CN102076433A - 用于清洁水下表面的方法及清洁装置 - Google Patents
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Abstract
描述了一种利用清洗工具将污损材料从位于水下的表面上松脱和移除的方法，其中所述清理工具为具有多个清理装置的框架结构的形式，所述清理装置靠近所述表面并且喷出含水的清洁流体来使污损材料松脱和清洁表面，与此同时每个清洁工具均发生旋转，流体和污损材料的混合物被运离以作进一步处理，该方法的特征在于：采用了一种清理工具，其中各个清理装置为杯状件形式，所述杯状件集成有通道以用于将流体提供给围绕杯状件边缘(41)一体形成的流体喷嘴(60)，并且在杯状件顶部设有中央出口以用于移除流体和污损材料，清洁过程按照下列步骤进行：将这种结构带至该表面，其中杯状件边缘与表面(10)相隔一定距离(A)；在杯状件出口(43)中形成吸力(流体动态负压)，所述吸力用于在杯状件边缘(41)下方从杯状件外部提取水(68)，使其进入杯状件，并且向上通过出口(43)；流体通过喷嘴(60)喷出，其使得杯状件旋转，并且使污损材料从表面上松脱，污损材料和水的混合体流入已形成的水流中，流向杯状件中心并且向上流向杯状件的顶部，所形成的吸力在该顶部处达到最强。
Description
本发明涉及分别在后面的权利要求1和7的前序部分描述的、用于清洁水下表面、使污损材料松脱并将其吸出的方法和清理工具。
此外，本发明涉及这种清理工具的应用。
本发明的目标是提供一种结构来实施对水下表面上的污染材料的清洁和抽吸。此外，其旨在能够吸取在喷射作用下从表面上松脱的污损材料，使得它不被释放到自由水体中。
在本文中，“表面”指的是船身、平台、混凝土结构、箱罐、海港建筑及其它水下结构等上的水下表面。特别地，本发明旨在处理船身的水下表面。
此外，本发明可被用于通过在浅海区、运河、海峡等中的海港设施中从海底收集和移除受污染的污泥进行清洁。
已知一些解决方案，其中在具有指向表面的喷嘴的装置的帮助下，通过喷射(例如借助高压冲洗装置)流体(诸如海水)使污损材料松脱来清洁水下表面。这类污损材料可以是始终附着在水下表面(诸如船身)上的生长体、海藻、贝壳等。污损材料也可以是希望从水下船身部分上除去的底漆、松脱的颜料碎片等。
关于现有技术，参见下列专利公开文本：US4,168,562、CH679.131、US4,926,775、US6,896,742和US5,628,271。
这些公开文本中只有一个是描述在水下使用的结构的，即US4,926,775，其因此是本发明的最接近的现有技术。其它专利文献描述了不同的包括旋转的和非旋转的喷出清洁流体的元件的清洁机，并且它们不被用于清洁水下表面。
根据上述的US4,926,775，具有喷嘴的杯状件朝向待清洁表面，喷嘴被紧固在可旋转的圆盘上，并且提供清洁流体，使得它们开始旋转，并且在高压下将液体喷射在表面上以使污损材料松脱。然而，不清楚松脱的污损材料是如何被处理的。似乎它被引入周围的水体中，并且以污染物的形式散布。因此，污损材料和水未在可控的系统中以正确的方式得到正确地收集、处理和清洁，而这正是本发明的出发点。
先前已知的解决方案的缺点是污损材料未以正确的方式收集和沉积，而是被释放到周围水体中，这种做法例如：
-在部分封闭的港口区域内造成生物污染；
-并且导致海洋微生物散播，这些微生物是生长体的一部分，如果被释放到水中，则可能对这一区域的海洋环境造成破坏(例如，掠食性微生物)；
-可能含有化学品的松脱的底漆对海洋环境是非常不利的。
本发明的目标是提供一种新型的具有两种不同版本的用于将污损材料从上述那种水下表面上松脱和移除的结构。
通过本发明，人们还旨在提供一种解决方案，其中用UV辐射处理所吸取的流体，从而将微生物杀灭，并且能够让水流回到海中。
一种根据本发明的方法，其特征在于：采用了一种清理工具，其中各个清理装置为杯状件形式，所述杯状件集成有通道以用于将流体提供给围绕杯状件边缘一体形成的流体喷嘴，并且在杯状件顶部设有中央出口以用于吸出流体和污损材料，清洁过程按照下列步骤进行：
