專利名稱：具有壓縮空氣產(chǎn)生設(shè)備、摩擦減小設(shè)備和氣體噴射裝置的減摩船的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過利用船上的壓縮空氣產(chǎn)生設(shè)備在船身表面上形成的邊界層中噴射氣泡的減摩船，同時涉及一種摩擦減小設(shè)備和空氣噴射裝置。
相關(guān)技術(shù)的描述對于通過在船身表面上具有氣泡或空氣噴射層來減小航船的表面摩擦，已經(jīng)提出了各種方法。一些以將氣泡噴射到水中為基礎(chǔ)的技術(shù)的例子為日本專利申請書，第一次公布(1)S50-83992；(2)S53-136289；(3)S60-139586；(4)S61-71290；以及實用新型申請書；(5)S61-39691；(6)S61-128185。在這些技術(shù)中，氣泡是由將空氣壓縮機產(chǎn)生的壓縮空氣通過許多細孔或通過一多孔材料(如燒結(jié)聚合物)噴入水中而產(chǎn)生的。
但是，當壓縮空氣噴入水中時，存在一個問題，就是由于浮動氣泡的升力，氣泡往往浮動離開船身表面，導致所獲得的摩擦減小范圍變窄。另一方面，通過多孔介質(zhì)產(chǎn)生氣泡的技術(shù)產(chǎn)生一個問題，就是由于穿越多孔介質(zhì)的壓力降，能耗很高，導致一種狀況，就是從減小表面摩擦獲得的節(jié)省能量被產(chǎn)生氣泡所需的能耗所否定，由此使該技術(shù)的實際應(yīng)用成為問題。為此，參考文獻(1)至(6)尚未付諸實踐。
同時，已經(jīng)提出過產(chǎn)生氣泡和水的混合物的方法。這樣一種技術(shù)的一個例子公開于日本專利申請書第一次申請H8-239083中。在該技術(shù)中，在船上的適當位置設(shè)置一個氣泡-水混合物產(chǎn)生裝置，將含有微小氣泡的氣泡-水混合物噴入水中。
在這樣技術(shù)中，噴射氣泡的直徑R、空氣流動速率Q和主要流動速度V的關(guān)系如下列表達式R=K(Q/U)1/2(1)式中中的常量，在某些情況下可采用2.4的數(shù)值。
但是，在上述表達式(1)中，當船速恒定時(即U=常量)，可以看出，增大的流動速率Q會增大氣泡直徑R。這導致減小微小氣泡對摩擦減小作用的有效性。
同時，減小摩擦的普通方法要求將氣體噴射出口設(shè)置在船身外表面的多個位置上，以便用微小氣泡盡可能地鋪滿船的潛面。在此種情況下，為了從混合物產(chǎn)生設(shè)備向單個的氣體噴射出口供給水-氣泡混合物，必須提供范圍廣泛的管路。如果不簡化此種范圍廣泛的管路，減摩船就不可能以相當經(jīng)濟的成本生產(chǎn)，因為管路代表建造減摩船的相當重大的成本。
而且，因為船身潛面上的靜壓在不同潛設(shè)位置處是不同的，所以氣泡產(chǎn)生條件有時可能產(chǎn)生差異。因此，也可能需要改變船身不同位置處的噴射條件。
其次，對于那些沿底部表面流動的氣泡(稱為底部氣泡)，氣泡直徑越大，迫使氣泡緊靠船身底部的升力也越大，導致在邊界層中產(chǎn)生高的空穴比，從而提高減小摩擦的效果。但是，對于那些沿船身側(cè)部流動的氣泡(稱為側(cè)部氣泡)，作用在側(cè)部氣泡上吸引它們向著船身表面的唯一的力是由剪切速度和氣泡速度之差產(chǎn)生的升力(Saffman升力)。該升力相當弱，而側(cè)部氣泡易于浮動離開表面。換句話說，因而邊界層厚度向著船尾增大，所以，如果噴射條件對于厚邊界層區(qū)域是最好的，那么氣泡就從薄邊界層區(qū)域排出(分散)，使得船身表面周圍的流動范圍成為紊流，因此減弱了減小摩擦的效果。
噴射方向也影響減小摩擦的效果。在普通的減摩船中，吹動壓縮空氣的方向與船身表面周圍的水流成橫交，因此，當壓縮空氣流速變高時，產(chǎn)生的微小氣泡噴到邊界層之外。這構(gòu)成船身表面周圍的流動范圍為可變成紊流的原因之一，并可能導致增大航行阻力。
通過使用一種通常如下組成的設(shè)備，可使摩擦減小技術(shù)適用于實際。一個作為供氣管一部分的用于吹送壓縮空氣的鼓風機安置在船頭的底部部分附近的橫斷板上吃水線高度以下。壓縮空氣從鼓風機通過主流量表通過壓力表道出，壓力表位于固定在船身內(nèi)部的水密的通海吸水箱外殼上。該通海吸水箱包含多個噴射裝置，它們由安置在船的底部部分處的許多細孔構(gòu)成，這些噴射裝置受到控制，使得通過調(diào)整流量閥使氣體吹送壓力高于靜水壓力。
在這樣一種減小摩擦的設(shè)備中，鼓風機安置在吃水線下，以縮短通到氣體噴射出口的連接管，這意味著，當鼓風機停止時，流量調(diào)整閥必須完全關(guān)閉。如果發(fā)生不能關(guān)閉流量調(diào)整閥的情況，水將向上回流入鼓風機，這意味著，在起動時，在預(yù)備性程序完成之前氣體噴射出口不能對水打開，因此初始時流量調(diào)整閥完全關(guān)閉，直到鼓風機出口壓力變成高于外部靜水壓力。這不僅是一種麻煩的起動程序，而且產(chǎn)生其它操作問題，例如要求持續(xù)地監(jiān)控鼓風機操作，以便確定通海吸水箱中的內(nèi)室壓力高于靜水壓力。
微小氣泡技術(shù)的其它實際適用性包括使用微小氣泡(例如由船上壓縮機產(chǎn)生的鼓風壓縮空氣所產(chǎn)生)，從船的底部部分進入水中以產(chǎn)生微小氣泡。噴射裝置包括這樣一種配置，其中在底部船身板上設(shè)置一個開孔，該開孔通過固定一個穿孔板來關(guān)閉，穿孔板有許多個適當隔開的氣體噴射出口(細孔)。該板安置在一個設(shè)于底部船身板內(nèi)的水密通海吸水箱外殼中，而從一供氣管通過氣體管通供給壓縮空氣，使得可以從氣體噴射噴出處于壓力下的空氣以產(chǎn)生微小氣泡。還有通過從一組設(shè)置在底部船身板上的空氣噴射部件吹送空氣而產(chǎn)生微小氣泡的其它建議，辦法是將多孔板固定在氣體噴射出口上，或?qū)怏w噴射出口直接設(shè)置在底部船身板上。
上述類型的減小摩擦的方法的一個問題是，為了讓微小氣泡沿底部表面鋪滿底部表面，必須沿橫向設(shè)置氣體噴射出口，而每個噴射出口必須有自己的通海吸水箱外殼。因此，要求許多通海吸水箱外殼和相關(guān)的管道，導致制造過程不僅費時而且費錢。
設(shè)置在底部船身板上的普通空氣噴射裝置的另一問題是，當在港口停泊時，因為空氣吹送停止了，所以有可能由于靜水壓力和鼓風機壓力之間存在壓差而淹沒通海吹水箱。如果淹沒沒有發(fā)生，也有海水有機構(gòu)附著在通海吸水箱內(nèi)部或穿孔板上或鹽沉淀的問題，從而需要徹底清洗氣體噴射內(nèi)部。
普通空氣噴射裝置的另一問題是，因為它們是通過焊接在設(shè)置于底部船身板的開孔上而直接固定的，所以開孔不易打開，使裝置的維修很困難。其次，雖然將蓋住噴射開孔的多孔板周邊的所有緊固件拆去后可以檢修通海吸水箱內(nèi)部，但每次安置噴射裝置需要拆卸和重新固定許多緊固件。通常，為了讓微小氣泡鋪滿整個底部表面，沿船的橫向有許多噴射位置；例如當沿三條橫向線有26個位置時，可以理解，通海吸水箱外殼的整個內(nèi)部空間的維修工作需要人工安裝和拆卸數(shù)目世大的螺栓，造成維修工作高度花費勞動。
發(fā)明概要減小船的表面摩擦這個主要目的是通過本發(fā)明的幾個互相有關(guān)的目的來實現(xiàn)的。下面將分別介紹每個目的，簡要地說明達到該目的的方法。
第一個目的是提供這樣一種減摩船，它能產(chǎn)生局部優(yōu)化的減小摩擦的效果，這種效果不受氣體流速的影響。
