CN106076701A - 空泡水动清刷器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空泡水动清刷器，包括：第一壳体、工作喷嘴、轮子和延长杆，其中，第一壳体为空心结构，其上设置有高压水流接管；工作喷嘴设置在第一壳体的两端，高压水倾斜的喷向被清理物体的表面，两端的工作喷嘴的喷水方向均朝向里侧，并且两个工作喷嘴的轴线沿清刷器移动的方向略有偏移；轮子也设置在第一壳体的两端，并且位于工作喷嘴的外侧；延长杆安装在第一壳体上，操作员通过拉动延长杆可方便的移动清刷器。本发明的有益之处在于：有无潜水员都可以对船舷上面区域及其他掩埋物体进行清理；可以降低有效高压水消耗量。

Description

空泡水动清刷器
技术领域
本发明涉及一种清刷器，具体涉及一种空泡水动清刷器，属于水下水力工具技术领域。
背景技术
最常见的附在船体、平台、水工建筑物及其他部分掩埋物体上的生物以各种藻为主，其中包括海藻和以丝状藻、褐藻纲和绿藻纲为代表的淡水藻。上述微生物附生的区域自吃水线往下延伸几米，覆盖密度最高的是最初一米。上述附生物使得流阻增高，导致船舶发动机需用功率上升，水工建筑物产生静止区域。另外，附生藻为水生动物，包括牛毛粘和斑马纹贻贝、藤壶属等蛤蜊种类提供了良好的居住和生长环境。
使用气蚀水动技术进行船体及其他掩埋物体清刷时，平时会采用各种设有1个以上规定工作面积的喷嘴的工具以及不同类型的后坐力缓冲装置。单喷嘴工具的有效消耗量为泵的消耗量的一半，而多喷嘴(例如：转盘)工具的结构相对复杂，重量大，适用表面范围有限。采用Brush-kart技术进行清刷处理也存在同样的问题。上述方法共同点是哪个都少不了潜水员的参与。
俄罗斯公开了一种利用水下水动力清洁附在船体上的水生微生物的装置(见俄罗斯专利№2107006，专利国际分类(IPC)В63В59/08，发表于1998年3月20日)，该装置无后坐力，其结构包括：设有把手的壳体，枪筒，装在枪筒上的高压水源，以及反喷嘴，反喷嘴的射流方向与工作射流的方向相反。高压水源提供工作液体，工作液体经过壳体送往枪筒的软管中，并从软管端部的反喷嘴中喷出。其中，反喷嘴为压型流线圈，该压型流线圈中设有带轴尾的螺旋桨，该螺旋桨由水力发电机驱动。该装置的缺点主要有：构件多，结构笨重，操作复杂。这不仅给操作员的作业带来了不便，而且使得操作员处于反喷嘴的射出区域，进而导致工作效率下降。
美国也公开了一种无后坐立水动力表面清刷器(见美国专利№4716849，IPCВ63В59/00)。该装置的结构包括：设有供给工作液体主管道的壳体，与壳体相连的枪筒，与枪筒相连的高压工作喷嘴，装在枪筒上的喷射器，保护板，装在壳体上的接头，将壳体里的供给工作液体管路通过接头连接到高压源的软管。该装置的缺点主要有：结构复杂、笨重、元件多，规定参数的喷射器的制作工艺复杂。
美国还公开了一种水动力水下表面清刷器。该清刷器包括：壳体、工作喷嘴和喷射器。其中，喷射器包括高压喷咀、低压喷咀和混合室。高压喷咀、低压喷咀以及混合室通过软管水道连接到水泵。该软管水道保证通过工作喷嘴和喷射器的工作液体的流量恒定(见美国专利№4716846，IPCВ63В59/00，1988年1月5日)。具有该种结构的装置，其喷射器射流不会对潜水员产生危险，而且与一般的反喷嘴相比，使用该喷射器可节省大约50％水利功率。该装置的缺点主要是：喷射器的牵引(起补偿各种反应的作用)不可调节。调整喷射器的牵引的唯一的方法是调整其流量，也就是说调整整个装置流量。而目前使用的稳恒产量水泵在进行该操作时会导致水压的变化以及工作喷嘴工作模式的变化。稳恒产量水泵装有过流阀，水压增长时，该过流阀会将一部分的液体往外排出，从而造成水力功率的无功消耗。