将这种结构带至该表面，其中杯状件/杯状件边缘与表面相隔一定距离；
在杯状件出口中形成吸力(流体动态负压)，所述吸力用于在杯状件边缘下方从外部环境中提取水，使其进入杯状件内部，并且向上通过出口；
-流体通过喷嘴喷出，其使得杯状件旋转，并且使污损材料从表面上松脱，污损材料和水的混合体流入已形成的水流中，流向中心并且向上流向杯状件的内部的顶部，所形成的吸力在该内部处达到最强；以及
-将污损材料和水的混合体导出，用于所述进一步处理。
杯状件喷嘴优选结束于杯状件的下部边缘处，并且被设置成以一定角度朝向中心。根据第二优选实施例，流体的射流被喷出，每个射流与杯状件边缘的切线形成约10-90度的投影角，并且还与边缘外周平面的垂直线形成约10-80度的角。
根据又一优选实施例，杯状件结构被设置成抵靠待清洁表面，并且形成流体动态负压(吸力)，使得通过喷嘴喷出的流体的体积与从环境吸入的水的体积之比在1∶10-5∶10的范围内。
杯状件可以发生旋转，同时杯状件边缘圆周与船身表面始终相隔一定距离(A)，其中所述距离借助安装在框架结构上的长度可调的间隔物来控制，其中各个间隔物为其自由端包括设置成抵靠并且在船身表面上移动的护舷垫或轮子的杆。所述距离(A)可被设在0.1-10cm的范围中。
在本方法的实施例中，包围杯状件的抽吸管中的一体的喷嘴按照一定角度设置，使得污损材料和流体的混合体随着已形成的来自吸口的流流向杯状件中心。当已形成的流导致周边的水被引入杯状件，并且向上通过吸水单元时，喷嘴的角度及其喷射效果确保污损材料松脱，跟随已形成的水流向上通过杯状件中心，并且进一步接受后续处理。
本发明的起点是在杯状件的输出管道中形成吸力，使得杯状件外侧的水在杯状件边缘下方被吸入，并且从杯状件的顶部向上通过排出管道(软管)。
在合适地形成初始吸力之后，为水(海水)形式的清洁流体开始从与杯状件相连的喷嘴喷出，且因此：
形成水流，其借助大的作用力(高压)喷在正被清洁的表面上。高压喷嘴中沿指定方向的作用力还使杯状件旋转。此外，除了杯状件内部和外部附近的水体之外，已在喷射作用下松脱的所有材料也被吸入已形成的吸水中，通过杯状件的内部中心顶部。此外，水和污损材料通过软管被导出杯状件用于对污损材料的进一步处理。
一种根据本发明的用于将污损材料从表面上松脱和移除的清理工具，其特征在于：各个清理装置为杯状，所述杯状件具有一体的通道以用于将液体提供给围绕杯状件边缘设置的一体的喷嘴，并且在杯状件顶部具有中央出口以用于吸出流体和污损材料，
具有一体的喷嘴的杯状件被设置成随着流体的喷出而旋转；
杯状件的边缘被设置成与表面间隔给定距离(A)；
出口被设置在杯状件的中心部分的顶部上，并且连接一主体，所述主体能够将流体从杯状件内部吸出，使得流体能够通过表面和边缘之间的间隙(A)流入杯状件内部。
该装置的优选实施例在从属权利要求8-17中给出。
该清理工具的第二版本的特征在于，各清理装置包括：
内部设有带喷嘴的旋转臂的杯状件，其中所述杯状件被设置成其边缘与表面相隔一定距离(A)，
用于向喷嘴提供清洁流体以喷射在表面上使污损材料松脱和使喷嘴在杯状件内部旋转的装置，
位于中心部分的顶部上的出口，其连接抽吸主体，所述主体能够将水从杯状件内部吸出，使得水能够通过表面和边缘之间的间隙(A)流入杯状件内部。
该版本的清理工具的优选实施例在从属权利要求19-26中给出。
根据本发明，所述方法和(两个版本中的)清理工具均用于清洁水下表面，诸如船身、平台、混凝土结构、箱罐、码头结构和其它水下结构。
它们也可以被用于在浅海区、运河、海峡等中的港口设施中从海底收集和移除受污染的污泥。
根据本发明，清洁装置包括安装在桁架结构框架上的多个杯状结构。此外，在该框架中安装有间隔物形式的主体，其在杯状件边缘和待清洁表面之间形成给定距离。该主体可被调节，使得所述距离也可以根据将要执行的清洁任务得到调节。
本发明提供了两种典型的操作用于将污损材料从表面上松脱和移除的结构的方法。
根据本发明的装置操作模式优选如下：