這第一個目的是以這樣一種減摩船來達到的，這種船在浸沒的外船身板上具有一個流線形層狀凸出部，而在該層狀凸出部的頂點區(qū)域上隔開地設(shè)置氣體噴射出口，使得從氣體噴射出口出來的氣體可以噴入水中而產(chǎn)生微小氣泡。
因此，考慮到大的氣流速度而操作的層狀凸出部分的配置能夠減小表面摩擦，因為能夠有效地控制所產(chǎn)生的微小氣泡的尺寸。
第二個目的是提供一種減摩船和一種壓縮空氣產(chǎn)生設(shè)備，該設(shè)備能夠控制減摩船的各個位置處的微小氣泡產(chǎn)生條件，并能夠減小造船費用和減摩船的操作費用。
該目的是以這樣一種減摩船來達到的，在該船中每個微小氣泡噴射裝置是作為一個包括一部分船身板的單元化部件來制造的，而微小氣泡噴射裝置是利用多個此種單元化組件構(gòu)成的。
同一目的是以這樣一種壓縮空氣產(chǎn)生設(shè)備來達到的，其中，通過連接一管道裝置以便將氣體供給到氣體噴射出口而將一氣體噴射裝置和該外船身板制成一個單元化組件。
按照這一配置，管道分布模式被簡化，由此能夠進一步減小造船費用。
第三個目的是通過減小安裝氣體噴射裝置所需的步驟數(shù)目來減小造船費用。
該目的是通過具有這樣一種共用的通海吸水箱外殼來達到的，該通海吸水箱外殼沿橫向組裝以橫跨沿船的底部內(nèi)部部分安置的縱向肋板，它包圍多個沿橫向設(shè)置的氣體噴射部分，以便將從氣體噴射出口噴出的壓縮氣體通過一共用的供氣管輸送到所有多個氣體噴射部分。
另一種配置是沿一橫向直線在特定的各底部位置上設(shè)置多個氣體噴射部分，其中所有氣體噴射部分均設(shè)置在一共用的通海吸水箱外殼內(nèi)部，從而使用一個供氣管。
另一種配置是沿橫向在特定的各底部位置上設(shè)置多個氣體噴射部分，它們?nèi)菁{在一個用槽形鋼板制成的沿橫向延伸的共用的通海吸水箱外殼內(nèi)，該外殼組裝成穿過沿底部部分的縱向肋板，并使用一個供氣管。
另一種配置是沿橫向在特定的底部位置處噴射壓縮空氣用的多個氣體噴射部件安置在由一氣體聯(lián)管箱組成的通海吸水箱外殼內(nèi)，該氣體聯(lián)管箱連接在一供氣管上，設(shè)置在該橫向上方并高于底部部分上的各縱向肋板，而供氣管連接具有多個氣體噴射部分的氣體聯(lián)管箱。
這些配置在通過減小，安裝步驟數(shù)目和其它相關(guān)費用來減少噴射裝置安裝費用方面是有效的，因為對許多個氣體噴射出口只需一個供氣管和一個共用的通海吸水箱外殼。
第四個目的是提供這樣的氣體噴射裝置，它們通過便于打開和關(guān)閉開孔部分而只需要相當少的維修工作。
該目標是以這樣一種氣體噴射部分來達到的，該氣體噴射部件包括一個設(shè)置在外底部板上的底部開孔、一個用于蓋住該底部開孔的穿孔板，以及一個固定在底板內(nèi)部用于包圍該氣體噴射部分的通海吸水箱外殼，以便從該氣體噴射部分噴射通過供氣管輸送的壓縮空氣，其中穿孔數(shù)的一部分外周邊如此固定在底部開孔的一個周邊上，以便繞一鉸鏈機構(gòu)自由地擺動，而穿孔板的其余外周邊用可拆卸的緊固件裝置固定。
因此，可以通過卸下螺栓之類固定裝置和讓蓋板繞鉸鏈向外向下轉(zhuǎn)動來容易地移出穿孔板，從而接近內(nèi)部空間以便進行維修。
在完成維修工作后，通過向上往回轉(zhuǎn)動穿孔板和將其固定就位而容易地關(guān)上該開孔。密封該穿孔板所需的螺栓數(shù)目可以減少，所需的維修勞動也可減少。
在氣體噴射裝置的另一類似配置中，穿孔板設(shè)有與外周邊形成一體的凸塊，它們被插入在金屬支承件周邊設(shè)置的相應(yīng)切口中，并被轉(zhuǎn)入一個沿周邊方向延伸的嚙合槽中，以便可靠地關(guān)閉底部開孔。
根據(jù)該配置，通過簡單地轉(zhuǎn)動保持在該嚙合槽中的蓋板可以固定或卸下該蓋板，而不需要安裝或卸下緊固件，由此進一步減少了打開或關(guān)閉該開孔部件所需的勞動。
第五個目的是提供這樣一種減摩船，它能夠通過即使在高的氣流速度下也能將微小氣泡噴射入邊界層而減小表面摩擦。
該目標是以這樣一種減摩船來達到的，它具有給定開孔寬度的噴嘴組件，裝配在至少一個底部船身板的特定位置上，用于產(chǎn)生微小氣泡以便減小表面摩擦，其中該噴嘴部件包括一船頭側(cè)壁和一船尾側(cè)壁，它們具有朝船尾部分取向的相應(yīng)曲率，而該船尾側(cè)壁的出口周邊曲率的切線與底部船身板的外表面重合。
因此，由于朝船尾取向的噴嘴組件的雙弧形結(jié)構(gòu)，即使在由于傳遞給氣泡的離心力矩的影響而產(chǎn)生的高的氣流下也沿船身表面噴出氣泡，因此微小氣泡被噴入邊界層而不是對邊界層成直角，由此使噴出層外的氣泡盡可能少，而使微小氣泡留在層內(nèi)，從而加強減少摩擦效果。
第六個目的是提供這樣一種減摩船，這種船由于使噴入船身側(cè)部的側(cè)部邊界層中的微小氣泡盡可能長地停留在邊界層中而產(chǎn)生高效的減小摩擦效果。
這個目標是以這樣一種減摩船來達到的，通過從底部部分上的多個縱向位置和從船頭部分附近的多個位置將氣體噴入水中來減小摩擦，并以這樣的方式操作氣體噴射出口，使得在船身側(cè)部產(chǎn)生的并從船頭部分引向船尾部分的側(cè)部微小氣泡小于在底部部分處產(chǎn)生的底部微小氣泡。
因此，側(cè)部微小氣泡小于底部微小氣泡，使得側(cè)部微小氣泡的停留時間增大而提高側(cè)部邊界層中的平均孔隙度，從而提高減小摩擦的效果。
第七個目的是提供這樣一種減小摩擦的設(shè)備，當減摩船靜止而沒有關(guān)閉氣流調(diào)整閥時，這種設(shè)備不會讓水反向流入鼓風機，由此在起動時間時不需要預(yù)備性操作，也不需要監(jiān)控通海吸水箱外殼的內(nèi)部壓力。
該目的是以這樣一種減小摩擦的設(shè)備來達到的，這種設(shè)備包括一個供氣管和一個通海吸水箱外殼，該外殼設(shè)置在滿載吃水線下方的底部部分內(nèi)部上，并容納多個與氣流調(diào)整閥聯(lián)合操作的氣體噴射出口，以便將氣體噴入水中；其中一個供氣管的中部直立地設(shè)置在滿載吃水線的上方。
按照這種設(shè)備，即使當鼓風機操作和氣體進入通海吸水箱外殼的供應(yīng)停止時，水進入風機的回流也會停止在吃水線處，因為供氣管的中部設(shè)置在吃水線上方，所以水不會到達鼓風機。因此，即使當船靜止而氣體供應(yīng)中斷時，也沒有必要完全關(guān)閉氣流調(diào)節(jié)閥，由此大大地簡化減摩船的操作程序。
附圖簡述

圖1是實施例1的透視圖。
圖2是實施例1的層狀凸出部分的水平截面圖。
圖3A和3B是照片，表示具有實施例1的層狀凸出部分的減小摩擦實驗中產(chǎn)生的微小氣泡。
圖4是實施例1中的摩擦減小比例Cf/Cf0和氣體噴射距離的圖線。
圖5是表示實施例2中氣泡單元裝置細節(jié)的透視圖。
圖6是實施例2中減摩船的側(cè)視圖。
圖7是實施例2中介紹的減摩船的變化方案的側(cè)視圖。
圖8A是實施例3的示意透視圖。
圖8B是實施例3的平面圖。
圖9A是實施例3中的空氣噴射部分的放大平面圖。
圖9B是通過圖6A中截面A-A的截面圖。
圖10A是實施例3中空氣噴射部分的另一配置的第一底視圖。
圖10B是實施例3中空氣噴射部分的另一配置的第二底視圖。
圖10C是實施例3中空氣噴射部分的另一配置的第三底視圖。
圖11是實施例4中船的船頭部分的側(cè)視圖。
圖12是圖11中所示部分A的放大截面圖。
