CN114894434B - 一种用于水下超声波防污损的试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于水下超声波防污损的试验装置及方法，包括：封闭沉箱箱体，封闭沉箱箱体内设置有若干个分舱隔板，用于将封闭沉箱箱体分为若干独立舱室；各独立舱室顶部对应设置有一舱盖，且各独立舱室与舱盖密封连接形成密封舱体；当独立舱室作为试验舱时，其内部设置超声防污装置、异型钢结构以及照明和监控设备；其中，超声防污装置包括若干超声换能器和换能器可调支架，且各超声换能器经密封结构密封后通过换能器可调支架上下左右交错排布在独立舱室内侧；当独立舱室作为空白对比舱时，其内部设置异型钢结构和照明和监控设备。本发明可以广泛应用于水下试验领域。

Description

一种用于水下超声波防污损的试验装置及方法

技术领域

本发明涉及水下试验领域，尤其涉及一种用于水下超声波防污损的试验装置及方法。

背景技术

水下生产系统，海洋牧场等水下设施，长期静止于水下，会受到各种海洋污损生物的侵袭。藤壶、海虹等海洋污损生物极易在海洋结构物表面生长和附着，而海洋污损生物的大量附着会使海管直径缩小，阻止海水的流动，造成阀门堵塞，换热器冷却效率降低，同时还会导致附着基的腐蚀穿孔，可能造成安全隐患和不可估量的经济损失。

目前，实际工程中出现了以封闭舱体覆盖水下生产系统并配合传统手段来防止或减弱海洋污损生物对结构的损伤。对于防治海洋污损生物，传统使用较多的防污方法包括人工清除法、高压射流冲洗法、化学药剂加注法、重金属电解法、防污涂层法、紫外线防污法、海水电解法、超声波防污法等。然而，因超声波具有定向性强，无污染，见效快，超声设备使用寿命较长等优点，近年来超声防污法在实际工程中得到了广泛运用，而密闭环境会对超声防污方法的防污效果造成影响，需进行试验对其防污效果重新进行评估。

除上述原因外，密闭环境是否会影响水下生产系统的正常工作，是否能起到预期的防护效果，这些均需进行模拟水下封闭环境试验进行论证。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种安全可靠，结构简单的用于水下超声波防污损的试验装置及方法，该试验装置允许试验人员对超声波作用距离，超声波功率等关键参数进行调整，并定期对舱室进行观察，对比相同环境下，采用超声防污方案舱室与空白对照舱室的海生物生长对比。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种用于水下超声波防污损的试验装置，其包括：

封闭沉箱箱体，所述封闭沉箱箱体内设置有若干个分舱隔板，用于将所述封闭沉箱箱体分为若干独立舱室；

各所述独立舱室顶部对应设置有一舱盖，且各所述独立舱室与所述舱盖密封连接形成密封舱体；

当所述独立舱室作为试验舱时，其内部设置用于水下超声波防污损的超声防污装置、用于模拟水下生产设备的异型钢结构以及用于对独立舱室进行远程观察的照明和监控设备；其中，所述超声防污装置包括若干超声换能器和换能器可调支架，且各所述超声换能器经密封结构密封后通过所述换能器可调支架上下左右交错排布在所述独立舱室内侧；

当所述独立舱室作为空白对比舱时，其内部设置所述异型钢结构和照明和监控设备。

进一步，各所述超声换能器在水平方向的间距为500mm～1250mm。

进一步，所述封闭沉箱箱体包括箱壁、箱底、箱体上沿角钢和若干箱体加强筋；

所述箱壁与箱底固定连接，形成圆桶形结构；

所述箱体上沿角钢设置在所述箱壁上沿；

所述箱体加强筋包括环向加强筋和纵向加强筋，且各所述环向加强筋和纵向加强筋分别沿箱壁高度方向和轴向等间距设置在所述箱壁内侧。

进一步，所述换能器可调支架包括滑轨和滑块，所述滑轨一端安装在所述箱体加强筋上，所述超声换能器通过所述滑块滑动设置在所述滑轨上，通过所述滑块在所述滑轨上的滑动，调整所述超声换能器与所述异型钢结构之间的距离。