-形成吸力，所述吸力使得水流朝向杯状件中心运动，其对应于为喷射过程开始时通过高压喷嘴提供给杯状件的水量的好几倍的水量。这在杯状件内部形成连续的负压，其影响了杯状件的内容物及杯状件周围的水的质量。
-由于高压流体因此被喷向希望的表面，因此开始通过喷嘴高压喷射水(海水)。污损材料因此从表面上松脱，并且喷嘴的角度致使杯状件开始旋转。因此，由于它们在比固定喷嘴更大的区域上旋转，因此清理效果得到加强。这种旋转和喷嘴角度还将所有的污损材料始终在朝向杯状件中心的方向上受到冲刷。
-松脱的污损材料、来自高压喷嘴的水以及杯状件周围的水的一部分流入杯状件。在流体动态负压的作用下，它们将朝向位于杯状件顶部上的吸口与所形成的水流合并。由此处，所有物体都将被吸向杯状件中心，并且在杯状件中心处被抽吸通过输出管道(输出软管)用于进一步处理。
该装置的任何实施例的操作都将采用这种分段启动。
根据本发明的杯状件结构(第一版本)的基本的新特征是：发生旋转的是杯状件本身，具有供应管的喷嘴永久性地安装(集成)在杯状件自身中，或者流体通道形成在杯状件材料中并且延伸至结束于杯状件边缘处的接口。另外，喷嘴是围绕杯状件边缘以彼此间隔开的方式安装的，并且朝向一定的角度方向以便形成流体运动，其与从外部流入并且流至杯状件出口的流体的体积相结合。
此外，杯状件以可旋转的方式装配在结构部件上，流体输入和输出主体通过其得到安装。杯状件的出口因此居中地设在杯状件的顶部上，即其“拱顶”。
此外，杯状件通过多个连接在框架中的间隔元件与表面相隔给定距离，其中所述间隔元件安装有间隔杆，每个间隔杆具有轮子、或者护舷垫形式或刷子形式的缓冲物或不妨碍水从周围水体经边缘下方流入并且进入杯状件的类似物。
根据本发明，当海水在旋转的杯状件中喷出时，该清理工具能够最佳地起作用。与此同时，通过杯状件吸出的水流(在体积上)必须高于喷射水体几倍，使得杯状件能够沿水下表面移动，同时松脱的污损材料不会在杯状件工作区域之外的水中扩散，而是被吸入杯状件中心用于进一步处理。
现在将参考附图对本发明进行更详细的解释，在附图中：
图1示出了一种船只，其中船身侧面正在用根据本发明的清理工具进行清洁；
图2和3分别在平面图和侧视图中示出了根据本发明的具有安装在框架中的杯状件结构的清理工具的可能结构。在该实施例中，5个上述清洁杯状件被连接在一起。实际上，整个清理工具被安装在所谓ROV(即远程控制水下微型潜水艇)上；
图4示出了杯状件的系统制图的横截面(部分为简要视图)。它示出了水流如何在不同阶段从外部、从将颗粒喷射松脱中通过杯状件，经由收集用于进一步处理，其中在所述进一步处理中，颗粒从水中被过滤。
图5示出了杯状件底侧的平面图，用于说明从喷嘴喷出的水和从周围水体流入中心的水流的流动图案。在该附图中能够看到边缘41和出口43。
图6示出了将杯状件安装于支撑件壳体的局部俯视图，另外还示出了用于向杯状件提供液体的通道以及杯状件的中心抽吸管。
图7示出了根据本发明的清洗工具中的杯状件的替换实施例。
首先参见图1，船只12的水下部分10用根据本发明的装置来清洁。例如，船只停靠在码头边上，或者停泊在海港区域或类似区域中。附图示出了清理是如何进行的。
清理系统包括ROV，其为远程控制的、可潜入水中的微型潜水艇，并且包括受引导通过船只12的船身侧面10的、具有创造性的吸水高压喷射清洗工具200。ROV借助所谓操纵电缆受到支援船20远程控制，所述操纵电缆包括用于ROV的操作的功率和控制电缆以及分别用于供应清洁流体(参见图4中的22a)和用于移除从船身侧面10上冲下的污损材料(参见图4中的22b)的软管。ROV包括驾驶、控制和精确操纵位于水下的ROV所必需和常见的所有仪器，尤其是必要数量的摄相机等，使得支援船20上的操作人员能够完全可视地控制ROV的位置和运动。
高压水(海水/淡水)被用作清洁流体，因为其中可被加入其它适于待清洁表面和待清除的污损材料的清洁流体。还可以将水加热或者向其提供固体颗粒，诸如研磨剂。
支援船20上的容器30包括：
-用于操作ROV的控制室；
-用于提供高压清洁流体的泵；
-以及用于吸取废水的泵，其借助操纵电缆22b与清洁杯状件连接。此外，还要对废水进行过滤处理，其中过滤的废物被引至收集箱。
