УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ПОДВОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ СУДОВ
DEVICE OF SHIP UNDERWATER SURFACE AERODYNAMIC CLEANING

Изобретение относится к области защиты корпусов судов, находящихся на плаву, в частности к устройствам для подводной электрогидродинамической очистки поверхности корпусов судов, а также гидротехнических сооружений от биологического обрастания.
Известно устройство гидродинамической очистки поверхностей, включая подводные поверхности корпусов судов, при котором на очищаемую поверхность воздействуют фокусированным акустическим излучением, вызывающим кавитацию жидкости в фокусной точке, и устройство для осуществления данного способа, выполненное в виде гидроакустической антенны (патент РСТ (WO) 93/11996. кл. B63B 59/10, 3/22, 24.06.93).
Однако этому устройству присущи низкая производительность работ из-за отсутствия механизма выноса загрязнения из зоны очистки и неизбежное повреждение лакокрасочного покрытия очищаемой поверхности твердыми фракциями обрастания из-за абразивного эффекта. Кроме этого, кавитация жидкости повышает затухание проходящих в ней звуковых волн, что снижает отдачу полезной энергии акустических антенн при их больших габаритах и фокусных расстояниях.
Известно устройство подводной очистки корпусов судов, в котором на очищаемую поверхность воздействуют струей воды под давлением, вытекающей из сопла рабочего органа, создавая вокруг струи затопленную область с регулируемым расходом воды, примыкающую к обрабатываемой поверхности, причем очистку ведут при режимных параметрах, обеспечивающих условие возникновения кавитации в затопленной полости около очищаемой поверхности (авт. св. СССР 1102712, кл. В63В 59/08, 17.03.82).
Однако это устройство характеризуется низкой производительностью очистных работ из-за малой рабочей зоны струи, что снижает эффективность работ.
Известно также устройство для гидродинамической очистки поверхностей от отложений, представляющее собой рабочий орган с профилем проточного канала, образованным соосно расположенными входным конфузором, цилиндрической частью и выходной частью, выполненной по форме конфузора (авт. св. СССР 1636072, кл. В08В 3/02, 23.12.85).
Недостатком устройства является то, что оно формирует обычную струю воды относительно невысокого давления и требует большего энергопотребления.
Известно устройство для электрогидродинамической очистки поверхностей (RU 92005180, кл. E21C 37/18, 1995), содержащее последовательно установленные электрический разрядник, заполненный водой, для формирования электрического разряда в водной среде первым электрическим разрядом и головку метания кумулятивной струи воды вторым электрическим разрядом.
Недостатком известного устройства является недостаточная производительность, обусловленная малой площадью поперечного сечения кумулятивной струи, требующей больших временных затрат на очистку днищ судов.
Задачей изобретения является повышение производительности подводной электрогидродинамической очистки корпусов судов от биоотложений.
Техническим результатом, обеспечивающим решение указанной задачи, является формирование струи ножевидной формы и повышение ее импульсной энергии.
Указанная задача и достижение заявленного технического результата достигается тем, что устройство электрогидродинамической очистки подводной поверхности судов содержит две гидравлически сообщающиеся трубы малого и большого диаметра с поршнями, внешний конец трубы меньшего диаметра снабжен днищем, выполненным в форме полусферы, в фокусе которой установлены разрядные электроды, а с внешней стороны трубы большего диаметра установлено щелевидное сопло. При этом гидравлически сообщающиеся трубы и установленные в них поршни выполнены с поперечным сечением прямоугольной и/или круглой формы.
Введение в устройство двух гидравлически сообщающиеся труб малого и большого диаметра с поршнями позволяет использовать эффект гидравлического пресса для увеличения силы выброса струи воды пропорционально квадрату отношения диаметров внутренних отверстий большой и малой трубы. Следствием этого является увеличение скорости метания струи воды и повышение ее импульсной энергии. Выполнение днища малой трубы в форме полусферы и установка в ее фокусе разрядных электродов позволяет направить энергию гидроэлектрического разряда вдоль оси трубы малого диаметра и снизить в ней затраты на рассеяние энергии электрического разряда. Это позволяет повысить коэффициент преобразования электрической энергии разряда в гидравлическую энергию и, тем самым, дополнительно повысить энергию водяной струи на выходе устройства. Установка с внешней стороны трубы большего диаметра щелевидного сопла позволяет создать плоскую струю воды высокого давления, выполняющую роль «ножа», ориентированного острой кромкой перпендикулярно направлению выброса струи. Это позволяет заменить «точечную» очистку судов от биоотложений, характерную для известных электродинамических устройств очистки, на «площадную» при каждом электрическом разряде и, тем самым, сократить время очистки больших поверхностей судов от биоотложений. В целом указанные технические преимущества позволяют повысить производительность устройства по электрогидродинамической очистке подводных поверхностей корпусов судов от биоотложений.
Фиг.1 представляет поясняющую конструкцию устройства для электрогидродинамической очистки поверхностей подводной части корпусов судов от биологических нарастаний, на фиг.2 - вид устройства сверху.