进一步，所述超声换能器与所述异型钢结构之间的可调间距为0～1500mm。

进一步，所述封闭沉箱箱体还包括若干浮球和吊耳，各所述浮球通过绳索绑扎在所述箱壁外侧；各所述吊耳设置在所述箱壁外侧，用于安装钢丝绳以吊放所述封闭沉箱箱体。

进一步，所述照明和监控设备包括水下图像采集模块和水面图像显示存储模块；所述水下图像采集模块包括若干水下照明灯、若干水下摄像头和若干固定支架，各所述水下照明灯与水下摄像头均通过所述固定支架安装在所述箱体加强筋上，且安装高度和角度能够完全照亮和采集到异型钢结构所观测部位；所述水面图像显示模块放置于操作平台上，并通过防水线缆与所述水下图像采集模块连接，用于对所述水下图像采集模块的采集图像进行实时存储或远程查看。

进一步，各所述舱盖边缘设置有舱盖边缘角钢，且所述舱盖边缘角钢上设置有密封条，当所述舱盖与所述独立舱体连接时，所述舱盖边缘角钢、密封条、箱体上沿角钢紧密压合，保证所述独立舱体与舱盖连接处的密封。

进一步，各所述独立舱室内部和外部还设置有牺牲阳极块。

第二方面，本发明提供一种用于水下超声波防污损的试验装置的试验方法，其包括以下步骤：

1)对封闭沉箱箱体及各部件进行安装后，下放至海底预设位置；

2)根据工程需要，开展水下超声防污损试验；

其中，开展水下超声防污损试验的方法包括：

2.1)通过换能器可调支架对超声换能器与异型钢结构之间的初始距离进行调节；

2.2)开启超声换能器，通过超声换能器发射超声波进行防污试验；

2.3)在预设期限天内通过照明和监控设备远程观察独立舱室内的海生物附着情况，评估防污效果；

2.4)期限截止后，利用吊机将封闭沉箱箱体提升出水面，开启舱盖，调整换能器可调支架，改变超声防污装置与异型钢结构之间的距离；

2.5)通过超声波发生器对超声换能器的超声波功率进行调节，重复步骤2.1)-2.4)，完成所设计的水下超声波防污试验。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明由于在封闭沉箱箱体内部设置有多个独立舱室，提高了试验空间的利用率，只需用一个沉箱即可完成对比试验，在同样的水温条件、水质条件和海生物分布下，对比有、无超声波工作时的海生物生长情况，进而评估超声波的防污效果；

2、本发明由于超声防污装置包括换能器可调支架，通过调整换能器可调支架即可调整换能器与异型钢结构之间的距离，通过调整超声波防污装置的输出功率，可对不同间距、不同功率工况下的超声波防污效果进行评估；

3、本发明由于在各独立舱室内均设置有水下图像采集模块，可通过远程随时查看舱体内部情况；

因此，本发明可以广泛应用于水下试验领域。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的用于水下超声波防污损的试验装置示意图；

图2为本发明实施例提供的异型钢结构示意图；

图3为本发明实施例提供的舱体与舱盖连接处示意图；

图中各附图标记如下：

1、封闭沉箱箱体；101、箱壁；102、箱底；103、箱体上沿角钢；104、箱体加强筋；105、第一密封条；106、浮球；2、分舱隔板；3、独立舱室；4、舱盖；401、舱盖边缘角钢；402、第二密封条；5、异型钢结构；501、节流阀模型；502、仿水下生产系统操作面板凹陷结构；503、样板吊耳；6、照明和监控设备；601、水下照明灯；602、水下摄像头；7、超声防污装置；701、超声换能器；702、换能器可调支架。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本发明提供一种用于水下超声波防污损的试验装置，该试验装置包括：封闭沉箱箱体、箱体内的多个独立舱室、每个独立舱室的舱盖、舱室内放置的异型钢结构、超声防污装置、照明和监控设备。封闭沉箱内部通过分舱隔板形成两个独立的舱室，分别用作超声波防污试验舱和空白对比舱，独立舱室的个数可以根据试验需要设置，为确保试验结果准确，舱室之间相互密封隔绝；异型钢结构放置于独立舱室内，在异型钢结构上安装不同部件，用于模拟水下设备上禁止海生物附着的典型部件结构或材质，保证试验与实际工程的相似性；超声防污装置正对异型钢结构，通过超声波换能器发射的超声波对异型钢结构进行防污试验，超声波的频率和功率根据试验设计调整，防污装置与异型钢结构之间的距离可根据需要调整；舱内设置照明、监控系统，用于在试验期间远程观察、存储每个独立舱室内的情况，实时评估超声波防污效果。