ROV与图1中的实例所示的清理工具相连。
图2和3分别示出了从上方和侧面看到的根据本发明的具有创造性的清理工具的放大图。该单元是在省略了关于ROV、泵、软管或其它驱动单元的连接系统的情况下被示出的。
根据图2中的非限制性实施例，清洁用的抽吸高压清理工具包括5个旋转杯状件110，它们一起被安装在桁架结构框架42(不作详细描述)中。各个杯状件110均为圆顶或拱顶形，并且旋转安装在中空支撑件壳体97上，所述壳体97被紧固在框架112上。
在所示实例中，具体参见图2，框架112为V形，V形结构的每个腿上分别安装着这5个杯状件中的两个(分别为110a-110b和110d、110e)，第5个杯状件110c则装配在V形结构的尖点区域上。
中空壳体从各个杯状件110a-e的顶部形成排水管97，并且贯穿杯状件顶部到达其内部。此外，框架200中的各个排水管97形成通道系统123，该系统伸入杯状件材料，并且被设置成将高压流体引至杯状件边缘41上的喷嘴。具体参见图4和6。
软管(122a-122e)从各个杯状件顶部的出口43延伸至共用的废水软管22b，其在图3中被示为从标记成110c的杯状件的顶部向上延伸。
该附图只是示意性地示出软管线路。在具体实施例中，从各个杯状件顶部延伸至形成负压的抽吸泵的软管的长度应当相同，使得杯状件产生的吸水作用力相同。
利用抽吸设备从各个杯状件的顶部设置排水软管122，用于将松脱在水中的污损材料引入共用的软管22b，其接着通向对流体进行处理的支援船20，如图4所示。船只20上的抽吸泵还被连接成帮助将液体吸过软管22b。
杯状件110的边缘41和船身表面10之间的距离(图4中的A)被控制在0.1-10cm的范围中。由于保持杯状件的框架112上装有可调节的护舷垫111，例如安装在设置于各个杯状件之间的杆211的末端上的橡胶轮，因此上述距离是可以调节的。各个杆211形成紧固在框架上的支柱，并且斜对着地(参见图2)伸向(参见图4)位于表面10上的轮子111。由于杆211分为两部分，其中一部分是可以通过在固定于框架上的带有内螺纹的杆部上的旋拧进行调节的带有螺纹的杆(其一端设有护舷垫)，因此杆211的长度是可调的。
当沿着水下表面行进时，这些间隔物211/111将保持杯状件边缘41与船身表面间隔所需要的距离A。由于对于所有的喷嘴而言，喷嘴到喷射表面的距离都是一样的，因此任何时刻流入各个杯状件的水量都是一样的。
在图4中示出了旋转杯状件110之一(即，在图2和3中装配在框架上的五个杯状件之一)的横截面。
各个杯状件110保持其形状且呈拱顶形，其下周缘41与被清理表面相隔一定距离，水在该表面处从杯状件外侧被吸向杯状件出口43。在杯状件拱顶的顶部，将排水管97安装在软管122(其延伸至抽吸泵)的嘴部，所述抽吸泵形成直至杯状件中心的稳定水流。在喷射作用下从被清洁表面上松脱的污损材料将随着水流通过排水管，并且通过所连接的管道22b(分别经由各个子软管122a-e)。
高压软管22a从储水罐230中导出净化水，并且将水引至装置的上固定部。水通过在排水管壁中(沿轴向)开出的通道121被引入固定排水管97。此外，水流通过高压运载旋转支撑件，进入集成在杯状件壁中的水通道系统123，最终通过喷嘴60(其围绕杯状件圆周结束于杯状件边缘)离开。
如图4、5和6所示，喷嘴60的朝向与旋转方向相反，以使杯状件和支撑件外部旋转。此外，喷嘴被设置成与船身表面10成一定角度。从下方朝被清洁的船身表面看去，射流66所形成的投影角相对于杯状件在船身表面上的圆周的切线朝向内侧。此外，射流关于垂直方向向内形成一定角度。这意味着高压喷嘴以近似朝向杯状件中心的角度喷射射流67(图5)。射流的方向可以是如同图4和5所示那样，这些附图示出喷嘴相对于旋转角的切线以一定角度朝向中心。这使得液体和松脱的污损材料的混合体被喷向中心，跟随已经形成的朝向杯状件中心的水流68，向上弯转流向排水管43。这使得液体和松脱的污损材料的混合体将会向上流动并且通过排水管流出，以通过软管22b(经由软管部分122)进一步传输。通过这种方式在杯状件内部形成流体动态负压，这种负压将所有污损材料引向排水管。因此，不会有污损材料被释放和污染自由水体。
