基于空化技术的船舶污底监测清除装置的制作方法

本发明属于船舶清洗领域，具体涉及一种基于空化技术的船舶污底监测清除装置。

背景技术：

船舶作为一种海上交通工具，具有装载货物多，运费低廉等许多优点，但是由于远洋运输中的船舶常年航行在水生物种类无比丰富的海洋上，不可避免的会出现海洋生物附着在船舶底部的现象。船体附着物将对船舶造成重大影响，一方面，船体附着物将显著增加船舶运行阻力，经过实验测定，当航速为2-9kn时，船体附着生物会使船舶的航行阻力增加3倍，此外，海洋生物在螺旋桨上附着使螺旋桨的有效输出功率减小为原来的80%；另一方面，久未清除的附着生物将可能对船体防护漆造成影响，加速船体腐蚀，带来安全隐患，影响航行安全。

为了保证船舶的运输安全和效率，船舶需要定期进行进坞修理，然而进坞修理会增大船舶营运成本，导致航期拖延，不利于航运公司经济效益的提高。另外，船底附着物的清除通常由人工进行，其劳动环境、卫生条件差，劳动强度大，是重复性极强的体力劳动，清除效率低。现有的人工清除船底附着物的方式通常包括：采用钢制刷盘进行清污、采用高压射流进行清污。钢制刷盘方式清污应用最为广泛，具有成本较低、结构简单等优点，但其存在对复杂曲面适应性不足、可能对船体防污底漆造成影响等缺点。高压射流清洗方式通过高压水对船底附着物进行清理，清理效果较好，但是目前多应用在船坞清理中，清污成本高。因此，我们迫切需要一种能自动清除船体附着物的装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种无需进坞就能对船底附着物进行清除，不影响船舶航期，清污成本低的基于空化技术的船舶污底监测清除装置。

发明所采用的技术方案是：

一种基于空化技术的船舶污底监测清除装置，其包括设置在母船或岸基上的控制器、通过线缆与母船连接的遥控潜水器模块，所述遥控潜水器模块上设有清洗模块和监测模块；控制器控制遥控潜水器模块、清洗模块和监测模块工作；

所述遥控潜水器模块包括遥控潜水器、位于遥控潜水器上的履带行走机构、位于遥控潜水器上的电磁吸附机构、位于履带行走机构上的永磁铁；控制器控制履带行走机构的行走、停止及转向；控制器控制电磁吸附机构工作，使其具有磁性或无磁性。

所述清洗模块包括空化射流清洗机构与超声空化清洗机构，所述空化射流清洗机构包括供水箱、高压水泵、空化射流清洗盘，所述供水箱、高压水泵置于母船上，所述空化射流清洗盘上设有可旋转的空化射流喷头，高压水泵的输入端与供水箱连通，高压水泵的输出端通过水管与空化射流喷头连接，高压水泵通过控制器控制其工作，空化射流喷头通过控制器控制其旋转；所述超声空化清洗机构包括超声波发生器和与超声波发生器连接的换能器，超声波发生器通过控制器控制其工作。

按上述方案，所述超声波发生器产生20-40khz的超声波，采用低频率的超声波可以实现更好的空化作用。

按上述方案，所述换能器有多个，呈阵列布设，将换能器采用阵列布设可以很大程度的提升换能器效率，实现最佳的空化效果。

按上述方案，所述监测模块包括前摄像头、水下照明设备和后摄像头；所述前摄像头通过前摄像头支架安设在遥控潜水器前端，置于空化射流清洗盘上方；所述水下照明设备置于空化射流清洗盘上方，所述后摄像头通过后摄像头支架安设在遥控潜水器尾部，前摄像头、后摄像头将采集的数据传递给控制器，控制器控制前摄像头支架、后摄像头支架的转动，从而实现前摄像头、后摄像头拍摄角度的变化。前摄像头、后摄像头可随其支架进行水平以及俯仰方向上的运动，以实现更好监测效果，以提高清洗效率及清洗效果。