俄罗斯还公开了一种采用转子对船体及其他掩埋物体进行清刷的水下清洁装置(俄罗斯联邦专利№2076842，发表于1997年4月10日)，该装置虽然具有生产率增高的优势，但是仍然存在几个大的缺点：结构笨重，机体沉重，仅适用于微曲率的大面积。
上述的几种装置有个共同点：都离不开潜水员，而潜水员的费用昂贵，并且潜水员不是在所有的情况下都可以进行操作，这给装置的实际使用带来了诸多限制。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种有无潜水员都可以对船舷上面区域及其他掩埋物体进行清理的空泡水动清刷器，并且该清刷器还可以提高有效高压水消耗量。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种空泡水动清刷器，其特征在于，包括：第一壳体(1)、工作喷嘴(2)、轮子(4)和延长杆(5)，其中，
前述第一壳体(1)为空心结构，其上设置有高压水流接管(6)；
前述工作喷嘴(2)设置在第一壳体(1)的两端，高压水倾斜的喷向被清理物体的表面(7)，两端的工作喷嘴(2)的喷水方向均朝向里侧，并且两个工作喷嘴(2)的轴线与被清理物体的表面(7)之间的夹角均为α，同时两个工作喷嘴(2)的轴线沿清刷器移动的方向略有偏移；
前述轮子(4)也设置在第一壳体(1)的两端，并且位于工作喷嘴(2)的外侧；
前述延长杆(5)安装在第一壳体(1)上，操作员通过拉动延长杆(5)可方便的移动清刷器。
前述的空泡水动清刷器，其特征在于，前述两个工作喷嘴(2)的轴线与被清理物体的表面(7)之间的夹角α的大小为5°～30°。
前述的空泡水动清刷器，其特征在于，前述延长杆(5)以可拆卸的方式安装在第一壳体(1)上。
前述的空泡水动清刷器，其特征在于，还包括：卸荷装置(3)，前述卸荷装置(3)安装在第一壳体(1)上，其利用喷出来的射流来压住清刷器，使清刷器更贴紧被清理物体的表面(7)。
前述的空泡水动清刷器，其特征在于，前述卸荷装置(3)为流量可调的卸荷装置。
前述的空泡水动清刷器，其特征在于，前述流量可调的卸荷装置包括：第二壳体(31)、扩散器(32)和针型阀芯(33)，
前述第二壳体(31)呈圆柱形，末端呈圆锥形，第二壳体(31)的内部形成有轴向孔(311)，轴向孔(311)为第二壳体(31)的主管道，其直径大小与水泵的生产能力相适应，第二壳体(31)末端的圆锥面上形成有若干钻孔(312)，钻孔(312)用来连通第二壳体(31)的主管道和扩散器(32)的内部；
前述扩散器(32)呈圆筒形，套在前述第二壳体(31)的外部，并且通过螺纹进行连接，扩散器(32)的内部依次形成有壳体容纳腔(321)、流量调节通道(322)和射流通道(323)，三者均与第二壳体(31)共轴；
前述针型阀芯(33)沿第二壳体(31)的轴线固定安装在第二壳体(31)的末端，并且尖端伸向扩散器(32)的流量调节通道(322)，当扩散器(32)完全拧紧时，针型阀芯(33)将流量调节通道(322)封闭，此时无流体通过，反向旋拧扩散器(32)时，针型阀芯(33)逐渐从流量调节通道(322)内退出，流量调节通道(322)逐渐被打开，此时有流体通过。
前述的空泡水动清刷器，其特征在于，前述针型阀芯(33)的尖端的圆锥角为15°～30°，等粗段的直径是流量调节通道(322)的直径的1.5倍～2.0倍。
