CN106347602B - 一种解决舰船螺旋桨污损问题的方法 - Google Patents

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Abstract

一种解决舰船螺旋桨污损问题的方法，包括如下步骤：(1)舰船系泊状态螺旋桨静止时，以舰船原有电解海水产生的次氯酸根离子[C1O]‑和酰胺类胶体物质在螺旋桨桨叶表面，形成亚稳态的酰胺类胶体/[C1O]‑聚集层，阻断海生动植物直接在螺旋桨桨叶表面的附着路径，使桨叶区域[C1O]‑浓度增加杀灭海生物；(2)舰船航行状态，螺旋桨旋转，流体产生的剪切作用导致附着在螺旋桨桨叶表面的亚稳态酰胺类胶体/[C1O]‑聚集层及其表面聚集的杂质被剥离。本发明有效提高电化学防污技术效果，保护螺旋桨免受海生物的污损；同时，流体在螺旋桨表面的剪切作用剥离亚稳态酰胺类胶体/[C1O]‑聚集层，避免海生物的附着。

Description

一种解决舰船螺旋桨污损问题的方法
技术领域
本发明属于舰船防腐防漏设计领域，具体涉及一种解决舰船螺旋桨污损问题的方法。
背景技术
螺旋桨是舰船的关键部件。由于螺旋桨长期浸泡于海水中，海生物污损在所难免。在螺旋桨转动时，水流的冲刷作用可以抑制海生物在螺旋桨上生长，但在舰船停泊时，螺旋桨容易产生海生物附着。一旦螺旋桨发生污损情况，势必影响螺旋桨的工作性能，增加螺旋桨的能耗，降低推进效率，降低航速，不利于舰船的噪声控制，因此，必须对螺旋桨进行有效的海生物污损控制。
目前，国内外海水环境防污主要形成以下三种技术：一、采用防污涂层，二、物理防污技术，三、电化学防污技术。
技术一，采用防污涂层主要应用在舰船水下结构的污损防护，国外民用船舶螺旋桨上也有采用，其优点是无需安装辅助结构，对流道结构无影响，不会增加流体阻力，一次施工即有效，无需额外的能源来维持运行，其缺点是防污涂层的寿命容易受海水流速影响，而提前失效、寿命短，此外，螺旋桨防污涂层会影响装备的水动力性能甚至流体噪声，给装备的隐身、安全造成不良影响。
技术二，物理防污技术主要是采用发射超声波等方式对结构表面进行防污损。目前，该技术已在英国和澳大利亚等国的水面舰船上应用，通过在艇体不同部位安装超声波发生器，在船只停泊时，间歇地发射超声波，即可实现艇体和螺旋桨等水下部位的全面防污损。该方法的优点是长期有效，不受水流冲刷和空蚀等影响，超声波发生器的安装位置要求不高，对艇体和螺旋桨的表面结构无影响；其缺点是需要电源供应，每个超声波发生器的作用范围有限，一般不超过20m，另外，超声波对周围环境有一定影响。
技术三，电化学防污技术是海水环境常用的污损控制技术。主要分为电解铜铝阳极和电解海水制氯两种方式。电解铜铝阳极以艇体为阴极，以铜铝为阳极。通过电解产生铜离子杀死海生物，产生絮状氢氧化铝防止海生物附着电解产生的絮状氢氧化铝可同时起到防腐防污的作用。其缺点是属于阳极消耗型污损控制技术，寿命有限，增大阳极尺寸又会在一定程度上增加流体阻力；另外，铜离子污染环境，特别是产生的铜离子会对铝壳艇产生强烈的加速腐蚀作用。因此系统不宜采用电解铜铝阳极的防污方法。电解海水制氯技术由电源、制氯阳极、阴极接地座构成，通过电解海水产生次氯酸钠实现防污。该技术通过在系统两端加装阴阳极，电解海水产生次氯酸钠实现防污。该方法的优点是，对环境无影响，具有系统体积小、重量轻，安装灵活的特点；目前，舰船为防止海生动植物对螺旋桨的污损，进行外加电流阴极保护装置设计时在螺旋桨附近专门设置了用于防止海生物污损的防污电极，实际应用证明螺旋桨防污电极对于海生物的污损防治有一定效果，根据设计防污电极电解产生的[C1O]-浓度达到0.1ppm～0.5ppm时才可达到防污的目的，实际海洋环境中海况复杂，难以保证螺旋桨叶区域的[C1O]-浓度，影响电解防污效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对目前舰船装备存在螺旋桨污损问题治理困难，电化学防污技术效果有限的上述不足，提供一种解决舰船螺旋桨污损问题的方法，有效提高电化学防污技术效果，可应用于舰船螺旋桨污损的治理，满足舰船螺旋桨总体防腐防污要求。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种解决舰船螺旋桨污损问题的方法，包括如下步骤：
