摩擦阻力占80 - 90%的商船的总阻力。电阻的增加导致更高的燃料消耗,有害的温室气体排放和高(引擎)维护——最终成本船主和运营商。

因此,一直注意理解和预测摩擦阻力的船在设计阶段。作出这样的预测,摩擦阻力系数的详细知识湿表面积的船是必需的。这个摩擦阻力系数在很大程度上取决于潮湿表面的粗糙度和质地。物理粗糙度参数对摩擦系数的影响建立了很久以前在拖曳水池实验和记录。¹此后,其他的研究被发表在non-fouled船体涂料的表面粗糙度之间的关系和摩擦阻力性能。当时,所谓的自动上光防污漆(基于TBT)获得了一个强大的市场地位由于其先进的粘结剂技术,导致表面光滑,最小的污染可以解决。进一步调查摩擦阻力影响船体粗糙度的变化由于Townsin漆抛光已报告等。¹和Grigson。²

海藻、藤壶、贻贝和管虫都是船体所吸引。大量污垢增长船体容易给50 - 80%额外的摩擦阻力。硬的污染(如藤壶、管虫和牡蛎),增加了阻力的影响被Kempf量化,³中引用舒尔茨⁴后来Townsin。⁵柔软的污染,如海草和从硅藻泥污染,细菌生物膜,量化了阻力的影响已报告从9 - 29%不等。⁶所以对软硬污垢,阻力会很大,虽然增加的大小将强烈依赖于污染的类型和覆盖率百分比。

目前船体涂料可分为两大组:所谓自动上光涂料(单亲中心)和农药渗透到周围的环境,从而杀死污损生物;和biocide-free污染释放涂料(FRCs)生物只能虚弱地坚持,和污垢很容易移除某些船速度和活动。

在世界范围内,单亲中心仍然有重大的市场份额——在80 - 90%之间。FRCs成本通常较高,需要更多的注意在应用程序更容易受到机械损伤。从积极的一面来看,有从涂料生产商声称FRCs提供燃料储蓄,至少在新应用的条件。

在实践中,船的总摩擦阻力是影响船体表面条件的变化,如抛光或风化的涂料,和污垢,定居。水动力粗糙度造成污染到风化涂层系统很难定义。旁边的物理描述涂层表面粗糙度参数,有可能是所谓的“生物粗糙度”,一起与涂层表面的交互,将总阻力。当船体涂层对摩擦阻力性能比较,这个总说拖拽效果的主要参数。

迄今为止的“生物粗糙度”不能被描述在现有物理粗糙度条件。直到现在,缺乏合适的实验方法来确定这些影响阻碍了这个参数的可靠的决心。拖曳试验设备不适合这个目的,特别是进行重复测量,还这样的实验调查所有相关变量来说实在是太贵了。

测量摩擦阻力特性

一个小规模的实验室测试设置,如摩擦圆盘机(FDM)可以在存到,在这方面有巨大的优势。美国海军设置复制的一个例子⁶和用于微分测量不同表面条件的相同的磁盘。这样的比较测量建立的附加阻力的影响比表面粗糙度等条件或污染模式。在直径23厘米,小磁盘容量也简化了过程的充分复制实验和样品相同的涂层或相似的沉积模式。

FDM(图1)由一个变速电机驱动轴上安装的磁盘。涂布磁盘旋转的圆柱形有机玻璃容器(32厘米高度和直径30厘米),完全注满过滤天然海水。转矩传感器安装在轴上的措施在整个旋转产生的扭矩协议。

力矩电机轴上记录的磁盘旋转角速度增加从500转到1500转(增量步的200 rpm)。使用不同的旋转协议,这取决于测试的特定目的。一个常用的协议的一个例子是图2所示。转矩数据用于分析的结果是最后60秒的速度的步骤。

验证测试精度、摩擦阻力试验是用铝盘的四种不同粗糙度等级(Rt值51岁,55岁,80年和97年µm,分别)相比,一个平滑的钛磁盘(Rt 2µm)。图3中的图表显示了这些测试的结果。与表面粗糙度的摩擦阻力增加,甚至很小的Rt被发现的差异给不同的阻力。这是一般水动力理论,FDM测试设置能够生成可靠的和一致的数据比表面的摩擦阻力特性的条件。

摩擦阻力测量在不同类型的涂料

三种不同,商用船体涂料——两种类型的污垢释放涂料(FRC)和一个自动上光涂料(SPC) - FDM受到摩擦阻力测试,首先在原始状态,随后经过一段时间的11周筏曝光与自然污染的表面。拖两个测量之间的差异表明每个涂层增加摩擦阻力造成的污染模式表面上。