与之相对应地，本发明的另一些实施例中提供一种用于水下超声波防污损的试验方法。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种用于水下超声波防污损的试验装置，其包括：封闭沉箱箱体1，该封闭沉箱箱体1内设置有若干分舱隔板2，用于将封闭沉箱箱体2分为若干独立舱室3；各独立舱室3顶部对应设置有一舱盖4，且各独立舱室3与舱盖4密封连接形成密封舱体；各独立舱室3内部设置有用于模拟水下生产设备的异型钢结构5、用于对独立舱室3进行远程观察的照明和监控设备6以及用于水下超声波防污损的超声防污装置7。

上述实施例中，优选地，封闭沉箱箱体1包括箱壁101、箱底102、箱体上沿角钢103和若干箱体加强筋104。其中，箱壁101与箱底102固定连接，形成圆桶形结构；箱体上沿角钢103设置在箱壁101上沿；箱体加强筋104包括环向加强筋和纵向加强筋，且各环向加强筋和纵向加强筋分别沿箱壁101高度方向和轴向等间距设置在箱壁101内侧，用于保证整体结构强度。

实际上，如果封闭沉箱箱体1直径较小便于加工和运输，则箱壁101、分舱隔板2和箱体加强筋104可采用一体形式；若封闭沉箱箱体1直径较大，则将箱壁101分为两部分，在现场通过内置法兰拼装并在连接处用第一密封条105密封，保证封闭沉箱箱体1的封闭性。更为优选地，封闭沉箱箱体1中，箱壁101与分舱隔板2满焊以实现水密，确保分舱隔板2两侧的独立舱室3彼此密封。

上述实施例中，优选地，封闭沉箱箱体1还包括若干箱外浮球106和吊耳(图中未示出)，其中，各浮球106通过绳索绑扎在箱壁101外侧，用于减小封闭沉箱箱体1的水中质量；各吊耳设置在箱壁101外侧，用于安装钢丝绳以吊放封闭沉箱箱体1。

上述实施例中，优选地，封闭沉箱箱体1的圆桶形结构的尺寸为：直径3m，高度1m。

上述实施例中，优选地，封闭沉箱箱体1内的独立舱室3的个数根据试验需要设置。

例如，可以通过一个分舱隔板将箱内空间分隔成两个独立舱室，分别用作超声波防污试验舱和空白对比舱，独立舱室的个数和面积可以根据试验需要设置，舱室之间相互密封隔绝。

上述实施例中，优选地，各舱盖4的边缘设置有舱盖边缘角钢401，舱盖边缘角钢401上设置有第二密封条402，当舱盖4与独立舱室3连接时，舱盖边缘角钢401、第二密封条402、箱体上沿角钢103紧密压合，保证独立舱室3与舱盖4连接处的密封。更为优选地，当舱盖4面积较大时，还需要在舱盖下表面设置舱盖加强筋。

上述实施例中，优选地，舱盖上还设置有人孔和人孔盖板，便于日常维护操作。

上述实施例中，优选地，异型钢结构5上设置有节流阀模型501和仿水下生产系统操作面板凹陷结构502的至少一种，且异型钢结构5上还设置有至少一个样板吊耳503。

上述实施例中，优选地，当异型钢结构5尺寸较大时，可以在异型钢结构背部设置异型钢结构加强筋。

上述实施例中，优选地，照明和监控设备6包括水下图像采集模块和水面图像显示存储模块。其中，水下图像采集模块包括若干水下照明灯601、若干水下摄像头602和若干固定支架，各水下照明灯601与水下摄像头602均通过固定支架安装在箱体加强筋104上，其安装高度和角度以能够完全照亮和采集到异型钢结构5所观测部位为宜；水面图像显示模块包括放置于操作平台上的硬盘录像机、poe转换机、显示屏和5G路由等，通过防水线缆与水下图像采集模块连接；硬盘录像机可实时存储水下摄像头602的图像，并可通过5G路由器实现远程查看。

上述实施例中，优选地，照明和监控设备6的数量根据实际需要设置，例如可以在异型钢结构两侧分别设置一组照明和监控设备，以便更全面地监测数据。

上述实施例中，优选地，超声防污装置7包括若干超声换能器701、换能器可调支架702。其中，各超声换能器经密封结构密封后通过换能器可调支架702上下左右交错排布在箱体加强筋104上，各换能器水平方向间距为500mm～1250mm。

更为优选地，本实施例中共布置三个超声换能器701，且三个超声换能器701呈正三角型布置。例如，其中一个超声换能器设置在高环向加强筋上，另两个超声换能器分别等间距设置在低环向加强筋上，整体布局呈正三角型。

上述实施例中，优选地，换能器可调支架702包括滑轨和滑块，滑轨一端安装在箱体加强筋104上，滑块安装在滑轨上，超声换能器及其密封结构701安装在滑块上，通过滑块在滑轨上的滑动，调整超声防污装置7与异型钢结构5之间的距离，可调间距为0～1500mm。