圖13是通過圖12中截面B-B的截面圖。
圖14A是實施例5的側(cè)視圖。
圖14B是實施例5的底視圖。
圖15A是一種具有實施例5中產(chǎn)生微小氣泡的金屬絲法的船的側(cè)部船身表面的側(cè)視圖。
圖15B是一種具有實施例5中產(chǎn)生微小氣泡的金屬絲法的船的側(cè)部船身表面的截面?zhèn)纫晥D。
圖16是一種具有實施例5中產(chǎn)生微小氣泡的另一方法的船的側(cè)部船表面的截面?zhèn)纫晥D。
圖17是表示實施例6中介紹的構(gòu)型的截面?zhèn)纫晥D。
圖18是表示實施例6中另一構(gòu)型的截面?zhèn)纫晥D。
圖19是實施例7的示意圖。
圖20A是實施例7的一種變化方案的透視圖。
圖20B是通過圖20A中截面A-A的截面圖。
圖21A是實施例8的透視圖。
圖21B是通過圖21A中截面B-B的截面圖。
圖22A是實施例8的截面?zhèn)纫晥D。
圖22B是實施例8的底視圖。
圖23是實施例8中所用的一種穿孔板中氣體噴射出口的一個例子的放大截面圖。
圖24A是實施例8的一種變化方案的截面?zhèn)纫晥D。
圖24B是實施例8的一種變化方案的底視圖。
圖24C是通過圖24B中截面A-A的放大截面圖。
圖25A是用于拆卸實施例8中所用穿孔板的一種卡具的側(cè)視圖。
圖25B是用于拆卸實施例8中所用穿孔板的一種卡具的平面圖。
圖25C是用于實施例8中所用拆卸卡具中的銷的放大圖。
優(yōu)選實施例的描述下面參照附圖介紹本發(fā)明的各種優(yōu)選實施例。
A．實施例1實施例1涉及一種減摩船，將參照圖1-4來介紹。圖1-4示出了一種減摩船1，船身2，潛面3，氣體噴射出口4，層狀凸出部分5，球形船頭6，供氣管7，吃水線L，船身板(外板)P。
該減摩船1獲得減小摩擦的效果的方式是在與潛面3的界面處從氣體噴射出口4向水中噴出產(chǎn)生微小氣泡的氣體，而該減摩船1在球形船頭6的兩側(cè)面上具有與船1的外板P整體形成的層狀凸出部分5。層狀凸出部分5從外板P凸出，在其頂點區(qū)域5a處設(shè)有多個連接供氣管7的氣體噴射出口4。
層狀凸出部分5的形狀具有流線型凸出輪廓，它在外板P上的外形為液滴形狀。從頂點區(qū)域5a沿通過層狀凸出部分5中心的流線L到下游端部5b的距離大于從頂點區(qū)域5a到上游端部5c的距離。在層狀凸出部分5的頂點區(qū)域5a處設(shè)有多個均勻間隔的氣體噴射出口4，這些出口與流線L成直角。在圖1中示出4個氣體噴射出口4。
如圖2所示，供氣管7包括用于將空氣送入氣體噴射4的鼓風機7a，用于驅(qū)動鼓風機7a的驅(qū)動部分7b，設(shè)置在鼓風機7a和氣體噴射出口4之間的空氣室7c，以及在空氣室7c和氣體噴射出口4之間噴氣的管子7d和單向閥7e。
具有此種減小摩擦的結(jié)構(gòu)的減摩船操作如下。在航行期間，減小摩擦的作用的起動過程是，使控制中心(未示出)向驅(qū)動部分7b發(fā)出一個吹出氣體的指令信號，驅(qū)動部分7b起動鼓風機7a，通過從進氣孔(未示出)輸進氣體而增大空氣室7c的內(nèi)壓。空氣室7c中壓力的增大導致單向閥7e的打開，而通過管子7d輸送的空氣從氣體噴射出口4吹出到水中，生成微小氣泡。結(jié)果是在球形船頭6處用微小氣泡鋪滿外板P的潛面3，由此減小潛面3上的表面摩擦。
當減摩船1的速度為巡航速度時，由氣體噴射出口4吹出的空氣產(chǎn)生理想直徑為1～2mm的微小氣泡，這是因為層狀凸出部分5是這樣凸出到外板P之外的，即使得層狀凸出部分5的在頂點區(qū)域5a和下游端部5b之間的距離大于頂點區(qū)域5a和上游端部5c之間的距離。
同時，由于在層狀凸出部分5的頂點區(qū)域5a處氣體噴射出口4與流線L成直角，因此潛在3被氣體噴射出口4產(chǎn)生的微小氣泡有效地鋪滿。
其次，因為層狀凸出部分5具有流線型形狀，而其外周面為沿流動方向的液滴形狀，所以噴出的微小氣泡不會遭遇由層狀凸出部分5產(chǎn)生的水流擾動。
同時，當準備停止減小摩擦的作用時，從控制中心發(fā)出指令信號，停止鼓風機7a的驅(qū)動部分7b。鼓風機7a的停止導致空氣室7c的內(nèi)壓減小，而單向閥門7e關(guān)閉，于是微小氣泡停止產(chǎn)生。
也可以將層狀凸出部分5設(shè)置在非球形船頭6的部位。
而且，吹到空氣室中的氣體可以是廢氣或從減摩船1的船上鍋爐排放的空氣混合物。
其次，下面將介紹利用圖2所示測量摩擦的裝置進行的一系列摩擦減小實驗得到的結(jié)果。實驗參數(shù)如下a．層狀凸出部分5的高度為5.24mm；b．層狀凸出部分5的縱向長度為50mm；c．從頂點區(qū)域5a到上游端部5c的距離為14mm；d．從頂點區(qū)域5a到下游端部5b的距離為38mm；e．氣體噴射出口4的直徑為1mm；f．氣體噴射出口4的數(shù)目為7；g．流動路徑的寬度為49.6mm；
h．從氣體噴射出口4到測量位置的距離(后面敘述)；i．部分11.5mm；g．部分210mm；l．部分315mm；h．部分420mm。
在這些實驗中，測量是對水平流動路徑的同一截面形狀進行的，而七個氣體噴射出口4直徑排列在流動路徑中的筆直的水平線上。測量位置是通過距氣體噴射出口4的距離來對這些部分進行編號而指定的，使得最近的為部分1而最遠的為部分4。
在這些實驗中，空氣流動速率AFR定義為下列表達式AFR=Q/(δ.L.U) (2)式中Q為氣體流動速率；δ為部分1中的排斥厚度，0.944mm，L為流動路徑寬度；U為主要流動速度。
實驗是通過如圖3A、3B所示的從氣體噴射出口4以不同的AFR吹出氣體而進行的，使得測量表面鋪滿微小氣體，并通過測定摩擦減小比例Cf/Cf0(具有氣泡的局部摩擦系數(shù)Cf與沒有氣泡的局部摩擦系數(shù)Cf0的比例)。
一些結(jié)果示于圖4中。這些結(jié)果是在如下的不同AFR值下得到的例1為0.223；例2為0.383；例3為0.50；例4為0.772。圖表也表示沒有層狀凸出部分5的平板的比較例子，比較例1的AFR為0.46；比較例2的AFR為0.88。
部分1中的結(jié)果表示，例子1～4中的摩擦減小比例Cf/Cf0優(yōu)于比較例1和2的Cf/Cf0例子4表示，即使在部分4中，摩擦減小比例Cf/Cf0也遠優(yōu)于比較1和2的Cf/Cf0因此，通過使微小氣泡鋪滿層狀凸出部分5的下游位置中的潛面3，這些實驗中的微小氣泡噴射裝置能夠局部地減小表面摩擦。
B．實施例2實施例2涉及一種減摩船和一種壓縮空氣產(chǎn)生設(shè)備，將參照圖5～7來介紹。
圖5和6涉及一種減摩船10，包括船身11，潛面12，中央指令部分13，連接線14，螺旋槳15，微小氣泡噴射裝置20，船身板P，氣泡裝置U。
減摩船10通過從潛面12吹出作為微小氣泡的氣體來獲得減小摩擦的效果，并包括微小氣泡噴射裝置20和用于控制微小氣泡噴射裝置20的操作的中央指令部分13，微小氣泡噴射裝置20整體形成于船身板P的一些部分上。
中央指令部分13可對微小氣泡噴射裝置20輸出一個起動信號以起動微小氣泡的吹出并輸出一個停止信號以中止微小氣泡的吹出，它與微小氣泡噴射裝置20之間是硬線連接，以輸送這些信號。