前述的空泡水动清刷器，其特征在于，前述前述扩散器(32)的流量调节通道(322)的直径Dд是工作喷嘴(2)的直径dф的1.5倍～2.0倍，长度Lo是直径Dд的2.0倍～2.5倍。
前述的空泡水动清刷器，其特征在于，前述扩散器(32)的射流通道(323)的开度为30°-40°。
前述的空泡水动清刷器，其特征在于，前述第二壳体(31)和扩散器(32)之间塞有密封胶圈(34)。
本发明的有益之处在于：
(1)有无潜水员都可以对船舷上面区域及其他掩埋物体进行清理；
(2)设置在第一壳体两端的工作喷嘴，其轴线与被清理物体的表面之间的夹角均为α，并且轴线沿清刷器移动的方向略有偏移，所以可以降低有效高压水消耗量；
(3)第一壳体上安装卸荷装置后，卸荷装置利用自身喷出来的射流来压住清刷器，使清刷器更贴紧被清理物体的表面，不仅使得操作员操作清刷器时更省力，而且进一步降低了有效高压水消耗量。
附图说明
图1是本发明空泡水动清刷器的一个具体实施例的结构示意图；
图2是图1中的卸荷装置的一个具体实施例的结构示意图。
图中附图标记的含义：1-第一壳体、2-工作喷嘴、3-卸荷装置、4-轮子、5-延长杆、6-高压水流接管、7-被清理物体的表面、31-第二壳体、32-扩散器、33-针型阀芯、34-密封胶圈、311-轴向孔、312-钻孔、321-壳体容纳腔、322-流量调节通道、323-射流通道。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
参照图1，本发明的空泡水动清刷器包括：第一壳体1、工作喷嘴2、轮子4和延长杆5。其中，第一壳体1为空心结构，其上设置有高压水流接管6，高压水流接管6用于将高压水(10-15兆帕)输入第一壳体1的中心部分；工作喷嘴2设置在第一壳体1的两端，高压水倾斜的喷向被清理物体的表面7，两端的工作喷嘴2的喷水方向均朝向里侧，并且两个工作喷嘴2的轴线与被清理物体的表面7之间的夹角均为α，同时两个工作喷嘴2的轴线沿清刷器移动的方向略有偏移；轮子4也设置在第一壳体1的两端，并且位于工作喷嘴2的外侧，轮子4用来移动清刷器、保持工作喷嘴2与被清理物体的表面7二者之间的距离不变；延长杆5安装在第一壳体1上，优选以可拆卸的方式安装在第一壳体1上，操作员通过拉动延长杆5可方便的移动清刷器。
工作喷嘴2喷水时，清刷器会产生后坐力，后坐力具有水平分立和垂直分力两个分力，我们通过设计，使两个工作喷嘴2的喷水方向均朝向里侧，这样一来可以有效减少后坐力的水平分立。
作为一种优选的方案，工作喷嘴2的轴线与被清理物体的表面7之间的夹角α的大小为5°～30°。
工作喷嘴2的轴线与被清理物体的表面7之间具有一定的夹角，该种设计有助于减少推斥力(即后坐力的垂直分力)，使它下降到下述指标：
Р推斥力＝2×P后坐力×sinα
其中，Р后坐力为工作喷嘴2射流的后坐力。
可见，推斥力已不再是原来的Р推斥力＝2P后坐力(为2个喷嘴计算的)了。
例如，当α＝12°时，Р推斥力＝0.4×Р后坐力(为2个喷嘴计算的)。
这样一来，为了缓冲该清刷器相对于被清理物体的表面7的后坐力，只需消耗各工作喷嘴2的20％的水量，而不是如原先那样需要消耗各工作喷嘴2的50％的水量，因此有效降低了有效高压水消耗量。
更为优选的是，本发明的空泡水动清刷器还包括：卸荷装置3。卸荷装置3安装在第一壳体1上，其利用自身喷出来的射流来压住清刷器，使清刷器更贴紧被清理物体的表面7。
