本發(fā)明屬于水下吸附，尤其是涉及了一種用于高流速水域下的移動(dòng)吸附裝置。

背景技術(shù)：

1、我國(guó)有數(shù)千座大中型水電站在役，而水電站的維護(hù)和檢修，尤其是大型水電的引水和尾水隧洞的維護(hù)一直是困擾水電行業(yè)的一個(gè)難題。目前已開展的隧洞檢修均在靜水狀態(tài)下進(jìn)行，例如某些成功案例顯示了靜水狀態(tài)下長(zhǎng)隧洞檢修的可行性。然而，由于技術(shù)限制，至今在流水狀態(tài)下進(jìn)行隧洞檢修的案例在國(guó)內(nèi)尚未出現(xiàn)。

2、許多電站由于種種原因，無(wú)法處于停機(jī)狀態(tài)進(jìn)行隧洞檢修，導(dǎo)致無(wú)法按照國(guó)家水電大壩安全定檢的要求進(jìn)行維護(hù)。例如，某些水電站的尾水隧洞自建成以來(lái)，因這一原因未能進(jìn)行檢修。華電烏江流域的其余電站也面臨類似問(wèn)題。

3、目前，傳統(tǒng)水下作業(yè)設(shè)備成熟的應(yīng)用環(huán)境大多為靜水或流速較低的環(huán)境。在高流速下，現(xiàn)有設(shè)備難以穩(wěn)定工作。因此，亟需研發(fā)或改造一種可在高流速條件下使用的吸附裝置，成為解決這一難題的關(guān)鍵。這樣的吸附裝置需要能夠在高流速環(huán)境中穩(wěn)固附著在隧洞壁上，從而為作業(yè)設(shè)備提供穩(wěn)定的工作平臺(tái)。這項(xiàng)技術(shù)的突破不僅可以滿足水電站日常維護(hù)的需求，還能確保水電站的安全運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決背景技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于高流速水域下的移動(dòng)吸附裝置，可解決現(xiàn)有技術(shù)中吸附裝置在高流速水域中工作效率低下的問(wèn)題。

2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

3、移動(dòng)吸附裝置包括吸附模塊、滾動(dòng)接觸模塊和流體導(dǎo)向模塊；吸附模塊固定安裝在流體導(dǎo)向模塊的中部，滾動(dòng)接觸模塊固定連接在流體導(dǎo)向模塊的底部，吸附模塊中的旋流葉片用于引導(dǎo)水流流動(dòng)形成高速旋流，并通過(guò)旋流引起的壓強(qiáng)差對(duì)待吸附的壁面進(jìn)行水下吸附，當(dāng)移動(dòng)吸附裝置吸附于待吸附的壁面時(shí)，滾動(dòng)接觸模塊可滾動(dòng)地貼附于待吸附壁面上，流體導(dǎo)向模塊中設(shè)置有導(dǎo)流區(qū)域，導(dǎo)流區(qū)域用于抵消外部水流，維持在高流速水域下旋流葉片產(chǎn)生旋流流場(chǎng)的穩(wěn)定性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)吸附裝置對(duì)待吸附壁面的穩(wěn)定吸附。

4、所述的流體導(dǎo)向模塊包括導(dǎo)流環(huán)、吸盤外殼和彈簧銷固定板；所述的彈簧銷固定板連接于吸盤外殼上，導(dǎo)流環(huán)通過(guò)可調(diào)式彈簧銷活動(dòng)連接在吸盤外殼的外周，所述吸盤外殼外側(cè)壁向里側(cè)凹陷，使得吸盤外殼的外側(cè)壁為內(nèi)凹弧形面，導(dǎo)流環(huán)中靠近吸盤外殼一側(cè)的壁面為向外凸起的外凸弧形面，導(dǎo)流環(huán)中遠(yuǎn)離吸盤外殼一側(cè)的壁面為平面，吸盤外殼的內(nèi)凹弧形面和導(dǎo)流環(huán)的外凸弧形面的弧度一致，且吸盤外殼的內(nèi)凹弧形面和導(dǎo)流環(huán)的外凸弧形面之間形成半環(huán)形的導(dǎo)流區(qū)域，當(dāng)移動(dòng)吸附裝置對(duì)待吸附壁面進(jìn)行吸附過(guò)程，流向移動(dòng)吸附裝置中的一部分水流流向旋流葉片，旋流葉片附近形成用于吸附壁面的旋流流場(chǎng)，另一部分水流流向?qū)Я鲄^(qū)域，水流經(jīng)導(dǎo)流區(qū)域后轉(zhuǎn)換流動(dòng)方向，形成與外部水流流動(dòng)相反的水流，從而抵消外部水流的流速，維持旋流流場(chǎng)的穩(wěn)定性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)吸附裝置對(duì)待吸附壁面的穩(wěn)定吸附。

