CN101289846A - 自动螺旋升降的主动抗冰装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动螺旋升降的主动抗冰装置，包括套装在被保护物桩腿外面并与其固接的固定支座，与固定支座固接的液压自升降系统，与液压自升降系统的柱塞固接的套装在被保护物桩腿外面的筒型活动支座，套装在筒型活动支座外面并与其连接的抗冰锥体，所述抗冰锥体为正倒锥组合体，所述正倒锥组合体的内表面与筒型活动支座的筒型部分的外表面螺纹连接，正倒锥组合体的下端面上安装有螺旋桨推进器。本发明不但可以自适应潮差变化，还能实现主动破冰、全自动化运转、减小冰排的堆积与爬坡现象对平台的威胁的功能，特别适应于冰情比较严重的海域，能有效地保护冰区海域海洋工程结构物。

Description

自动螺旋升降的主动抗冰装置

技术领域

本发明涉及冰区海域海洋工程结构物桩腿的保护，尤其涉及一种自动螺旋升降的主动抗冰装置。

背景技术

目前，冰区海洋工程结构物的抗冰装置大都为安装于桩腿上的锥形体，有正锥、倒锥或正倒锥组合的。有些抗冰正倒锥组合体固定于桩腿上，有些可以依靠升降系统沿桩柱升降。通过锥体表面的作用使冰排由挤压破坏转变为弯曲破坏，达到破冰、碎冰的效果。但对于冰情比较严重的海域，由于冰层较厚冰速较快现有的破冰装置都不能发挥理想的破冰效果；而碎冰的爬坡与堆积现象也会对桩柱造成威胁；此外对于潮差变化比较大的海域需要人为调节抗冰正倒锥组合体与冰排的接触面。

发明内容

本发明的目的正是为了克服上述现有技术中的不足，提供一种既能自动适应潮差变化又能减少碎冰爬坡与堆积现象的适应于冰情比较严重海域的抗冰装置，这种抗冰装置不但可以自适应潮差变化，还能实现主动破冰、全自动化运转、减小冰排的堆积与爬坡现象对平台的威胁的功能，特别适应于冰情比较严重的海域，能有效地保护冰区海域海洋工程结构物。

本发明是通过下述技术方案予以实现的：一种自动螺旋升降的主动抗冰装置，包括套装在被保护物桩腿外面并与其固接的固定支座，与固定支座固接的液压自升降系统，与液压自升降系统的柱塞固接的套装在被保护物桩腿外面的筒型活动支座，套装在筒型活动支座外面并与其连接的抗冰锥体，所述抗冰锥体为正倒锥组合体，所述正倒锥组合体的内表面与筒型活动支座的筒型部分的外表面螺纹连接，正倒锥组合体的下端面上安装有螺旋桨推进器。

所述螺旋桨推进器连接有安装在正倒锥组合体内部的潮位传感系统二。

在所述筒型活动支座的筒型部分内表面上固装与被保护物桩腿的外表面相接的导向滑轮。

所述正倒锥组合体的内部安装有表面热交换系统。

所述表面热交换系统由呈网格状分布的导热管组成。

所述液压自升降系统包括：与活动支座的底座部分相连的柱塞，与柱塞相连的柱塞缸，与柱塞缸相连的供油箱，在供油箱与柱塞缸之间并联设置有单向阀和液位控制开关阀，液位控制开关阀连接有潮位传感系统一。

本发明的有益效果是：1、本发明中采用的液压自升降系统，无需人为操作，自动随潮差变化调整抗冰正倒锥组合体位置，而且当冰排作用于抗冰正倒锥组合体上时又能保持抗冰正倒锥组合体的稳定性。特别适应潮差变化范围大，变化速度快的海域。2、本发明中采用的螺旋自升降系统，通过抗冰正倒锥组合体的自动螺旋式升降运动达到理想的主动破冰效果，并减小了碎冰的爬坡与堆积现象，特别适合于冰情比较严重的海域。3、本发明中采用的表面热交换系统，配合抗冰正倒锥组合体的旋转运动减小了碎冰堆积与爬坡现象的产生。4、本发明中各个部件均为常规产品，方便生产，降低成本。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是图1中B-B视图；

图4是图2中C-C视图；

图3是图4中局部放大图；

图5是柱塞缸液压系统原理图；

图6是抗冰正倒锥组合体螺旋上升破冰原理图；

图7是抗冰正倒锥组合体螺旋下降破冰原理图。

附图标记：1、固定支座，3、柱塞缸，4、柱塞，5、供油箱，6、筒型活动支座，7、抗冰正倒锥组合体，8、外螺纹，9、桩柱，10、螺旋桨推进器，11、导向滑轮，12、内螺纹，13、潮位传感系统一，15、抗冰正倒锥组合体内壁，16、潮位传感系统二，17、液位控制开关阀，18、单向阀，19、表面热交换系统。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明方法及装置进行详细地说明。

