一种气层减阻系统实船航速及能效验证试验方法与流程

1.本发明涉及高技术船舶的节能减排领域，更具体地说，涉及一种气层减阻系统实船航速及能效验证试验方法。


背景技术：

2.对于加装气层减阻系统的船舶，通过在船底释放气体形成气层，使得船底与水的摩擦力大幅减小，进而降低船舶行使过程中产生的静水阻力，从而达到节能减排的效果。为了验证船舶气层减阻系统的详细节能效果，需要在船舶试航期间进行节能效果验证试验，从而在实船的角度验证其节能效果(eedi)。
3.根据目前已有规范，在传统船舶航速测量期间，通过在相同的主机工况下进行往返跑，测量多个航速以确定其航速-功率曲线，进而得到其eedi航速，用以计算船舶的能效指数。而对于加装有气层减阻系统的船舶，在其航速测量时，需要分别测量关闭气层减阻系统时的情况及开启气层减阻系统时的情况。
4.通常加装有气层减阻系统的船舶，在船底安装相应的压力感应器，用以检测船底压力，进而确定气层是否会铺满船底。但是如果交替进行关闭气层减阻系统及开启气层减阻系统的试验时，仅可以确定气层是否已经铺满，但是无法确定在关闭气层减阻系统后，船底的气层是否可以全部排出。由于船底外部有气层围挡用以维持气层，而且纵向或横向也会有其他围挡用以保证局部的气层稳定，因此在关闭气层减阻系统后，可能会有部分气体堆积在围挡附近而无法全部排出，进而影响交替过程中关闭气层减阻系统工况下的测量结果，对气层减阻系统的能效验证产生影响。如果无法确认交替过程中的气层可以有效排出，则关闭气层减阻系统和开启气层减阻系统的测速试验无法交替进行，仅可以先完成关闭气层减阻系统的全部测速试验后再进行开启气层减阻系统的测速试验，则会造成如下结果：
5.1、由于测速时间较长，海域外部环境变化较大，对于航速-功率曲线的计算产生一定的影响。
6.2、以超大型油船为例，常规测速试验大概需要进行3-5个功率点的测试，每个功率点往返时间约为2-3小时，如图1所示，船舶在调整助航区间1调整好功率后驶入测量区间2，测速后驶入对向的调整助航区间1。每个功率点重复1次，如果将开启气层减阻系统及关闭气层减阻系统的测速试验分开进行，单个试验时间约为10小时，则两个试验即为20小时，耗费的时间非常长。


技术实现要素：

7.本发明针对上述问题提出一种气层减阻系统实船航速及能效验证试验方法，解决传统测速试验只能先完成关闭气层减阻系统的全部测速试验，然后再进行开启气层减阻系统的测速试验，导致由于海域外部环境变化较大时，对于航速-功率曲线的计算产生一定的影响，以及试验时间过长的技术问题。
8.为了达到上述目的，本发明提供了一种气层减阻系统实船航速及能效验证试验方
法，待试验的船舶加装气层减阻系统，船舶底部设置可保证船体在2
°
横倾下，气层保持稳定的底部气层围板；所述试验方法包括以下步骤：
9.步骤1、确定测速时的主机运行功率点。
10.步骤2、船舶驶入第一调整及助航区间，调整主机功率到步骤1中确定的主机运行功率点。
11.步骤3、船舶以步骤1中确定的主机运行功率点功率，在关闭所述气层减阻系统的状态下驶入第一关闭气层测量区间，在所述第一关闭气层测量区间对船舶行驶速度进行测量。
12.步骤4、船舶驶出所述第一关闭气层测量区间，保持主机功率不变，开启所述气层减阻系统，船速稳定后驶入第一开启气层测量区间。
13.步骤5、在所述第一开启气层测量区间对船舶行驶速度进行测量。
14.步骤6、船舶驶入第二调整及助航区间并继续航行，关闭所述气层减阻系统，调整船舶压载水，使船舶向转弯方向的反方向横倾，并且横倾角度大于2
°
；调整船舶压载水时关闭海底阀，仅通过船舶内部的压载水进行调节。
15.步骤7、船舶到达横倾角度后，停止调整压载水并进行船舶转向，在达到与转向前完全相反的航向后，将压载水倒回，使船舶回到初始状态。
16.步骤8、进行反向的实船航速及能效验证试验，调整主机功率到步骤1中确定的主机运行功率点。