微小氣泡噴射裝置20包括用于吹出氣泡的多個空氣噴射出口21，用于將空氣輸送到空氣噴射出口21的鼓風機22；用于驅(qū)動鼓風機22的驅(qū)動部分23；介于鼓風機22和空氣噴射出口21之間的空氣室24；介于空氣室24和每個空氣噴射出口21之間的管子21A和單向閥25；連接在噴射控制部分26上的靜水壓力測量裝置27，用于測量空氣噴射出口21周圍的外部壓力；連接在噴射控制部分26上的空氣壓力測量裝置28，用于測量空氣室24的內(nèi)部壓力；噴射控制部分26，用于根據(jù)從靜水壓力測量裝置27和空氣壓力測量裝置28來的輸出數(shù)據(jù)控制驅(qū)動部分23的操作；以及一個連接在鼓風機22的吸入側(cè)上的撓性連接吸入管29，用于吸入外部空氣。
如圖6中所示，微小氣泡噴射裝置20設(shè)置在沿船身側(cè)部縱向的幾個位置處，至少設(shè)置在該減小摩擦船10的兩個船身側(cè)部的潛面12上的船頭部分處。每個空氣室24設(shè)有微小氣泡噴射裝置20的空氣噴射出口21(圖5中為三個)，它們固定在船身板P上。驅(qū)動部分23連接在噴射控制部分26和一個電源(未示出)上?？諝馐?4為矩形截面形狀的密封結(jié)構(gòu)，設(shè)置在空氣噴射出口21的附近，以便縮短管子21A的長度。靜水壓力測量裝置27有一設(shè)置在船身板P附近的壓力表和一輸出數(shù)據(jù)的裝置?？諝鈮毫y量裝置28有一設(shè)置在空氣室24內(nèi)的壓力表和一數(shù)據(jù)輸出裝置。連接吸氣管29連接在空氣吸入孔(未示出)上。
當收到從中央指令部分13來的一個起動信號時，每個氣泡裝置U中的噴射控制部分26通過控制驅(qū)動部分23對鼓風機22的操作而產(chǎn)生氣泡；從而維持這樣一種狀態(tài)，即由空氣壓力測量裝置28測到的空氣室24中的內(nèi)部空氣壓力高于由靜水壓力測量裝置27測到的外靜水壓力。當收到從中央指令部分13來的一個停止信號時，噴射控制部分26通過驅(qū)動部分23使鼓風機22停止。
氣泡裝置U的制造獨立于減摩船10的造船作業(yè)，使得一些獨立部件如氣泡噴射裝置20和具有空氣噴射出口21的一部分船身板P被預(yù)先制造成為一件待運送到造船廠的壓縮空氣產(chǎn)生設(shè)備。一些氣泡裝置U通過諸如將船身板P焊接到船身11上的那些氣泡出口預(yù)定位置上的方法來在造船地點被固定到減摩船10上，并通過噴射控制部分26的線路連接和將吸氣管29連接到空氣吸入孔上來與減摩船1的作業(yè)形成一體化。
這樣構(gòu)造的減摩船10的減小摩擦操作業(yè)實施如下。當減摩船10到達巡航速度時，中央指令部分13通過線路14給單個的噴射控制部分26發(fā)出起動信號，從而起動減小摩擦的操作。噴射控制部分26向驅(qū)動部分23輸出驅(qū)動信號，并驅(qū)動鼓風機22從連接的吸氣管29輸送空氣以增大空氣室24的內(nèi)部壓力?？諝馐?4中的壓力上升打開單向閥25，從空氣噴射出口21吹出微小氣泡以鋪滿船身11的潛面12，從而減小表面摩擦。
例如，當減摩船10處于巡航速度時，沿船身11的靜水壓力可以不同，因此通過靜水壓力測量裝置27測到外部壓力，而測得的結(jié)果被送到噴射控制部分26。
通過控制空氣室24的內(nèi)部壓力高于外部靜水壓力和通過將空氣室24的內(nèi)部壓力維持在一定范圍內(nèi)，噴射控制部分26操作驅(qū)動部分23，從而產(chǎn)生1～2mm的理想直徑的微小氣泡。
當減小摩擦的操作將要停止時，中央指令部分13向單個的噴射控制部分26輸出一停止信號，通過驅(qū)動部分23使鼓風機22停止。鼓風機22的停止使得空氣室24的內(nèi)部壓力相對于外部壓力減小，而單向閥25開始關(guān)閉，于是微小氣泡停止產(chǎn)生。如實施例1中提到的，用于使空氣室24增壓的氣體可以是從鍋爐來的廢氣或一種空氣混合物。
圖7中示出減小摩擦的裝置的一種變化方案。在這種情況下，微小氣泡噴射裝置20通過無線通信與中央指令部分13連通停止信號和起動信號。噴射控制部分26裝有一個不透氣地密封的天線30，它可以安置在甲板上。這種類型的通信裝置減少了硬線連接的費用。
該實施例的特點總結(jié)如下1．空氣產(chǎn)生設(shè)備和有關(guān)的船身板是作為工廠裝配單元而在另一地點制造的，因此這些單元可以在造船地點通過焊接和其它簡單方法固定到船上。這一程序大大提高了裝置的精度并便于造船作業(yè)。
b．由于縮短了將空氣室連接到空氣噴射出口的管子長度，降低了造船費用。
c．因為每個空氣噴射出口通過其自己的單向閥連接到空氣室，所以可以通過在一合適的恒定壓力操作空氣室來起動或停止微小氣泡。
d．可以操作每個噴射控制部件，使之適合船的相應(yīng)局部區(qū)域中存在的靜水壓力，因此可以選擇氣泡產(chǎn)生條件，使之適合局部存在的不同靜水壓力。
e．可以通過噴射控制部分來分開控制每個噴射出口以產(chǎn)生最佳的微小氣泡，因此可以減小操作費用。
C．實施例3實施例3涉及一種氣體噴射裝置，將參照圖8A-10C來介紹。
如圖8A-9B中所示，在沿減摩船的底部船身板31長度延伸的每個縱向肋板40之間橫跨該船寬度沿橫向配置多個空氣噴射部分33?？v向肋板40被包圍在水密的通海吸水箱外殼41內(nèi)，外殼41用槽形鋼制成，它們騎跨縱向肋板40而沿橫向延伸通過該減摩船的整個寬度，并水密地保護在底部船身板31內(nèi)部的空氣噴射部分33。壓縮空氣從供氣管(未示出)通過供氣孔44供給到通海吸水箱外殼41，供氣孔44安置在通海吸水箱外殼41的頂板41a的縱向中段并固定在供氣管的供氣管接頭43上。這種配置將壓縮空氣均勻地分配到通海吸水箱外殼41內(nèi)的所有空氣噴射部分33。
通過提供足夠的空間，通海吸水箱外殼41沒有可能堵塞空氣噴射部分33的任何雜物，這樣使得船員可以步行通過縱向肋板40和頂面10a的下面，以保持通道清潔。
參照圖9A，空氣噴射部分33由一個穿孔板46和固定部件組成，穿孔板46具有許多小的空氣噴射出口35，而固定部件包括一個支承環(huán)47和一個增強雙倍環(huán)45。固定步驟如下。如圖9B中所示，從底部船身板31的內(nèi)側(cè)，將支承環(huán)47與增強雙倍環(huán)45一起可以拆卸地固定在設(shè)于底部船身板31上的圓孔部分34。然后從底部船身板31的外側(cè)，利用從支承環(huán)47的底面延伸的螺栓49和帶帽螺母50可拆卸地固定穿孔板46。增強的雙倍環(huán)45可以用焊接的半環(huán)制成。
參照圖8A，在通海吸水箱外殼41的船頭側(cè)表面和船尾側(cè)表面的側(cè)表面41b上設(shè)置一個T形空腔42，可以便于裝配通海吸水箱外殼41。該T形空腔42做成配合縱向肋板40的外形，使得空腔42可以被安裝在縱向肋板40上，以便沿縱向肋板40沿縱向滑動通海吸水箱外殼41，從而將通海吸水箱外殼41安裝在空氣噴射部分33上。
從供氣源通過供氣管接頭43輸送到通海吸水箱外殼41的壓縮空氣沿橫向均勻地分配在通海吸水箱外殼41內(nèi)，并被引向各單個的空氣噴射部分33，而從空氣噴射部分33中的穿孔板46的空氣噴射出口35吹出。吹入邊界層的微小氣泡產(chǎn)生孔隙度并鋪滿大面積的底部船身表面。
通海吸水箱外殼41分布在減摩船的整個寬度上，使得設(shè)在底部船身板31上的所有空氣噴射部分33都可以被罩在里面，以便在這許多空氣噴射部件33之間分享。因此，不需要像普通設(shè)計中為每個空氣噴射部件33提供一個單獨的通海吸水箱外殼41。同時，因為通海吸水箱外殼41沿橫向與所有空氣噴射部分33連通，所以僅僅一個供氣管43就足以滿足供氣要求。因此，通海吸水箱41和供氣管43的裝配步驟顯著減少，由此降低了安裝費用。