按上述方案，所述空化射流清洗盘包括盘体，所述盘体上设有入口和出口，入口的直径大于出口的直径；且该入口与高压水泵的输入端相连通，该出口与空化射流喷头连通，该结构可以使船底附着物快速掉落，提高清除效率。

按上述方案，所述水箱通过管道与母船上的高压泵站相连；该高压泵站拥有20mpa以上的额定工作压力，通过管道实现对所述空化射流清洗机构的供水。

按上述方案，所述履带行走机构包括驱动设备、柔性履带，所述柔性履带上设有永磁铁，从而使柔性履带具有磁性，在柔性履带外包装一层丁氯橡胶，以防止履带损害船舶防污底漆；该驱动设备包括交流伺服电机及其减速设备；交流伺服电机采取外接电源供电，电能由母船提供；所述柔性履带结合永磁铁可实现一定程度的吸附功能。

按上述方案，所述电磁吸附机构包括位于遥控潜水器中央的电磁吸附吸盘；所述前摄像头、后摄像头采用防水设计，可满足水下拍摄需求。

按上述方案，所述照明设备与前摄像头同轴移动实现照明；所述遥控潜水器内设有浮体，可防止清除装置操作不慎落入水中。

按上述方案，所述超声空化清洗机构的换能器安装于遥控潜水器底部，通过超生空化效应实现船体附着物的清洗，这样可以实现空化射流和超声空化清洗方式的互补，实现更好的清洗效果。

按上述方案，遥控潜水器采取外接能源的电气驱动，通过交流电机实现驱动。遥控潜水器模块的行走方式为履带式，通过主动轮驱动结合永磁铁的履带实现行走。通过控制履带行走机构的两个步进电机的转速，实现履带行走机构的差速转向，因此本履带行走机构具有很高的灵活性。

按上述方案，遥控潜水器上安装有测距设备，以实现对靶距的监测；位于母船或者岸基的操作人员可通过测距信息调整摄像头视角、空化射流喷头旋转角度，从而实现较好的船底附着物清除效果。

本发明的有益效果在于：

本发明结合高压空化射流技术和超声空化技术，对在航船舶进行适时地污底监测和清理工作，无需进坞修理，确保了航期，也节约了清理成本；

通过控制器实现船体附着物的清理，清理效率高，清理效果好；

设置后摄像头，实现对清污效果的监测；

不会破坏船舶防污底漆，提升了清除效率，提高了清除效果，延长了船舶使用寿命；

通过电磁吸附与永磁吸附结合的方式实现船体吸附，可以充分保证本装置吸附在船舶表面；从而确保船体附着物的顺利清除。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是基于空化技术的船舶污底监测清除装置的结构示意图；