17.步骤9、船舶以步骤1中确定的主机运行功率点功率，在关闭气层减阻系统的状态下驶入第二关闭气层测量区间，在所述第二关闭气层测量区间对船舶行驶速度进行测量。
18.步骤10、船舶驶出所述第二关闭气层测量区间，保持主机功率不变，开启所述气层减阻系统，船速稳定后驶入第二开启气层测量区间。
19.步骤11、在所述第二开启气层测量区间对船舶行驶速度进行测量。
20.步骤12、船舶驶入所述第一调整及助航区间并继续航行，关闭所述气层减阻系统，调整船舶压载水，使船舶向转弯方向的反方向横倾，并且横倾角度大于2
°
；调整船舶压载水时关闭海底阀，仅通过船舶内部的压载水进行调节。
21.步骤13、船舶到达横倾角度后，停止调整压载水并进行船舶转向，在达到与转向前完全相反的航向后，将压载水倒回，使船舶回到初始状态。
22.步骤14、重新确定主机运行功率点，并重复执行步骤1-步骤13，直到需要测速的主机运行功率点全部测速完成，试验结束。
23.上述气层减阻系统实船航速及能效验证试验方法，优选方式下，在进行步骤1前，先确定多个需要测速的主机运行功率点。
24.上述气层减阻系统实船航速及能效验证试验方法，优选方式下，多个需要测速的主机运行功率点，具体为75％主机额定功率的功率点，75％主机额定功率以上一个功率点，65％主机额定功率至75％主机额定功率之间一个功率点。
25.上述气层减阻系统实船航速及能效验证试验方法，优选方式下，多个需要测速的主机运行功率点分别为：100％额定功率主机运行功率点、85％额定功率主机运行功率点，75％额定功率主机运行功率点，65％额定功率主机运行功率点。
26.上述气层减阻系统实船航速及能效验证试验方法，优选方式下，步骤6中还包括通
过公式计算船舶在转向过程中产生的横倾角度的过程；计算公式为：
[0027][0028]
式中为横倾角度，v0为船舶对水速度，h为船舶初稳性高，l为船舶长度zg为船舶重心高度，d为船舶吃水；
[0029]
上述气层减阻系统实船航速及能效验证试验方法，优选方式下，如果横倾角度大于2
°
，则不进行压载水调整，船舶行驶到合适距离后直接进行船舶转向。
[0030]
上述气层减阻系统实船航速及能效验证试验方法，优选方式下，步骤12中还包括通过公式计算船舶在转向过程中产生的横倾角度的过程；计算公式为：
[0031][0032]
式中为横倾角度，v0为船舶对水速度，h为船舶初稳性高，l为船舶长度zg为船舶重心高度，d为船舶吃水；
[0033]
上述气层减阻系统实船航速及能效验证试验方法，优选方式下，如果横倾角度大于2
°
，则不进行压载水调整，船舶行驶到合适距离后直接进行船舶转向。
[0034]
上述气层减阻系统实船航速及能效验证试验方法，优选方式下，待试验的船舶为30万吨原油船，船宽为60m。
[0035]
上述气层减阻系统实船航速及能效验证试验方法，优选方式下，待试验的船舶底部气层围板高度为70mm。
[0036]
本发明能够大幅提高气层减阻系统实船航速及能效验证试验的速度，缩短实验时间，以避免测量时间过长海况变化导致测量数据不准确，保证了试验数据的准确性。同时节省大量的试验成本。
附图说明
[0037]
图1是传统方式将开启气层减阻系统及关闭气层减阻系统的测速试验分开进行的船舶行驶路线示意图；
[0038]
图2是本发明试验方法的船舶行驶路线示意图。
[0039]
图中，1、调整助航区间，2、测量区间，3、第一调整及助航区间，4、第一关闭气层测量区间，5、第一开启气层测量区间，6、第二调整及助航区间，7、第二关闭气层测量区间，8、第二开启气层测量区间。
具体实施方式
[0040]
本发明一种气层减阻系统实船航速及能效验证试验方法，待试验的船舶加装气层减阻系统，船舶底部设置可保证船体在2
°
横倾下，气层保持稳定的底部气层围板。以30万吨原油船为例，为了保证船舶运营过程中的气层稳定，底部气层围板高度为70mm，在气层减阻系统持续输出气体的情况下，可以保证船体2