5、所述的滾動(dòng)接觸模塊包括海綿墊圈和內(nèi)、外兩圈滾珠組，兩圈滾珠組均連接于吸盤外殼外周的下表面，每圈滾珠組主要由若干個(gè)圓形滾珠沿著吸盤外殼的周向緊密排布形成，且外圈的滾珠組中的圓形滾珠和內(nèi)圈的滾珠組中的圓形滾珠之間錯(cuò)位排布，海綿墊圈位于滾珠組的外側(cè)，且海綿墊圈連接于吸盤外殼外周的下表面，海綿墊圈和滾珠組均用于隔絕流向旋流葉片附近的外部水流，當(dāng)移動(dòng)吸附裝置吸附于待吸附的壁面時(shí)，內(nèi)、外兩圈圓形滾珠可滾動(dòng)地貼附于待吸附壁面上。

6、所述的吸附模塊包括水下密封電機(jī)和旋流葉片，所述水下密封電機(jī)的外殼固定安裝在吸盤外殼的上表面，旋流葉片位于吸盤外殼內(nèi)部，且水下密封電機(jī)的輸出軸與旋流葉片之間固定連接，水下密封電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)旋流葉片旋轉(zhuǎn)，旋流葉片旋轉(zhuǎn)后將流入吸盤外殼中的水流引導(dǎo)形成高速旋流，進(jìn)而通過(guò)旋流流場(chǎng)對(duì)待吸附的壁面進(jìn)行水下吸附。

7、所述的彈簧銷固定板平行設(shè)置在吸盤外殼上方，彈簧銷固定板的外周通過(guò)一圈彈簧銷可上下移動(dòng)地安裝在吸盤外殼的上表面，彈簧銷用于在吸附裝置移動(dòng)過(guò)程中提供緩沖力。

8、所述滾動(dòng)接觸模塊中的兩圈滾珠組設(shè)置在吸附模塊中旋流葉片的外側(cè)，以隔絕流向旋流葉片附近的外部水流。

9、所述導(dǎo)流環(huán)和吸盤外殼之間同軸或偏心設(shè)置，可調(diào)式彈簧銷用于調(diào)節(jié)導(dǎo)流環(huán)和吸盤外殼之間的偏心距，以適應(yīng)不同工況下的水流流場(chǎng)。

10、所述導(dǎo)流區(qū)域中，流入水流的流向與吸盤外殼上表面平行，流出水流的流向與吸盤外殼下表面之間的角度為10°～20°。

11、導(dǎo)流區(qū)域是導(dǎo)流環(huán)和吸盤外殼之間形成的空腔區(qū)域，當(dāng)外部大水流流向吸附裝置時(shí)，有一部分水流會(huì)流向?qū)Я鲄^(qū)域，經(jīng)過(guò)導(dǎo)流區(qū)域后形成與外部干擾流場(chǎng)方向相反的水流，以此抵消外部水流的流速來(lái)保護(hù)內(nèi)部旋流葉片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的旋流流場(chǎng)。導(dǎo)流區(qū)域的形狀經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)，吸盤外殼導(dǎo)流環(huán)的邊緣形狀會(huì)使得盡可能多的水流進(jìn)入導(dǎo)流區(qū)域，為半圓環(huán)形，并且從導(dǎo)流區(qū)域流出的水流流速與水平方向夾角也會(huì)減少，從而更大程度抵消外部水流。通過(guò)多次仿真發(fā)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)，導(dǎo)流區(qū)域越大則導(dǎo)流區(qū)域中能流過(guò)的水流越多，導(dǎo)流區(qū)域?qū)θ~片中心流場(chǎng)的保護(hù)作用更加明顯。

12、通過(guò)多次流體仿真可知，導(dǎo)流區(qū)域?qū)?nèi)部旋流流場(chǎng)的保護(hù)效果以及吸盤產(chǎn)生的吸力大小主要和導(dǎo)流區(qū)域內(nèi)的水流出射角度θ以及導(dǎo)流區(qū)域?qū)挾萪有關(guān)。若水流出射角度θ過(guò)大，則導(dǎo)流區(qū)域流出的水流會(huì)沖擊吸盤吸附的壁面，從而對(duì)吸盤產(chǎn)生反沖作用，降低吸力的同時(shí)也大大降低了吸附穩(wěn)定性。仿真中發(fā)現(xiàn)水流出射角度θ取10°-20°時(shí)效果較好。導(dǎo)流區(qū)域太小則保護(hù)效果不明顯，太大則是會(huì)顯著增加整機(jī)消耗的功率，一般導(dǎo)流區(qū)域?qū)挾萪為20-50mm時(shí)保護(hù)效果較好。

