自流式冷却水系统进水装置的制作方法

本实用新型涉及船舶冷却系统技术领域，尤其涉及一种自流式冷却水系统进水装置。

背景技术：

冷却水系统是船舶动力系统重要的组成部分，是进一步提升船舶性能必须关注的重要环节。为减轻结垢和腐蚀的问题，目前先进船舶均采用中央冷却水系统，其工作原理是利用海水泵输送海水进入中央冷却系统，来冷却低温淡水，被冷却后的低温淡水再去冷却船舶主柴油机气缸套、气缸盖的高温淡水以及各种冷却器和发电柴油机缸套。

现有的船舶中央冷却水系统，需要采用海水泵维持冷却海水的循环流动，海水泵的持续运行将产生大量能耗。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供一种自流式冷却水系统进水装置，用以解决或部分解决现有的船舶中央冷却水系统，需要采用海水泵维持冷却海水的循环流动，海水泵的持续运行将产生大量能耗的问题。

本实用新型实施例提供一种自流式冷却水系统进水装置，包括导流罩和进水流道，所述导流罩为设于船舶底壳的凸起结构，所述进水流道设于所述导流罩内，所述进水流道的进水口开设于所述导流罩的迎流面。

其中，所述船舶底壳在所述导流罩处的边界层厚度为δ，所述进水口距离所述船舶底壳的高度大于等于0.4δ。

其中，所述导流罩沿所述船舶长度方向的长度大于所述导流罩沿所述船舶宽度方向的长度。

其中，所述导流罩的横截面为前宽后窄的水滴形。

其中，所述导流罩的横截面长宽比为7～8。

其中，所述导流罩为鳍形。

其中，所述导流罩的迎流面为弧形。

其中，所述导流罩的迎流面为前掠式，所述导流罩的背流面为弧形。

其中，所述导流罩弧形的背流面设有波纹结构。

其中，所述导流罩前掠式的迎流面设有多个隆起结构。

本实用新型实施例提供的自流式冷却水系统进水装置，在船舶底壳设置凸起结构形成导流罩，并在导流罩的迎流面设置进水口，从而能够利用船舶航行时的动压，使海水从进水口流入进水流道，继而进入并流过船舶中央冷却水系统的循环海水冷却器。将进水口设置于凸起的导流罩的迎流面，能够充分利用船舶航行动压，在保证进水口的进水流量和进水压力前提下使进水流道具有较小开孔面积，即减小船舶外部耐压壳的开孔面积，从而降低进水口对船舶外部耐压壳的结构和强度影响。另外，船舶的热负荷一般与船舶的航速成正比，而船舶的航速越高，迎流面进水口处的航行动压也越高，从而使通过进水流道进入循环海水冷却器的海水流量也越大，有效提高换热量。因此，本实用新型实施例提供的自流式冷却水系统进水装置，充分利用船舶航行时的动压，使海水自行进入并流过船舶中央冷却水系统的循环海水冷却器，从而能够有效降低海水泵泵送海水的能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种自流式冷却水系统进水装置结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种自流式冷却水系统进水装置结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的又一种自流式冷却水系统进水装置结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的再一种自流式冷却水系统进水装置结构示意图；

图5为图4所示本实用新型实施例提供的自流式冷却水系统进水装置a-a截面示意图；

图6为本实用新型实施例提供的在导流罩弧形的背流面设置波纹结构的自流式冷却水系统进水装置结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的在导流罩前掠式的迎流面设置多个隆起结构的自流式冷却水系统进水装置结构示意图；

图中：1、导流罩；2、进水流道；3、进水口；4、波纹结构；5、隆起结构。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-7所示，本实用新型实施例提供了一种自流式冷却水系统进水装置，包括导流罩1和进水流道2，导流罩1为设于船舶底壳的凸起结构，进水流道2设于导流罩1内，进水流道2的进水口3开设于导流罩1的迎流面。

本实用新型实施例提供的自流式冷却水系统进水装置，在船舶底壳设置凸起结构形成导流罩1，并在导流罩1的迎流面设置进水口3，从而能够利用船舶航行时的动压，使海水从进水口3流入进水流道2，继而进入并流过船舶中央冷却水系统的循环海水冷却器。将进水口3设置于凸起的导流罩1的迎流面，能够充分利用船舶航行动压，在保证进水口3的进水流量和进水压力前提下使进水流道2具有较小开孔面积，即减小船舶外部耐压壳的开孔面积，从而降低进水口3对船舶外部耐压壳的结构和强度影响。另外，船舶的热负荷一般与船舶的航速成正比，而船舶的航速越高，迎流面进水口3处的航行动压也越高，从而使通过进水流道2进入循环海水冷却器的海水流量也越大，有效提高换热量。因此，本实用新型实施例提供的自流式冷却水系统进水装置，充分利用船舶航行时的动压，使海水自行进入并流过船舶中央冷却水系统的循环海水冷却器，从而能够有效降低海水泵泵送海水的能耗。

根据流体力学相关理论，船舶航行时，海水会在船舶底壳表面产生具有一定速度梯度的边界层，对于本实用新型实施例提供的自流式冷却水系统进水装置，假设船舶底壳在导流罩1处的边界层厚度为δ。为了使设置于导流罩1迎流面的进水口3避开边界层的低速区，如图2所示，进水口3距离船舶底壳的高度h1可以设置为大于等于0.4δ。

