一种应用于船舶压载水处理的水锤冲击波脉动系统的制作方法

本发明涉及应用于船舶压载水处理的水锤冲击波脉动系统，属于一种压载水杀菌消毒装置。

背景技术：

长期以来船舶一直使用压载水来保证船舶稳性和航行安全。压载水对于船舶，特别是空载船舶的安全是至关重要的。大部分的船舶都使用压载水来调整吃水，改变纵倾，调节稳性，或保持合适的应力。由于压载水的加装地点不同，压载水可以是淡水、河海混合水或是海水。压载水中会含有藻类、软体动物、鱼类和植物等。据估计全球船舶每年携带的压载水大约有30-50亿吨，而船舶每天因压载水所携带的水生物就有7000至10000种。研究表明多种细菌、植物和动物会以不同的形式存活于压载水中。由船舶压载水装换所引起的海洋生物入侵问题给海洋生态环境和可持续发展都带来了越来越严重的威胁。从目前的压载水处理方式中，有海上更换压载水法，过滤、化学处理方法、加热法、电子脉冲和等离子脉冲、紫外线处理、声波处理、磁场处理、脱氧处理、生物技术及防污镀层等10余种方法得到应用或在研究之中。目前研究采用的有机械、物理、以及化学等多种单一的方法，但是应用于船舶上均存在一定的局限性，处理效果不理想。例如，紫外线消毒由于存在穿透力较弱问题，仅能处理较薄的水层，而且受压载水的色度、浊度、有机物和豁类等参数的限制。传统船舶压载水消毒是采用的有机械、物理、以及化学等多种单一的方法，但是应用于船舶上均存在一定的局限性，处理效果不理想。超声波的气蚀过程还会造成水舱壁表面或结构的破坏，给超声波在压载水领域的应用带来了一系列的问题。近些年研究发现：在一定条件下，脉动情况下的空化现象的正面影响一直被忽视，空化发生时伴随空化泡的溃灭，瞬间可以释放出大量的能量，利用该能量实现杀菌和消毒作用，达到增效、节能、降耗的效果。这就为船舶压载水消毒处理提供了新的途径。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提出一种应用于船舶压载水处理的水锤冲击波脉动系统，通过连续的水锤造成压力脉动，将其应用于船舶压载水消毒，可以有效降低成本，而且节能，同时又由于脉动效应，当系统内压力冲击波转变成负相(低压力)时，会发生水力空化效应，可以产生足够大的能量杀死压载水中的微生物和细菌，完成船舶压载水的处理过程。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的应用于船舶压载水处理的水锤冲击波脉动系统，包括压载舱和处理室，所述压载舱依次通过离心泵、旋流分离器、调节阀与处理室进口连接，处理室出口一路通过冲击阀与压载舱连接，处理室出口另一路通过弹簧单向阀和第一储能罐与处理室进口连接；压载舱中的水流过经离心泵提供一定的流速及流量到达水力旋流分离器，通过离心作用把水流中比重较大的颗粒和液体分离，到达处理室，流经冲击阀，当流速达到一定值时，冲击阀关闭，冲击作用力使弹簧单向阀打开，将其正扩散波作用到第一储能罐中，造成了脉动，待其正扩散波消耗完毕转化为负扩散波时，冲击阀自动打开，循环水重新回到压载舱，完成一次循环，往复进行。通过水锤泵冲击阀的开关，在压载水处理系统中造成水锤冲击波，管路压力呈现大振幅周期性的压力脉动，利用脉动系统中的水力空化效应对压载舱中的压载水进行循环消毒。

作为优选，所述冲击阀包含进口端、钢制阀体、轴、冲击垫片、O型密封圈、螺母和出口端，所述钢制阀体为空腔结构，在钢制阀体上设有进口端和出口端，在钢制阀体内设有沿钢制阀体运动的轴，在轴上安装有O型密封圈和冲击垫片，冲击垫片通过安装在轴上的螺母固定，流体从进口端流入，当流体压力过大时，冲击垫片向上推动关闭出口端，流体截止；当流体压力逐渐减小或流体回流时，流体作用力不足以克服冲击垫片的重量，冲击垫片与O型密封圈分离。