°
横倾下的气层稳定。而在验证试验期间，如果关闭气层减阻系统，针对该船60m的型款，则需要超过的2
°
横倾角度，可以保证气体排出。
[0041]
所述试验方法包括以下步骤：
[0042]
在进行步骤1前，先确定多个需要测速的主机运行功率点。常规eedi测速试验，需要最少考虑75％主机额定功率的功率点，75％主机额定功率以上一个功率点，65％主机额定功率至75％主机额定功率之间一个功率点。而为了保证其测得的航速-功率曲线稳定，通常进行4个功率点进行测量。以选取100％主机额定功率，85％主机额定功率，75％主机额定功率，65％主机额定功率这4个主机运行功率点为例，分别进行开启气层减阻系统及关闭气层减阻系统的测速试验。
[0043]
步骤1、确定测速时的主机运行功率点，本实施例首选测量100％主机额定功率进行测速。
[0044]
步骤2、如图2所示，船舶驶入第一调整及助航区间3，调整主机功率到步骤1中确定的主机运行功率点，即100％主机额定功率。
[0045]
步骤3、船舶以步骤1中确定的主机运行功率点功率，即100％主机额定功率，在关闭所述气层减阻系统的状态下驶入第一关闭气层测量区间4，在所述第一关闭气层测量区间4对船舶行驶速度进行测量。
[0046]
步骤4、船舶驶出所述第一关闭气层测量区间4，保持主机功率不变，开启所述气层减阻系统，船速稳定后驶入第一开启气层测量区间5。
[0047]
步骤5、在所述第一开启气层测量区间5对船舶行驶速度进行测量。
[0048]
步骤6、船舶驶入第二调整及助航区间6并继续航行，关闭所述气层减阻系统，调整船舶压载水，使船舶向转弯方向的反方向横倾，并且横倾角度大于2
°
；调整船舶压载水时关闭海底阀，仅通过船舶内部的压载水进行调节。如图2所示，船舶由第一开启气层测量区间5驶入第二调整及助航区间6后，向左调整前进方向，准备向右侧转弯掉头，同时通过船舶内部的压载水进行调节，使船舶向左横倾，使横倾角度超过2
°
，只要超过2
°
即视为船舶到达横倾角度。
[0049]
步骤7、船舶到达横倾角度后，停止调整压载水并进行船舶转向，在达到与转向前完全相反的航向后，将压载水倒回，使船舶回到初始状态。在向右侧转弯掉头时，由于惯性的作用，船舶会继续向左倾斜，进一步确保船舶横倾角度超过2
°
，排空船底的气层。
[0050]
步骤8、进行反向的实船航速及能效验证试验，调整主机功率到步骤1中确定的主机运行功率点，即100％主机额定功率。
[0051]
步骤9、船舶以步骤1中确定的主机运行功率点功率，即100％主机额定功率，在关闭气层减阻系统的状态下驶入第二关闭气层测量区间7，在所述第二关闭气层测量区间7对船舶行驶速度进行测量。
[0052]
步骤10、船舶驶出所述第二关闭气层测量区间7，保持主机功率不变，开启所述气层减阻系统，船速稳定后驶入第二开启气层测量区间8。
[0053]
步骤11、在所述第二开启气层测量区间8对船舶行驶速度进行测量。
[0054]
步骤12、船舶驶入所述第一调整及助航区间3并继续航行，关闭所述气层减阻系统，调整船舶压载水，使船舶向转弯方向的反方向横倾，并且横倾角度大于2
°
；调整船舶压载水时关闭海底阀，仅通过船舶内部的压载水进行调节。如图2所示，船舶由第二开启气层测量区间8驶入第一调整及助航区间3后，向左调整前进方向，准备向右侧转弯掉头，同时通过船舶内部的压载水进行调节，使船舶向左横倾，使横倾角度超过2
°
，只要超过2
°
即视为船
舶到达横倾角度。
[0055]
步骤13、船舶到达横倾角度后，停止调整压载水并进行船舶转向，在达到与转向前完全相反的航向后，将压载水倒回，使船舶回到初始状态。在向右侧转弯掉头时，由于惯性的作用，船舶会继续向左倾斜，进一步确保船舶横倾角度超过2
°
，排空船底的气层。
[0056]