上述实施例中，封闭沉箱箱体1内部和外部还设置有牺牲阳极块，以防止封闭沉箱箱体和异型钢结构等腐蚀。

实施例2

如图1所示，本实施例中，封闭沉箱箱体1为水下结构主体，为直径3m，高度1m的钢制圆桶形结构，为方便工厂加工和运输，将封闭沉箱箱体1一分为二，两箱体间通过内部的法兰和螺栓连接，为保证封闭性，在连接处安装第一密封条105；为保证整体结构强度，在箱体内壁设置多处箱体加强筋104；封闭沉箱箱体1内置一个分舱隔板2，将箱体内部空间分割为空白对照舱和试验舱；封闭沉箱箱体1外壁设置吊耳，用于下水吊装；封闭沉箱箱体1外壁安装有浮球106，浮球106用于减小封闭沉箱箱体1整体结构在水中质量，不加浮球106时，封闭沉箱箱体1的水中质量为610kg，通过浮球106提供550kg浮力，则整体结构水下质量仅为60kg，方便封闭沉箱箱体1的提升和下放；箱壁101上沿处安装箱体上沿角钢103。

如图2所示，异型钢结构5在两舱室内各放置一个，用于对照试验；可根据工程需要，在异型钢结构5表面设置仿水下生产设备比例模型。试验舱内设置一超声防污装置7，其中，超声波换能器701通过换能器可调支架702连接在箱体加强筋104上，超声波换能器701上下交错排布，左右相距500mm～1250mm，可使超声防污装置7的作用范围最大化。

如图3所示，舱盖4尺寸与封闭沉箱箱体1适配，其上设置人孔和人孔盖板，舱盖4下表面设置舱盖加强筋，以保证强度；舱盖4的边缘处设置舱盖边缘角钢401，舱盖边缘角钢401上缘设有第二密封条402；箱体上沿角钢103与舱盖边缘角钢401尺寸适配，放置舱盖4时，箱体上沿角钢103、第二密封条402、舱盖边缘角钢401紧密压合，达到封闭舱室的作用。

实施例3

本实施例提供一种用于水下超声波防污损的试验方法，包括以下步骤：

1)安装：对封闭沉箱箱体1及各部件进行安装后，下放至海底预设位置。

具体包括以下步骤：

1.1)将封闭沉箱箱体1运输至安装地点，并按要求拼装在一起；

1.2)在实验舱内安装异型钢结构5、超声防污装置7和水下图像采集模块，在空白对比舱内安装异型钢结构5和水下图像采集模块，并将超声防污装置7以及水下图像采集模块的防水线缆牵引至封闭沉箱箱体1外，盖上舱盖4；

1.3)为防止封闭沉箱箱体1和异型钢结构5等腐蚀，在封闭沉箱箱体1的各独立舱室内部和外部安装牺牲阳极块；

1.4)将浮球106利用绳索绑扎于封闭沉箱箱体1外壁吊耳上；

1.5)将封闭沉箱箱体1下放至海面，并牵引至指定位置；

1.6)将钢丝绳绑扎在封闭沉箱箱体1外壁吊耳上，向上牵引连接到吊机上；将水下图像采集模块的防水线缆牵引至操作平台上并与水面图像显示模块连接；

1.7)通过舱盖4上预留的开口向封闭沉箱箱体1的各独立舱室内注入海水，并控制吊机将封闭沉箱箱体1下放至海底，开始试验。

2)试验过程：根据工程需要，开展水下超声防污损试验。

本实施例以超声波防海生物污损试验为例进行说明，包括以下步骤：

2.1)通过换能器可调支架702对超声换能器701与异型钢结构5之间的初始距离进行调节；

2.2)开启超声换能器701，通过超声换能器701发射超声波进行防污试验；

2.3)在海生物繁殖旺季，可在14天内通过照明和监控设备6远程观察舱室内的海生物附着情况，评估防污效果；

2.4)14天后，利用吊机将封闭沉箱箱体1提升出水面，开启舱盖4，调整换能器可调支架702，改变超声防污装置7与异型钢结构5之间的距离。

2.5)通过超声波发生器调整超声波功率，重复2.1)-2.4)，完成所设计的超声波防污试验。

本发明提供了一种安全可靠，结构简单的水下封闭沉箱结构，内部的多舱室设计提高了试验空间的利用率，在一个封闭沉箱内完成多个对比试验，确保在同样的水温、水质条件和海生物分布下，对比有、无超声波工作时的海生物生长情况，进而评估超声波的防污效果，为水下设备防污损提供一种简便有效的试验装置和试验方法。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (8)

