CN210023033U - 一种新型环状自激吸气式脉冲射流清除海生附着物装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种新型环状自激吸气式脉冲射流清除海生附着物装置，包括三层空心环状结构、自激吸气式脉冲射流设备、清除环、吸水口；三层空心环状结构包括上层环、下层环及连接上下层环的空心管，所述上层环与下层环在上下对应位置上沿周向设置有清除环，上层环与下层环均为空心管环，在空心管环上均匀布置有多个吸水口，吸水口与空心管环的空腔相连通；空心管与上、下层环上的吸水口连通；自激吸气式脉冲射流设备安置在三层空心环状结构中层位置，每个空心管上均安装有一个自激吸气式脉冲射流设备；上下层环的内圈紧挨待清除海洋结构物。该装置能实现全方位、无死角、高效清除海生附着物。

Description

一种新型环状自激吸气式脉冲射流清除海生附着物装置

技术领域

本实用新型涉及海洋结构物的清理装置，具体涉及一种新型环状自激吸气式脉冲射流清除海生附着物装置。

背景技术

在人类赖以生存的地球上，约3/4是蓝色的海洋。随着对地球陆地资源的持续不断开发，人类逐渐地将注意力集中到海洋的开发和利用上，海洋开发建设活动也更加频繁，大量海洋构筑物的维护保养面临严峻考验。例如，海洋钻井平台中石油平台桩腿、隔水套管、斜拉筋，跨海大桥的桩身，港口码头的水下结构部分等，这些设施大多长期浸没或半浸没在海洋浅水部分，由于阳光好、温度适宜、氧气充足、平台掉落食物残渣丰富等原因，为海洋生物提供了较好的生存和附着条件。海洋水下结构物自身表面被海洋中的动植物、微生物附着侵蚀，形成难以清除的海洋生物附着层，导致海洋结构物的自重和横截面积增加，结构物受力条件恶化，严重可导致结构破坏等安全事故。同时，附着生物新陈代谢过程中分泌的物质会对构件产生侵蚀，降低其耐久性，威胁海上平台的安全生产。

我国现有的预防海生附着物的方法是使用有毒物质包缚涂层或利用超声波射线，此类方法会影响海洋生态环境，造成海水污染，且超声波射线成本较高，涂层在巨浪的冲击下会随着时间推移慢慢脱落，且难以修复，也会增加成本。我国现有的清除海生附着物的方法是人工清除及遥控无人潜水器进行水下清洗，此类方法成本高，操作复杂，效率低且持续时间短，人工下潜危险系数大并受天气等影响较大，无法及时清除海生附着物。中国专利局于2014年4月24日公开的申请号为201420200762.1实用新型专利公开了“一种海上建筑物上的海洋生物清除装置”。该装置由若干根横杆和活动套装在横杆上的碰撞摩擦辊，横杆通过连接件构成绕海上建筑物沿水平方向设置的浮动清除环，其不足是，清除装置较为单一且清除力度较小，无法对顽固附着物进行有效彻底的清除。因此，在现有基础上提供一种能避免污染，节约资源、成本低廉并拥有全方位、无死角、高效的清洁机制的清除装置对本技术领域来说是一个亟待解决的课题。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型要解决的技术问题在于，提供一种既可以保护海洋环境，避免对海水及海洋生物系统造成污染，又可以实现全方位、无死角、清洁机制高效的新型环状自激吸气式脉冲射流清除海生附着物装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采取如下技术方案：

一种新型环状自激吸气式脉冲射流清除海生附着物装置，其特征在于：包括三层空心环状结构、自激吸气式脉冲射流设备、清除环、吸水口；三层空心环状结构包括上层环、下层环及连接上下层环的空心管，所述上层环与下层环在上下对应位置上沿周向设置有清除环，上层环与下层环均为空心管环，在空心管环上均匀布置有多个吸水口，吸水口与空心管环的空腔相连通；空心管与上、下层环上的吸水口连通；自激吸气式脉冲射流设备安置在三层空心环状结构中层位置，每个空心管上均安装有一个自激吸气式脉冲射流设备；自激吸气式脉冲射流设备的下喷嘴正对待清除海洋结构物的相应边缘，自激吸气式脉冲射流设备的进水口联通空心管；上下层环套装在待清除海洋结构物的表面，且上下层环的内圈紧挨待清除海洋结构物。

清除环为环状，清除环由外环状弹性材料层和内环状弹性材料层及二者之间的密闭空腔构成，在该密闭空腔内设泡沫填充层，同时在外环状弹性材料层内设有环状纤维加强骨架层，外环状弹性材料层接触待清除海洋结构，内环状弹性材料层接触上层环或下层环的空心管环的外表面。