在图6中详细说明了如何在载水旋转支撑件113的帮助下将旋转杯状件110装配在固定排水管97上。
参见图4和5来说明本发明是如何借助流体动态负压的帮助提供朝向中心和朝上的水流的。
图5示出了从下方看去的杯状件110，并且示出了围绕杯状件喷嘴边缘41的圆周设置的喷嘴60(在本例中总计为6个)。在中间部分示出了位于杯状件顶部的吸口43。
喷射水流66示出了从喷嘴嘴部60流出的喷射液体，以及它是如何散开的。符号β表示从喷嘴流出的射流66相对于在图5中用线描绘的圆的切线的角度。这些射流趋于聚集在中心，并且通过吸口43被吸出。
根据本发明，角度β可在10-90度的范围内。此外，该喷射可以关于边缘41的外周平面的垂直线形成约10-80度角。这意味着高压喷嘴斜对着地朝向杯状件中心喷射射流。
喷射水流沿着相对一致的方向按照朝内的角度(10-90度)喷射，以便形成旋转，并且杯状件开始旋转。此外，其结果是污垢和污损材料被冲向杯状件中心。喷嘴被装配在旋转杯状件的下部，杯状件被装配在支撑件113上，并且围绕位于中央的吸管97旋转。支援船20上的吸水泵(未示出)在设备中心43形成均匀吸力。这形成对被冲脱在与水的混合物中的污损材料和颗粒的连续抽吸。
在图4中可以看到，引导水/污损材料通过颗粒过滤器220以将污损材料222的固体颗粒分离出来。此外，可以对水进行UV辐射以杀灭微生物。
由于杯状件在最高处被装配在旋转支撑件113的88处，因此该结构获得一种更为稳定的旋转。喷嘴的数量和确切的喷射角可根据条件和装置总体大小来变化。
输出管97的内部结构及与旋转外部支撑件的连接
参见图4和6，其示出了包括坚固的排水管97和环形外部旋转支撑件113的支撑件结构的垂直剖面。支撑件113被放在排水管下部上，并且在排水管97的外侧紧靠环形钩部115。支撑件113的上缘所处位置使得它能够在所形成的水层(其持续润滑支撑件的滑移表面)上抵靠排水管的环形钩部滑移。支撑件的水润滑确保它能够在具有微小摩擦力和均匀水润滑的情况下朝向排水管97旋转。环形板117通过螺栓118被拧紧在排水管的下部，支撑件113通过环形板117相对于排水管43被保持在合适位置。
借助上下两组垫圈88，沿轴向向外朝向杯状件110的内表面进一步稳定载水高压支撑件113，其上安装有不定数量的螺钉120以将杯状件110与支撑件113的旋转部保持在一起。
由于高压软管22a从外部贯穿杯状件壁连接通道92，清洁表面被提供给系统。通道92向下结束于杯状件管道97中的同轴的、环形内部通道121中。此外，该通道与从杯状件管道97的外壁上切出的径向环形凹部119相交。此后，它与沿径向朝外的钻孔122相交，钻孔122结束于支撑件的磨光的外侧。这些钻孔122围绕整个圆周彼此间隔地贯穿支撑件113形成，同时凹部119围绕整个圆周连续地延伸。
凹部119与支撑件113中的输入孔122齐平。如图所示，关于输入通道122的直径挖出具有足够空间的凹部119。正视排水管时可见，凹部在通道122的输入区上、方延伸一定距离，用于连续填充所有通过支撑件133到达杯状件110中的水通道123并且通过喷嘴60的钻孔。
内部环形轴向通道121和径向钻孔的这种特殊结构的目的是能够围绕整个圆周以这种尽可能均匀的压力P将清洁流体送至环形空间119和支撑件壳体113的通道122。因此，清洁流体将尽可能稳定和彼此均匀地通过喷嘴喷出。借助本发明的这一部分，能够实现环形空间119中的流体压力保持稳定，并且围绕整个管道圆周保持均匀。旋转过程中的操作因此非常稳定。已进行的大量测试清楚地表明杯状件的旋转令人惊讶地均匀，并且在系统中不存在任何失去平衡的迹象。
此外，这种结构具有相同数量的向下钻入坚固的杯状件材料110中的轴向流体运载通道，其中在材料110上，这些通道穿过相同数量的倾斜的钻孔通道123，通道123朝向杯状件外部边缘41向外、向下倾斜，并且在外部边缘41处伸入倾斜的喷嘴60中。
根据本发明的优选实施例，可额外安装给定数量的从杯状件外侧朝外的喷嘴。给这些喷嘴提供与内部喷嘴相同的流体压力，并且这些喷嘴有助于维持和提高杯状件的旋转速度。
