CN109747795B - 一种基于水射流的防污装置及其防污方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于水射流的防污装置及其防污方法，包括：液压单元，以及与液压单元连接的防污膜；防污膜内设有输送水的管道；管道的入口与液压单元连接，出口位于防污膜的上表面并在防污膜的上表面形成射流孔；液压单元包括水箱、电机以及与水箱连接的水泵，电机带动水泵将水箱内的水输送至防污膜内的管道中，管道中的水从射流孔流出形成水射流；射流孔的直径以及射流孔之间的间距均小于海洋生物的尺寸。本发明的防污装置不仅通过清除水下航行器表面的杂物，防止海洋生物附着在水下航行器上；而且由于防污膜上表面的水射流形成水层，实现减少水下航行器表面的阻力。本发明的防污方法通过水射流实现减阻和防附着的双重效果，具有广泛应用前景。

Description

一种基于水射流的防污装置及其防污方法

技术领域

本发明属于海洋技术领域，更具体地，涉及一种基于水射流的防污装置及其防污方法。

背景技术

海洋中存在大量海洋生物及微生物，这些生物的幼虫和孢子能够漂浮游动，发展到一定阶段后就附着在海上设施(如船体、浮标、桥墩、码头、网箱及网具等)上，形成海洋生物污损(marine bio-fouling)，其危害不言而喻。且这些污损生物在特定条件下，其代谢产物如氨基硫化氢也会毒化养殖环境，从而造成养殖业的经济损失。海洋生物在人造构件上的大量繁殖会严重影响构件功能的正常发挥，如在海洋钻井平台钢桩上的附着会侵蚀钢桩；在海洋渔业养殖中的海洋生物附着会破坏渔网等设施，造成很大的经济损失；在电厂海水冷却系统中的海洋生物附着会堵塞海水循环通道，腐蚀管道。尤其对于船舰和潜艇来说，其表面的生物附着不仅造成表面腐蚀，还会使表面更加粗糙，不仅增加了附着污损生物的重量，还会使航行阻力大幅增加，降低航速，增大能耗。另外，海洋污损生物的附着也是船舶减阻技术难以在工程实际中应用的重要原因之一，因为任何一艘新的或经过清洁处理的船舶浸入到海水中，很快就会有海洋污损生物附着在船体表面，这使得几乎所有经过设计的表面都失去减阻效果，但到目前为止还没有形成防污、减阻的有效应用技术。

随着人类海洋利用和海洋活动的日益频繁，海洋生物的附着污损一直是困扰人民的全球性问题。直到现在，海洋生物附着污染的保护还是以试验为主，尽管在某些应用方面取得了一定进展，但由于海洋生物的多样性和海洋环境的复杂性，海洋生物附着的防污保护并没有得到真正的解决。

目前，海洋生物附着的防护技术主要分为两大类：物理法和化学法。近年来又增加了仿生防污法。生物仿生技术促进了许多领域的发展，对海洋生物防污减阻也有很大的启发。海洋生物有天然的抗附着特性，如海豚、海蟹、海绵等长期置身于海水中，不被海洋生物附着，是因为这些生物能分泌一种对附着生物有驱避作用的特殊物质(由此引发了关于仿生防污涂层和防污剂的研究，以海洋中天然活性物质提取物为防污剂，最成功也最有使用价值的是Sea-nine 211)，或通过其特殊的表面形态，避免其他海洋生物在体表附着(由此引发了仿生防污减阻协同技术的研究，根据鲨鱼防护海底生物附着的机理，利用刻蚀翻模的方法研制出Sharklet AFTM微结构材料，可以有效地防止藻类、藤壶等污损生物的附着)。其中，低表面自由能防污涂层就是利用漆膜的低表面自由能和较大的水接触角，使液体在其表面难于铺展而不浸润，从而达到防止海生物附着的目的。低表面能防污涂层在船舶防污方面有一定的效果，但用在海洋养殖网箱上，由于网材料的表面非平面，所以效果不如用于船体表面的好。

发明内容

本发明从仿生学的角度出发，借鉴海带通过不断分泌流体粘液而达到防海洋生物附着和鲨鱼通过体表水射流减阻的生物原理，提出基于水射流的仿生减阻和防生物附着的水下防污装置。

本发明的一个目的在于提供一种基于水射流的防污装置。

本发明的另一个目的在于提供一种基于水射流的防污方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于水射流的防污装置，包括：液压单元，以及与所述液压单元连接的防污膜；

所述防污膜内设有输送水的管道；所述管道的入口与所述液压单元连接，出口位于所述防污膜的上表面并在所述防污膜的上表面形成射流孔；

所述液压单元包括水箱、电机以及与所述水箱连接的水泵，所述电机带动所述水泵将所述水箱内的水输送至所述防污膜内的管道中，所述管道中的水从所述射流孔流出形成水射流；

所述射流孔的直径以及所述射流孔之间的间距均小于海洋生物的尺寸。

优选地，为了防止防污膜管道中水的倒流，在所述防污膜与所述水泵之间设有单向阀。

优选地，所述单向阀和所述水箱之间设有用于控制液压单元的减压阀，本发明通过减压阀对液压单元进行减压进而避免由于液压单元压力过大造成防污膜的损坏。

优选地，所述防污膜为柔性薄膜。

优选地，所述管道的入口与所述液压单元通过管路连接。

一种基于水射流的防污方法，包括如下步骤：

1)将所述防污装置的防污膜的下表面贴合在水下航行器的表面；液压单元放置在航行器上；

2)启动电机，所述电机带动所述水泵将所述水箱中的水输送至所述防污膜，水经过所述防污膜内部的管道从所述射流孔输出形成水射流；所述水射流在所述防污膜表面形成一层水层，将防污膜表面的海洋生物清除；