所述空心管均为铝青铜材料，空心管呈梯形轮廓，梯形的上底上固定自激吸气式脉冲射流设备，梯形腰上的两端分别连接上、下层环。

所述自激吸气式脉冲射流设备包括下喷嘴、吸气孔、碰撞体、腔套、上喷嘴、进水口、振荡腔、底板；其中底板、腔套及碰撞体围成的封闭空间为振荡腔，底板为圆台形结构，在底板上同轴开有圆形的进水口和锥形上喷嘴，进水口一端与相应的空心管连通，锥形上喷嘴的大直径端连接进水口，小直径端朝向振荡腔；在腔套的上、下位置分别设置一个吸气孔，两个吸气孔均与振荡腔内部相连通，碰撞体朝向振荡腔一侧凹进的对称渐变面，另一侧为竖直面，在碰撞体的轴心位置开有连通下喷嘴的连接孔，下喷嘴安装在该连接孔的外侧，且下喷嘴的内径与连接孔的直径一致。

所述自激吸气式脉冲射流设备中振荡腔腔径与腔长比保持在1.7-2.4，振荡腔腔长与下喷嘴内径比为4.4-5.3。

下喷嘴与上喷嘴的出口内径面积比为2.5-3.5。

在上、下层环与自激吸气式脉冲射流设备之间的空心管朝向待清除海洋结构的一侧安装摄像头，所述摄像头朝向被清洗结构物。

上、下层环为可打开及闭合的结构。

该装置应用于存在海洋自然力的连续作用情况，不断撞击构件并沿着构件做往复运动。

与现有技术相比，本实用新型具有如下突出的实质性特点和积极的进步：

其一本实用新型公开的基于自激吸气式脉冲射流的清除海生附着物装置中自激吸气式脉冲射流设备与清除环相结合，装置无论是向上还是向下运动的过程中，总会有内侧安装清除环的一层空心环先对附着物进行松动，随后自激吸气式脉冲射流设备工作后，还会有内侧安装清除环的另一层空心环再次对顽固型或已松动未完全清除的附着物进行二次清除。该装置采用了初级清除及二次清除的方式，具有全方位、无死角、高效的清洁机制，并可对顽固附着物进行有效彻底的清除的实质性特点和积极的进步。

其二在不同运动状态下，通过空心上、下层环外侧设置的吸水口抽取海水，海水在结构内部储存并流动输送至中层自激吸气式脉冲射流设备中，其中进水口与空心管连通，通过上喷嘴将水释放进入振荡腔；装置上、下的吸气孔将气体吸入振荡腔，在腔内与水结合振荡并与碰撞体接触形成水气混合物通过下喷嘴射出水气射流对海生附着物进行清除。该自激吸气式脉冲射流设备具有无需外加能源装置，且装置本身上下移动皆无需外加他激装置，减少制造成本并减小制造难度的实质性特点和积极的进步。

其三空心管及上下层环均采用价格低廉且耐腐蚀的铝青铜材料制成，无有毒物质及外加干扰装置。摒除了各种传统方法的不足并充分考虑到对海水及海洋生物系统的保护。该清除装置具有节约能源、成本低廉、维护少等实质性特点和积极的进步。

附图说明

图1为本实用新型装置在海洋建筑物上的结构实例图。

图2为本实用新型装置的组成结构示意图。

图3为本实用新型装置的立面图。

图4为本实用新型装置中的自激吸气式脉冲射流设备详图。

图5为本实用新型装置中的自激吸气式脉冲射流设备剖面图。

图6为本实用新型装置中的清除环剖面图。

图中，三层空心环状结构1、自激吸气式脉冲射流设备2、清除环3、吸水口4、下喷嘴5、吸气孔6、碰撞体7、腔套8、上喷嘴9、进水口10、振荡腔11、外环状弹性材料层12和内环状弹性材料层13、泡沫填充层14、环状纤维加强骨架层15。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于了解，下面结合附图及实施例对本实用新型内容进行进一步阐述。