图2是基于空化技术的船舶污底监测清除装置的俯视结构示意图；

图3是基于空化技术的船舶污底监测清除装置的仰视结构示意图；

图4是空化射流清洗盘的局部结构示意图；

图5是超声空化清洗机构的结构示意图；

图6是本发明的工作流程示意图；

其中：1、遥控潜水器，2、履带行走机构，3、电磁吸附机构，4、空化射流清洗盘，4.1、盘体，4.2、入口，4.3出口，5、空化射流喷头，6、超声空化清洗机构，6.1、超声波发生器，6.2、换能器，7、前摄像头，8、水下照明设备，9、后摄像头，10、外接管线接口，11、船体。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1-图5，一种基于空化技术的船舶污底监测清除装置，其包括设置在母船或岸基上的控制器、通过线缆与母船连接的遥控潜水器模块，遥控潜水器模块上设有清洗模块和监测模块；控制器控制遥控潜水器模块、清洗模块和监测模块工作。遥控潜水器模块包括遥控潜水器1、位于遥控潜水器1上的履带行走机构2、位于遥控潜水器1底部的电磁吸附机构3、位于履带行走机构2上的永磁铁；在遥控潜水器1上设有外接管线接口10；电磁吸附机构3包括电磁吸附吸盘；控制器控制履带行走机构2的行走、停止及转向；控制器控制电磁吸附机构3工作，使其具有磁性或无磁性，以便于将遥控潜水器1固定在母船上。遥控潜水器模块通过控制履带行走机构2的两个步进电机的转速，实现履带行走机构2的差速转向，具有很高的灵活性。清洗模块包括空化射流清洗机构和超声空化清洗机构6；空化射流清洗机构包括供水箱、高压水泵和2个空化射流清洗盘4；供水箱、高压水泵置于母船上；空化射流清洗盘4上设有可旋转的空化射流喷头5，高压水泵的输入端与供水箱连通，高压水泵的输出端通过水管与空化射流喷头5连接，高压水泵通过控制器控制其工作，空化射流喷头5通过控制器控制其旋转。超声空化清洗机构6包括超声波发生器6.1和与超声波发生器6.1连接的呈阵列布设的换能器6.2；超声波发生器6.1产生20-40khz的超声波，以便更好的实现空化作用；超声波发生器通过控制器控制其工作。监测模块包括前摄像头7、水下照明设备8和后摄像头9；前摄像头7通过前摄像头支架安设在遥控潜水器1前端，置于空化射流清洗盘4上方；水下照明设备8置于空化射流清洗盘4上方；后摄像头9通过后摄像头支架安设在遥控潜水器1尾部，前摄像头7、后摄像头9将采集的数据传递给控制器，控制器控制前摄像头支架、后摄像头支架的转动，从而实现前摄像头7、后摄像头9拍摄角度的变化，实现大范围的船舶污底的监测。前摄像头7、后摄像头9可随其支架进行水平以及俯仰方向上的运动，以实现更好监测效果，提高清洗效率及清洗效果。

参见图4，为了使船底附着物快速掉落，提高清除效率，空化射流清洗盘4包括盘体4.1，盘体4.1上设有入口4.2和出口4.3，入口4.2的直径大于出口4.3的直径，以便更好的实现射流；且该入口4.2与高压水泵的输入端相连通，该出口4.3与空化射流喷头5连通。

履带行走机构2包括柔性履带、驱动设备；柔性履带上设有永磁铁，因而柔性履带具有磁性，可实现一定程度的吸附功能；在柔性履带外包装一层丁氯橡胶，以防止柔性履带损害船舶防污底漆；驱动设备包括交流伺服电机及其减速设备；交流伺服电机采取外接电源供电，电能由母船提供。

为了更好的实现监控功能及清洗效果，照明设备8与前摄像头7同轴移动；遥控潜水器1上安装有测距设备，位于母船或者岸基的操作人员可通过测距信息调整前摄像头7视角、空化射流喷头5旋转角度。

本实施例中，采用双清洗盘结构可以更大程度的提升清除效果和清除速度；高压水泵安装在母船上可以更安全可靠的为清洗模块提供高压水；空化射流喷头5用于实现高压水的空化作用，从而达到清除船体附着物的目的；电磁吸附吸盘提供清除装置的主要吸附力；履带行走机构2实现清除装置在船舶外表面的移动，采用永磁和电磁吸附结合的方式使该清除装置可以牢牢的吸附在船体11表面，从而开始后续的清理工作；超声空化清洗机构6的换能器实现声能与机械能的转化，从而在水中产生空化气泡，达到清除附着物的目的；换能器呈阵列布设，实现声能到机械能转化过程中更少的能量损失以及更佳的空化作用；通过控制器实现附着物的自动清除，可以更加准确的判断清除效果和更加可靠的进行清除作业，使清除作业变得简单。

如图6所示，船舶污底清除装置由母船释放，通过监测模块监测船舶污底，当船舶表面不需要清洗时，清除装置回收至母船；当船体需要进行附着物清洗时，母船将清污装置释放至船体水线处，此时，清污装置通过吸附装置吸附至船体表面，由控制器的操作人员操作其进行视频监测及清洗。视频信号通过双绞线实时回传以便现场操作人员做出准确判断。当清除范围较大超出清除装置的极限时，清污装置通过履带行走机构进行移动，扩大清除范围，待清洗完成后，由母船或岸基进行回收。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。