CN202226028U - 船舶水下空化清洗系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种船舶水下空化清洗系统，它是由清洗器以及为清洗器输出高压液的动力装置构成，该动力装置是由柴油机、自吸前置泵、过滤器、柱塞泵和高压液软管构成，自吸前置泵、过滤器和柱塞泵依次连接，高压液软管的一端与柱塞泵的高压液输出端连接，另一端与清洗枪或清洗盘或打磨装置连接，高压液软管上设有溢流阀和储能器，清洗枪上设有抵消后坐力用喷头和消声器。该动力设备为空化射流提供了高压海水，同时具有动力自给，无需外部电源等特点；该结构形式的喷嘴兼有脉冲射流和空化射流的特点，不仅使射流束获得高于从上游喷嘴出来的初始速度；而且有利于空泡初生，较强的空化射流不仅提高了清洗效率，而且还避免了对船舶油漆涂层所造成的破坏。

Description

船舶水下空化清洗系统

技术领域

本实用新型涉及一种清洗装置，具体是一种船舶水下清洗系统。

背景技术

水下船舶清洗行业在清洗的理论上一直缺少相应的研究，因而在行业上没有统一的标准，和规范的操作流程。对污损生物的评估和其对航速的影响没有参照标准和判断依据，对船舶何时该清洗也没有一定的判断指标，所以本研究不仅包含了清洗新技术的研究，通过专业团队几十年的清洗经验和对数据的分析还制定出了一套切实可行的操作流程和标准。为水下清洗提供了宝贵的理论与数据依据。

当船入水一与海水接触，细菌马上就附着于船身。这个过程只需几分钟而却是不可逆的，这些附着的细菌是不会被海潮流冲洗掉的。 在接下的几个小里细菌的数量开始以几何级数增长。几天后在您的船身上就会形成一层象绿色软泥的生物膜，这时船体的污染便真正地开始了，这层生物膜犹如一把钥匙为其他海洋生物的附着打开了方便之门，例如藤壶类。 一旦船身受污，船的效能就减少，燃料消耗由于水的阻力上升而显著增加。保持船身和推进器处在最佳清洁状态可以节省大量的燃料，增加续航能力，降低的引擎磨损，增加转向器和推进器的寿命。

水下清洗是一项技术难度较大而又极具市场潜力的行业。我国在这一行业的技术研发还处于较为落后的状态。现阶段所使用的液压清洗刷使用不方便，效率低，对被清洁物表面有一很大的损伤并对环境产生污染。

目前在中国和世界范围内水下清洗主要采取如下几种方法：人力刮铲，机械清洗刷，超高压射流，水下喷砂等。这些方法在不同程度上都有许多缺陷。如人力刮铲效率低清洗效果差；清洗刷只能用在大面积平整的表面上对不规则的表面却无能为力，而却在清洗过程中高压油有可能泄漏造成对潜水员和环境的危害。清洗刷还会伤害被清洗物表面的油漆，尤其是对船体表面清洗时清洗刷会磨下大量的防污油漆其中的重金属离子等有害物质对水环境造成危害。机械清洗刷虽然比人力刮铲快了许多，但是在清洗过程中需要不断地停下来清理和更换刷子；超高压射则有很大的危险性，效率低，只可用在小面积无油漆的表面上；水下喷砂也不可用在油漆表面上同时还会产生二次污染。本研究的清洗技术完全解决了上述存在的缺陷。

发明内容

为了克服上述之不足，本实用新型目的在于提供一种利用自振空化射流对水下船舶进行清洗，从而提高清洗的工作效率并避免对船舶油漆涂层造成破坏的船舶水下空化清洗系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

船舶水下空化清洗系统，它是由清洗器和高压液输出的动力装置构成，高压液输出的动力装置为清洗器输出高压液，所述高压液输出的动力装置，是由柴油机、自吸前置泵、过滤器、柱塞泵和高压液软管构成，自吸前置泵、过滤器和柱塞泵依次连接，高压液软管的一端与柱塞泵的高压液输出端连接，另一端与清洗器连接，所述高压液软管上设有溢流阀和调节阀，溢流阀上接有储能器；柴油机为自吸前置泵和柱塞泵提供动力。

所述柱塞泵的旁边设有软管盘，高压液软管绕在软管盘上。

所述清洗器为清洗枪，清洗枪包括有管状枪体和清洗用喷头，清洗用喷头设在管状枪体的一端，所述管状枪体的管壁上连接有进水管，进水管与高压液输出的动力装置的高压液软管连接，管状枪体的另一端设有抵消后坐力用喷头，所述抵消后坐力用喷头处设有消声器。