同時，雖然并不單個地提供通海吸水箱外殼41以增強每個空氣噴射部分33，但通過固定增強雙倍環(huán)45，增強了固定穿孔板46的開孔部分34的周邊。因此，即使擴大了開孔部分34，也能夠容易地達到設(shè)計強度。
其次，空氣噴射部分33的穿孔板46可以通過支承環(huán)47設(shè)置定位在底部船身板31上，使工作者面朝下處于寬松的位置，而在定位步驟后，通過安裝帶帽螺母50，從減摩船的外部完成固定操作或拆卸操作。因此，如果空氣噴射出口35萬一被堵塞，可以十分容易地完成任何維修工作或更換操作。
下面參照圖10A～10C介紹實施例3的一種變化方案。
圖10A表示沿減摩船的縱向延伸的細長的空氣噴射部分33。圖10B表示細長的空氣噴射部分33沿側(cè)向的交錯配置。圖10C表示這樣一種配置，其中空氣噴射部分33的面積從中心向減摩船的橫向端部逐漸變大。
圖10A中所示的構(gòu)型將提供比圖8A或8B中所示構(gòu)型更大的壓縮空氣流量。從減摩船的強度觀點看，圖10B中所示的構(gòu)型是有利的。圖10C中所示的構(gòu)型將提供沿側(cè)向均勻的流動速率。
實施例3不限于示范列舉的情況，下面介紹其它可能的變化方案。
a．空氣噴射部件33的形狀和面積可以自由改變，從而獲得理想類型的微小氣泡鋪滿作用。
b．沿側(cè)向設(shè)置一個單獨的通海吸水箱外殼，但可以將外殼41分隔為幾段，在各段之間安置隔板或做成分開的段，或每段與多于兩個的空氣噴射部件連通。
c．每個分隔的段可以設(shè)置供氣管，或不同的段可以以不同的空氣流動速率吹出壓縮空氣。
d．空氣噴射部分33可以使用普通的多孔板來代替穿孔板46，或者可以將空氣噴射部件33直接安裝在底部船身板31上。
實施例3的特點總結(jié)如下a．通過該減摩船的底部寬度沿橫向設(shè)置許多個噴射部分，使用一個騎跨縱向肋板的共用通海吸水箱外殼將壓縮空氣分配到所有空氣噴射部分。因此，共用的通海吸水箱外殼和空氣供給在許多個通海吸水箱外殼中均分，使得與普通方法相比，安裝減小摩擦的設(shè)備所需的力量可以減小，從而能夠減小安裝費用。
b．通過將通海吸水箱外殼分成許多段并對每段獨立地配置空氣供給，用于多于兩個的空氣噴射部分，每段能夠控制壓縮空氣的流動速率，以適合局部條件。
c．因為空氣噴射部分由一個設(shè)置在底部船身板上的開口部分和可以拆卸的穿孔板或多孔板組成，所以便于維修空氣噴射部件。
d．因為空氣噴射部分由支承環(huán)和一個增強雙倍環(huán)的組合構(gòu)成，所以能維持開口部分的強度，并能夠容易地達到設(shè)計強度。
C．實施例4實施例4涉及一種減摩船，將參照圖11～13介紹。
在該實施例的減摩船51中，微小氣泡59從一噴嘴出口54產(chǎn)生，該噴嘴出口54具有一定的開口寬度H和開口長度L，在減摩船51的船頭部分52處的底部船身板53上設(shè)置的噴嘴組件55中做成。噴嘴組件55這樣設(shè)計，使得空氣噴嘴出口54的前壁表面56和后壁表面57彎曲成向著船尾部分的雙弧形，而后壁表面的出口周邊處的切線與底部船身板53的外表面會合。壓縮空氣這樣供給到噴嘴出口54上，使得微小氣泡59將被吹入在船/水界面處形成的邊界層60中。
前壁表面56的曲率半徑R1或是R1＞R2，或是R1=F2，式中曲率半徑R2是噴射部件54的后壁表面57的曲率半徑(圖12中，R1＞R2)。
當通過噴嘴組件55中的噴射出口54噴射壓縮空氣58而產(chǎn)生微小氣泡59時，產(chǎn)生的微小氣泡59被射入界面層60，由此能夠用微小氣泡59鋪滿底部表面并產(chǎn)生由微小氣泡59形成的空穴，從而能夠減小該減摩船51的表面摩擦。
在上述噴射構(gòu)型中，因為前后壁兩表面56、57彎曲成向著船尾部分的雙弧形，而后壁表面57的切線與底部船身板53的外表面吻合，所以即使在壓縮空氣58的高的流動速率下，氣泡也受到離心力，該離心力沿底部船身板53的表面引導氣泡。由于減小了射出邊界層60之外的微小氣泡59的量，此種噴射圖形有助于將更多的微小氣泡59送入邊界層60。
通過改變前后壁表面56、57的曲率半徑中心的相對位置，可以調(diào)整噴射出口54的寬度H。噴射出口54的長度L應(yīng)結(jié)合產(chǎn)生預(yù)定尺寸范圍的微小氣泡59所需的空氣流量來決定。
在上述實施例中，空氣噴射出口54設(shè)置在底部船身板53上，但它們也可以設(shè)置在側(cè)面的船身板上。但是，在此種情況下，因為側(cè)部的微小氣泡僅僅受上升力的作用，而并不被吸引向側(cè)部的船身表面，因此必須產(chǎn)生其尺寸比底部部分處的微小氣泡更小的微小氣泡，以盡可能延遲微小氣泡與側(cè)部表面的分離。
實施例4的特點總結(jié)如下。
a．由于噴射組件中噴射出口的前后壁表面的特定表面形狀和后壁表面與底板會合的構(gòu)型，氣泡受到離心力的引導，被有效地送入沿底部表面形成的邊界層。
b．由于噴嘴出口和空氣噴射方向的配置，微小氣泡被有效地防止噴射到邊界層之外，由此能夠最大限度地減小表面摩擦，并顯著提高巡航效率。
c．通過安排曲率半徑為R1＞R2或R1=R2并改變曲率半徑R1和R2的中心的相對位置，可以調(diào)整噴射出口的寬度。
E．實施例5實施例5涉及一種減摩船，將參照圖14A～16來介紹。
圖14A、14B表示設(shè)置在減摩船61的兩個不同位置中的氣泡產(chǎn)生裝置一組裝置設(shè)置在底部部分62上(圖14或示出三個)，而其它裝置設(shè)置在減摩船61的側(cè)面部分63上。壓縮空氣被輸送到沿底部部分62設(shè)置的多個噴射裝置65a、65b、65c中，并通過空氣噴射出口67水中而產(chǎn)生底部微小氣泡64A。同樣，壓縮空氣被輸送到設(shè)置在側(cè)部船身表面63上的多個噴射裝置66a、66b、66c中，在弦處流線將側(cè)部微小氣泡64B從船61的船頭部分引向船尾部分。側(cè)部微小氣泡64B的尺寸做成小于底部微小氣泡64A。
同時，根據(jù)沿底部部分62形成的邊界層的厚度來這樣調(diào)整底部微小氣泡64A的尺寸，使得氣泡尺寸從減摩船61的船頭部分向船尾部分是增大的。側(cè)部微小氣泡64B的尺寸可以為約500μm。
通過調(diào)整空氣流動速率(按照MENG公式)或通過利用金屬絲法或三維葉片法可以產(chǎn)生較小的側(cè)部微小氣泡64B。
金屬絲法示于圖15A和15B。一根金屬絲68設(shè)置在狹縫形空氣噴射出口67的上游，在距側(cè)部部分63約1～2mm處。當減摩船61航行時，金屬絲68產(chǎn)生流動紊流，它粉碎從空氣噴射出口67吹出的壓縮空氣64而產(chǎn)生微小氣泡。
三維葉片法示于圖16。一個層狀凸出部分69具有流線型凸出部外形，在層狀凸出部分69的頂點部分69a上設(shè)有精細的空氣噴射出口孔70。當沿側(cè)部船身表面流動的主流從層狀凸出部分69旁邊通過并粉碎從空氣噴射出口70吹出的壓縮空氣64時流動速率發(fā)生變化，由于這一效果，微小氣泡的尺寸縮小了。
當減摩船61達到巡航速度時，壓縮空氣64從每個噴射出口噴射，通過設(shè)置在底部部分62上的噴射裝置65a、65b和65c產(chǎn)生的底部微小氣泡64A沿底部部分62向著船尾部分掃去。同時，從設(shè)置在側(cè)面部分63的噴射裝置66a、66b、66c產(chǎn)生的側(cè)部微小氣泡64B隨朝底部部分62的流線掃去，其中越靠近船尾部分微小氣泡64B越是靠近并沿側(cè)部船身表面流動。