设置在第一壳体1两端的轮子4的一个作用是：不让清刷器过度接近被清理物体的表面7。因为工作喷嘴2的轴线与被清理物体的表面7之间存在夹角α(5°～30°)，所以工作喷嘴2喷射出来的水流有一个垂直被清理物体的表面7的分力，这个垂直的分力会推清刷器离开被清理物体的表面7。在第一壳体1上安装卸荷装置3后，该卸荷装置3利用自身喷出来的射流可以压住清刷器，使清刷器更贴紧被清理物体的表面7，操作员操作起来更加省力。
作为一种优选的方案，卸荷装置3为流量可调的卸荷装置。
参照图2，流量可调的卸荷装置包括：第二壳体31、扩散器32和针型阀芯33。
下面分别介绍第二壳体31、扩散器32和针型阀芯33的结构特点。
(1)第二壳体
第二壳体31呈圆柱形，末端呈圆锥形，第二壳体31的内部形成有轴向孔311，轴向孔311为第二壳体31的主管道，其直径大小与水泵的生产能力相适应，第二壳体31末端的圆锥面上形成有若干(例如4个或者6个，均匀分布)钻孔312，钻孔312用来连通第二壳体31的主管道和扩散器32的内部。
(2)扩散器
扩散器32呈圆筒形，套在第二壳体31的外部，并且通过螺纹进行连接。扩散器32的内部依次形成有壳体容纳腔321、流量调节通道322和射流通道323，三者均与第二壳体31共轴。
壳体容纳腔321是容纳第二壳体31的结构。
流量调节通道322是扩散器32内的一段缩喉段，其与针型阀芯33相配合，是调节卸荷装置的流量的关键结构。优选的，流量调节通道322的直径Dд是工作喷嘴2的直径dф的1.5倍～2.0倍，长度Lo是直径Dд的2.0倍～2.5倍。通过实验我们发现，在此参数下，调节卸荷装置的流量的效果最佳。
射流通道323是扩散器32末端的渐扩段，其是创造工作射流的主要部件。通过实验我们发现，射流通道323的开度设计成30°-40°时，射流效果最佳。
作为一种优选的方案，第二壳体31和扩散器32之间塞有密封胶圈34。具体的，第二壳体31在非螺纹段形成有环形沟槽，环形沟槽内塞入密封胶圈34。密封胶圈34不仅可以防止水经过螺纹外流，而且有助于固定扩散器32，以便确保液体流量调节过程更加便捷。
更为优选的是，扩散器32的外表面带有压花，压花可预防潜水员转向卸荷装置时手滑。
(3)针型阀芯
针型阀芯33沿第二壳体31的轴线固定安装在第二壳体31的末端，并且尖端伸向扩散器32的流量调节通道322。当扩散器32完全拧紧时，针型阀芯33将流量调节通道322封闭，此时无流体通过。反向旋拧扩散器32时，针型阀芯33逐渐从流量调节通道322内退出，流量调节通道322逐渐被打开，此时有流体通过。
优选的，针型阀芯33的尖端的圆锥角为15°～30°，等粗段的直径是流量调节通道21的直径的1.5倍～2.0倍。
本发明的空泡水动清刷器，其使用方法如下：
(1)站在水上进行操作时，操作员站在底弦漂浮装置(木筏、平底船或小型游艇等)上靠近被清理的物体，高压水泵将高压水输送到该清刷器，操作员按需求调整卸荷装置(流量可调)的运行模式，然后将清刷器拉到船舷并上下移动开始清理操作。
延长杆5的长度取决于底弦漂浮装置(木筏、平底船或小型游艇等)的船侧高度，一般为1.5～2米。
在清理过程中，操作员沿着被清理的船侧表面在他所在的底弦漂浮装置(木筏、平底船或小型游艇等)上移动，或者将底弦漂浮装置(木筏、平底船或小型游艇等)拉到尚未清理的区域旁。
(2)在水下进行操作时，程序与站在水上进行操作时基本相同，不同的是选择短的延长杆(1米以下)，以方便操作员在船侧、船底、水工建筑物墙面等被清理物体的表面7上移动清刷器。
由此可见，无论是有潜水员，还是没有潜水员，本发明的空泡水动清刷器都可以对船体、可潜结构、水利建筑物等物体上的附生物、旧漆层、腐蚀层、沾污等进行清刷处理。