3)调节所述电机的转速，从而控制所述水射流的射流速度。

本发明的海洋生物是指海洋贝类以及一些容易附着浮游生物。

由于本发明射流孔的直径远小于海洋贝类和浮游生物的尺寸，且射流孔的排布较密集，使防污膜表面形成水层；一方面可以清除水下航行器表面的杂物，另一方面从水动力学方面减小水下航行器表面的阻力，进而实现防止水下航行器表面海洋生物的附着。

本发明的有益效果如下：

1、本发明的防污装置不仅可以通过清除水下航行器表面的杂物，防止海洋生物附着在水下航行器上；而且由于防污膜上表面的水射流形成水层，从水动力学方面实现减少水下航行器表面的阻力。

2、本发明的防污方法不同于以往的物理和化学防污方法，该方法通过水射流实现减阻和防附着的双重效果，避免了化学防污涂料对海洋造成的污染，具有广泛的应用前景。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作优选地详细的说明。

图1为本发明基于水射流的防污装置结构示意图；

图2为本发明防污装置中防污膜的俯视图；

图3为本发明防污装置中防污膜的剖视图；

图4为本发明防污膜贴合在水下航行器表面的结构图；

其中，1、水箱，2、防污膜，3、射流孔，4、海洋生物，5、管道，6、水泵，7、单向阀，8、电机，9、减压阀。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做优选地的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

在本发明的一个实施方式中，如图1、图2和图3所示，一种基于水射流的防污装置，包括：液压单元和防污膜2；液压单元包括水箱1、电机8和水泵6，电机8和水泵6相连接，水泵6设置在水箱1和防污膜2之间，用于将水箱1内的水输送至防污膜2；防污膜2内设有管道5，该管道5的入口设置在防污膜2上，出口延伸至防污膜2的上表面并在上表面形成射流孔3，射流孔3密集排布在防污膜2的表面，且该射流孔2的直径小于海洋生物4的尺寸，每两个射流孔2之间的间距也小于海洋生物4的尺寸；电机8带动水泵6将水箱1内的水输送至防污膜2，水通过防污膜2的内的管道5从防污膜2上表面的射流孔3喷出形成水射流，在水射流的刺激下，使得海洋生物4无法附着在水下航行器的表面。

在实际应用中，如图4所示，将防污膜2的下表面贴合在水下航行器的外表面上，液压单元放置在航行器内部，用于给防污膜2输送水，水经过防污膜2内的管道5从射流孔3喷出，在水压的作用下防污膜2表面形成一层水层，一方面可以清除水下航行器表面杂物，防止海洋生物4附着，另一方面可以从水动力学方面减小水下航行器表面阻力。

在本发明的实施方式中，为了防止防污膜2中管道5中水的倒流，在防污膜2与水泵6之间设有单向阀7，通过单向阀7控制水泵6输送水至防污膜2。

在本发明的实施方式中，在单向阀7和水箱1之间设有用于控制液压单元的减压阀9，以免在输送水的过程中水压太大导致防污膜2被破坏。

在本发明的实施方式中，为了方便防污膜2贴合在水下航行器表面，防污膜2为采用柔性薄膜。

在本发明的实施方式中，对防污膜2内的管道5排列方式不做任何要求，只要保证管道5出口延伸至防污膜2的上表面并在上表面形成密集排列的射流孔3即可。

在本发明的实施方式中，防污膜2内的管道5设有多个入口，可以根据实际情况进行适当选择。

在本发明的另一个实施方式中，一种基于水射流的防污方法，包括如下步骤：

1)将防污装置的防污膜的下表面贴合在水下水下航行器的表面；液压单元放置在航行器内；

2)启动电机，电机带动水泵将水箱中的水输送至防污膜内，水经过防污膜内部的管道从射流孔输出形成水射流以便水射流在防污膜表面形成一层水层，将防污膜表面的海洋生物清除；

3)通过调节电机的转速可以控制水射流的射流速度。

采用本发明的防污方法不同于现有技术中的物理和化学防污方法，本发明的防污方法通过水射流实现减阻和防止海洋生物附着的双重效果，避免了化学防污涂料对海洋造成的污染，无排放物，保护了环境。

本文中所采用的描述方位的词语“上”、“下”、“左”、“右”等均是为了说明的方便基于附图中图面所示的方位而言的，在实际装置中这些方位可能由于装置的摆放方式而有所不同。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (1)

1.一种基于水射流的防污装置，其特征在于，包括：液压单元，以及与所述液压单元连接的防污膜；

所述防污膜内设有输送水的管道；所述管道的入口与所述液压单元连接，出口位于所述防污膜的上表面并在所述防污膜的上表面形成射流孔；

所述液压单元包括水箱、电机以及与所述水箱连接的水泵，所述电机带动所述水泵将所述水箱内的水输送至所述防污膜内的管道中，所述管道中的水从所述射流孔流出形成水射流；

所述射流孔的直径以及所述射流孔之间的间距均小于海洋生物的尺寸，

所述防污膜与所述水泵之间设有单向阀，所述单向阀和所述水箱之间设有用于控制液压单元的减压阀，所述防污膜为柔性薄膜，所述管道的入口与所述液压单元通过管路连接，

其中，通过所述防污装置进行防污的方法包括如下步骤：

1)将所述防污装置的防污膜的下表面贴合在水下航行器的表面；液压单元放置在航行器上；

2)启动电机，所述电机带动所述水泵将所述水箱中的水输送至所述防污膜，水经过所述防污膜内部的管道从所述射流孔输出形成水射流；所述水射流在所述防污膜表面形成一层水层，将防污膜表面的海洋生物清除；

3)调节所述电机的转速，从而控制所述水射流的射流速度。