水射流驱动涡流吸附刷的制作方法

1.本实用新型涉及水下作业结构，具体地说是水射流驱动涡流吸附刷。


背景技术：

2.随着全世界加大了对海洋资源的开发，海洋工程装备的数量也在不断增长，这些产生了巨大的海工装备清洗需求，并对水下清刷装备的性能提出了更高的要求，而水下清刷装备的附着方式和效果直接影响着设备的清刷作业效能。
3.通常水下清刷设备的附着方式主要有两种：一种是通过螺旋桨推力作用使水下作业装备附着于工作表面上，这种方式对于质量过大的水下作业装备而言往往需要推力大的螺旋桨；另一种是使用磁力吸附或真空吸附，真空吸附对壁面光洁度要求高且移动不灵活，磁力吸附虽能较好地附着于工作表面，但对工作表面有材料要求，并且仍有移动不便，能量消耗过大等缺点。
4.空化水射流技术是当前水下清刷设备应用较为广泛的一种高效、无损的清洗技术，此技术在设备清洗作业过程中会产生一定的流体扰动作用，若能基于空化水射流过程产生的流态变化，设计一种高效吸附装置，对于提升水下清刷装备的吸附性能和作业效能具有重要意义。
5.综上，针对当前清刷装备，需要实用新型一种装置来优化其在作业面上的吸附力，实现可靠吸附以提高水下清刷装备的作业效能。