在上述ROV的帮助下，清理工具被放置成朝向表面，使得支撑支柱211抵靠表面。当所有支撑支柱均抵靠船身侧面时，所有的杯状件喷嘴边缘41都将与表面10相距相同距离A。吸入杯状件的水全部在该间隙A中流过(图4)。所形成的负压有助于将杯状件吸向船身侧面。抽吸系统被设置成在杯状件和船身表面10之间形成相同的距离A，并且维持关于表面10的距离A。
由于抽吸系统被设置成在杯状件和船身表面10之间形成相同的距离A，并且在所有的杯状件中形成相同的吸力，因此人们将获得非常稳定的清理工具，该工具将受到程度非常小的振动。
在图7中以垂直剖面的形式示意性地示出了根据本发明的具有杯状件结构的替换性清理工具。在这一版本中，采用固定在框架结构上的固定杯状件，该杯状件包括装配在支撑件上的内部喷嘴臂，其中支撑件能够围绕输出管旋转，使得臂围绕该轴线转动，从而使得臂沿着杯状件的弯曲内壁滑移。
该附图示出了保持其形状的杯状件310和多个内旋转的弧形臂323，所述臂323是中空的以向喷嘴60提供清洁流体。该附图示出了四个这种臂323，该方案总计包括6个这样的臂。
下部外周边缘41包括多个轮子111或护舷垫缓冲物，其限定了边缘41与将要清洁的船身表面10之间的距离A。轮子111被设置在紧固于框架上的延伸的支柱上，如关于图2和3中的清理工具描述的那样，距离A因此可以被调节。
杯状件被固定在铸造成型的管道397上，管道397进一步限定用于从杯状件吸出的污损材料的排水口343，并且进一步与排水管22相连。其上固定有喷嘴臂323的环形支撑件113关于输出管397旋转安装。用于将压力流体运至喷嘴臂的通道沿轴向(在321处)被引导通过固定管道部397，水平地贯穿支撑件113并且进入中空的喷嘴臂323。在管道397的装配件的固定和旋转部中的相同构造的帮助下，流体被分配给这6个喷嘴臂。
管道323呈弧形地沿杯状件310的内壁向下延伸，并且结束于可调节的倾斜喷嘴60。流体的喷出为整个套环113提供驱动力，使得所有喷嘴管围绕轴线351旋转。
此外，按照与在上文中给出的第一替换实施例相对应的方式，将喷嘴设置成关于船身表面10倾斜一定角度。从上方朝向正被清洁的船身侧面看去，相对于杯状件在船身表面上的圆周的切线，射流形成的投影角为10-80度。此外，射流与垂直线51形成约10-90度的偏离角。这意味着高压喷嘴沿杯状件中心方向斜对着地喷射射流。射流的方向可以被设置成相对于旋转圆的切线以一定角度朝向中心。这使得液体和已经松脱的污损材料的混合体与水68一同流动，其中水68在杯状件边缘下方被吸入，并且从顶部被上拉向出口43。该混合体通过排水管397向上流出，以通过软管22进一步传输。
根据测试结果(其不应被视为是对本发明的限制)，杯状件的中心内部出口中的流体动态负压、以及通过喷嘴喷出的清洁流体的体积和从杯状件周围吸入的水的体积之比约为1∶10-5∶10。
在实际实验中，利用两种版本的清理工具的原型进行了两个清洁测试。清理工具所用杯状件的尺寸范围为10cm-1m。测试是在停于港口中的船只的浸于水下的船身部分上进行的。在约300bar的水压下，从各个杯状件喷出的流体体积被设为约20升/分钟，对外部水的抽吸(其通过来自管道22的吸力来调节)被控制成约100升/分钟。稍后进行的船身表面检查表明它完全摆脱了污损材料和生长物。通过收集和处理清洁单元220中的水(图4)，所有的微生物均被杀灭。在通过图4中的出口224回到大海中的水中不存在有生命的微生物的痕迹。
结论是根据本发明的清理工具在这一领域表现出了巨大进步。
Claims (28)
1.一种利用清洗工具将污损材料从位于水下的表面上松脱和移除的方法，其中所述清洗工具为具有多个清洗装置的框架结构的形式，所述清洗装置靠近所述表面并且喷出含水的清洁流体来使污损材料松脱和清洁表面，与此同时每个清洁工具均发生旋转，流体和污损材料的混合物被运离以作进一步处理，该方法的特征在于：
采用了一种清洗工具，其中各个清洗装置为杯状件形式，所述杯状件集成有通道以用于将流体提供给围绕杯状件的边缘(41)一体形成的流体喷嘴(60)，并且在杯状件顶部设有中央出口以用于吸出流体和污损材料，清洁过程按照下列步骤进行：