作为优选，所述弹簧单向阀包含钢制弹簧阀体、钢珠、弹簧，钢制弹簧阀体设有进口和出口，在进口处设有钢珠，钢珠与弹簧连接，弹簧一端安装在安装板上，安装板固定在钢制弹簧阀体的腔体内，安装板上设有若干个通孔，弹簧作用力将钢珠压紧在钢制弹簧阀体上，切断了弹簧单向阀与执行机构之间的管路。

作为优选，所述第一储能罐材料为不锈钢或塑性材料，形状为长方体或柱状。

作为优选，所述冲击阀的阀体关紧力小于流体的最大冲击作用力，所述弹簧单向阀的阀体关紧力小于产生的最大脉动波压力，弹簧单向阀关紧力为冲击阀关紧力的2倍。

作为优选，所述调节阀与处理室之间设有第二储能罐。

在本发明中，整个系统包括主流路Ⅰ和支路Ⅱ，先采用旋流分离器将压载水中的泥沙和颗粒分离出来，然后将压载水引入主流路I中的压载水处理室。水锤冲击波脉动装置主要由冲击阀、弹簧单向阀、第一储能罐组成，通过冲击阀、弹簧单向阀和第一储能罐1的协调工作，在压载水处理系统中造成周期性的水锤冲击波，管路压力呈现周期性大振幅的压力脉动，当系统内压力冲击波转变成负相(低压力)时，会发生水力空化效应，在处理室内完成船舶压载水消毒杀菌的功能。第二储能罐的作用主要是通过空气可压缩性，防止压力脉动影响离心水泵和旋流分离器的正常工作。也可在压载水处理室进行加药处理，水力空化效应会进一步加强药剂的杀菌作用。

按上述方案，所述的水锤冲击波脉动装置，因弹簧预紧力和钢珠的重量，弹簧单向阀开始很难打开，只有当流体产生脉动冲击波时才可以打开弹簧单向阀。所述的冲击阀压紧力远小于弹簧单向阀，因此当流体介质流速到达临界点时冲击阀将关闭，随着冲击阀的关闭，在右侧回路中产生液压冲击，冲击作用力达到足以使弹簧单向阀打开时，将其正扩散波作用到第一储能罐中，造成了脉动，待其正扩散波消耗完毕转化为负扩散波时，冲击阀自动打开，这样产生的脉动冲击波通过处理室。一方面通过脉动加强了流体的扰动和掺混，另一方面通过压力脉动方式来输送流体，当系统内压力冲击波转变成负相(低压力)时，会发生水力空化效应，产生大量的气泡，可以产生足够大的能量使细胞或微生物直接破裂，极大提高了船舶压载水消毒的效率；而且水力空化对防结垢也有很好的效果；这种水锤冲击波脉动装置具有成本低，装置简单即可以有效节省成本，节能等优点。

按上述方案，冲击阀的阀体和阀座均采用A3或A4钢制作，为防止连续阀座连续冲击阀体出口而造成的疲劳损坏，在阀座上方紧贴一层橡胶垫片，阀座与橡胶垫片之间采用列克纳胶粘接。并可通过调整阀座的重量，获得相应的水锤脉动频率和压力振幅。

按上述方案，弹簧单向阀中的钢珠重量和弹簧预紧力也应可调，与冲击阀相互匹配。获得最佳的水锤脉动频率和压力振幅。

本发明的原理为：压载舱中的水流过经离心泵提供一定的流速及流量到达水力旋流分离器，通过离心作用把比重较大的颗粒和液体分离，到达处理室，流经弹簧单向阀和冲击阀，当流速达到一定值时，阀座前后的压力差迫使冲击阀关闭，在回路中产生液压冲击，冲击作用力足以使弹簧单向阀打开，将其正扩散波作用到第一储能罐中，造成了脉动，待其正扩散波消耗完毕转化为负扩散波时，冲击阀自动打开，循环水重新回到压载舱，完成一次循环，往复进行。通过水锤泵冲击阀的开关，在压载水处理系统中造成水锤冲击波，管路压力呈现大振幅周期性的压力脉动，利用脉动系统中的水力空化效应对压载舱中的压载水进行循环消毒。