步骤14、重新确定主机运行功率点，并重复执行步骤1-步骤13，直到需要测速的主机运行功率点全部测速完成，试验结束。按照之前确定的4个主机运行功率点，现已测量完100％主机额定功率的船舶行驶速度，进一步通过上述步骤1-步骤13，测量85％主机额定功率，75％主机额定功率，65％主机额定功率下的船舶行驶速度，全部测完后，试验结束。
[0057]
本发明的进一步改进下，步骤6和步骤12中还包括通过公式计算船舶在转向过程中产生的横倾角度的过程；计算公式为：
[0058][0059]
式中为横倾角度，v0为船舶对水速度，h为船舶初稳性高，l为船舶长度zg为船舶重心高度，d为船舶吃水。
[0060]
如果横倾角度大于2
°
，则不进行压载水调整，船舶行驶到合适距离后直接进行船舶转向。
[0061]
以超大型油船测速时最极端工况，顶风顶浪，对水航速最低为6.2m/s，船舶在设计吃水时，初稳性高为8.9m，船长333m，重心高度17.2m，吃水20.5m。则计算其横倾角度为0.1
°
。远小于排出船底气层所需的横倾角度。因此对于排出船底的气层，还需要进行船舶压载水的配合。通过压载水调整船舶姿态，使得横倾角度大于2
°
，以完全排空船底的气层。可以通过左右压载舱的压载水自压或者采用电动压载泵将左右压载舱的压载水进行转移，以达到横倾要求。为了保证整个测速期间船舶的吃水及排水量不变，不可以向外排出压载水或向舱内注入压载水。需要关闭海底阀，仅通过船舶内部的压载水进行调节。
[0062]
如果在其他类型船舶及航速下，计算出的横倾角度大于2
°
时，则可以直接通过大角度转弯使船舶横倾角度大于2
°
，以完全排空船底的气层。无需进行压载水调整。
[0063]
而如果交替进行气层减阻系统的开启及关闭试验，如图2所示，由于开启气层减阻系统后，气层铺满船底的时间仅为3-5分钟，则在单向分别进行开启气层减阻系统及关闭气层减阻系统的测量，通船舶转向后再次重复，过增加测量区间的距离，保证在一个单向区间内，可以完成开启及关闭气层减阻系统的航速测量，减少转向及助航的时间，则可以大幅的缩短时间。
[0064]
每个功率点重复1次的试验情况下，如果采用如图1所示的，将开启气层减阻及关闭气层减阻的测速试验分开进行，单个试验时间约为10小时，则两个试验即为20小时。
[0065]
如果采用本发明的方法，将两个试验交替进行，每个测量点增加20分钟，调整压载水及转向均不占用原测试时间，整体时间约为12小时，大幅的提高了测量速度。与传统试验方法相比本发明的方法能够缩短了8-10个小时的测量时间。
[0066]
根据目前规范的航速修正方法，其中水流的修正均按照潮汐流进行考虑，即单个流速的正弦曲线时间为12小时，如果测量时间过长则会对航速修正造成一定的影响。因此需要在更短的时间内完成测速，及节省试航期间的投入，也可以保证测量的准确性。本发明
方法中，除了采用压载水进行横倾调整以及大舵角转向外，也可以通过其他使船舶倾斜的方式排出底部气层。
[0067]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种气层减阻系统实船航速及能效验证试验方法，其特征在于，待试验的船舶加装气层减阻系统，船舶底部设置可保证船体在2
°
横倾下，气层保持稳定的底部气层围板；所述试验方法包括以下步骤：步骤1、确定测速时的主机运行功率点；步骤2、船舶驶入第一调整及助航区间(3)，调整主机功率到步骤1中确定的主机运行功率点；步骤3、船舶以步骤1中确定的主机运行功率点功率，在关闭所述气层减阻系统的状态下驶入第一关闭气层测量区间(4)，在所述第一关闭气层测量区间(4)对船舶行驶速度进行测量；步骤4、船舶驶出所述第一关闭气层测量区间(4)，保持主机功率不变，开启所述气层减阻系统，船速稳定后驶入第一开启气层测量区间(5)；步骤5、在所述第一开启气层测量区间(5)对船舶行驶速度进行测量；步骤6、船舶驶入第二调整及助航区间(6)并继续航行，关闭所述气层减阻系统，调整船舶压载水，使船舶向转弯方向的反方向横倾，并且横倾角度大于2