将这种结构带至该表面，其中杯状件边缘与表面(10)相隔一定距离(A)；
从杯状件的出口(43)中形成吸力(流体动态负压)，所述吸力用于在杯状件边缘(41)的下方从周边环境中提取水(68)，使其进入杯状件内部，并且向上通过出口(43)；
-流体通过喷嘴(60)喷出，这使得杯状件旋转，并且使污损材料从表面上松脱，污损材料和水的混合体流入已形成的水流中，流向中心并且向上流向杯状件的内部的顶部，所形成的吸力在该内部的顶部处达到最强；以及
-将污损材料和水的混合体运离以进行所述进一步处理(220)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
杯状件的喷嘴(60)结束于杯状件的下部边缘(41)处，并且被设置成以一定角度朝向中心。
3.如权利要求1-2所述的方法，其特征在于：
流体的射流被喷出，每个射流与杯状件的边缘(41)的切线形成约10-90度的投影角，并且还与边缘(41)的外周平面的垂直线形成约10-80度的角。
4.如权利要求1-3所述的方法，其特征在于：
杯状件结构被设置成朝向待清洁表面，并且形成流体动态负压(吸力)，使得通过喷嘴(60)喷出的流体的体积与从周边环境吸入的水的体积之比在1∶10-5∶10的范围内。
5.如权利要求1-4所述的方法，其特征在于：
使杯状件旋转，同时杯状件的的圆周边缘(41)与船身表面相隔不变的距离(A)，其中所述距离借助安装在框架结构上的长度可调的间隔物(211)来控制，其中各个间隔物为其自由端包括设置成抵靠船身表面并且沿船身表面移动的护舷垫或轮子(111)的杆(211)。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：
所述距离(A)设在0.1-10cm的范围内。
7.一种用于将污损材料从位于水下的表面(10)上松脱和移除的清洗工具，其包括具有多个清洗装置并且被设置成靠近所述表面的框架结构、用于向清洗装置提供含水的清洁流体以供喷射从而使清洗装置旋转和使污损材料从所述表面上松脱的工具、以及用于携带流体和污损材料的混合物以作进一步处理的出口，其特征在于：
各个清洗装置为杯状件(110)的形式，所述杯状件具有一体的通道以用于将流体提供给围绕杯状件的边缘(41)设置的一体的喷嘴(60)，并且在杯状件的顶部具有中央出口(43)以用于吸出流体和污损材料，
具有一体的喷嘴(60)的杯状件被设置成由于流体的喷出而旋转；
杯状件的边缘(41)被设置成与表面(10)间隔给定距离(A)；
出口(43)被设置在杯状件(110)的中心部分的顶部处，并且连接至一主体，所述主体能够将流体从杯状件内部吸出，使得流体能够通过表面(10)和边缘(41)之间的间隙(A)流入杯状件。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于：
杯状件(110)具有拱顶形状，其中出口(43)被设在杯状件的顶部中。
9.如权利要求7-8所述的装置，其特征在于：
杯状件的喷嘴(60)结束于杯状件的下部边缘(41)处，并且被设置成以一定角度朝向中心。
10.如权利要求7-9所述的装置，其特征在于：
喷嘴被设置成从上方看以一定角度朝向所述表面，使得各个射流与所述表面上的杯状件的圆周的切线形成约10-90度的投影角β，并且还与边缘(41)的外周平面的垂直线(51)形成约10-80度的角。
11.如权利要求7-10所述的装置，其特征在于：
杯状件(110)被调整成抵靠表面(10)，并且抽吸泵在杯状件的内部中心出口(43)中形成流体动态负压，通过喷嘴(60)喷出的清洁流体的体积与从杯状件(110)的周边环境吸入的水的体积之比约为1∶10-5∶10。
12.如权利要求7-11所述的装置，其特征在于：
杯状件被设置成边缘(41)与船身表面相隔不变的距离(A)，所述距离借助安装在框架结构上的长度可调的间隔物(211)来控制，因为每个间隔物的自由端包括设置成在清洗工具移动时抵靠船身表面并且沿船身表面移动的护舷垫或轮子(111)。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于：
