生影响等问题。喷口131沿第二方向开设，第二方向与第一方向呈夹角设置，从而实现船底方向喷气。进一步地，空气进入空气释放单元300时是从船首方向流向船尾，水平方向，流出空气释放单元300时是向船底垂直喷出，垂直方向，如图1所示，第一方向为船首至船尾方向即图中X向，第二方向为垂直于船底方向即图中Y向。

在一种实施例中，稳压段12的外形为等截面椭圆柱体，截面采用椭圆形，一是为了在有限的船底空间内提供较大的稳压腔，减少进入空气后的脉动，另一方面是有利于降低自身局部应力，防止自身应力集中。入口段11的外形为变截面柱体，入口段11朝向稳压段12的一端横截面呈椭圆形，入口段11朝向稳压段12一端的横截面积大于入口一端的横截面积。入口段11的入口截面可以是圆形或椭圆形，实现压缩机的空气出口管道100与稳压段12的平稳过渡，降低气流扰动。出口段13呈鹤嘴形，在长度方向上为变截面椭圆形，截面面积逐渐变小，并且逐渐改变法向，最终旋转90度实现船底喷气。出口段13的横截面呈椭圆形，出口段13朝向稳压段12一端的横截面积大于喷口131一端的横截面积。通过出口段13呈上述外形设计，缓慢转换气流方向，保证喷口131压力的均匀下降，提升了喷口131喷气压力的稳定性，从而提高了与气泡/气层的稳定性，降低船底板的摩擦阻力。

壳体1通过采用上述形状，有利于腔内气压从入口到喷口131的均匀下降以及气流方向的缓慢变化，进而提升喷口131压力的稳定性。进一步地，通过数值模拟方法计算不同流道外形下的压降，然后优化壳体1外形保证压力均匀下降。

进一步地，如图1-图3所示，入口段11、稳压段12、出口端和启闭模块3四个部分模块化设计，一旦部分模块发生损坏，只需要更换相应模块即可，便于更换且降低成本。在一种实施例中，壳体1由钢材质制成，具体采用较厚的高强度钢制作，以满足结构强度要求，避免额外增设结构来满足强度要求。稳压段12分别与入口段11和出口段13焊接，启闭模块3和出口段13焊接，减少连接构件连接，实现内部光滑。当需要更换部分模块时，采用切割方式将结构进行分割即可。

在一种实施例中，如图4所示，用于船舶的空气释放单元还包括第一连接板4和第二连接板5，壳体1连接于第一连接板4和第二连接板5之间，第一连接板4和第二连接板5均与船体200焊接。通过在外部延船长方向设置若干肋板式第一连接板4和第二连接板5，安装时首先将第一连接板4与船底板和两侧T型材进行焊接，然后安装空气释放单元300并初步定位，最后安装第二连接板5完成剩余焊接工作，实现空气释放单元300的固定。避免第一连接板4和第二连接板5伸入于壳体1内部而影造成气流扰动。

进一步地，空气释放单元300的总长度和总宽度根据船体200结构进行适应性设计，以利于后续将空气释放单元300安装于船体200时，方便施工。

现有技术中，空气释放单元结构复杂，体积和形状固定，一种情况是体积较大，在船底板安装时需要对船体进行较大改动，不利于施工，另一种情况是体积较小，使用数量过多，导致空气润滑系统管路复杂，对船底结构强度也有不利影响，还有将空气释放单元布置在船底外侧的，尽管具有流线外形，但仍会增加船舶行进阻力。为解决上述问题，本实施例还提供了一种船舶，如图5和图6所示，包括船体200和上述的用于船舶的空气释放单元，船体200的底部设有肋骨201和纵骨202，肋骨201和纵骨202形成槽体203，用于船舶的空气释放单元嵌设于槽体203。在底部结构不做大幅度改动的条件下，嵌入船底，非常有利于施工。具体地，根据不同船舶的槽体203尺寸进行适应性设计，空气释放单元300总长度不超过目标船体200的肋骨201间距，宽度不超过纵骨202间距，高度不超过船底板纵骨202高度。此外还可根据某些船型特殊要求，进一步降低高度。

在一种实施例中，船体200的底部设有多个槽体203，用于船舶的空气释放单元设有多个，多个用于船舶的空气释放单元按预设形状排布并对应嵌设于部分槽体203。保证了空气释放单元300在布置上的灵活性，如一字形布置和楔形布置，理论上可以在船底板纵横骨架以外的区域任意布置。

本实施例还提供了一种船舶的控制方法，船舶包括空压机和上述的用于船舶的空气释放单元，控制方法包括：

S100、使喷口131处于喷气状态：

S101、控制压力检测模块2检测喷口131处的空气压力；

S102、比较喷口131处的空气压力与外部水压，判断当二者之差是否达到预设值；

S103、是，则控制启闭模块3打开，使喷口131处于喷气状态；

S104、否，则控制启闭模块3关闭，使喷口131处于水密状态。

压力传感器等压力检测模块2用于监测空气释放单元300喷口131处的压力，当空气压力低于外围海水压力时，启闭模块3保持水密状态。当空气压力高于外围海水压力预设的一定值时，启闭模块3打开，喷口131处于喷气状态开始喷气，防止海水倒灌壳体1内。

S200、使喷口131处于水密状态：

S201、控制空压机进入低气量模式运行，使喷口131处的空气压力大于外部水压；

S202、控制启闭模块3关闭，使喷口131处于水密状态；

S203、控制空压机停机。

当喷气准备中止时，控制启闭模块3关闭以使喷口131处于水密状态，之后再控制空压机停机，保证关闭启闭模块3时，空气释放单元300内部仍保有一定气压，此时空气压力仍然大于外围海水压力，避免关闭过程中海水倒灌壳体1内。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。