（1）舰船系泊状态螺旋桨静止时，以舰船原有电解海水产生的次氯酸根离子[C1O]-和酰胺类胶体物质在螺旋桨桨叶表面，形成亚稳态的酰胺类胶体/[C1O]-聚集层，阻断海生动植物直接在螺旋桨桨叶表面的附着路径，使桨叶区域[C1O]-浓度增加杀灭海生物（提高电化学防污技术效果，保护螺旋桨免受海生物的污损），杀灭海生物的过程具体如下：
i）舰船系泊状态，螺旋桨静止于海水中，应用外加电流阴极保护装置电解海水产生的次氯酸根离子[C1O]-在螺旋桨桨叶区域随海流自由扩散，溶解；
ii）酰胺类胶体物质采用含酰胺基团的高分子溶液，高分子溶液涂覆（附着）在螺旋桨浆叶表面，高分子溶液与螺旋桨桨叶之间形成弱相互作用；
iii）酰胺基团的高分子溶液在海水中扩散，带正电荷的酰胺基团与在海流中自由扩散的次氯酸根离子[C1O]-因电荷相互作用形成亚稳态的酰胺类胶体/[C1O]-聚集层；
iv）海生动植物在螺旋桨桨叶区域被酰胺类胶体/[C1O]-聚集层杀灭；
（2）舰船航行状态，螺旋桨旋转，流体产生的剪切作用导致附着在螺旋桨桨叶表面的亚稳态酰胺类胶体/[C1O]-聚集层及其表面聚集的杂质被剥离，保持螺旋桨桨叶表面光顺，避免海生物的附着。
按上述方案，步骤（2）舰船航行状态，螺旋桨旋转，当流体产生的剪切作用大于高分子溶液与螺旋桨桨叶之间的相互作用时，附着在桨叶表面的亚稳态酰胺类胶体/[C1O]-聚集层及其表面聚集的杂质被剥离，保持螺旋桨桨叶表面光顺，避免海生物的附着。
本发明的工作原理：针对舰船螺旋桨污损主要发生在系泊状态的特点，在螺旋桨静止状态，在螺旋桨桨叶表面涂覆酰胺类胶体物质，利用该胶体物质易于吸附在铜合金上且酰胺类物质可形成阳离子聚集层的特点，通过水合作用在螺旋桨表面形成亚稳态的酰胺类胶体/[C1O]-聚集层，阻断海生动植物直接在螺旋桨桨叶表面的附着路径，同时，桨叶表面因[C1O]-浓度增加可杀灭海生物、植物，有效提高电化学防污技术效果，保护螺旋桨免受污损。针对螺旋桨防污涂层会影响装备的水动力性能甚至流体噪声的问题，在螺旋桨转动状态，因旋转形成的剪切作用可将桨叶表面的附着物剥离，恢复螺旋桨桨叶的清洁，提高电解海水防污效果，在不影响螺旋桨性能的前提下保护舰船螺旋桨免受海生物的污损。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
1、本发明应用电解海水产生[C1O]-与酰胺类胶体物质在螺旋桨桨叶形成亚稳态的酰胺类胶体/[C1O]-聚集层可杀灭舰船系泊状态时的海生物，能有效提高电化学防污技术效果，保护螺旋桨免受海生物的污损；
2、本发明利用舰船航行状态，流体在螺旋桨表面的剪切作用剥离亚稳态酰胺类胶体/[C1O]-聚集层，保持螺旋桨桨叶表面光顺，避免海生物的附着，同时，避免附着层对螺旋桨性能的影响；
3、本发明可应用于舰船螺旋桨污损的治理，满足舰船螺旋桨总体防腐防污要求，同时还可以解决采用防污涂料方法治理螺旋桨污损带来的流体噪声问题，有利于舰船的总体声隐身控制。
附图说明
图1是本发明实施例外加电流阴极保护装置电解海水及次氯酸根离子扩散过程；
图2是本发明实施例含酰胺基团的高分子溶液的主要分子构型图；
图3是本发明实施例螺旋桨桨叶表面涂覆含酰胺基团的高分子溶液的示意图；
图4是本发明实施例含酰胺基团的高分子溶液与[C1O]-形成亚稳态聚集层过程图；
图5是本发明实施例含酰胺基团的高分子溶液在螺旋桨表面形成亚稳态聚集层过程图；
图6是本发明实施例螺旋桨旋转酰胺类胶体/[C1O]-聚集层被剥离过程图。
