一种船体高压旋转水流清理设备及其使用方法与流程

本发明涉及水下清理设备技术领域，主要是涉及用于清除船体海洋污损生物的清理设备及使用方法。

背景技术：

海洋污损生物是生长在船底和海中的一切设施表面的动物、植物和微生物的通称，这些生物一般是有害的，其危害作用称为生物污损(又称生物污底)。对于船舶来说，海洋污损生物会吸附在船体上，会增大船舶的流体力学体积和摩擦影响，致使阻力最高增大60％。阻力增大导致速度最多降低10％，需要增加最多40％的燃料来进行补偿，不仅破坏美观性，更导致船舶航行速度放缓，燃料成本、维修成本由此而上升。

海洋防污就是利用物理或化学的方法阻止海生物在物体表面的附着生长，或使之脱离表面。目前常用的防污方法是机械清除法和涂装防污涂料法结合，在船体涂装与污损生物间的粘附强度较弱的防污涂料，再通过水流冲刷或机械清除即可使污损生物脱离表面。

申请号为：cn201710528318.0的中国发明专利中公开了“一种基于rov的水下高压水射流清理旋转喷枪”的技术方案，该发明一方面通过rov(遥控潜水器)给液压马达提供动力，通过二级减速齿轮带动喷枪旋转；另一方面通过上端盖连接高压发生装置的水管将水加压并注入，通过喷枪进入喷枪旋转头内，再分流给两个高压水射流喷嘴。高压水射流喷嘴做匀速圆周运动并射出高压水射流，最后通过rov机械臂操控进行清洗工作。上述技术方案中喷枪的旋转由液压马达和二级减速齿轮驱动，不仅结构设计复杂，制造成本较高，而且rov为液压马达提供动力，能耗增加，缩短了单个rov在水下的工作时间，船体除污效率低下。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种结构简单、无需rov提供旋转动力的清理设备。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种船体高压旋转水流清理设备，包括水下机器人、基座和高压水流清理组件；所述基座的一侧固连于所述水下机器人的机械手臂上；所述高压水流清理组件安装于所述基座的另一侧；

所述高压水流清理组件包括高压水管、固定座和数个喷头；所述固定座与所述基座连接；数个所述喷头呈圆周阵列形式安装于所述固定座中；所述高压水管与所述水下机器人中的高压水泵连接；所述高压水管对应每个所述喷头均设置有分接头；

所述喷头包括旋转座、旋杯和柔性高压水管；所述旋转座内具有密封腔室，所述密封腔室内安装有轴承；所述旋杯的一端安装于所述轴承内圈中；所述旋杯的另一端具有扩口的锥形腔室，所述柔性高压水管置于所述旋杯中，其一端延伸至所述旋杯外部与所述分接头连接，另一端与所述锥形腔室的扩口处平齐。

作为本发明的优选方案之一，所述旋转座相对所述基座的一端与所述旋杯的外壁之间设置有自润滑密封圈。

进一步优选的，所述旋转座对应所述基座的一端为连接端；所述连接端包括设置有螺牙孔的连接部，以及突出于所述连接部的一圈包容部；所述包容部内设置有与所述连接部紧配连接的尼龙垫圈。

作为本发明的优选方案之一，所述基座对应所述高压水流清理组件一侧的四个角处各铰接有一个限高轮；所述限高轮的两侧各采用弹簧与所述基座固连；所述高压水流清理组件内缩于四个所述限高轮围成的区域内，所述喷头的扩口距离所述限高轮的高度为20mm～50mm。