1.一种用于水下超声波防污损的试验装置，其特征在于，包括：

封闭沉箱箱体，所述封闭沉箱箱体内设置有若干个分舱隔板，用于将所述封闭沉箱箱体分为若干独立舱室；

各所述独立舱室顶部对应设置有一舱盖，且各所述独立舱室与所述舱盖密封连接形成密封舱体；

当所述独立舱室作为试验舱时，其内部设置用于水下超声波防污损的超声防污装置、用于模拟水下生产设备的异型钢结构以及用于对独立舱室进行远程观察的照明和监控设备；其中，所述超声防污装置包括若干超声换能器和换能器可调支架，且各所述超声换能器经密封结构密封后通过所述换能器可调支架上下左右交错排布在所述独立舱室内侧；

当所述独立舱室作为空白对比舱时，其内部设置所述异型钢结构和照明和监控设备；

所述封闭沉箱箱体包括箱壁、箱底、箱体上沿角钢和若干箱体加强筋；

所述箱壁与箱底固定连接，形成圆桶形结构；

所述箱体上沿角钢设置在所述箱壁上沿；

所述箱体加强筋包括环向加强筋和纵向加强筋，且各所述环向加强筋和纵向加强筋分别沿箱壁高度方向和轴向等间距设置在所述箱壁内侧；

所述换能器可调支架包括滑轨和滑块，所述滑轨一端安装在所述箱体加强筋上，所述超声换能器通过所述滑块滑动设置在所述滑轨上，通过所述滑块在所述滑轨上的滑动，调整所述超声换能器与所述异型钢结构之间的距离。

2.如权利要求1所述的一种用于水下超声波防污损的试验装置，其特征在于，各所述超声换能器在水平方向的间距为500mm～1250mm。

3.如权利要求1所述的一种用于水下超声波防污损的试验装置，其特征在于，所述超声换能器与所述异型钢结构之间的可调间距为0～1500mm。

4.如权利要求1所述的一种用于水下超声波防污损的试验装置，其特征在于，所述封闭沉箱箱体还包括若干浮球和吊耳，各所述浮球通过绳索绑扎在所述箱壁外侧；各所述吊耳设置在所述箱壁外侧，用于安装钢丝绳以吊放所述封闭沉箱箱体。

5.如权利要求1所述的一种用于水下超声波防污损的试验装置，其特征在于，所述照明和监控设备包括水下图像采集模块和水面图像显示存储模块；所述水下图像采集模块包括若干水下照明灯、若干水下摄像头和若干固定支架，各所述水下照明灯与水下摄像头均通过所述固定支架安装在所述箱体加强筋上，且安装高度和角度能够完全照亮和采集到异型钢结构所观测部位；所述水面图像显示模块放置于操作平台上，并通过防水线缆与所述水下图像采集模块连接，用于对所述水下图像采集模块的采集图像进行实时存储或远程查看。

6.如权利要求1所述的一种用于水下超声波防污损的试验装置，其特征在于，各所述舱盖边缘设置有舱盖边缘角钢，且所述舱盖边缘角钢上设置有第二密封条，当所述舱盖与所述独立舱体连接时，所述舱盖边缘角钢、第二密封条、箱体上沿角钢紧密压合，保证所述独立舱体与舱盖连接处的密封。

7.如权利要求1所述的一种用于水下超声波防污损的试验装置，其特征在于，各所述独立舱室内部和外部还设置有牺牲阳极块。

8.一种采用如权利要求1～7任一项所述用于水下超声波防污损的试验装置的试验方法，其特征在于包括以下步骤：

1)对封闭沉箱箱体及各部件进行安装后，下放至海底预设位置；

2)根据工程需要，开展水下超声防污损试验；

其中，开展水下超声防污损试验的方法包括：

2.1)通过换能器可调支架对超声换能器与异型钢结构之间的初始距离进行调节；

2.2)开启超声换能器，通过超声换能器发射超声波进行防污试验；

2.3)在预设期限天内通过照明和监控设备远程观察独立舱室内的海生物附着情况，评估防污效果；

2.4)期限截止后，利用吊机将封闭沉箱箱体提升出水面，开启舱盖，调整换能器可调支架，改变超声防污装置与异型钢结构之间的距离；

2.5)通过超声波发生器对超声换能器的超声波功率进行调节，重复步骤2.1)-2.4)，完成所设计的水下超声波防污试验。

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