所述距离(A)设在0.1-10cm的范围内。
14.如权利要求8所述的装置，其特征在于：
杯状件的顶部上的壳体(97)限定用于移除污损材料的连接至软管(122)的中心出口(43)，和用于清洁流体到达喷嘴的在外侧同轴设置的入口，
并且杯状件(110)通过滑动连接以可旋转的方式装配在壳体(97)的外部。
15.如权利要求7所述的装置，其特征在于：
所述入口限定将清洁流体运至通道/喷嘴的通道系统，并且通道系统在壳体上包括沿轴向设置的环形通道(119)，所述通道接着与通向喷嘴(60)的流体通道(123)形成流体连接。
16.如权利要求7所述的装置，其特征在于：
框架结构为桁架结构框架(200)，其包括在框架上彼此间隔设置的多个杯状件(110)。
17.如权利要求16所述的装置，其特征在于：
框架结构具有合适的形状，例如支撑5个杯状件(110)的V形，其中沿V形的每个腿上安装着这5个杯状件(110)中的两个(分别为110a-110b和110d、110e)，第5个杯状件(110c)则与杯状件的尖点区域相连。
18.一种用于将污损材料从位于水下的表面(10)上松脱和移除的清洗工具，其包括具有多个清洗装置并且被设置成靠近所述表面的框架结构、用于向清洗装置提供含水的清洁流体以供喷射从而使污损材料从所述表面上松脱的工具、以及用于携带流体和污损材料的混合物以作进一步处理的出口，其特征在于，各清洗装置包括：
内部设有带喷嘴(60)的旋转臂(323)的杯状件(310)，其中所述杯状件被设置成其边缘(41)与表面(10)相隔一距离(A)，
用于向喷嘴(60)提供清洁流体以喷射在表面(10)从而使污损材料松脱和使喷嘴在杯状件内部旋转的装置，
位于杯状件的中心部分的顶部处的出口(43)，其连接至抽吸主体，所述主体能够将水从杯状件内部吸出，使得水能够通过表面(10)和边缘(41)之间的间隙(A)流入杯状件。
19.如权利要求18所述的装置，其特征在于：
杯状件具有拱顶形状，其中出口(43)形成于拱顶的顶部处。
20.如权利要求18-19所述的装置，其特征在于：
喷嘴臂(323)沿杯状件的内表面旋转，并且臂(323)被锚固在旋转地装配于形成出口(43)的管道(397)上的套环(113)中。
21.如权利要求18-20所述的装置，其特征在于：
喷嘴(60)被设置成以一定角度朝向表面(10)，使得污损材料和流体的混合物跟随在杯状件的中心形成的水流。
22.如权利要求18-21所述的装置，其特征在于：
喷嘴臂(323)形成向喷嘴(60)提供清洁流体的通道。
23.如权利要求18-22所述的装置，其特征在于：
杯状件的顶部处的壳体(97)限定中心吸出口(43)，和用于流体供应的在外侧、同轴设置的形成环形空间的腔室，旋转臂(323)被安装成它能够通过所述套环(113)旋转至壳体外侧，并且通过滑动连接与形成环形空间的流体供应管道形成流体连接。
24.如权利要求18-23所述的装置，其特征在于：
它包括旋转壳体，其中喷嘴笔直地沿输出吸口并排延伸，并且被设置成在中间像推进器那样旋转，将污损材料推向后面并推入出口。
25.如上述装置权利要求之一所述的装置，其特征在于：
杯状件被设置成其边缘(41)与所述表面相隔不变的距离(A)，所述距离借助安装在框架结构上的长度可调的间隔物(211)来控制，其中各个间隔物为其自由端包括设置成当清洗工具沿所述表面移动时抵靠船身表面并且沿船身表面移动的护舷垫或轮子(111)的杆(211)。
26.如权利要求25所述的装置，其特征在于：
所述距离(A)设在0.1-10cm的范围中。
27.根据上述权利要求所述的方法和清洗工具在清洁水下表面上的应用，所述水下表面诸如是船身、平台、混凝土结构、箱罐、码头结构和其它水下结构。
28.根据上述权利要求之一所述的方法和清洗工具在从浅海区、运河、海峡等中的港口区域底部收集和移除受污染的污泥的应用。
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