作为本发明的优选方案之一，每组所述高压水流清理组件还包括一块置于所有所述喷头外周的防撞保护罩；所述防撞保护罩采用数片连接板与所述固定座固连。

作为本发明的优选方案之一，所述固定座与所述基座之间设有调节所述高压水流清理组件安装高度的高度调节块。

进一步优选的，所述固定座与所述基座之间采用一组铰接支架连接；所述高度调节块置于所述固定座与所述基座之间构成的三角区域内。

作为本发明的优选方案之一，所述基座相对所述高压水流清理组件的一侧安装有配重块，优选的，所述基座上设置有数行数列的螺丝孔；所述配重块的螺栓锁紧于所述螺丝孔中。

除此之外，本发明还提供了一种权利要求1中所述的船体高压旋转水流清理设备的使用方法，包括以下步骤：

第一步，将船体侧壁及底部的三维形状图以及水下机器人的位置输入水下机器人的控制器中；控制器根据输入信息计算出水下机器人的运行路径；

第二步，利用水下机器人带动清理设备来至船体处；

第三步，利用水下机器人机械臂中安装的数个传感器调整清理设备的姿态，以保证喷头的扩口垂直于船体的被清理面，并始终保持20mm～50mm的距离；

第四步，利用水下机器人沿计算出的路径带动清理设备匀速运行。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：

1)向柔性高压水管内注入高压水(海水)后，柔性高压水管因为压力而移动，并沿着旋杯的锥形腔室内壁高速旋转，旋转的高压水流扰动环境中靠近扩口处的海水产生连续的震波；震波持续冲击船体表面，可轻易将附着的海洋污损清除；柔性高压水管的旋转动力来自于注入的高压水，无需rov提为其供动力，如此便无需设置旋转动力传递转化的机构，优化了清理设备的机构，降低了清理设备的制造成本；

2)本发明设置的旋杯在柔性高压水管旋转的同时会跟随水管一同旋转，如此便可降低水管的旋转阻力和摩擦力，延长了柔性高压水管的使用寿命；

3)本发明设置的限高轮压在船体表面，如此便可将喷头扩口到船体的距离一直保持在20mm～50mm的最佳工作距离中；

4)本发明设置的限高轮与基座铰接并采用弹簧实现弹性连接，如此喷头扩口便可始终保持垂直船体的状态，提高了海洋污损的清除效率和效果；

5)本发明设置的高度调节块可以根据船体外表的流线形状调节高压水流清理组件的安装高度和角度，如此便可将喷头扩口调节至垂直船体的状态，提高了海洋污损的清除效率和效果；

6)本发明设置的配重块可增加清除设备的重量，如此清除设备便可下潜至船底开展清除工作；

7)本发明设置的基座上设有竖排数列螺丝孔，如此可降低清除设备在水下的行走阻力，延长了水下机器人的单次工作时长。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为实施例一所公开的船体高压旋转水流清理设备的仰视图；

图2为实施例一所公开的船体高压旋转水流清理设备的侧视图；

图3为实施例一所公开的喷头的剖视图；

图4为实施例二所公开的船体高压旋转水流清理设备的侧视图；

图5为实施例三所公开的高压水流清理组件与基座的连接结构示意图。

图中数字表示：

10.基座20.高压水流清理组件21.固定座

22.喷头24.防撞保护罩25.连接板

221.旋转座222.旋杯223.柔性高压水管

224.螺栓225.包容部226.尼龙垫圈

227.锥形腔室228.密封圈229.插槽

30.限高轮40.弹簧60.铰接支架

70.高度调节块

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例一

请参阅图1和2，其为本实施例提供了一种船体高压旋转水流清理设备，用于清除船体海洋污损生物。上述清理设备包括水下机器人(图中未示出)、基座10和四组高压水流清理组件20；基座10的一侧固连于水下机器人的机械手臂上；高压水流清理组件20安装于基座10的另一侧。参见图2，高压水流清理组件20包括高压水管(图中未示出)、固定座21和六个喷头22；固定座21与基座10连接；六个喷头22呈圆周阵列形式安装于固定座21中；高压水管与水下机器人中的高压水泵连接；高压水管对应每个喷头22均设置有分接头。