具体实施方式
下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供了一种解决舰船螺旋桨污损问题方法。舰船系泊状态，螺旋桨静止于海水中，外加电流阴极保护装置电解海水产生的[C1O]-在螺旋桨桨叶区域随海流自由扩散，溶解的过程如图1所示：
外加电流阴极保护装置电解海水在螺旋桨附近产生浓度范围在0.1ppm～0.5ppm的[C1O]-，由于海况的不同，[C1O]-在海水中随海流自由扩散、溶解，在螺旋桨桨叶区域[C1O]-不能长时间保持有效的浓度。
含酰胺基团的高分子溶液的主要分子构型如图2所示：
含酰胺基团的高分子溶液的主要分子结构组成为以酰胺基团为官能团，以C-C为主链的，R和R’为侧链，如：乙基，乙氧基等稳定侧链基团，含酰胺基团的高分子的分子量为104～106。含酰胺基团的高分子中酰胺基团通过与水中[H]+结合带正电荷，该高分子在水中溶解聚集逐渐形成带电荷的高分子溶液。
含酰胺基团的高分子溶液涂覆在螺旋桨浆叶表面，与螺旋桨桨叶之间形成弱相互作用过程如图3所示：
含酰胺基团的高分子溶液通过涂覆包围在螺旋桨浆叶表面，高分子溶液与螺旋桨之间通过弱的界面结合力相结合，形成亚稳定的含酰胺基团的高分子胶体层，静态下可在螺旋桨桨叶表面稳定附着。
含酰胺基团的高分子溶液在水合作用下扩散，并与电解海水产生的[C1O]-形成亚稳态聚集层，其过程如图4、5所示：
含酰胺基团的高分子溶液在海水中与水相互作用扩散的同时，高分子溶液中的酰胺基团与电解产生的[C1O]-通过电荷的相互吸引作用形成亚稳态聚集层，即，螺旋桨桨叶表面为吸附[C1O]-的高分子溶液。
舰船航行状态，螺旋桨旋转，附着在螺旋桨桨叶表面的亚稳态酰胺类胶体/[C1O]-聚集层及其表面聚集的杂质被剥离，其过程如图6所示：
螺旋桨旋转，螺旋桨桨叶表面吸附[C1O]-的高分子溶液被水流的剪切作用剥离，保持螺旋桨桨叶表面光顺，避免海生物的附着，同时，避免附着层对螺旋桨性能的影响。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种解决舰船螺旋桨污损问题的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）舰船系泊状态螺旋桨静止时，以舰船原有电解海水产生的次氯酸根离子[C1O]-和酰胺类胶体物质在螺旋桨桨叶表面，形成亚稳态的酰胺类胶体/[C1O]-聚集层，阻断海生动植物直接在螺旋桨桨叶表面的附着路径，使桨叶区域[C1O]-浓度增加杀灭海生物，杀灭海生物的过程具体如下：
i）舰船系泊状态，螺旋桨静止于海水中，应用外加电流阴极保护装置电解海水产生的次氯酸根离子[C1O]-在螺旋桨桨叶区域随海流自由扩散，溶解；
ii）酰胺类胶体物质采用含酰胺基团的高分子溶液，高分子溶液涂覆在螺旋桨浆叶表面，高分子溶液与螺旋桨桨叶之间形成弱相互作用；
iii）酰胺基团的高分子溶液在海水中扩散，带正电荷的酰胺基团与在海流中自由扩散的次氯酸根离子[C1O]-因电荷相互作用形成亚稳态的酰胺类胶体/[C1O]-聚集层；
iv）海生动植物在螺旋桨桨叶区域被酰胺类胶体/[C1O]-聚集层杀灭；
（2）舰船航行状态，螺旋桨旋转，流体产生的剪切作用导致附着在螺旋桨桨叶表面的亚稳态酰胺类胶体/[C1O]-聚集层及其表面聚集的杂质被剥离，保持螺旋桨桨叶表面光顺，避免海生物的附着。
2.根据权利要求1所述的解决舰船螺旋桨污损问题的方法，其特征在于，所述步骤（2）舰船航行状态，螺旋桨旋转，当流体产生的剪切作用大于高分子溶液与螺旋桨桨叶之间的相互作用时，附着在桨叶表面的亚稳态酰胺类胶体/[C1O]-聚集层及其表面聚集的杂质被剥离，保持螺旋桨桨叶表面光顺，避免海生物的附着。
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