图4显示了涂布磁盘之前和之后的筏子曝光时间。每个涂层测试四倍。

在图5中,涂料的平均摩擦阻力值的条件。数据以500 rpm没有正确登录这个测试,因此丢弃。两FRCs几乎等于在摩擦阻力旋转速度,而涂层三世,SPC,给最高的磨擦阻力在整个速度范围内。涂层相比,SPC显示10 - 15%更多的摩擦阻力速度从900转起。两FRCs之间的相对差异是很小的2 - 5%的涂层即差异四个复制很低。在这种特殊情况下新应用污染释放比自动上光涂料表现出更好的阻力性能防污涂料。

图4(右)概述11周后的污染状况。尽管被暴露在相同的位置和相同的时间,不同的涂料显示差异率和表面类型的污染。犯规磁盘在浸没在海水中回到实验室,他们一直沉浸,直到拖测量完成。照片被涂布磁盘之前和阻力测试完成后如图6所示。

图在图7显示了阻力测量的结果与犯规磁盘在相对意义上。这意味着扭矩值以犯规条件表示为一个百分比的扭矩在清洁状态。这种方式在纵轴上所示的比例添加拖在图7中可以被看作是阻力,可以归因于复杂的生物膜的存在。

三种涂层显示明显不同的阻力特性。涂料其实我不给任何阻力与沉积模式,如图6所示。测试完成后,磁盘表面视觉上几乎干净。

另FRC,涂料二世,在污染条件给添加10%左右拖动旋转速度。视觉,污染模式测试涂层之前二不会有很大的不同从一个观察涂层。然而,这个表面污染显然具有较强的附着力,这意味着污染释放涂料二世不到的涂料的性质即第二涂层的表面状况测试后显示了硅藻泥的不规则分布的薄的生物膜;显然这个黏液层仍有能力唤起10%的阻力。

程控涂层(涂层III)显示了一个非常不同的污染模式最初(图6)和相当多的泥和沙子补丁经常分布在涂层表面。这些补丁部分包含小sand-burrowing管虫,一种防污涂料污染并不常见。旋转后FDM所有补丁都消失了,留下一个生物膜,主要由硅藻泥。增加的阻力的影响这个黏液层被发现在整个速度范围35%左右。

筏子测试清楚地表明,在相同的接触条件下,污染解决污染释放涂料是不同的,在自动上光涂料。随后的摩擦测试证明,因此,摩擦阻力大大船体涂料的性质可能不同。

比较这两种污染释放涂料、两个相似的商用产品,污染的类型和速度发展期间,静态筏曝光并没有很大的不同。尽管如此,FDM的磨擦阻力测试表明更好的污垢释放特性与FRCs之一,使该产品从摩擦阻力的角度更好的选择。

确定长期的阻力特性

在另一项测试设置(图8)我们应用旋转涂布磁盘的老化自然海水在不同速度来模拟船舶航行速度巡航。结合间歇性短期静态筏曝光,可以模拟完整的操作安排船舶,包括空闲时间花在港口。

确定船体摩擦阻力特性的自动上光涂料在更长时间的可以通过测量涂层的摩擦阻力磁盘以特定的间隔。这种方式,结合大量曝光,获得定量数据污染发展年龄船体涂料和相关增加阻力。定制的衰老和接触协议可以应用,取决于客户的需求。

结论

结果表明,在本质上,FDM方法具有良好的潜力和价值用于筛查或选择合适的船体涂料。使用船体涂料的主要性能参数,能够保持尽可能低的船体摩擦阻力- FDM的实验可以帮助寻找合适的产品为特定船只或操作配置文件,或选择最有效的产品与最好的长期摩擦阻力性能。这将增加成本效率在两船操作和维护。FDM的微分测量设置生成阻力数据之前,需要进一步转换适当的语句可以影响增加摩擦阻力的船只。这种转换可以做以下描述的方法在格兰维尔。⁷

引用

¹Townsin R.L.;伯恩,d;Svensen式样;米尔恩,a . Trans SNAME 89。1981年,295 - 318。

²Grigson, C.W.B.j . Res。1992年36:182 - 196。

³Kempf, g .反式艾娜。1937年,79:109 - 119。

⁴舒尔茨议员;Bendick,正当;河中沙洲,雌激素受体;赫特尔,波长计生物淤积2011年27日:87 - 98。

⁵Townsin, R.L.生物淤积2003年,19(增刊):9 - 16所示。

⁶河中沙洲,雌激素受体;舒尔茨,议员;Haslbeck,例如;塔尔博特,j•;场,抗干扰生物淤积2004年20:219 - 226。

⁷格兰维尔,注:j .液体中。1982年,104:373 - 377。

有关更多信息,电子邮件Klijnstra博士Job.Klijnstra@endures.nl。