此外，因为安装在第一壳体1两端的轮子4能够保持工作喷嘴2和被清理物体的表面7之间设定的距离以及工作喷嘴2的喷水方向，所以即使在能见度很差(例如浑水或照明不够)的条件下，本发明的空泡水动清刷器也可以保证清理效果。
需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种空泡水动清刷器，其特征在于，包括：第一壳体(1)、工作喷嘴(2)、轮子(4)和延长杆(5)，其中，
所述第一壳体(1)为空心结构，其上设置有高压水流接管(6)；
所述工作喷嘴(2)设置在第一壳体(1)的两端，高压水倾斜的喷向被清理物体的表面(7)，两端的工作喷嘴(2)的喷水方向均朝向里侧，并且两个工作喷嘴(2)的轴线与被清理物体的表面(7)之间的夹角均为α，同时两个工作喷嘴(2)的轴线沿清刷器移动的方向略有偏移；
所述轮子(4)也设置在第一壳体(1)的两端，并且位于工作喷嘴(2)的外侧；
所述延长杆(5)安装在第一壳体(1)上，操作员通过拉动延长杆(5)可方便的移动清刷器。
2.根据权利要求1所述的空泡水动清刷器，其特征在于，所述两个工作喷嘴(2)的轴线与被清理物体的表面(7)之间的夹角α的大小为5°～30°。
3.根据权利要求1所述的空泡水动清刷器，其特征在于，所述延长杆(5)以可拆卸的方式安装在第一壳体(1)上。
4.根据权利要求1、2或3所述的空泡水动清刷器，其特征在于，还包括：卸荷装置(3)，所述卸荷装置(3)安装在第一壳体(1)上，其利用喷出来的射流来压住清刷器，使清刷器更贴紧被清理物体的表面(7)。
5.根据权利要求4所述的空泡水动清刷器，其特征在于，所述卸荷装置(3)为流量可调的卸荷装置。
6.根据权利要求5所述的空泡水动清刷器，其特征在于，所述流量可调的卸荷装置包括：第二壳体(31)、扩散器(32)和针型阀芯(33)，
所述第二壳体(31)呈圆柱形，末端呈圆锥形，第二壳体(31)的内部形成有轴向孔(311)，轴向孔(311)为第二壳体(31)的主管道，其直径大小与水泵的生产能力相适应，第二壳体(31)末端的圆锥面上形成有若干钻孔(312)，钻孔(312)用来连通第二壳体(31)的主管道和扩散器(32)的内部；
所述扩散器(32)呈圆筒形，套在所述第二壳体(31)的外部，并且通过螺纹进行连接，扩散器(32)的内部依次形成有壳体容纳腔(321)、流量调节通道(322)和射流通道(323)，三者均与第二壳体(31)共轴；
所述针型阀芯(33)沿第二壳体(31)的轴线固定安装在第二壳体(31)的末端，并且尖端伸向扩散器(32)的流量调节通道(322)，当扩散器(32)完全拧紧时，针型阀芯(33)将流量调节通道(322)封闭，此时无流体通过，反向旋拧扩散器(32)时，针型阀芯(33)逐渐从流量调节通道(322)内退出，流量调节通道(322)逐渐被打开，此时有流体通过。
7.根据权利要求6所述的空泡水动清刷器，其特征在于，所述针型阀芯(33)的尖端的圆锥角为15°～30°，等粗段的直径是流量调节通道(322)的直径的1.5倍～2.0倍。
8.根据权利要求6所述的空泡水动清刷器，其特征在于，所述所述扩散器(32)的流量调节通道(322)的直径Dд是工作喷嘴(2)的直径dф的1.5倍～2.0倍，长度Lo是直径Dд的2.0倍～2.5倍。
9.根据权利要求6所述的空泡水动清刷器，其特征在于，所述扩散器(32)的射流通道(323)的开度为30°-40°。
10.根据权利要求6所述的空泡水动清刷器，其特征在于，所述第二壳体(31)和扩散器(32)之间塞有密封胶圈(34)。
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