所述清洗用喷头包括有喷嘴和喷嘴座，所述喷嘴设有两个以上，两个以上的喷嘴与喷嘴座螺纹连接，所述喷嘴的进水端的孔为外大内小的锥形孔；所述锥形孔的出水口处依次设有相连通的涡流小环形槽和涡流大环形槽，涡流大环形槽的入水口大于涡流大环形槽的出水口，所述涡流大环形槽的出水口与喷嘴的出水端的孔相连通。

    所述清洗器为水下清洗打磨装置，它是由打磨片、盘状壳体、空心转轴、清洗用喷管、高压液输入管和连接件构成，所述盘状壳体的上表面设有和中心孔和多个进水口，连接件固定在盘状壳体上，空心转轴从盘状壳体的中心孔穿过且与盘状壳体的盘面垂直，空心转轴的上端通过轴承安装在连接件内，打磨片设在空心转轴的下端部；所述清洗用喷管设有两个，每个清洗用喷管设在盘状壳体内且与空心转轴相连通。 

   所述清洗器为零浮力自驱动式清洗盘，它是由推手架、盘状壳体、空心转轴、清洗用喷管、高压液输入管和推进用喷管构成，所述盘状壳体的顶部设有多个进水口，推手架设在盘状壳体的上方且与盘状壳体连接，空心转轴设在盘状壳体上，清洗用喷管设在盘状壳体内且与空心转轴相连通，清洗用喷管的端部设有涡轮喷嘴；所述高压液输入管和推进用喷管分别与空心转轴相连通且位于盘状壳体的上方，高压液输入管和推进用喷管上分别设有控制阀；所述盘状壳体的顶部设有进水调节板，所述进水调节板上设有与盘状壳体上的进水口相对应的通孔，进水调节板紧贴在盘状壳体的上表面。

所述推进用喷管的一端部设有喷嘴，清洗用喷管有四个；所述盘状壳体的底部设有滑轮，盘状壳体上设有浮力材料层。

   本实用新型的有益效果：由于采用上述的结构形式，该动力设备布置简洁、操作方便、安全可靠，为空化射流提供了压力满足要求的高压海水，同时具有动力自给，无需外部电源等特点，适合于码头和工作母船等任何环境；本系统中的喷嘴兼有脉冲射流和空化射流的特点，一方面，一定频率范围内的压力振荡可使射流束获得高于从上游喷嘴出来的初始速度，提高其峰值打击力；另一方面，一定频率范围的压力振荡和大尺度涡环结构的存在有利于空泡初生，在水中形成的气核也易于获得动量而长大，进入腔内的气泡也能很好地跟随液体运动，从而使射流具有较强的空化作用。该装置结构非常简单，无运动件，无外加的激振源，所产生的射流打击到靶面时，除滞止压力外，还伴随有很高的水锤压力、剪切应力、张力和空化射流的多重作用，加剧被冲击表面的破坏，因此时一种具有较高效率的喷嘴形式。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1所示的俯视图；

图3为清洗枪的结构示意图；

图4为图3所示清洗用喷头的放大的结构示意图；

图5为图4所示的喷嘴的结构示意图；

图6为水下清洗打磨装置的结构示意图；

图7为零浮力自驱动式清洗盘的结构示意图；

图8为图7所示的仰视图。

图中：1、柴油机； 2、自吸前置泵； 3、过滤器；4、柱塞泵；5、高压液软管；6、溢流阀；7、储能器；8、调节阀；9、软管盘；10、清洗器；11、管状枪体；12、清洗用喷头；13、握把；14、进水管；15、抵消后坐力用喷头；16、消声器；17、旋转手柄；18、阀开关；19、喷嘴； 20、喷嘴座； 21、进水端的孔；22、锥形孔的出水口；23、涡流小环形槽；24、涡流大环形槽；25、涡流大环形槽的入水口；26、涡流大环形槽的出水口；27、出水端的孔；28、打磨片； 29、盘状壳体； 30、空心转轴；31、清洗用喷管；32、高压液输入管；33、连接件；34、喷嘴；35、进水调节板；36、调节手柄；37、控制阀；38、推手架；39、盘状壳体；40、空心转轴；41、清洗用喷管；42、高压液输入管；43、推进用喷管；44、控制阀；45、进水调节板；46、固定滑轮；47、喷嘴；48、转向滑轮；49、涡轮喷嘴；50、连接件。