技术实现要素：

6.为达到上述目的，本实用新型提出水射流驱动涡流吸附刷，其特征在于，包括：涡流罩、连接组件、水射流组件、叶轮；
7.所述涡流罩为内腔中空的罩，所述涡流罩的中心设有安装孔；
8.所述涡流罩的外侧安装有所述连接组件；
9.所述连接组件包括旋转接头；
10.所述涡流罩上的安装孔，与涡流罩外的所述旋转接头相连；
11.所述旋转接头的旋转部与所述水射流组件相连；
12.所述涡流罩的内腔中安装有所述水射流组件，及所述叶轮；
13.所述水射流组件包括分水器、清刷杆及喷头；
14.所述清刷杆通过分水器安装在所述旋转接头的旋转部上；所述清刷杆的内部轴向空腔为流体通道；所述流体通道的一端通过所述连接组件与高压供水单元相连；所述清刷杆的远轴端设有喷头，所述喷头与所述流体通道相连；高压供水单元供给的高压水可经管道、旋转接头、分水器射入到清刷杆内流体通道，最后通过所述喷头喷出；
15.所述叶轮安装在所述水射流组件上；
16.所述叶轮与所述清刷杆共同通过分水器安装在所述旋转接头的旋转部上；
17.所述叶轮与所述清刷杆可随所述旋转接头的旋转部相对所述涡流罩进行同步旋
转；
18.所述叶轮与所述清刷杆之间相对固定。
19.作为本实用新型的进一步改进，所述涡流罩为圆形浅盆状结构，内侧为平底面，半径设为r1。
20.进一步的，所述旋转接头通过连接法兰安装在所述涡流罩外侧；
21.所述连接法兰中心开孔，固定安装所述旋转接头的固定端，固定位置密封处理。
22.作为本实用新型的进一步改进，所述旋转接头为高压单向接头；
23.所述旋转接头的旋转部与所述水射流组件螺纹连接，接口处密封处理。
24.进一步的，所述旋转接头的旋转部安装所述水射流组件的分水器；
25.所述分水器输出端均匀开设出水孔；
26.进一步的，所述出水孔成组开设，相对的为一组；
27.更进一步的，所述出水孔安装所述清刷杆的进水端，螺纹连接处密封处理。
28.中心对称安装所述清刷杆的进水端，螺纹连接处密封处理。
29.进一步的，所述清刷杆为空心圆管，最末端加工带有与圆柱轴线呈25
°±5°
夹角的斜面，垂直于斜面开设螺纹孔，安装所述喷头，接口处密封处理。
30.再进一步的，所述清刷杆圆柱面上开设螺纹孔，螺纹孔垂直圆柱轴线，安装所述喷头，接口处密封处理。
31.更进一步的，所述喷头的安装方向朝向作业面；
32.相对安装的两个所述清刷杆上安装的两组所述喷头中心轴线所在平面之间呈钝角γ，所述钝角γ朝向作业面的角度为150
°
～165
°
。
33.所述叶轮包括：叶轮底板、叶片；
34.所述叶轮底板为平面，其半径为r2，r2＝(0.8～0.9)r1，即叶轮底板的外边缘与所述涡流罩内壁之间有(0.1～0.2)r1的间隙。
35.进一步的，所述叶轮底板上开设清刷杆安装槽；
36.优选的，所述叶轮底板上固定安装6～10个叶片，所述叶片沿旋转轴线均匀分布；
37.所述叶片具有圆滑过渡相连的近轴段和远轴段，近轴段和远轴段长度比为1:1并且弯曲方向相反，曲率一致；
38.所述叶片出口安放角β为15
°
～20
°
；
39.所述叶片近轴段宽度为远轴段宽度的0.5倍。
40.工作原理：水射流驱动涡流吸附刷，利用了伯努利原理，叶轮在涡流罩内的转动产生涡流，由于涡流罩内压力小，外部水压大，从而产生压力差，使清刷设备稳定吸附在作业面上。
41.本实用新型装置的有益效果为：
42.1.基于空化水射流清刷方式，在原有清刷装置的基础上进行优化，将水射流产生的推力转化为涡轮旋转的动力，不需要单独设置吸附装置接口，结构简单，易于制造，极大的增加了清刷装置在作业面上的吸附力；
43.2.可模块化：传统吸附装置安装对接繁琐，耗能较大、需要提前设计安装，有较高的配置要求；本实用新型可模块化，该旋转叶片可根据清洁刷大小进行定制，构造简单易于搭载，配置要求较低。
附图说明
44.图1为本实用新型水射流驱动涡流吸附刷结构示意图1；
45.图2为本实用新型水射流驱动涡流吸附刷结构示意图2；
46.图3为本实用新型水射流驱动涡流吸附刷清刷杆安装角度示意图；
47.图4为本实用新型水射流驱动涡流吸附刷结构正面图；
48.图5为本实用新型水射流驱动涡流吸附刷轴向爆炸图。
具体实施方式
49.以下结合结构附图和具体实施例，对本实用新型做进一步说明。
50.如图1至2所示，为本实用新型的水下水射流驱动涡流吸附刷的整体结构示意图，包括涡流罩1、连接组件2、水射流组件3、叶轮4；
51.所述涡流罩1为内腔中空的罩，所述涡流罩1为圆形浅盆状结构，内侧为平底面，中心设有供旋转接头21穿过的安装孔，所述涡流罩1的内腔中安装有所述水射流组件3和叶轮4，另一侧为敞开式结构，工作时敞开侧朝向清刷作业面；
52.所述涡流罩1的外形设计可为涡流形成提供空间，浅盆外形可以减少流体流向垂直工作面方向的运动距离，从而减少能量的损耗，使涡流罩内流体获得更快的流动速度，以形成更好的紊流流态，获得更大的压差。
53.所述旋转接头21为高压单向接头，具有固定端和旋转部，其固定端通过连接法兰22固定安装在所述涡流罩的底板上，与清刷设备的高压供水单元连通，为所述水射流组件3提供高压水；