因此，底部微小氣泡64A和側(cè)部微小氣泡64B在該減摩船61的潛面上產(chǎn)生。噴入側(cè)部邊界層的側(cè)部微小氣泡64B小于噴入底部邊界層的底部微小氣泡64A，因而能夠處長側(cè)部邊界層中的側(cè)部微小氣泡64B的停留時間。本方法能夠使側(cè)部邊界層中的平均孔隙度升高到高于普通方法可以得到的平均孔隙度，因此同樣減小表面摩擦。
本發(fā)明人早先已經(jīng)建立一個定量關(guān)系，就是通過使邊界層厚度大的區(qū)域中側(cè)部微小氣泡64B的尺寸盡可能小，會提高平均孔隙率，這一發(fā)現(xiàn)公開在日本專利申請書(第一次公布)H8-144646中。
在底部部分62上產(chǎn)生的底部微小氣泡64A的尺寸隨邊界層厚度而這樣變化，就是較大的底部微小氣泡64A被發(fā)現(xiàn)向著減摩船61的船尾部分。這種配置產(chǎn)生有效而高的孔隙度，因而減小表面摩擦。
早先提到過，與底部微小氣泡64A不同，側(cè)部微小氣泡64B只受升力影響將它們推向側(cè)部船身表面。因此，已經(jīng)證實，對于側(cè)部微小氣泡64B，當氣泡尺寸為500μm左右時，獲得高的孔隙度。也已經(jīng)確定，當側(cè)部微小氣泡64B的尺寸非常小時(例如100μm)，對氣泡的紊流流動影響大于對氣泡的側(cè)部推動影響，因此此類小氣泡迅速地分散開。在上述實施例中，增加側(cè)部空氣噴射出口的數(shù)目，以補償使側(cè)部微小氣泡64B變得更小。
應(yīng)當提到，空氣噴射出口的形狀不限于圖15A、15B中所示的狹縫形狀或圖16中所示的細孔，也可以使用其它形式如穿孔板和多孔板。
實施例5的特點總結(jié)如下a．摩擦減小效果由兩種配置產(chǎn)生首先，底部微小氣泡以這樣的方式從設(shè)置在減摩船的底部部分的幾個位置中設(shè)置的空氣噴射出口中產(chǎn)生，使得微小氣泡沿底部表面噴出；其次，其尺寸小于底部微小氣泡的側(cè)部氣泡是從船頭潛水部分的其流線從船頭引向船尾部分的那些區(qū)域的若干側(cè)部位置產(chǎn)生的。這導致增大側(cè)部微小氣泡的停留時間，增大平均空穴比和提高減小摩擦的效果。
b．這樣調(diào)整噴射條件，使得底部微小氣泡的尺寸向著船尾部分隨底部邊界層的厚度而增大，從而可以獲得有效而高的空穴比。
F．實施例6實施例6涉及一種減摩船用的減小摩擦的設(shè)備，將參照圖17和18介紹。
如圖17中所示，減摩船71在船頭部分72的底部船身板73上設(shè)有多個空氣出口(細孔)74，并如此設(shè)置空氣噴射裝置76，使得空氣噴射出口74被包圍在底部船身板73內(nèi)側(cè)上的水密通海吸水箱外殼75中。鼓風機80(空氣供給裝置)設(shè)置在由斜板78形成的保留空間77中，并設(shè)置在底部部分中的吃水線D.L的水平以下。鼓風機由發(fā)電機79驅(qū)動。
鼓風機80通過一個具有空氣流動調(diào)整閥81的供氣管82連接到通海吸水箱外殼75上，從而將壓縮空氣透入通海吸水箱外殼75中。這種調(diào)整空氣流動調(diào)整閥81，使得由壓力表(未示出)測得的通海吸水箱外殼75中的內(nèi)部壓力將高于外部靜水壓力。壓縮空氣通過空氣噴射出口74吹入水中并產(chǎn)生微小氣泡83而鋪滿減摩船71的底部表面。鼓風機80用的空氣是通過一個具有設(shè)置在甲板上的吸氣孔85的吸氣管84供給的。
垂直安裝于保留部分77中的供氣管82的中部彎成倒U形，該倒U形部分82a這樣設(shè)置，使得它將高于吃水線D.L(滿載時)，同時，該倒U形部分82a在空氣流動調(diào)整閥81的下游(沿壓縮空氣流方向)。
這種配置的理由如下。當鼓風機80停止時，通過供氣管82將壓縮空氣供給到噴射裝置76的供氣壓力不再能利用，而空氣噴射出口74處與外部靜水壓力之間的壓差使水向上回到供氣管82中。水通過供氣管82的直立部分上升，但不會升高到高于滿載吃水線高度D.L，因此水不會升高到通過倒U形部分82a而到達鼓風機80。
換句話說，當鼓風機停止時，不需要完全關(guān)閉流動調(diào)整閥81，或者即使不可能關(guān)閉流動調(diào)整閥，供氣管82仍然能夠起通向鼓風機80的水障的作用。因此，不需要通過完全關(guān)閉空氣流量調(diào)整閥81來進行鼓風機80的預(yù)先操作，由此導致不僅節(jié)約能量，而且使操作方便，即鼓風機80可以起動或停止而不必考慮外部靜水壓力。
同時，在起動期間不需要持續(xù)監(jiān)控通海吸水箱外殼75的內(nèi)部壓力，因而省去通海吸水箱外殼75用的壓力表，這導致結(jié)構(gòu)和安裝更簡單。
因為倒U形部分82a設(shè)置在空氣流動調(diào)整閥81的下游，所以，即使鼓風機停止，水也不會向上回流入空氣流動調(diào)整閥81，從而在船航行時也能檢查空氣流動調(diào)整閥81。
該實施例不限于上述例子，下面的變化方案是可能的。
a．在上述實施例中，倒U形部分82a設(shè)置在空氣流動調(diào)整閥81的下游，但如圖18中所述，該倒U形部分82a也可設(shè)置在空氣流動調(diào)整閥的上游，以阻止水向上回流入鼓風機80。
b．在上述實施例中，示出的供氣管82是直立的，但它的形狀可做成容納該減摩船71的內(nèi)部中的其它部件。
c．空氣噴射裝置76的位置不限于船頭部分。
d．在上述實施例中，鼓風機80的位置處在保留部分77中的斜板78之下，但也可處在其它位置。
e．也可使用除鼓風機80以外的供氣裝置。
G．實施例7實施例7涉及一種減摩船用的氣體噴射裝置，將參照圖19～21B來介紹。
多個空氣噴射部分93成一直線配置，它們沿橫向通過船的寬度或沿船的縱向，使得從底部船身板91的內(nèi)側(cè)將所有空氣噴射部分93封閉在一個水密的通海吸水箱外殼101中，該外殼101用槽形鋼制成，固定在底部船身板91的內(nèi)部上。壓縮空氣由一個供氣孔100供給，該孔100設(shè)置在通海吸水箱外殼101的橫向中段內(nèi)，并固定在具有流動調(diào)整閥99的供應(yīng)管98上。這種配置將壓縮空氣沿橫向分配給通海吸水箱外殼101內(nèi)的所有空氣噴射部分93。
通過供氣管98輸送到通海吸水箱外殼101內(nèi)部的壓縮空氣沿橫向分配在通海吸水箱外殼101內(nèi)而被輸送到排成一行的每個空氣噴射部分93上，并被噴入水中而鋪滿該減摩船的底部表面。
通海吸水箱外殼101沿長度方向沿空氣噴射部分93的方向延伸，并被所有空氣噴射部分93的分享，從而不需要向每個空氣噴射部件93提供單個外殼。由于通海吸水箱外殼101是長形的，空氣阻力很小，一個供氣管98就足以將空氣供給所有的空氣噴射部分93。因而，大大減少了安裝步驟和費用。
圖20A和20B中示出了該實施例的變化方案。這些變化方案適用于當存在圖20A中所示的縱向肋板102時。
與上述實施例相似，多個空氣噴射部分93成一直線配置，它們沿橫向通過船的寬度方向，使得所有空氣噴射部分93從底部船身板91的內(nèi)側(cè)被封閉在一個穿過縱向肋板102的通海吸水箱外殼101a中，該外殼101a用對開管口形狀的鋼材制成，水密地固定在底部船身板91的內(nèi)部上。壓縮空氣由一個供氣孔100供給，該孔100設(shè)置在通海吸水箱外殼101a的橫向中段內(nèi)，并固定在具有流通調(diào)整閥99的供氣管98上。這種配置將壓縮空氣沿橫向分配給通海吸水箱外殼101a內(nèi)的所有空氣噴射部分93。