具体实施方式      

 如图1、2所示，船舶水下空化清洗系统，它是由清洗器10和高压液输出的动力装置构成，高压液输出的动力装置为清洗器10输出高压液，高压液输出的动力装置是由柴油机1、自吸前置泵2、过滤器3、柱塞泵4和高压液软管5构成，自吸前置泵2、过滤器3和柱塞泵4依次连接，高压液软管5与柱塞泵4的高压液输出端连接；柴油机1为自吸前置泵2和柱塞泵4提供动力。高压液软管5上设有溢流阀6，溢流阀6上接有储能器7。柱塞泵4的高压液输出端的高压液软管5上还设有调节阀8。柱塞泵4的旁边设有软管盘9，高压液软管5绕在软管盘9上。

如图3所示，所述清洗器为清洗枪，清洗枪包括有管状枪体11和清洗用喷头12，清洗用喷头12设在管状枪体11的一端，所述管状枪体11的管壁上设有握把13，所述进水管14从握把13内穿过与管状枪体11连接，所述进水管14上设有阀开关18；管状枪体11的另一端设有抵消后坐力用喷头15，所述抵消后坐力用喷头15处设有消声器16。管状枪体是由两段构成，两段之间采用活动连接，装有清洗用喷头的一段的管壁上设有旋转手柄17。工作时，打开阀开关，高压水流经进水管进入到管状枪体，管状枪体分成前后两部分，一部分进入到枪管前端的清洗用喷嘴，用于清洗船体及其附件，一部分进入枪管后端，经由抵消后坐力用喷嘴喷出，以抵消清洗时产生的后坐力。为了方便清洗不同部位，如深入到格栅板内部清洗海底门，深入某些管道内部清洗，还设计了多种枪管形状和长度。

值得强调的是，由于抵消后坐力用喷嘴向后喷出超声空化射流，为了保护潜水员，在抵消后坐力用喷嘴处设计了消声器，用以消除空化射流产生的超声引起对潜水员的伤害。

如图4、5所示，清洗枪的清洗用喷头12，包括有喷嘴19和喷嘴座20，喷嘴19设有三个，三个喷嘴19与喷嘴座20螺纹连接，所述喷嘴19的进水端的孔21为外大内小的锥形孔；所述锥形孔的出水口22处依次设有相连通的涡流小环形槽23和涡流大环形槽24，涡流大环形槽的入水口25大于涡流大环形槽的出水口26，所述涡流大环形槽的出水口26与喷嘴19的出水端的孔27相连通。喷嘴19的出水端的孔27是一个外大内小的锥形孔。工作时，高压液经喷嘴座流向喷嘴，当高压液流经喷嘴进水端的锥形孔时，由于压力增高，从而增大了流速，高流速的液体经涡流小环形槽和涡流大环形槽时，形成了较大的涡流，高压液在此处有大量的气泡产生，从而使射流具有较强的空化作用，从喷嘴出来的射流在其内部诱使生成充满水蒸气的空泡，适当调节喷嘴结构与冲击物体表面距离，使这些空泡有长大、压缩过程，当射流冲击到物体表面时负压空泡急速向内破裂，由于空泡破裂时产生微射流冲击和激波冲击，能量高度集中，并局限在较小的范围内，从而在物体表面局部区域产生极高的冲击压力和应力集中，使物体表面迅速破坏，以达到清洗的目的。加之射流在喷嘴的作用下自激产生脉冲振荡，使射流，海生污物和周围水体形成共振使其剥离被清洗表面。

如图6所示，所述清洗器为水下清洗打磨装置，它是由打磨片28、盘状壳体29、空心转轴30、清洗用喷管31、高压液输入管32和连接件33构成，所述盘状壳体29的上表面设有和中心孔和多个进水口，连接件33固定在盘状壳体29上，空心转轴30从盘状壳体29的中心孔穿过且与盘状壳体29的盘面垂直，空心转轴30的上端通过轴承安装在连接件33内，打磨片28设在空心转轴30的下端部，清洗用喷管31设有两个，每个清洗用喷管31设在盘状壳体29内且与空心转轴30相连通。两个清洗用喷管31的端部分别设有喷嘴34；高压液输入管32上设有控制阀37。盘状壳体29的顶部设有进水调节板35，进水调节板35的板面上设有调节手柄36，进水调节板35上设有与盘状壳体上的进水口相对应的通孔，进水调节板35紧贴在盘状壳体29的上表面。工作时，增压动力装置与高压液输入管连接。水下清洗工作人员将该装置投入水中，起动动力装置，打开高压液输入管上的高压控制阀，动力装置产生的高压液体经空心转轴、清洗用喷管后，从喷嘴喷射而出，在反喷射力的作用下，喷嘴带动空心转轴旋转，空心转轴带动打磨片转动，在清除附着海生物的同时，可以实现对螺旋桨的打磨抛光。射流从盘内射出盘内产生负压，从而使盘状壳体吸附在清洗物表面，通过调节手柄对进水口大小的调整来控制吸力的大小。