有益效果：本发明的应用于船舶压载水处理的水锤冲击波脉动系统，通过水锤泵弹簧单向阀和冲击阀的开关，在系统中造成水锤冲击波，管路压力呈现大振幅周期性的压力脉动，当系统内压力冲击波转变成负相(低压力)时，会发生水力空化效应，产生大量的气泡，极大提高了处理压载水的效率，蓄能罐的作用是控制系统的脉动压力幅值，脉动频率则是由弹簧单向阀和冲击阀的相互匹配决定；本装置较其它压载水消毒处理方法具有成本低、装置简单等特点，利用连续水锤造成的空化效应，从而达到显著的消毒杀菌处理效果。

附图说明

图1为本发明的原理示意图。

图2为水锤脉动装置结构示意图。

图3为冲击阀结构示意图。

图4弹簧单向阀结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1至图4所示，本发明的应用于船舶压载水处理的水锤冲击波脉动系统，包括压载舱1和处理室5，所述压载舱1依次通过离心泵、旋流分离器2、调节阀3、第二储能罐4与处理室5进口连接，处理室5出口一路通过冲击阀6与压载舱1连接，处理室5出口另一路通过弹簧单向阀7和第一储能罐8与处理室5进口连接，第一储能罐8材料为不锈钢或塑性材料，形状为长方体或柱状；压载舱1中的水流过经离心泵提供一定的流速及流量到达水力旋流分离器2，通过离心作用把水流中比重较大的颗粒和液体分离，到达处理室5，流经冲击阀6，当流速达到一定值时，冲击阀6关闭，冲击作用力使弹簧单向阀7打开，将其正扩散波作用到第一储能罐8中，造成了脉动，待其正扩散波消耗完毕转化为负扩散波时，冲击阀6自动打开，循环水重新回到压载舱1，完成一次循环，往复进行。通过水锤泵冲击阀6的开关，在压载水处理系统中造成水锤冲击波，管路压力呈现大振幅周期性的压力脉动，利用脉动系统中的水力空化效应对压载舱1中的压载水进行循环消毒。

在本发明中，所述冲击阀6包含进口端、钢制阀体63、轴65、冲击垫片64、O型密封圈61、螺母62和出口端，所述钢制阀体63为空腔结构，在钢制阀体63上设有进口端和出口端，在钢制阀体63内设有沿钢制阀体运动的轴65，在轴65上安装有O型密封圈61和冲击垫片64，冲击垫片64通过安装在轴65上的螺母62固定，流体从进口端流入，当流体压力过大时，冲击垫片64向上推动关闭出口端，流体截止；当流体压力逐渐减小或流体回流时，流体作用力不足以克服冲击垫片64的重量，冲击垫片64与O型密封圈61分离。

在本发明中，所述弹簧单向阀包含钢制弹簧阀体73、钢珠72、弹簧71，钢制弹簧阀体73设有进口和出口，在进口处设有钢珠72，钢珠72与弹簧71连接，弹簧71一端安装在安装板74上，安装板74固定在钢制弹簧阀体73的腔体内，安装板74上设有若干个通孔，弹簧71作用力将钢珠72压紧在钢制弹簧阀体73上，切断了单向阀与执行机构之间的管路。流体从进口端流入，需要一定的开启压力将钢珠72推动才能够开启，流体才可流通；当流体压力没到到达开启力、停止工作或流体回流时，弹簧71将钢珠72推到入口位置形成密封，起到止回功能。所述冲击阀6的阀体关紧力小于流体的最大冲击作用力，所述弹簧单向阀7的阀体关紧力小于产生的最大脉动波压力，弹簧单向阀7关紧力为冲击阀6关紧力的2倍。

本发明在使用时，整个系统包括主流路Ⅰ和支路Ⅱ，先采用旋流分离器2将压载水中的泥沙和颗粒分离出来，然后将压载水引入主流路I中的处理室5。水锤冲击波脉动装置主要由冲击阀6、弹簧单向阀7、第一储能罐8组成，通过冲击阀6、弹簧单向阀7和第一储能罐8的协调工作，在压载水处理系统中造成周期性的水锤冲击波，管路压力呈现周期性大振幅的压力脉动，当系统内压力冲击波转变成负相(低压力)时，会发生水力空化效应，在处理室5内完成船舶压载水消毒杀菌的功能，冲击阀6自动打开，循环水重新回到压载舱1，完成一次循环，往复进行。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。