縱向肋板102內(nèi)的容納對開管口形通海吸水箱101a的凹口的高度應(yīng)當小心地這樣選擇，使得不會降低縱向肋板102的沿縱向的所需強度。與縱向肋板102的高度相比，該凹口應(yīng)當足夠地矮。通海吸水箱101a的截面形狀可以是槽形。
通過供氣管98輸送到通海吸水箱外殼101a內(nèi)部的壓縮空氣沿減摩船的橫向分配，通過通海吸水箱外殼101a而被輸送到每個沿橫向配置的空氣噴射部分93上，并被噴入水中而鋪滿減摩船的底部表面。因此，該種配置甚至對一種具有縱向肋板102的船也能采用基本的空氣輸送系統(tǒng)。
下面將參照圖21A和21B來介紹實施例7的基本裝置的另一變化方案。
多個空氣噴射部分93沿一直線沿橫向配置在底部船身板91上的每個縱向肋板102上。一個圓筒形空氣聯(lián)管箱103沿水平延伸并沿橫向通過減摩船的寬度，該聯(lián)管箱103設(shè)置在空氣噴射部分93的上方并高于縱向肋板102?？諝饴?lián)管箱103和空氣噴射部分93利用空氣分配管104連接而形成一個通海吸水箱外殼101b。在聯(lián)管箱103的縱向中部內(nèi)設(shè)置一個供氣孔100，該孔連接到供氣管98上，以輸送壓縮空氣到聯(lián)管箱103內(nèi)而從空氣噴射部分93噴出。
該變化方案的一個優(yōu)點是，因為通海吸水箱外殼101b騎跨縱向肋板102，所以不需要在縱向肋板102加工切口。
其它變化方案如下。
a．應(yīng)當選擇空氣噴射部件93的形狀和面積及其它設(shè)計來產(chǎn)生所要尺寸的微小氣泡，以產(chǎn)生鋪滿氣泡的作用。
b．在上述實施例中，通海吸水箱外殼101、101a、101b是整體固定的，但它們可以沿縱向具有間隔或分隔成間隔的區(qū)段，使得每個區(qū)段具有獨立的空氣供給并用于至少兩個噴射部件。這種配置能夠從不同的區(qū)段產(chǎn)生不同的空氣流動速率。
H．實施例8實施例8涉及一種減摩船用的氣體噴射裝置，將參照圖22A-25C介紹。
在該實施例中，空氣噴射部分113是通過將一個穿孔板116用螺栓119連接在開孔部分114上而構(gòu)成的，穿孔板116有許多空氣噴射出口115，開孔部分114設(shè)置在底部船身板111上。穿孔板116這樣連接在開孔部分114上，使穿孔板116能夠繞鉸鏈120擺動而向外打開或關(guān)閉鉸鏈120設(shè)置在穿孔板116的一個外周邊上。穿孔板116的其余周邊(圖22B中為三個)用螺栓119安裝。
穿孔板116和開孔部分114的周邊設(shè)有臺階表面，使得穿孔板116能夠從下裝入其中，而該臺階表面與一密封環(huán)121對置。其它結(jié)構(gòu)與普通噴射裝置中相同。
為了維修空氣噴射部分113的內(nèi)部，首先移去螺栓119，然后如雙虛線所示，圍繞鉸鏈120向下打開穿孔板116，以暴露開孔部分114。于是能夠接觸通海吸水箱外殼112的內(nèi)部和穿孔板116的內(nèi)表面而進行清洗。例如，當進行水下檢查時，在拆卸流動調(diào)整閥117之前供氣管118的開口尖端可能被堵塞。
在這樣完成維修工作后，穿孔板116繞鉸鏈120向上擺動，以關(guān)閉開孔部分114和重新安裝螺栓119。與普通設(shè)計相比，通過利用鉸鏈120，可以顯著減少必須處理以進行拆卸/閉操作的螺栓119的數(shù)目，由此顯著減少維修工作所需力量。
同時，如圖23中所示，穿孔板116的上端部可以是埋頭的，以產(chǎn)生一個斜面部分122，由此減小穿孔板116的上平面區(qū)域，有利于從噴射裝置內(nèi)部排出水。
下面參照圖24A～24C介紹變化方案。在底部船身板111的開口部分114上設(shè)置的空氣噴射部分113的由穿孔板116組成。具有一個供氣管118的通海吸水箱外殼112包圍多個空氣噴射部分113。穿孔板116利用一對沿徑向?qū)χ玫恼w形成的凸塊123連接在開口部分114上，這一對凸塊123設(shè)置在穿孔板116的沿直徑對置的兩端上。一個圓形金屬支承件(環(huán))125設(shè)有從開孔部分114下方封閉穿孔板116的相應(yīng)的切口124，該金屬件125連接在底部船身板111的開孔部分114上。凸塊123與設(shè)置在開孔部分114的外周邊上的相應(yīng)切口124嚙合，使得凸塊123連接在通道形嚙合槽126中。嚙合槽126做成這樣的形狀，使得半徑沿嚙合槽126的圓周方向減小，因此當穿孔板116壓嚙合槽126中轉(zhuǎn)動而使凸塊123在嚙合槽126內(nèi)嚙合時，穿孔板116由于接觸摩擦而保持在位。
穿孔板116可以利用一個連接卡其127連接在開孔部分114上或從部分114上卸下。連接卡具127的使用將參照圖25A至25C說明。
連接卡具127有一個圓形支承板128和許多個銷129，圓形支承板128的尺寸與穿孔板116大致相同，銷129對應(yīng)于穿孔板116上空氣噴射出口115的位置。一對向外伸出的徑向手柄130設(shè)置在圓形支承板128的底部表面上，使得嚙合在空氣噴射出口115中的銷129將有助于迫使穿孔板116轉(zhuǎn)動。應(yīng)當注意到，銷129的端部是螺旋形的，形成邊緣129a。
為了進行對噴射裝置內(nèi)部的維修工作，將連接夾具127的銷129插入穿孔板116的空氣噴射出口115，在圓形支承板128緊密地連接在穿孔板116上之后，轉(zhuǎn)動手柄130，以轉(zhuǎn)動圓形支承板128，由此轉(zhuǎn)動穿孔板116，使得嚙合在嚙合槽126中的穿孔板116的凸塊123被轉(zhuǎn)動到切口124的位置中。凸塊123被轉(zhuǎn)動而通過切口124，而板116現(xiàn)在可以被降低而從開孔部分114上拆下穿孔板116。在通過開孔部分114清洗噴射裝置內(nèi)部之后，通過逆向進行上述程序，將穿孔板116重新連接在開孔部分114上。
在上述實施例中，因為連接卡具127通過許多銷129經(jīng)過手柄130進行轉(zhuǎn)動，可以將一個大的轉(zhuǎn)矩施加在穿孔板116上，由此便于連接/拆卸操作。而且，因為銷129設(shè)有邊緣129a，所以將銷129插入空氣噴射出口115的孔內(nèi)就可同時清洗所有空氣噴射出口115。
因此，通過簡單地轉(zhuǎn)動穿孔板116，就可將穿孔板116連接在開孔部分114上或?qū)⒋┛装?16從開孔部分114上卸下，這可以進一步減小，維修的力量。
應(yīng)當注意到，本發(fā)明不限于上面給出的已實施的例子，可以考慮其它可能性如下。
a．具有鉸鏈120并裝有螺栓119的開孔部分114和穿孔板116的形狀可以做成矩形。
b．在上述實施例中，穿孔板116設(shè)有一對對置的凸塊123，但此種凸塊可以設(shè)置在三個、四個或更多個位置中，這取決于穿孔板116的尺寸。
c．嚙合槽126可以這樣形成，使得板16的供拆卸用的轉(zhuǎn)動方向與引用的例子相反。
d．空氣噴射出口115的錐形部分122的形狀也可用于圖24A-24C中所示的鑄件中。
權(quán)利要求
1．一種減摩船，用于通過從設(shè)在外船身板的潛面上的氣體噴射出口將氣體噴入水中來減小表面摩擦，其中，在所述外船身板上設(shè)有流線型形狀的層狀凸出部，而所述氣體噴射出口在所述層狀凸出部的頂點區(qū)域上隔開地設(shè)置。