参见图3，喷头22包括旋转座221、旋杯222和柔性高压水管223。旋转座221对应基座10的一端为连接端；连接端包括设置有螺牙孔的连接部，以螺栓224穿过基座10锁进螺牙孔内实现了喷头22的固定。连接端对应基座10的一侧设置有突出于连接部的一圈包容部225；包容部225内设置有与连接部紧配连接的尼龙垫圈226，该尼龙垫圈226相当于的作用相当于垫片，可以防止螺栓224松动。旋转座221内具有密封腔室，密封腔室内安装有轴承220，旋杯222的一端安装于轴承内圈中另一端具有扩口的锥形腔室227；柔性高压水管223置于旋杯222中，其一端延伸至旋杯222外部与分接头连接，另一端与锥形腔室227的扩口处平齐。水下机器人的高压水泵向柔性高压水管223内注入高压海水后，柔性高压水管223因为压力而移动，并沿着旋杯222的锥形腔室227内壁高速旋转，旋转的高压水流扰动环境中靠近扩口处的海水产生连续的震波。震波持续冲击船体表面，可轻易将附着的海洋污损清除。

参见图3，锁进旋转座221的螺栓224中设置有锁进容柔性高压水管223穿过的过孔，旋转座221相对基座10的一端设置容旋杯222插入并与螺牙孔连通的插槽229。插槽229的内壁嵌设有上述轴承，旋杯222的一端插设于插槽229内并安装于轴承内圈中。旋转座221与旋杯222的外壁之间设置有自润滑密封圈228，密封圈228在旋转座221内构成了上述密封腔室。

参见图2，每组高压水流清理组件20还包括一块置于所有喷头22外周的防撞保护罩24；防撞保护罩24采用数片连接板25与固定座21固连。

本实施例还提供了一种船体高压旋转水流清理设备的使用方法，包括以下步骤：

第一步，将船体侧壁及底部的三维形状图以及水下机器人的位置输入水下机器人的控制器中；控制器根据输入信息计算出水下机器人的运行路径；

第二步，利用水下机器人带动清理设备来至船体处；

第三步，利用水下机器人机械臂中安装的数个传感器调整清理设备的姿态，以保证喷头22的扩口垂直于船体的被清理面，并始终保持20mm～50mm的距离；

第四步，利用水下机器人沿计算出的路径带动清理设备匀速运行。

清理设备根据事先计算得出的运行路径行走，能够实现对船体全面清除的工作，而且利用水下机器人机械臂中传感器能够将喷头22扩口到船体的距离一直保持在最佳工作距离中，提高了清理设备的清除效果。

实施例二

除实施例一中所公开的内容外，实施例一中公开的基座10对应高压水流清理组件20一侧的四个角处各铰接有一个限高轮30(参见图4)。限高轮30的两侧各采用弹簧40与基座10固连。四组高压水流清理组件20内缩于四个限高轮30围成的区域内，喷头22的扩口距离限高轮30的高度为20mm～50mm。限高轮30压在船体表面，如此便可将喷头22扩口到船体的距离一直保持在最佳工作距离中。

实施例三

除实施例二中所公开的内容外，实施例二中公开的固定座21与基座10之间设有调节高压水流清理组件20安装高度的高度调节块。

进一步优选的，参见图5，固定座21与基座10之间采用一组铰接支架60连接；高度调节块70置于固定座21与基座10之间构成的三角区域内。在高度调节块70可以根据船体外表的流线形状调节高压水流清理组件20的安装高度和角度，如此便可将喷头22扩口调节至垂直船体的状态，提高了海洋污损的清除效率和效果。在高度调节时，需解除固定座21与基座10之间的铰接关系，因此，铰接支架60选择易拆卸的结构。

实施例四

除实施例三中所公开的内容外，实施例三中公开的基座10相对高压水流清理组件20的一侧安装有配重块。配重块可增加清除设备的重量，如此清除设备便可下潜至船底开展清除工作。

基座10上设置有数行数列的螺丝孔，配重块中也设置有数行数列的螺丝孔，配重块的螺栓锁紧于螺丝孔中后两者的螺丝孔重合。基座10和配重块设置的螺丝孔可降低清除设备在水下的行走阻力，延长了水下机器人的单次工作时长。

对这些实施例的多种修该对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。