本实用新型一种新型环状自激吸气式脉冲射流清除海生附着物装置(参见图2-图6)，包括三层空心环状结构1、自激吸气式脉冲射流设备2、清除环3、吸水口4；三层空心环状结构1包括上层环、下层环及连接上下层环的空心管，所述上层环与下层环在上下对应位置上沿周向设置有清除环3，上层环与下层环均为空心管环，在空心管环上均匀布置有多个吸水口4，吸水口与空心管环的空腔相连通；上层环与下层环通过四根空心管连接，且空心管与上、下层环上的吸水口4连通；自激吸气式脉冲射流设备2安置在三层空心环状结构1中层位置，每个空心管上均安装有一个自激吸气式脉冲射流设备2；自激吸气式脉冲射流设备2的下喷嘴5与待清除海洋结构物的相应边缘正对且二者之间具有一定距离，自激吸气式脉冲射流设备2的进水口联通空心管；上下层环套装在待清除海洋结构物的表面，且上下层环的内圈紧挨待清除海洋结构物。

所述自激吸气式脉冲射流设备2包括下喷嘴5、吸气孔6、碰撞体7、腔套8、上喷嘴9、进水口10、振荡腔11、底板；其中底板、腔套及碰撞体围成的封闭空间为振荡腔，底板为圆台形结构，在底板上同轴开有圆形的进水口10和锥形上喷嘴9，进水口一端与相应的空心管连通，锥形上喷嘴9的大直径端连接进水口，小直径端朝向振荡腔，通过上喷嘴9将水释放进入振荡腔11；在腔套8的上、下位置分别设置一个吸气孔6，两个吸气孔6均与振荡腔11内部相连通，碰撞体7朝向振荡腔11一侧凹进的对称渐变面，另一侧为竖直面，在碰撞体7的轴心位置开有连通下喷嘴5的连接孔，下喷嘴5安装在该连接孔的外侧，且下喷嘴5的内径与连接孔的直径一致。吸气孔6将气体吸入振荡腔11，在腔内气体与水结合振荡并与碰撞体7接触形成水气混合物通过下喷嘴5射出水气射流进行对海生附着物进行清除。

整个装置无需额外设置储水箱，海水在三层空心环结构管内部储存并流动输送至中层自激吸气式脉冲射流设备2中与气体结合转换成水气射流自下喷嘴5中喷出。

所述空心管呈梯形轮廓，梯形的上底上固定自激吸气式脉冲射流设备，梯形腰上的两端分别连接上、下层环，梯形的下底敞开，自激吸气式脉冲射流设备的下喷嘴5朝向待清除海洋结构物。整个装置中所涉及的空心管及空心管环均选用铝青铜材料，与其他材料相比，其具有较高的强度和弹性，在海水中耐蚀性高，且能防止海洋生物附着，可热、冷态压力加工也可电焊和气焊，容易加工，生产效率高，并具有突出的减摩、耐磨性。铝青铜材料受环境影响较小，有良好的耐久性，而且其造价低廉，节约成本，适宜作为该装置材料使用。

所述清除环3为环状碰撞摩擦辊，清除环3由外环状弹性材料层12和内环状弹性材料层13及二者之间的密闭空腔构成，在该密闭空腔内设泡沫填充层14，同时在外环状弹性材料层12内设有环状纤维加强骨架层15，外环状弹性材料层12接触待清除海洋结构，内环状弹性材料层13接触上层环或下层环的空心管环的外表面。

清除环3中外环状弹性材料层12和内环状弹性材料层13使用硫化橡胶材料制成，另外为增强外环状弹性材料层12的耐磨损性能及强度，在其内设有环状纤维加强骨架层15。

所述自激吸气式脉冲射流设备2，振荡腔11腔径与腔长比保持在1.7-2.4，振荡腔11腔长(指图5中碰撞体最低点到上喷嘴端面的距离)与下喷嘴5内径比保持在4.4-5.3，自激吸气式脉冲射流设备2的性能较好。

所述自激吸气式脉冲射流设备2，下喷嘴5与上喷嘴9的出口内径面积比保持在2.5-3.5，自激吸气式脉冲射流设备2的性能较好。以上数据可在无法使用优选参数时，自定义参数使用。

为方便观察海洋附着物的清除状况，可在上、下层环与自激吸气式脉冲射流设备之间的空心管朝向待清除海洋结构的一侧安装摄像头，所述摄像头朝向被清洗结构物，摄像头可选择SDS1210新一代水下静态相机：SDS1210新一代水下静态相机支持更高的分辨率、更直观的用户界面、更大的内部存储以及当其处于水下系统时，更方便从照相机下载图片等功能，SDS1210水下静态相机内置USB—以太网的集线器，确保其在海底ROV上使用时能更便捷、快速、正确的通过以太网连接下载图片，SDS1210也能满足绝大部分水下操作对高质量图片数据存档的需求。