Устройство 1 электрогидродинамической очистки содержит две гидравлически сообщающиеся трубы 2 и 3 соответственно малого и большого диаметра с поршнями 4 и 5. Внешний конец трубы 2 снабжен днищем, выполненным в форме полусферы 6. В фокусе полусферы 6 установлены разрядные электроды 7 и 8. В центре полусферы 6 установлен перепускной клапан 9. В нормальном положении перепускной клапан 9 выполнен открытым. Пространство труб 2 и 3 между поршнями 4 и 5 заполнено гидравлической жидкостью, например маслом ГТ-50, ЭШ, ГТН или водой. Поршни 4 и 5 снабжены возвратными пружинами 10 и 11 соответственно. С внешней стороны трубы 3 установлено щелевидное сопло 12 с плоской щелью 13. Щель 13 сопла 12 выполнена с размерами (2÷3)×(300÷400) мм. Нижние значения размеров щели 13 выбраны из условия возможности заполнения забортной водой полости трубы 3 в период между электроразрядами в трубе 2, а верхние значения - из условия формирования плоской струи воды с энергией, достаточной для резки биологических нарастаний (раковин, моллюсков и продуктов их жизнедеятельности) на расстоянии 15÷20 см от выхода сопла 11. Гидравлически сообщающиеся трубы 2 и 3 и установленные в них поршни 4 и 5 выполнены с поперечным сечением прямоугольной и/или круглой формы. Соотношения диаметров труб 2 и 3 и их поршней 4 и 5 выбрано из условия создания давления выходной струи жидкости 120÷180 атмосфер. С верхней стороны корпуса устройства 1 закреплена фигурная рукоятка 14 с возможностью ее захвата двумя руками. Питание данного устройства электрогидродинамической очистки, как и известного (RU 92005180, кл. Е21С 37/18, 1995), осуществляется с помощью герметизированного высоковольтного кабеля 15 от внешнего источника 16 электропитания, установленного на палубе судна или на пирсе. Источник 16 питания содержит емкостной накопитель 17 энергии с выпрямителем 18 и электронным коммутатором 19.
Работа устройства состоит в следующем. Водолаз подключает к разрядным электродам 7 и 8 устройства 1 токопроводы кабеля 15 внешнего источника 16 питания, установленного на борту судна. Затем погружается вместе с устройством 1 под воду. При этом через открытый в нормальном состоянии клапан 9 и через щель 13 воздушные полости труб 2, 3 и сопла 12 заполняет забортная вода. Далее по команде водолаза включают электронный коммутатор 19 источника 16 в режим коммутации с частотой 0.5÷1 Гц. При этом на разрядные электроды 7 и 8 с обкладок накопителя 17 через кабель 14 подается в импульсном режиме высоковольтное напряжение. При этом за счет разности потенциалов между электродами 7 и 8 в фокусе полусферы 6 в течение доли ÷ единицы микросекунд происходит электрический разряд емкостного накопителя 17. В результате этого разряда происходит мгновенное испарение воды между электродами. Давление воды в трубе 2 между полусферой 6 и поршнем 4 мгновенно повышается, клапан 9 закрывается. Гидравлическая ударная волна сферической формы с помощью полусферического отражателя (полусферы 6) преобразуется в продольную волну, распространяющуюся вдоль оси трубы 2 и толкающую поршень 4. При этом во второй трубе 3 сила давления увеличивается во столько раз (по сравнению с силой в трубе 2) во сколько площадь ее поперечного сечения больше площади поперечного сечения трубы 2. Практически мгновенное увеличение при этом давления во второй трубе 3 приводит к выбросу плоской режущей струи 20 воды через щелевидное отверстие 13 сопла 12. При этом формируется режущая струя воды плоской формы давлением 120÷180 атмосфер на расстоянии до 15÷20 см от выхода сопла 12. Под воздействием режущей струи 20 воды происходит резка и отслоение биологических наростов на подводной части поверхности судов. После окончания каждого разрядного импульса в течение единиц секунд на борту судна происходит подзарядка накопителя 16 энергии. Одновременно с процессом зарядки накопителя на борту судна в устройстве электрогидродинамической очистки (находящимся в воде) под воздействием возвратных пружин 10 и 11 поршни 4 и 5 возвращаются в исходное состояние, водозаборный клапан 6 открывается и воздушные полости труб 2, 3 и сопла 12 повторно заполняются забортной водой соответственно через открытый клапан 6 и щель 13 сопла 12. После восстановления устройства 1 электрогидродинамической очистки и накопителя 17 электрической энергии в исходное состояние генерируется очередной электрический импульс и процесс очистки судна от биологических отложений повторяется.
2
При указанных выше характеристиках устройства 1 потенциальная (без учета временных затрат на перемещения водолаза) производительность последнего по очистке подводной части поверхности судна от биологических отложений составляет 100÷150 м за 15÷20 мин.