Ультразвуковое необрастающее покрытие - Ultrasonic antifouling

Ультразвуковое необрастающее покрытие это технология, которая помогает уменьшить обрастание на подводных конструкциях с помощью маломасштабных акустических кавитация для уничтожения, денатурирования и предотвращения прикрепления водорослей и других одноклеточных организмов.

История

Считается, что технология была создана ВМС США в 1950-е годы: во время сонар Испытания на подводных лодках показали, что области вокруг гидролокаторов были чище, чем остальная часть корпуса. С тех пор были проведены исследования эффективности ультразвуковых волн различной частоты и интенсивности на различных морских обитателях, таких как ракушки,^[1] мидии и водоросли.

Коммерческие ультразвуковые системы использовались для контроля цветение водорослей в прудах, гаванях и водоемах.^[2] В борьбе с водорослями на первом этапе последовательность обрастания останавливается, действуя как профилактика, а не лекарство, как с традиционными противообрастающая краска.

Теория

Акустическая кавитация^[3] можно предсказать теоретически путем расчета акустическое давление и там, где это давление достаточно низкое, жидкость может достичь своего давление испарения. Это приводит к локальному испарению жидкости с образованием мелких пузырьков; они схлопываются быстро, с огромной энергией и турбулентностью, выделяя тепло порядка 5000K и давления порядка нескольких атмосфер.^[4] При более низких уровнях интенсивности этого быстрого изменения давления достаточно, чтобы вызвать небольшие движения окружающей воды, что чрезвычайно затрудняет прочное прикрепление морской жизни к поверхности. Исследования также показали, что ультразвук низкой интенсивности влияет на поведение некоторых видов животных, не вызывая кавитации, например, препятствуя расселению ракушек. киприды.^[1]

Современное использование

Современные коммерческие системы доступны в широком диапазоне мощностей и вариантов установки, однако все они используют похожие керамические пьезоэлектрический преобразователь как источник ультразвука. Существуют специализированные системы для:

Чистка бассейна (для уменьшения количества химикатов, необходимых для предотвращения цветения водорослей)
Защита корпуса судна (для предотвращения обрастания, увеличения скорости и снижения затрат на топливо)
Защита теплообменника (для увеличения рабочих циклов между очистками)
Самые морские / водозаборные отверстия (для предотвращения засорения морскими растениями) ^[5]
Защита топливного бака (чтобы остановить рост водорослей и предотвратить загрязнение дизельного топлива)
Защита морских сооружений (например, ветряных электростанций, нефтегазовых установок и т. Д.)
Градирни HVAC для уменьшения или исключения обработки дозирования химикатов
Гребные валы и гребные винты ^[6]

Однако большинство этих систем управляется довольно простыми приводами с регулируемой частотой, которые работают на случайных частотах в ультразвуковом спектре 20–45 кГц в течение рабочего цикла. Интеллектуальные системы будут ориентироваться на определенные частоты, а также управлять энергопотреблением, защищать батареи и источники питания и поставляться с различными другими функциями и опциями, такими как удаленный мониторинг, системы сигнализации и датчики дневного света. Несколько компаний имеют патенты на свои интеллектуальные системы.^[7]^[8]^[9]

Некоторые системы фактически автоматически калибруются после установки и выбирают идеальный частотный диапазон для подложки, чтобы максимизировать эффективность.^[10]^[11]

Ограничения

Ультразвуковые противообрастающие краски не следует рассматривать как полную замену традиционных противообрастающих красок; вместо этого его следует рассматривать как превентивную меру по сдерживанию роста морских водорослей с поверхности. Большинство компаний предложат нанести слой «твердой» необрастающей краски.

Ультразвуковые системы не могут работать на сосудах с деревянным корпусом или на сосудах из ферроцемента. Суда с корпусом из пенопласта или композитного материала с деревянным сердечником потребуют модификации корпуса в тех местах, где должны быть установлены датчики. Ультразвуковые системы будут работать с меньшей эффективностью на виброизолированных фитингах, таких как поворотно-откидные колонки. Это связано с тем, что корпус должен пропускать ультразвуковые волны от преобразователя, расположенного внутри корпуса, в воду, и эти материалы действуют, ослабляя амплитуду ультразвуковых волн.

Приложения

Участки и сооружения, в которых используется ультразвуковая защита от обрастания, включают:

Результаты полномасштабных испытаний градирни HVAC^[12]
Толен-Харбор, Нидерланды^[13]
Озера Лонгхэм, Великобритания^[14]
MV Nova Cura^[15]
3x испытания десантных кораблей MOD Mk IV LCVP^[16]
Испытательная лодка журнала Киппари^[17]
Moody 36 «Далриада»^[18]
Яхты сплава «Монданго 3»^[19]
Земснаряды^[20]
Береговая охрана и патрульные катера ^[21]
Гребные валы и гребные винты ^[22]