2．一種如權(quán)利要求1所述的減摩船，其中，所述氣體噴射出口是隔開的，并定向成使氣體噴出方向與流過所述層狀凸出部的水流線成直角。
3．一種如權(quán)利要求1或2中的一項所述的減摩船，其中，所述層狀凸出部做成這樣的形狀，使得所述頂點區(qū)域到所述層狀凸出部的下游端部之間的距離大于所述頂點區(qū)域到所述層狀凸出部的上游端部之間的距離。
4．一種減摩船，用于通過從設(shè)在外船身板的潛面上的氣體噴射出口將氣體噴入水中來減小表面摩擦，其中，每個微小氣泡噴射裝置被制造成一個包括一部分船身板的單元化部件，而所述微小氣泡噴射裝置是利用多個單元化組件構(gòu)成的。
5．一種如權(quán)利要求4所述的減摩船，其中，多個所述單元化組件是通過一個由中央指令部分發(fā)出的起動信號和停止信號來控制的，而所述微小氣泡噴射裝置包括一個靜水壓力測量裝置，用于測量所述氣體噴射出口附近的外部靜水壓力；一個空氣壓力測量裝置，用于測量輸送到所述氣體噴射出口上的空氣壓力；以及一個噴射控制部分，用于根據(jù)由所述靜水壓力測量裝置和所述空氣壓力測量裝置輸出的數(shù)據(jù)控制氣體的噴射；其中，在收到所述起動信號時，噴射控制部分維持一個產(chǎn)生微小氣泡的條件，即由所述空氣壓力測量裝置測得的空氣壓力高于由所述靜水壓力測量裝置測得的外部靜水壓力，而在收到所述停止信號時，噴射控制部分開始一個停止產(chǎn)生微小氣泡的過程。
6．一種供減摩船用的壓縮空氣產(chǎn)生設(shè)備，用以通過從設(shè)在外船身板的潛面上的氣體噴射出口將氣體噴入水中來減小表面摩擦，其中，通過連接將所述氣體輸送到所述氣體噴射出口用的管道裝置而將一個微小氣泡噴射裝置和一個外船身板做成一個單元化的組件。
7．一種供減摩船用的氣體噴射裝置，其中，一個沿橫向裝配的共用的通海吸水箱外殼騎跨在沿減摩船的底部船身板設(shè)置的各側(cè)向肋板上，該通海吸水箱外殼包圍多個沿橫向設(shè)置的氣體噴射部分以便輸送壓縮氣體，壓縮氣體通過一個共用的供氣管噴放到所有所述多個氣體噴射部分中。
8．一種如權(quán)利要求7所述的氣體噴射裝置，其中，所述通海吸水箱外殼被這樣分成橫向的艙室，使得每個艙室具有不少于兩個的氣體噴射部分和一個共用的供氣管，后者用于所述不少于兩個的氣體噴射部分。
9．一種如權(quán)利要求7或8中的一項所述的氣體噴射裝置，其中，所述氣體噴射部分包括一個設(shè)置在底部船身板上的開孔部分和一個可以拆卸地固定到該開孔部分上的穿孔板。
10．一種如權(quán)利要求9所述的氣體噴射裝置，其中所述開孔部件包括一個增強的雙倍板。
11．一種供減摩船用的氣體噴射裝置，由多個氣體噴射部分組成，用于從沿一縱向線設(shè)置的底部船身板噴射壓縮氣體，其中，所有噴射裝置都容納在一個共用的長的通海吸水箱外殼內(nèi)部，以便使用一個供氣管。
12．一種供減摩船用的氣體噴射裝置，由多個氣體噴射部分組成，用于從沿橫向設(shè)置的底部船身板噴射壓縮氣體，它們?nèi)菁{在一個沿橫向延伸的共用的通海吸水箱外殼內(nèi)，該通海吸水箱外殼用槽形鋼板做成，組裝成沿底部部分穿過縱向肋板，并使用一個供氣管。
13．一種供減摩船用的氣體噴射裝置，由多個氣體噴射部分組成，用于從沿橫向設(shè)置的底部船身板噴射壓縮氣體，它們這樣容納在一個由連接一供氣管的氣體聯(lián)管箱組成的通海吸水箱外殼內(nèi)，使得在所述橫向的上方并高于底部部分的縱向肋板，而氣體分配管連接所述多個氣體噴射部分和所述氣體聯(lián)管箱。
14．一種供減摩船用的氣體噴射裝置，由一個氣體噴射部分組成，該氣體噴射部分包括一個設(shè)置在減摩船的底部船身板上的底部開孔部分，一個用于封閉所述底部開孔的穿孔板，以及一個內(nèi)部的通海吸水箱外殼，該外殼包圍所述氣體噴射部分，以便從所述氣體噴射部分噴射通過一個供氣管輸送的壓縮空氣，其中，所述穿孔板的一部分外周邊這樣固定在所述底部開孔的一個周邊上，即使其能繞一鉸鏈機構(gòu)自由擺動，而所述穿孔板的其余外周邊用可以移去的緊固裝置固定。
15．一種供減摩船用的氣體噴射裝置，由一個氣體噴射部分組成，該氣體噴射部分包括一個具有固定在底部船身板上的金屬支承件的底部開孔部分，一個用于封閉所述底部開孔的穿孔板，以及一個內(nèi)部的通海吸水箱外殼，該外殼包圍所述氣體噴射部分，以便從所述氣體噴射部分噴射通過一個供氣管輸送的壓縮空氣，其中，為了牢靠關(guān)閉所述底部開孔，所述穿孔板設(shè)有在一個外周邊上整體形成的凸塊，該凸塊插入圍繞所述金屬支承件的一個內(nèi)周邊設(shè)置的相應(yīng)切口，并在一個沿所述金屬支承件的周邊方向形成的嚙合槽中轉(zhuǎn)動。
16．一種如權(quán)利要求14或15中的一項所述的氣體噴射裝置，其中，所述穿孔板上的每個氣體噴射出口設(shè)有一個埋頭形式的內(nèi)錐形部分。
17．一種減摩船，具有給定開孔寬度的噴嘴組件，組裝在包括至少一個底部船身板的特定位置處，用于產(chǎn)生微小氣泡，以便減小表面摩擦，其中所述噴射組件包括一個船頭側(cè)壁和一個船尾側(cè)壁，它們具有向著減摩船的船尾部分取向的相應(yīng)曲率，使得所述船尾側(cè)壁的出口周邊曲率的切線與所述底部船身板的外表面重合。
18．一種如權(quán)利要求17所述的減摩船，其中，所述船頭側(cè)壁的曲率半徑R1和所述船尾側(cè)壁的曲率半徑R2具有式R1＞R2的關(guān)系。
19．一種如權(quán)利要求17所述的減摩船，其中，所述船頭側(cè)壁的曲率半徑R1和所述船尾側(cè)壁的曲率半徑R2具有式R1=R2的關(guān)系。
20．一種減摩船，用于通過從底部部分上多個縱向位置和從船頭部分附近的多個位置將氣體噴入水中來減小表面摩擦，其中，氣體噴射出口這樣操作，使得靠近側(cè)部船身產(chǎn)生的并從船頭部分引向船尾部分的側(cè)部微小氣泡小于在底部部分處產(chǎn)生的底部微小氣泡。
21．一種如權(quán)利要求20所述的減摩船，其中，操作所述的氣體噴射出口，使得產(chǎn)生的微小氣泡的尺寸范圍對于從船頭部分到船尾部分所形成的邊界層的各種厚度是最佳的。
22．一種供減摩船用的減小摩擦的設(shè)備，用于通過將氣體噴射到水中來減小表面摩擦，該設(shè)備由一個供氣管和一個通海吸水箱外殼組成，該通海吸水箱外殼設(shè)置在底部部分的內(nèi)部及在滿載吃水線的下方并容納多個氣體噴射出口，這些氣體噴射出口與氣流調(diào)節(jié)閥聯(lián)合操作，以便將壓縮氣體噴射到水中；其中所述供氣管的中段是直立安置的，位于所述滿載吃水線的上方。
23．一種如權(quán)利要求22所述的減小摩擦的設(shè)備，其中，所述中段相對于氣流方向設(shè)置在所述氣流調(diào)整閥的下游。
全文摘要
一種減摩船在船的外船身上設(shè)有層狀凸出部分,而氣體噴射出口安置在該層狀凸出部分的頂點區(qū)域上,用于將氣體噴入水中,以產(chǎn)生微小氣泡。氣體從直接設(shè)置在附近的供氣管供給到氣體噴射出口,以便盡可能縮短路徑。
文檔編號B63B1/38GK1209405SQ9811862
公開日1999年3月3日 申請日期1998年8月21日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月22日
發(fā)明者高橋義明, 吉田有希, 佐藤和男, 加藤洋治 申請人:石川島播磨重工業(yè)株式會社, 加藤洋治