为了减少凸起结构给船舶前行带来的附加阻力，本实用新型实施例提供的自流式冷却水系统进水装置，可以将导流罩1沿船舶长度方向的长度l1设置为大于导流罩1沿船舶宽度方向的长度l2，使导流罩1具有扁平状的流线型外形。比如说，如图4、图5所示，可以将导流罩1沿船舶前行方向的横截面截面形状设置为前宽后窄的水滴形。进一步地，由船舶设计经验及试验测量，可以将导流罩1横截面的长宽比设置为7～8，此时总阻力较小。此时，设置于导流罩1迎流面的进水口3与迎流面的外形相匹配，可以设置为四角为圆形倒角的矩形，矩形进水口3沿迎流面高度方向的长度大于沿迎流面宽度方向的长度；导流罩1内的进水流道2受导流罩1形状结构的约束，为了充分利用导流罩1内空间，进水流道2横截面形状也可以与流道相匹配设置为前宽后窄的水滴形；为了减少海水在进水流道2的流动损耗，进口流道从进水口3处的带倒圆角矩形逐步平滑过渡到水滴形。

基于仿生学设计原理，借鉴大型海洋生物如海豚、鲨鱼能够有效减少海水阻力的鱼鳍的形状，可以将具有扁平状流线型外形的导流罩1设置为鳍形结构。比如说，可以如图2所示，在船舶前行方向的导流罩1竖截面，使导流罩1迎流面为弧形，也可以如图3所示，使导流罩1迎流面呈前掠式，背流面为弧形。导流罩1前掠式的布局，可以增大进水流道2进水口3的有效入口面积，增大进水流量。进一步地，如图6所示，可以借鉴信鸽和苍鹰翅膀的形态，在导流罩1弧形的背流面设置波纹结构4。试验表明，导流罩1弧形的背流面采用波状尾缘不仅能减阻，同时还可以降噪。导流罩1在波纹处的横截面长度为弦长c，则对应的波纹尺寸设置可以是：波纹高度h2为0.04c～0.06c，波纹宽度w为0.15c～0.25c。另外，由于本实用新型实施例提供的自流式冷却水系统进水装置，其尺寸在米的量级，与海洋中体型较大的座头鲸胸鳍雷诺数相近，可以借鉴座头鲸胸鳍前缘的隆起结构5。在某些鲸豚类身上，沿着背鳍与胸鳍的脊干前缘所长出的环状隆起，被称为“节瘤”。座头鲸前缘的隆起的“节瘤”两侧会产生成对的反向旋涡流，“节瘤”就像涡流发生器，旋转的涡流让水流吸附在鳍的上层表面而不是分叉到上下两侧，有隆起结构5的胸鳍能够较小百分之十左右的阻力。因此，本实用新型实施例提供的自流式冷却水系统进水装置，也可以采用“节瘤”式前缘设计方案，如图7所示，在导流罩1前掠式的迎流面可以设有多个隆起结构5。导流罩1底部横截面沿船舶长度方向的长度为弦长c0，导流罩1的高度为h，则隆起结构5的尺寸设置可以是：隆起高度h3为0.04c0～0.06c0，相邻隆起之间的间隔d为0.18h～0.22h。

如图7所示，在本实用新型提供的一个自流式冷却水系统进水装置实施例中，相关结构及其参数如下：船舶底壳在导流罩1处的边界层厚度δ为1m，导流罩1高度h为0.8m，导流罩1底部横截面沿船舶长度方向的长度c为1.1m，导流罩1横截面的宽度为0.15m；进水流道2进水口3为带圆角的矩形，进水口3距离船舶底壳的高度为0.4m，矩形尺寸为0.1×0.3m，进水流道2的从进水口3处的带倒圆角矩形逐步平滑过渡到水滴形；导流罩1整体为前掠式的鳍形结构，在其弧形的背流面设置有波纹结构4，波纹高度为0.05c，波纹宽度为0.2c，在其前掠式的迎流面设有5个隆起结构5，隆起高度为0.05c，相邻隆起的间距为0.02h。经试验验证，本实用新型实施例提供的自流式冷却水系统进水装置，不但能够充分利用船舶航行时的动压，有效降低海水泵泵送海水的能耗，而且排水量小、重量轻、附加阻力低且流噪声低。

由以上实施例可以看出，本实用新型提供的自流式冷却水系统进水装置，在船舶底壳设置凸起结构形成导流罩1，并在导流罩1的迎流面设置进水口3，从而能够利用船舶航行时的动压，使海水从进水口3流入进水流道2，继而进入并流过船舶中央冷却水系统的循环海水冷却器；将进水口3设置于凸起的导流罩1的迎流面，能够充分利用船舶航行动压，在保证进水口3的进水流量和进水压力前提下使进水流道2具有较小开孔面积，即减小船舶外部耐压壳的开孔面积，从而降低进水口3对船舶外部耐压壳的结构和强度影响。另外，船舶的热负荷一般与船舶的航速成正比，而船舶的航速越高，迎流面进水口3处的航行动压也越高，从而使通过进水流道2进入循环海水冷却器的海水流量也越大，有效提高换热量。因此，本实用新型实施例提供的自流式冷却水系统进水装置，充分利用船舶航行时的动压，使海水自行进入并流过船舶中央冷却水系统的循环海水冷却器，从而能够有效降低海水泵泵送海水的能耗。进一步地，为了使设置于导流罩1迎流面的进水口3避开边界层的低速区，进水口3距离船舶底壳的高度可以设置为大于等于0.4倍边界层厚度。基于仿生学设计原理对导流罩1的外形进行优化，可以将导流罩1设置为前掠式的鳍形结构，并在其弧形的背流面设置波纹结构，在其前掠式的迎流面设有多个隆起结构5，排水量小、重量轻、附加阻力低且流噪声低。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。