如图7、8所示，零浮力自驱动式清洗盘，是由推手架38、盘状壳体39、空心转轴40、清洗用喷管41、高压液输入管42和推进用喷管43构成，所述盘状壳体39的顶部设有多个进水口，推手架38设在盘状壳体39的上方且与盘状壳体39连接，空心转轴40的一端部从盘状壳体39的中心孔穿过；所述清洗用喷管41有四个，每个清洗用喷管41设在盘状壳体39内且与空心转轴40相连通，清洗用喷管41的端部设有涡轮喷嘴49；高压液输入管42和推进用喷管43通过连接件50分别与空心转轴40相连通且位于盘状壳体39的上方，连接件50是通过轴承安装在空心转轴40上的，当空心转轴40转动时，连接件50是固定不动的；高压液输入管42和推进用喷管43上分别设有控制阀44。所述推进用喷管43的一端部设有喷嘴47。盘状壳体39的顶部设有进水调节板45，所述进水调节板45上设有与盘状壳体上的进水口相对应的通孔，进水调节板45紧贴在盘状壳体39的上表面。当进水调节板45上的通孔与盘状壳体上的进水口完全相对应时，水流最大，当进水调节板45上的通孔与盘状壳体上的进水口完全错开，没有上下对应时，盘状壳体上的进水口被封闭。所述盘状壳体39的底部设有两个固定滑轮46和一个转向滑轮48。工作时，增压动力装置与高压液输入管连接。水下清洗工作人员将水下清洗装置投入水中，起动动力装置，将水下清洗装置贴在船舶处于水中的部位或水中要清洗的其他物体表面。打开高压液输入管上的高压控制阀开关，动力装置产生的高压液体经空心转轴、清洗用喷管后，从涡轮喷嘴喷射而出，在反喷射力的作用下，涡轮喷嘴带动空心转轴旋转，从而使盘状壳体吸附在清洗物表面，同时旋转产生空化对物体表面进行清洁除垢，射流从清洗盘底射出使盘内形成负压而吸附在被清洗物表面上，通过对进水口大小的调整，而达到对清洗盘吸附力大小的控制。根据清洗盘的重量采用可产生同等浮力的浮力材料，使清洗盘在水中处于零浮力，大大改进了清洗盘的运行性能和降低了操作人员的劳动强度。打开推进用喷管上的控制阀，高压液体从喷嘴喷射出，在水中形成推动力，使吸附在清洗物表面上的清洗盘滑轮缓慢移动，水下清洗操作人员手握连接在清洗盘上的推手架，通过观察显示器表面污物的分布情况而控制清洗盘的前进方向。

工作原理：自振空化射流水下清洗原理，当水流受到扰动或者高速流动时，若水流局部的绝对压力低于当地温度下的饱和蒸汽压力，液体内部原来含有的很小气泡（通称气核）将迅速膨胀，在液体内部形成含有水蒸汽或其它气体的气泡，这种现象就称为空化现象。由于空化而在水中形成的空洞称为空穴，球形空穴常称为空泡，较大的空穴称为空腔。当这些气泡随液流进入高压区时，蒸汽高速凝结和气泡溃灭，流体质点向空腔中心高速冲动，产生强烈的冲击，并使瞬时的局部压力和局部温度急剧上升。空泡这种急速产生、扩张，又急速溃灭的过程，能使空泡发生区域附近的水中材料受到激波或高速微射流的作用。材料受到冲击后，表面结构被扭曲，使得物体表面局部点上材料剥落后，对于金属材料来说，还会在出现的新的纯净金属和周围旧金属之间构成一对电极而产生腐蚀电流，从而加速电化学腐蚀过程。这就是由空化作用而产生的空蚀现象。船用螺旋桨、舵、水翼、水中兵器、水泵、水轮机、高速涵洞、闸门槽、液体火箭泵、柴油机气缸套等都会遇到空化问题，造成效率降低，材料剥蚀，并产生振动和噪声。但是，空化作用也具有很重要的应用价值，如利用空化作用强烈的机械冲击作用、化学腐蚀作用、热作用等进行水下船体清洗，就是近年来水下船体清洗领域一个非常活跃的研究方向，并有若干成熟产品诞生。但是都达不到令人满意的清洗效果，一方面所需压力高另一方面设备的故障率也高至难于顺利有效地完成水下清洗任务。本发明采用了自主研发的自振脉冲空化喷嘴，使设备结合了自激振荡和空化射流清洗的双重作用从而大大改进了清洗效率，降低了清洗压力并使设备故障率降到了最低点，而却在有效地清洗海生物的前提下并不伤害清洗表面的油漆。