本实用新型新型环状自激吸气式脉冲射流清除海生附着物装置的清除过程如下：

在不同运动状态下，装置先通过上、下层环外侧设置的所有吸水口4抽取海水，海水在三层空心环状结构的管内部储存并流动输送至中层自激吸气式脉冲射流设备2中，其中自激吸气式脉冲射流设备的进水口10与空心管连通；随后海水经进水口通过上喷嘴9将水释放进入振荡腔11；腔套上、下的吸气孔6同时将气体吸入振荡腔11，在腔内吸入的气体与水结合振荡并与碰撞体7接触形成水气混合物后，通过下喷嘴5射出水气射流对海生附着物进行初级清除；最后，装置在结构物上往复运动的过程中，上、下层环上套装的清除环3会再次对顽固型或已松动未完全清除的附着物进行二次清除。该清除装置采用了初级清除及二次清除的方式，实现了全方位、无死角、高效的清洁机制。

本实用新型公开的自激吸气式脉冲射流的清除海生附着物装置适用于海洋钻井平台中石油平台桩腿、隔水套管、斜拉筋，跨海大桥的桥桩等结构物。尤其是针对海况环境较差，条件较恶劣，有涌浪，潮汐等海洋自然力影响，潮差较大地区的海上建筑物的设计和加工制造的清除海生附着物装置，在存在涌浪、潮汐、海流等海洋自然力的连续作用情况，不断撞击构件并沿着构件做往复运动，完成清除目的。本实用新型装置中的上下层环的形状可以根据待清除海洋结构物的形状进行相应调整，如对象为圆柱形则选择圆环状上下层环，如果对象为方柱，则选择方形环作为上下层环，同时为了能方便对已有的海洋结构物进行安装，本申请中的上下层环为可打开及闭合的结构，如在环的一端设置小于另一端内径的连接管，连接管插接进入实现固定，或者直接将环的两头通过焊接方式固定在一起。如果是新加入的海洋结构物，则可以直接作为一个整体套装在待清除海洋结构物上。

本实用新型将自激吸气式脉冲射流设备与清除环相结合，无论是装置向上还是向下运动的过程中，总会有内侧安装清除环的一层先对附着物进行松动，随后自激吸气式脉冲射流设备工作清除后，还会有另一层清除环再次对顽固型或已松动未完全清除的附着物进行二次清除。

本实用新型装置海水在结构内部储存并流动输送至中层自激吸气式脉冲射流设备中与气体结合转换成水气射流自喷嘴中喷出。该装置可以放置在海洋结构物的各竖向、横向及斜向构件上，在海洋自然力的连续作用下，撞击构件并沿着构件做往复运动，无需外加他激装置即可使装置进行移动，避免对海水及海洋生物系统造成污染，具有节约能源、成本低廉的优势。通过中层的吸气式脉冲射流设备对附着物进行清洗，且在往复运动的过程中，上下环内侧安装的清除环会再次对顽固型或已松动的附着物进行清理，实现了全方位、无死角、高效的清洁机制。

实施例

本实施例新型环状自激吸气式脉冲射流清除海生附着物装置，包括三层空心环状结构、自激吸气式脉冲射流设备、清除环、吸水口；三层空心环状结构的上层环与下层环上均设置清除环；上层环与下层环通过四根空心管连接，且空心管与上、下层环上吸水口连通；自激吸气式脉冲射流设备安置在三层空心环状结构中层位置。所述自激吸气式脉冲射流设备结构包括下喷嘴、吸气孔、碰撞体、腔套、上喷嘴、进水口、振荡腔；其中进水口与相应空心管连通，通过上喷嘴将水释放进入振荡腔；自激吸气式脉冲射流设备上、下分别设置一个吸气孔，吸气孔将气体吸入振荡腔，在腔内与水结合振荡并与碰撞体接触形成水气混合物通过下喷嘴射出水气射流进行对海生附着物进行清除。

所述清除环实质为一碰撞摩擦辊，其为弹性材料层构成密闭的空腔，空腔内设泡沫填充层及弹性材料层，层内设有环状纤维加强骨架层。

所述自激吸气式脉冲射流设备，实验室中针对直径为50mm的圆柱形水下建筑物模型试验，得出以下数据为自激吸气式脉冲射流设备的优选参数：上喷嘴的小端内径选用10mm，下喷嘴的内径选用16mm，振荡腔11腔长选用55mm，振荡腔11腔径选用85mm或120mm。