13、導(dǎo)流環(huán)和吸盤外殼之間為自適應(yīng)間隙調(diào)節(jié)：導(dǎo)流環(huán)與外部的機(jī)架相對(duì)固定，導(dǎo)流環(huán)與吸盤外殼通過(guò)可調(diào)式彈簧銷相，使得導(dǎo)流區(qū)域?qū)挾萪可調(diào)。當(dāng)水流從一側(cè)沖擊時(shí)，外部導(dǎo)流環(huán)由于和機(jī)架固定不會(huì)移動(dòng)，而吸盤外殼則會(huì)因?yàn)樗鳑_擊向水流方向進(jìn)行一定的位移。這樣吸盤間隙可以自動(dòng)根據(jù)水流的沖擊方向與沖擊力的大小來(lái)調(diào)整導(dǎo)流區(qū)域?qū)挾萪，在吸盤總外徑尺寸一定時(shí)拓展出更大的導(dǎo)流間隙。

14、本發(fā)明的有益效果為：

15、1、本發(fā)明的吸附模塊采用旋轉(zhuǎn)葉片來(lái)制造高流速的旋轉(zhuǎn)水流從而產(chǎn)生負(fù)壓區(qū)域形成吸附效果，滾動(dòng)接觸模塊用于將整個(gè)吸附裝置與地面接觸，使吸附裝置能夠在水下邊吸附邊移動(dòng)，使得裝置的吸附更靈活。

16、2、本發(fā)明的流體導(dǎo)向模塊設(shè)計(jì)成能優(yōu)化水流通過(guò)吸附裝置的路徑，提高吸附效率并減少水流對(duì)吸附模塊的沖擊。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、耐用性強(qiáng)，特別適用于水流速度快的河流、湖泊和沿海地區(qū)，能夠在大流速水域中產(chǎn)生足夠吸力。

17、3、本裝置能夠?qū)χ醒雲(yún)^(qū)域的流場(chǎng)產(chǎn)生良好的保護(hù)作用，適用于各種大流速場(chǎng)合下需要進(jìn)行流場(chǎng)保護(hù)的場(chǎng)景。

