船体清洗装置的国内外应用与现状分析

高永宁;丁建龙

【摘 要】Nowadays, surface of ship body clearing at home has been carried out in the inner dock, the automatic clearing equipments that can be used in underwater work need diver do underwater operating, and the costs are very high. The current situation and the relative merits of various equipment of bull cleaning at home and abroad were introduced such as inner dock clearing technology, underwater clearing technology and so on, the development trend of hull cleaning were analyzed, theoretical foundation was proposed for the development of the equipment of hull cleaning.%目前,国内船体表面的清洗作业均是在船坞内进行,能够成功用于水下作业的自动化清洗设备仍需要潜水员下水进行作业,成本高而且工作效率低下.本文介绍了国内外有关船体清洗的现状及各种设备的优缺点及相关技术,如坞内清洗技术、水下清洗技术等,对今后船体水下清洗装置发展动态进行了分析,为船体清洁装置的发展提供了理论依据.

【期刊名称】《新技术新工艺》 【年(卷),期】2012(000)002 【总页数】3页(P28-30)

【关键词】水下清洗装置;发展动态;现状分析;理论依据 【作 者】高永宁;丁建龙

【作者单位】中国船舶重工集团公司第七一○研究所,湖北宜昌443003;中国船舶重工集团公司第七一○研究所,湖北宜昌443003 【正文语种】中 文 【中图分类】U655.53

由于船舶长期在强腐蚀性海水和强附着力的海洋生物环境中航行，难以进行正常维修保养，使得水下部分的船体表面附着藤壶、海藻等难以清除的微生物，还有一些锈皮和锈斑等。一般情况下，因为海洋微生物的附着，导致船舶速度下降10%，为了弥补这些阻力导致的速度下降，船舶要多耗费出40%的燃料。美国海军已经对海生物生长的船体与船舶性能和油耗进行了研究，研究结果表明，一艘轻度生长海生物的船舶在正常巡航速度下能增加油耗15%；一艘重度生长海生物的船舶能使燃油的损耗增加2～3倍[1]。因此，对于船体进行维护是目前国内外海洋运输业等亟待解决的问题。本文先后介绍了国内外相关技术的应用及研究情况。 1 坞内清洗技术 1.1 高压水射流清洗技术

高压水射流，又叫水刀，这种“水射流”的速度一般在1倍马赫数以上，具有巨大的打击能量。这种具有高能量、高速度的水流正向或切向冲击物体表面时产生强烈的作用，从而完成切割、清洗、破碎、光整加工等操作[2]。高压水射流清洗是一种既环保又经济的表面处理手段，在工业和海洋工程中得到了广泛的应用，如图1所示。

合肥通用机械研究所利用高压水射流技术研制的高压水除锈机，可以达到以自动爬壁机器人取代人工手持喷，真空回收锈渣，确保机器人附壁等效果。机器人作为执行机构，安装有超高压旋转接头和由4只喷嘴组成的喷头，喷头的旋转运动由

喷嘴射流的反冲力所形成的转矩驱动来实现，凭借旋转接头的平板间隙密封，使得喷头在超高压自旋转时稳定可靠，同时调整喷嘴（杆）的安装角度，可以改变喷头的旋转速度[3]。

图1 坞内高压水射流清洗作业原理图 1.2 喷砂

船体喷砂清洗是指利用经过压缩的空气带动磨料以一定的速度喷射到工件表面上，通过磨料的冲击将船体表面的氧化皮、铁锈和海洋污损物去除掉，这种工艺是船体清洗行业较为成熟的作业方式，截至目前很多船厂仍在使用。但是由于该技术是采用气动磨料清洗，噪声大，对环境的污染较为严重，而且要求人工参与，所以对人体会造成患“硅肺病”等职业病威胁。

在船坞内进行高压水清洗和喷砂，需要船舶进船坞之后对船体表面进行清理工作，存在着修船期长，船坞不足的问题，同时也增加了船舶的非运营时间和燃油的消耗。此外喷砂会给作业环境带来严重的污染。 2 水下清洗技术

随着海洋运输业的发展，大型船舶和油轮等越来越多，船坞内清洗方式的局限性也越来越明显，应节约能源的需要，各类船体水下清洗技术不断出现。船体水下清洗的方式从手动操作逐渐向机电液一体化方向发展，国内外先后出现了手持式清洁器、大型清洁装置、适应能力很强的机器人等，这些清洁机器的发展越来越能适应水下恶劣的环境及船体的复杂外形，而且工作效率也得到了提高。