下喷嘴到清洗对象的最优距离为s＝9.22×下喷嘴半径。

当此装置针对圆柱形建筑物时，装置会在海水运动作用下，绕被清除建筑物旋转，可以保证全覆盖，可以根据实际情况按照最优参数及所给比例进行更改，挑选最合适的即可。当此装置针对立方体建筑物时，射流的半径R(x)≈0.25×下喷嘴出口端到待清洗海洋结构物表面的距离，可根据实际情况计算所需自激吸气式脉冲射流设备的个数。

本实用新型基于自激吸气式脉冲射流的清除海生附着物装置，其所需水源来自海水，且无需外加驱动装置，极大发挥水的利用率的同时也极大程度的节约了资源；该装置摒除了人工清除、化学试剂、超声波等传统方法的不足并充分考虑到对海洋环境的保护，在极大提高清除效率和清除质量的同时也避免了对海水及海洋生物系统造成污染与负担，且具有较为的显著的经济效益。

最后应说明的是，以上所述仅为本实用新型较佳的实施例，而非限制本实用新型。当本实用新型所述的自激吸气式脉冲射流的清除海生附着物装置投入使用时，要根据使用要求选择规格，进行现场组装焊接即可。凡对本实用新型的技术方案所做的修改、同等替换或改进者，均不应脱离本实用新型的技术方案的范围和精神，其均应涵盖在本实用新型的保护范围之中。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。

Claims (8)

1.一种新型环状自激吸气式脉冲射流清除海生附着物装置，其特征在于：包括三层空心环状结构、自激吸气式脉冲射流设备、清除环、吸水口；三层空心环状结构包括上层环、下层环及连接上下层环的空心管，所述上层环与下层环在上下对应位置上沿周向设置有清除环，上层环与下层环均为空心管环，在空心管环上均匀布置有多个吸水口，吸水口与空心管环的空腔相连通；空心管与上、下层环上的吸水口连通；自激吸气式脉冲射流设备安置在三层空心环状结构中层位置，每个空心管上均安装有一个自激吸气式脉冲射流设备；自激吸气式脉冲射流设备的下喷嘴正对待清除海洋结构物的相应边缘，自激吸气式脉冲射流设备的进水口联通空心管；上下层环套装在待清除海洋结构物的表面，且上下层环的内圈紧挨待清除海洋结构物。

2.根据权利要求1所述的清除海生附着物装置，其特征在于：清除环为环状，清除环由外环状弹性材料层和内环状弹性材料层及二者之间的密闭空腔构成，在该密闭空腔内设泡沫填充层，同时在外环状弹性材料层内设有环状纤维加强骨架层，外环状弹性材料层接触待清除海洋结构，内环状弹性材料层接触上层环或下层环的空心管环的外表面。

3.根据权利要求1所述的清除海生附着物装置，其特征在于：所述空心管均为铝青铜材料，空心管呈梯形轮廓，梯形的上底上固定自激吸气式脉冲射流设备，梯形腰上的两端分别连接上、下层环。

4.根据权利要求1所述的清除海生附着物装置，其特征在于：所述自激吸气式脉冲射流设备包括下喷嘴、吸气孔、碰撞体、腔套、上喷嘴、进水口、振荡腔、底板；其中底板、腔套及碰撞体围成的封闭空间为振荡腔，底板为圆台形结构，在底板上同轴开有圆形的进水口和锥形上喷嘴，进水口一端与相应的空心管连通，锥形上喷嘴的大直径端连接进水口，小直径端朝向振荡腔；在腔套的上、下位置分别设置一个吸气孔，两个吸气孔均与振荡腔内部相连通，碰撞体朝向振荡腔一侧凹进的对称渐变面，另一侧为竖直面，在碰撞体的轴心位置开有连通下喷嘴的连接孔，下喷嘴安装在该连接孔的外侧，且下喷嘴的内径与连接孔的直径一致。

5.根据权利要求4所述的清除海生附着物装置，其特征在于：所述自激吸气式脉冲射流设备中振荡腔腔径与腔长比保持在1.7-2.4，振荡腔腔长与下喷嘴内径比为4.4-5.3。

6.根据权利要求4所述的清除海生附着物装置，其特征在于：下喷嘴与上喷嘴的出口内径面积比为2.5-3.5。

7.根据权利要求1所述的清除海生附着物装置，其特征在于：在上、下层环与自激吸气式脉冲射流设备之间的空心管朝向待清除海洋结构的一侧安装摄像头，所述摄像头朝向被清洗结构物。

8.根据权利要求1所述的清除海生附着物装置，其特征在于：上、下层环为可打开及闭合的结构。

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