54.所述旋转接头21的旋转部通过分水器31与所述水射流组件3相连，所述分水器31输出端均匀开设出水孔；所述出水孔成组开设，相对的为一组；所述出水孔安装所述清刷杆32的进水端，螺纹连接处密封处理。
55.使旋转接头内的高压流体均匀射入到清刷杆32的流体通道内；
56.所述旋转接头21的配置保证水射流组件3可自由旋转，而不受上位清刷设备的限制。
57.所述清刷杆32为空心圆管，所述清刷杆32的内部轴向空腔形成流体通道，曲面的设计可以更好地减少其对流体的干扰，降低能量损耗；
58.所述清刷杆32的远轴端加工带有与圆柱轴线呈25
°±5°
夹角的斜面，垂直于斜面开设螺纹孔，安装所述喷头33，以扩大清刷范围，同时喷头33设置的角度可以提供水平分力为清刷杆32的转动提供动力；
59.进一步的，所述清刷杆32圆柱面上开设螺纹孔，螺纹孔垂直圆柱轴线，螺纹孔上安装所述喷头33，所述喷头33喷出的空化水在进行清刷的同时为清刷杆32的转动提供动力；
60.更进一步的，如图3所示，相对安装的两个所述清刷杆上安装的两组所述喷头中心轴线所在平面之间呈钝角γ，所述钝角γ朝向作业面的角度为150
°
，此角度可使空化水对附着物具有一定的切削作用，相对于垂直射入清刷面可减轻水射流对被清刷面母材的破坏，达到清刷目的的同时不伤害母材，并可保证作用在清刷杆上的力使清刷杆沿旋转中心轴同向运动，保证喷射后的作用力可以使清刷杆沿顺时针或逆时针旋转；
61.优选的，所述喷头33安装在清刷杆的外侧，此时产生的旋转力矩最大，可以更高效
的利用喷头喷射时产生的能量。
62.本案例所应用的叶轮转速范围为80r/min～120r/min的低转速叶轮，所述叶轮4与所述清刷杆32共同通过分水器31安装在所述旋转接头21的旋转部上；
63.所述叶轮4与所述清刷杆32可随所述旋转接头21的旋转部相对所述涡流罩1进行同步旋转，而所述叶轮4与所述清刷杆32之间相对固定；
64.所述叶轮4包括：叶轮底板41、叶片42；
65.如图4所示，所述叶轮底板41为平面，其半径为r2，r2＝(0.8～0.9)r1，即叶轮底板的外边缘与所述涡流罩1内壁之间有(0.1～0.2)r1的间隙，在涡流形成的同时，水流可携带清刷残骸物顺利排出涡流罩外；
66.所述叶轮底板41中心开孔，固定安装所述分水器31，沿径向对称开略大于清刷杆32直径的槽，以配合清刷杆32的安装，并避免与清刷杆32之间的干涉；
67.作为本实用新型的进一步改进，将所述叶片42垂直固定安装在所述叶轮底板41上，所述叶片42沿旋转轴线均匀分布；
68.进一步的，所述叶片42选择10片，对称分布于槽的两侧以满足动平衡要求；
69.所述叶片42具有圆滑过渡相连的近轴段和远轴段，近轴段和远轴段长度比为1:1，并且弯曲方向相反，曲率一致，所述叶片出口安放角β为18
°
，双方向、同曲率、小角度的叶片设计，在保证涡流罩内的流体可形成稳定涡流的同时，获得更高的流速，进而产生足够的压差，可使水射流驱动涡流吸附刷在不影响清刷效率的前提下，产生一定吸附力；
70.更进一步的，所述叶片42近轴段圆弧靠近中心的一段的宽度为远轴段宽度的0.5倍，近轴段较小的宽度可以减少叶轮的阻力而远轴段较大的宽度可将动力更好的用于涡流的形成，为了减少叶片在空化水作用下的破坏，叶片选择具有一定厚度的金属材料。
71.进一步的，本实施案例中所有过水的连接处都要进行密封处理以防止高压水的泄漏。
72.具体工作原理如下：高压水进入旋转接头、分水器以及清刷杆组成的流体通道，通过喷头喷出，形成空化水射流实现清刷，同时产生射流的反作用力驱动清刷杆转动，进而带动叶轮旋转可产生涡流实现吸附。
73.吸附力原理如下：根据流体力学中伯努利原理，动能、重力势能以及压力势之和为常数，所以流速增大，压力减小。涡流罩内水域在叶轮搅动下，水流速度增加，压力减小，在涡流罩内形成低压区，与涡流罩外形成压力差从而实现吸附作用。工作时，可以将此设备安装于水下清刷装备上连接高压水，将涡流罩推向待清刷壁面，当高压水泵工作时，高压水通过清刷杆的喷头喷出，进行清刷，此时清刷杆在水射流的反作用力下提供旋转力，带动分水器相对旋转接头的固定端进行旋转，进而通过分水器带动叶轮旋转，叶轮以80r/min～120r/min速度进行旋转，将水从涡流罩内快速向水射流驱动涡流吸附刷与作业面的间隙间排出，从而使涡流罩内的压力低于外部压力，即涡流罩的内外产生了压力差，从而提供了吸附力。除此之外，喷头喷出的高压水也将罩内清刷残骸物清出罩外以避免清刷残骸对清刷杆以及叶轮的磨损。在叶轮形状大小确定下，该吸附力主要由水压大小以及喷头角度决定，当喷头喷射时产生的分力越大则流速越快，产生的压差越大。因此，该涡流清刷装置可根据具体搭载装备的大小、质量来进行调节喷头角度以及水压以满足待清刷表面的清刷和吸附要求，可实现自由吸附于清刷表面上。
74.以上已对本实用新型创造的较佳实施例进行了具体说明，但本实用新型创造并不仅限于所述的实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型创造精神的前提下还可以作出种种的等同的变型或替换，这些等同变型或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。