本发明一种自动螺旋升降的主动抗冰装置，结合两套自动升降系统，一套表面热交换系统，一套导向滑轮系统，在这四套系统的配合作用下达到最佳的保护冰区海域海洋工程结构物的效果：

首先是液压自升降系统，其由柱塞、柱塞缸、供油箱、单向阀、液位控制开关阀、潮位传感系统一组成。

其次是螺旋自升降系统，其由抗冰正倒锥组合体、螺旋桨推进器、潮位传感系统而组成

再次是设置在抗冰正倒锥组合体外壁内表面的表面热交换系统，由水平导热管和垂向导热管组成呈网格状分布。对减小碎冰的堆积与爬坡现象的产生起到辅助功能

在以上三套系统的配合作用下，再结合导向滑轮系统，实现了自适应潮差变化、主动破冰、全自动化运转、减小碎冰的堆积与爬坡现象对平台的威胁等功能，能够最大限度的降低冰排对平台的不利影响，起到保护平台的作用。特别适应于冰情比较严重的海域，能有效地保护冰区海域海洋工程结构物。

本发明在海上安装时：

首先将固定支座1焊接在桩柱9的适当位置上，并将三个柱塞缸3焊接在固定支座1上。

然后将筒型活动支座6套装在桩柱9的外面，下部与三根柱塞4焊接在一起，并将柱塞4插入柱塞缸3中。

筒型活动支座6筒型部分的内表面上已事先安转好导向滑轮11和潮位传感系统一13，可采用焊接相连的方式，筒型活动支座6套装在桩柱9的外面后，导向滑轮11的轮体与桩柱9的外表面直接接触。

然后将抗冰正倒锥组合体7通过设置在筒型活动支座6上部筒壁外表面上的外螺纹8和设置在正倒锥组合体内壁15上内螺纹12的旋转咬合与筒型活动支座6连接在一起。

抗冰正倒锥组合体7内部已事先安装好表面热交换系统19和潮位传感系统二16；外部已事先安装好螺旋桨推进器10。

最后将安装在柱塞缸3上的液位控制开关阀17与潮位传感系统一13通过导线连接起来，将潮位传感系统二16与螺旋桨推进器10通过导线连接起来。至此完成海上安装。

本发明的液压自升降系统由柱塞4、柱塞缸3、供油箱5、单向阀18、液位控制开关阀17、潮位传感系统一13组成。其工作原理可通过图5加以解释：

当潮位上升时，抗冰正倒锥组合体7在自身浮力作用下向上运动，带动与其连接的筒型活动支座和导向滑轮11一起沿桩柱9向上运动，由于筒型活动支座6与柱塞4连接在一起，所以在柱塞缸3中形成负压。此时液位控制开关阀17为常闭状态，供油箱5油压高于柱塞缸3，单向阀18打开，供油箱5通过单向阀18向柱塞缸3供油使其达到平衡状态。

当潮位下降时，抗冰正倒锥组合体7受到的浮力小于重力，此时柱塞4受抗冰正倒锥组合体7的压力，使柱塞缸3内压力高于供油箱5压力，此时单向阀18处于反向关闭状态，液位控制开关阀17也处于关闭状态，但随着潮位的降低当潮位差降低到设定值时，潮位感应系统一13启动并传递信号到液位控制开关阀17从而打开液位控制开关阀17，液压油由柱塞缸3经液位控制开关阀17流向供油箱5，从而降低柱塞缸3内油压，柱塞4带动上部抗冰正倒锥组合体7下降。直到潮位差恢复到初始值时，潮位感应器一13控制液位控制开关阀17断电切断油路，抗冰正倒锥组合体7停止下降，如此反复抗冰正倒锥组合体7就可以随着潮位的变化而始终保持与海面相对位置不变。

当冰排作用于抗冰正倒锥组合体7上时由于海面保持不变所以液位控制开关阀17常闭，而柱塞4受到向下的作用力，柱塞缸3压力上升，但单向阀反向关闭所以供油箱与柱塞缸3无法连通，柱塞缸3保持闭塞不通状态，从而柱塞4保持不动，使连接在其上的抗冰正倒锥组合体7也保持不动，从而实现破冰性能。

综上所述，通过这套液压自升降系统抗冰正倒锥组合体7可沿设置在筒型活动支座6上的导向滑轮17随着潮差的变化自动作升降运动，并使抗冰正倒锥组合体7始终与海面保持固定的接触位置。当冰排作用于抗冰正倒锥组合体时又能自动锁紧升降装置，保持抗冰正倒锥组合体的工作位置。