由潜水员潜入水下手持小型清洁工具进行作业是船体水下清洗装置的起源，最早用于对较小船舶水下海生物的清洗，该种方式作业灵活，但是需要潜水能力很好的作业人员进行水下作业，因劳动强度大，清洗效率低，仅适用于小型的船体。具体的作业方式是作业人员潜入水下手持气动或液压清洗器，利用操作人员施加外力及转刷产生的负压使之紧贴船体，并推动其向前运动，对船体表面进行氧化皮、铁锈和

海洋污损物清洗，如图2所示。 图2 潜水员手持清洗装置正在作业

典型清洗设备为英国的Ucm公司的The Mini Pamper，如图3a所示；法国的Brush－Kart，如图3b所示；比利时安特卫普的MC312－Typhoon清洗设备，如图3c所示；美国Armadahull公司的SeaRazzorAST－707清洗设备，如图3d所示。水下清洗设备可分为单刷、双刷和三刷设备3种。转刷为英国的Ucm公司研制的钢丝刷，图4a为硅质刷；图4b为不锈钢钢丝制作的刷子。 图3 国外几种水下清洗装置 图4 转刷

潜水员水下清洗过程中，劳动强度大、工作环境条件差等缺点不断暴露出来。为进一步适应海洋的恶劣环境和在低能见度的情况下工作，人们开始寻求水下机器人技术的应用。美国海军研制的水下船体清洗机器人（The Hull BUG）专门用于清除舰船船体表面海生物——藤壶，工作人员在水面遥控操作，该机器人通过负压吸附设施吸附于船体表面，采用轮子作为移动方式，一旦将其布放于指定位置后，不需要任何控制就可以工作了，如图5所示。美国Butterworth公司20世纪70年代初研制成功SCAMP－A型清扫器，在寒冷海域及能见度低的水质情况下进行清洗时优点显著，英国、法国20世纪70年代末到80年代初研制了水下清洗机器人装置，由计算机控制并取得了良好的效果。日本在这方面也开展了大量的研究，取得了成功经验。

国内水下清洗作业的成熟方式仍是购置国外的手动装置，由专业操作员潜入水下进行作业。2006年中国海军购买了专为战舰清洗的清洗设备，由指挥员、监控员、水面操控员和潜水员组成作业组，采用专用吊臂将清洗设备吊入水中，2名潜水员推着清洗设备对水线以下船体进行清洗[4]。实际上，大多数国内船体的清洗工作仍是在船坞内进行，水下清洗作业一般采用高压水清洗机进行清洗，但是仍是作业

人员潜入水下，手持清洗器进行作业，如图6所示。 图5 美国海军研制的水下船体清洗机器人 图6 潜水员手持高压 设备进行水下清洗作业

关于水下船体清洗作业的研究工作，目前国内哈尔滨工程大学很多学者做了不少的尝试，孟庆鑫等人[5]提出了水下船体清刷装置，该装置沿用国外水下手动式清刷装置的清洗原理，采用磁吸附方式对船体进行除锈、涂装等作业。李锋[6]研究将空化水射流技术应用于船体表面的清洗，利用水力机械“汽蚀”的原理，通过人为地在水射流流束内产生许多空泡，利用空泡破裂所产生的强大冲击力来增强射流的作用效果，但是这种方式目前尚处于理论研究阶段，关于空化水射流进行清洗的成熟产品并不多见。 3 结语

通过上述的分析可以看出，目前国内船体表面的清洗作业均是在船坞内进行，能够成功用于水下作业的自动化清洗设备仍需要潜水员下水进行作业，成本高而且工作效率低下。因此，研制出能直接进入水下对船体表面进行清洁作业的产品迫在眉睫，其前景广阔，具有长远意义。 参考文献

[1]任梦鸿.水下船体表面清刷机器人复合吸附方法的研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2009.

[2]赵军英.高压磨料水射流光整加工技术的理论分析与数值模拟研究[D].太原：太原理工大学，2008.

[3]薛胜雄，王乐勤.超高压水除锈技术及其阶段性方程[J].高压物理学报，2004（18）：3.

[4]吴翔宇.高压水射流清洗在修造船行业的应用分析[C].第八届全国清洗行业技术进步与清洁产业发展论坛，2008.

[5]孟庆鑫，王丽惠.水下船体表面清刷机器人方案研究[J].船舶工程，2004（3）：56.

[6]李锋.空化水射流船舶清洗技术的研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2009.