技術(shù)特征：

1.一種用于高流速水域下的移動(dòng)吸附裝置，其特征在于：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高流速水域下的移動(dòng)吸附裝置，其特征在于：所述的流體導(dǎo)向模塊包括導(dǎo)流環(huán)(1)、吸盤外殼(3)和彈簧銷固定板(8)；所述的彈簧銷固定板(8)連接于吸盤外殼(3)上，導(dǎo)流環(huán)(1)通過(guò)可調(diào)式彈簧銷(10)活動(dòng)連接在吸盤外殼(3)的外周，所述吸盤外殼(3)外側(cè)壁向里側(cè)凹陷，使得吸盤外殼(3)的外側(cè)壁為內(nèi)凹弧形面，導(dǎo)流環(huán)(1)中靠近吸盤外殼(3)一側(cè)的壁面為向外凸起的外凸弧形面，導(dǎo)流環(huán)(1)中遠(yuǎn)離吸盤外殼(3)一側(cè)的壁面為平面，吸盤外殼(3)的內(nèi)凹弧形面和導(dǎo)流環(huán)(1)的外凸弧形面的弧度一致，且吸盤外殼(3)的內(nèi)凹弧形面和導(dǎo)流環(huán)(1)的外凸弧形面之間形成半環(huán)形的導(dǎo)流區(qū)域(2)，當(dāng)移動(dòng)吸附裝置對(duì)待吸附壁面進(jìn)行吸附過(guò)程，流向移動(dòng)吸附裝置中的一部分水流流向旋流葉片(5)，旋流葉片(5)附近形成用于吸附壁面的旋流流場(chǎng)，另一部分水流流向?qū)Я鲄^(qū)域(2)，水流經(jīng)導(dǎo)流區(qū)域(2)后轉(zhuǎn)換流動(dòng)方向，形成與外部水流流動(dòng)相反的水流，從而抵消外部水流的流速，維持旋流流場(chǎng)的穩(wěn)定性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)吸附裝置對(duì)待吸附壁面的穩(wěn)定吸附。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于高流速水域下的移動(dòng)吸附裝置，其特征在于：所述的滾動(dòng)接觸模塊包括海綿墊圈(7)和內(nèi)、外兩圈滾珠組，兩圈滾珠組均連接于吸盤外殼(3)外周的下表面，每圈滾珠組主要由若干個(gè)圓形滾珠(6)沿著吸盤外殼(3)的周向緊密排布形成，且外圈的滾珠組中的圓形滾珠(6)和內(nèi)圈的滾珠組中的圓形滾珠(6)之間錯(cuò)位排布，海綿墊圈(7)位于滾珠組的外側(cè)，且海綿墊圈(7)連接于吸盤外殼(3)外周的下表面，海綿墊圈(7)和滾珠組均用于隔絕流向旋流葉片(5)附近的外部水流，當(dāng)移動(dòng)吸附裝置吸附于待吸附的壁面時(shí)，內(nèi)、外兩圈圓形滾珠(6)可滾動(dòng)地貼附于待吸附壁面上。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于高流速水域下的移動(dòng)吸附裝置，其特征在于：所述的吸附模塊包括水下密封電機(jī)(4)和旋流葉片(5)，所述水下密封電機(jī)(4)的外殼固定安裝在吸盤外殼(3)的上表面，旋流葉片(5)位于吸盤外殼(3)內(nèi)部，且水下密封電機(jī)(4)的輸出軸與旋流葉片(5)之間固定連接，水下密封電機(jī)(4)用于驅(qū)動(dòng)旋流葉片(5)旋轉(zhuǎn)，旋流葉片(5)旋轉(zhuǎn)后將流入吸盤外殼(3)中的水流引導(dǎo)形成旋流，進(jìn)而通過(guò)旋流流場(chǎng)對(duì)待吸附的壁面進(jìn)行水下吸附。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于高流速水域下的移動(dòng)吸附裝置，其特征在于：所述的彈簧銷固定板(8)平行設(shè)置在吸盤外殼(3)上方，彈簧銷固定板(8)的外周通過(guò)一圈彈簧銷(9)可上下移動(dòng)地安裝在吸盤外殼(3)的上表面，彈簧銷(9)用于在吸附裝置移動(dòng)過(guò)程中提供緩沖力。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于高流速水域下的移動(dòng)吸附裝置，其特征在于：所述滾動(dòng)接觸模塊中的兩圈滾珠組設(shè)置在吸附模塊中旋流葉片(5)的外側(cè)，以隔絕流向旋流葉片(5)附近的外部水流。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于高流速水域下的移動(dòng)吸附裝置，其特征在于：所述導(dǎo)流環(huán)(1)和吸盤外殼(3)之間同軸或偏心設(shè)置，可調(diào)式彈簧銷(10)用于調(diào)節(jié)導(dǎo)流環(huán)(1)和吸盤外殼(3)之間的偏心距，以適應(yīng)不同工況下的水流流場(chǎng)。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于高流速水域下的移動(dòng)吸附裝置，其特征在于：所述導(dǎo)流區(qū)域(2)中，水流的流入流向與吸盤外殼(3)上表面平行，水流的流出方向與吸盤外殼(3)下表面之間的夾角為10°～20°。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種用于高流速水域下的移動(dòng)吸附裝置。吸附模塊固定安裝在流體導(dǎo)向模塊的中部，滾動(dòng)接觸模塊固定連接在流體導(dǎo)向模塊的底部，吸附模塊中的旋流葉片用于引導(dǎo)水流流動(dòng)形成高速旋流，并通過(guò)旋流引起的壓強(qiáng)差對(duì)待吸附的壁面進(jìn)行水下吸附，當(dāng)移動(dòng)吸附裝置吸附于待吸附的壁面時(shí)，滾動(dòng)接觸模塊可滾動(dòng)地貼附于待吸附壁面上，流體導(dǎo)向模塊中設(shè)置有導(dǎo)流區(qū)域，導(dǎo)流區(qū)域用于抵消外部水流，維持在高流速水域下旋流葉片產(chǎn)生旋流流場(chǎng)的穩(wěn)定性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)吸附裝置對(duì)待吸附壁面的穩(wěn)定吸附。本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、耐用性強(qiáng)，特別適用于水流速度快的河流、湖泊和沿海地區(qū)，能夠在大流速水域中產(chǎn)生足夠吸力。

技術(shù)研發(fā)人員：雷勇,周澤宇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17