本发明的螺旋自升降系统，由抗冰正倒锥组合体7、螺旋桨推进器10、，潮位传感系统二16组成。其安装方法见上文布置见图2、图3。

其工作原理可通过图6、图7、图3加以说明：

在潮位稳定后，当冰排作用于抗冰正倒锥组合体7时启动螺旋自升降系统，这时在螺旋桨推进器10正向旋转推动力作用下，抗冰正倒锥组合体7沿螺纹按顺时针方向(自上向下看)旋转上升，见图6；当上升高度使冰排接触到下部倒锥体的中间位置时由潮位传感系统二16向螺旋桨推进器10发出信号，使螺旋桨推进器10反向旋转从而减慢抗冰正倒锥组合体7旋转上升速度直至静止。此后在螺旋桨推动器10的反向旋转推动力作用下，抗冰正倒锥组合体7沿逆时针方向(自上向下看)旋转下降，见图7；当下降高度使冰排接触到上部正锥体的中间位置时由潮位传感系统二16向螺旋桨推进器10发出信号，使螺旋桨推进器10重新正向旋转从而减慢抗冰正倒锥组合体7旋转下降速度直至静止。如此反复可实现抗冰正倒锥组合体沿桩柱反复旋转升降的功能。

在这里螺旋桨推进器10通过液压或电力驱动；为实现旋桨推进器10反向减速的功能，需预留部分外螺纹8轨道以防止抗冰正倒锥组合体7脱离筒型活动支座6；关于潮位传感系统二16的详细设计在本文中由于篇幅问题未做介绍。

通过抗冰正倒锥组合体7沿桩柱9反复旋转升降可以实现以下功能，首先如图6所示：当抗冰正倒锥组合体7旋转上升时可以对冰排产生一个自下而上的强大的推力使冰排弯曲破碎，这样就实现了主动抗冰的目的。其次通过抗冰正倒锥组合体的旋转作用7，使堆积在锥体迎冰面和沿锥体迎冰面上爬的碎冰被旋转到抗冰锥体两侧的海中或旋转到抗冰锥体背冰面，这样再配合表面热交换系统19可以实现减小碎冰堆积与爬坡现象对平台威胁的作用。当抗冰正倒锥组合体7旋转下降时，如图7，原理相同。

本发明的表面热交换系统19由水平导热管和垂向导热管组成，呈网格状分布，布置在抗冰正倒锥组合体7外壁内表面，其作用是：配合抗冰正倒锥组合体7的旋转来实现减小碎冰堆积与爬坡现象对平台威胁的功能。其安装方法见上文，布置见图2、图3、图6。其工作原理(见图7)为：当导热管所在位置为迎冰面时，导热管吸入热量将碎冰冻结在锥体表面，当这些被冻结的碎冰块通过旋转到背冰面时，导热管放出热量使碎冰与锥体表面接触部位融化形成一层水膜从而帮助碎冰沿锥体表面滑入海底；通过合理设计还可以使当冻结的碎冰块旋转到背冰面时该表面正好处于水面以下这样就能更加容易的使碎冰块脱落。

本发明的导向滑轮11的安装见上文，布置见图2、图3。通过导向滑轮17可以引导抗冰正倒锥组合体7沿垂直方向的运动。有效减小各设备之间的摩擦作用延长使用寿命。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种自动螺旋升降的主动抗冰装置，包括套装在被保护物桩腿外面并与其固接的固定支座(1)，与固定支座(1)固接的液压自升降系统，与液压自升降系统的柱塞(4)固接的套装在被保护物桩腿外面的筒型活动支座(6)，套装在筒型活动支座(6)外面并与其连接的抗冰锥体，其特征是，所述抗冰锥体为正倒锥组合体(7)，所述正倒锥组合体(7)的内表面与筒型活动支座(6)的筒型部分的外表面螺纹连接，正倒锥组合体(7)的下端面上安装有螺旋桨推进器(10)。

2.根据权利要求1所述的自动螺旋升降的主动抗冰装置，其特征是，所述螺旋桨推进器连接有安装在正倒锥组合体(7)内部的潮位传感系统二(16)。

3.根据权利要求2所述的自动螺旋升降的主动抗冰装置，其特征是，在所述筒型活动支座(6)的筒型部分内表面上固装与被保护物桩腿的外表面相接的导向滑轮(11)。

4.根据权利要求1或2或3所述的自动螺旋升降的主动抗冰装置，其特征是，所述正倒锥组合体(7)的内部安装有表面热交换系统(19)。

5.根据权利要求4所述的自动螺旋升降的主动抗冰装置，其特征是，所述表面热交换系统(19)由呈网格状分布的导热管组成。

6.根据权利要求1所述的自动螺旋升降的主动抗冰装置，其特征是，所述液压自升降系统包括：与活动支座(6)的底座部分相连的柱塞(4)，与柱塞(4)相连的柱塞缸(3)，与柱塞缸(3)相连的供油箱(5)，在供油箱(5)与柱塞缸(3)之间并联设置有单向阀(18)和液位控制开关阀(17)，液位控制开关阀(17)连接有潮位传感系统一(13)。

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