°
；调整船舶压载水时关闭海底阀，仅通过船舶内部的压载水进行调节；步骤7、船舶到达横倾角度后，停止调整压载水并进行船舶转向，在达到与转向前完全相反的航向后，将压载水倒回，使船舶回到初始状态；步骤8、进行反向的实船航速及能效验证试验，调整主机功率到步骤1中确定的主机运行功率点；步骤9、船舶以步骤1中确定的主机运行功率点功率，在关闭气层减阻系统的状态下驶入第二关闭气层测量区间(7)，在所述第二关闭气层测量区间(7)对船舶行驶速度进行测量；步骤10、船舶驶出所述第二关闭气层测量区间(7)，保持主机功率不变，开启所述气层减阻系统，船速稳定后驶入第二开启气层测量区间(8)；步骤11、在所述第二开启气层测量区间(8)对船舶行驶速度进行测量；步骤12、船舶驶入所述第一调整及助航区间(3)并继续航行，关闭所述气层减阻系统，调整船舶压载水，使船舶向转弯方向的反方向横倾，并且横倾角度大于2
°
；调整船舶压载水时关闭海底阀，仅通过船舶内部的压载水进行调节；步骤13、船舶到达横倾角度后，停止调整压载水并进行船舶转向，在达到与转向前完全相反的航向后，将压载水倒回，使船舶回到初始状态；步骤14、重新确定主机运行功率点，并重复执行步骤1-步骤13，直到需要测速的主机运行功率点全部测速完成，试验结束。2.根据权利要求1所述气层减阻系统实船航速及能效验证试验方法，其特征在于，在进行步骤1前，先确定多个需要测速的主机运行功率点。3.根据权利要求2所述气层减阻系统实船航速及能效验证试验方法，其特征在于，多个需要测速的主机运行功率点，具体为75％主机额定功率的功率点，75％主机额定功率以上一个功率点，65％主机额定功率至75％主机额定功率之间一个功率点。4.根据权利要求3所述气层减阻系统实船航速及能效验证试验方法，其特征在于，多个需要测速的主机运行功率点分别为：100％额定功率主机运行功率点、85％额定功率主机运
行功率点，75％额定功率主机运行功率点，65％额定功率主机运行功率点。5.根据权利要求1所述气层减阻系统实船航速及能效验证试验方法，其特征在于，步骤6中还包括通过公式计算船舶在转向过程中产生的横倾角度的过程；计算公式为：式中为横倾角度，v0为船舶对水速度，h为船舶初稳性高，l为船舶长度z
g
为船舶重心高度，d为船舶吃水。6.根据权利要求5所述气层减阻系统实船航速及能效验证试验方法，其特征在于，如果横倾角度大于2
°
，则不进行压载水调整，船舶行驶到合适距离后直接进行船舶转向。7.根据权利要求1所述气层减阻系统实船航速及能效验证试验方法，其特征在于，步骤12中还包括通过公式计算船舶在转向过程中产生的横倾角度的过程；计算公式为：式中为横倾角度，v0为船舶对水速度，h为船舶初稳性高，l为船舶长度z
g
为船舶重心高度，d为船舶吃水。8.根据权利要求7所述气层减阻系统实船航速及能效验证试验方法，其特征在于，如果横倾角度大于2
°
，则不进行压载水调整，船舶行驶到合适距离后直接进行船舶转向。9.根据权利要求1所述气层减阻系统实船航速及能效验证试验方法，其特征在于，待试验的船舶为30万吨原油船，船宽为60m。10.根据权利要求9所述气层减阻系统实船航速及能效验证试验方法，其特征在于，待试验的船舶底部气层围板高度为70mm。

技术总结
本发明公开了一种气层减阻系统实船航速及能效验证试验方法，待试验的船舶加装气层减阻系统，本试验方法通过在第一调整及助航区间或第二调整及助航区间调整船舶压载水，使船舶向转弯方向的反方向横倾，并且横倾角度大于2


技术研发人员：秦明达 张倩 李嘉换 牟宗宝 胡颖楠 任怀远 刘迪 余卓蓉 张航 张丽波 王礼东 王少楠
受保护的技术使用者：大连船舶重工集团有限公司
技术研发日：2022.12.07
技术公布日：2023/5/30