    工作过程，当柴油机启动后，带动自吸前置泵将海水汲取至过滤器，通过滤网过滤后，海水进入到柱塞泵，柱塞泵在柴油机的带动下将海水加压，高压海水通过调节阀门来调节输出压力的大小，高压海水管路通过一个溢流阀并旁接一个储能器来减少压力的波动，确保设备安全，最后高压海水管路接入至高压橡胶软管，并通过软管连接至清洗端设备。

该动力设备布置简洁、操作方便、安全可靠，为空化射流提供了压力满足要求的高压海水，同时具有动力自给，无需外部电源等特点，适合于码头和工作母船等任何环境。

以上所述是本实用新型的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种船舶水下空化清洗系统，其特征在于：它是由清洗器和高压液输出的动力装置构成，高压液输出的动力装置为清洗器输出高压液，所述高压液输出的动力装置，是由柴油机、自吸前置泵、过滤器、柱塞泵和高压液软管构成，自吸前置泵、过滤器和柱塞泵依次连接，高压液软管的一端与柱塞泵的高压液输出端连接，另一端与清洗器连接，所述高压液软管上设有溢流阀和调节阀，溢流阀上接有储能器；柴油机为自吸前置泵和柱塞泵提供动力。

2.根据权利要求1所述的船舶水下空化清洗系统，其特征在于：所述清洗器为清洗枪，清洗枪包括有管状枪体和清洗用喷头，清洗用喷头设在管状枪体的一端，所述管状枪体的管壁上连接有进水管，进水管与高压液输出的动力装置的高压液软管连接，管状枪体的另一端设有抵消后坐力用喷头，所述抵消后坐力用喷头处设有消声器。

3.根据权利要求2所述的船舶水下空化清洗系统，其特征在于：所述清洗用喷头包括有喷嘴和喷嘴座，所述喷嘴设有两个以上，两个以上的喷嘴与喷嘴座螺纹连接，所述喷嘴的进水端的孔为外大内小的锥形孔；所述锥形孔的出水口处依次设有相连通的涡流小环形槽和涡流大环形槽，涡流大环形槽的入水口大于涡流大环形槽的出水口，所述涡流大环形槽的出水口与喷嘴的出水端的孔相连通。

4.根据权利要求1所述的船舶水下空化清洗系统，其特征在于：所述清洗器为水下清洗打磨装置，它是由打磨片、盘状壳体、空心转轴、清洗用喷管、高压液输入管和连接件构成，所述盘状壳体的上表面设有和中心孔和多个进水口，连接件固定在盘状壳体上，空心转轴从盘状壳体的中心孔穿过且与盘状壳体的盘面垂直，空心转轴的上端通过轴承安装在连接件内，打磨片设在空心转轴的下端部；所述清洗用喷管设有两个，每个清洗用喷管设在盘状壳体内且与空心转轴相连通。

5.根据权利要求1所述的船舶水下空化清洗系统，其特征在于：所述清洗器为零浮力自驱动式清洗盘，所述零浮力自驱动式清洗盘是由推手架、盘状壳体、空心转轴、清洗用喷管、高压液输入管和推进用喷管构成，所述盘状壳体的顶部设有多个进水口，推手架设在盘状壳体的上方且与盘状壳体连接，空心转轴设在盘状壳体上，清洗用喷管设在盘状壳体内且与空心转轴相连通，清洗用喷管的端部设有涡轮喷嘴；所述高压液输入管和推进用喷管分别与空心转轴相连通且位于盘状壳体的上方，高压液输入管和推进用喷管上分别设有控制阀；所述盘状壳体的顶部设有进水调节板，所述进水调节板上设有与盘状壳体上的进水口相对应的通孔，进水调节板紧贴在盘状壳体的上表面。

6.根据权利要求1所述的船舶水下空化清洗系统，其特征在于：所述柱塞泵的旁边设有软管盘，高压液软管绕在软管盘上。

7.根据权利要求5所述的船舶水下空化清洗系统，其特征在于：所述推进用喷管的一端部设有喷嘴，清洗用喷管有四个；所述盘状壳体的底部设有滑轮，盘状壳体上设有浮力材料层。

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