CN107560824B - 一种组合式室外冰水池 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种组合式室外冰水池，由水池、小型拖车以及融冰系统构成，所述水池主要包括冰水池、观察通道和支撑结构，所述的冰水池由板材和保温材料构成，两侧分别建有观察通道，冰水池和观测通道的底端与支撑结构相连。冰水池上端为小型拖车，该拖车由电机、拖曳装置、无线电接收模块、数据采集器等仪器构成，组成了一个完整的运动及测量系统。此外，冰水池的两端分别于融冰系统的冰滑行装置和进出水循环系统相连，所述的融冰系统还包括融冰池。本发明主要针对于冰区船舶、冰区结构物以及冰力学试验的迫切需求而设计的一种组合式室外冰水池，该冰水池具有稳定性好、测量精度高、试验后碎冰的处理速度快以及整体效率高等优点。

Description

一种组合式室外冰水池

技术领域

本发明涉及冰区船舶与海洋工程试验技术领域，具体涉及一种组合式室外冰水池。

背景技术

近年来，随着全球气候变暖，极地冰雪融化加速，北极在地缘、政治、自然资源、国际航运及科学研究等方面的价值日益凸显，从而引发了冰区运输船、极地科考船、破冰船、冰区海洋工程结构物等需求量的快速增加。同时，冰区船舶和海洋结物试验的需求也在不断增多，但是，目前，我国仅有天津大学一座冰水池，远远不能满足我国极地工程装备快速发展的试验要求，急需建立更多的冰水池试验设施。然而，由于室内冰水池的投资巨大，建设周期长，工艺以及操作复杂，短期内无法快速建造，必须结合现有的资源积极开展冰区试验设施建设。

此外，北极海洋环境是十分复杂的，光海冰就有平整冰、浮冰、碎冰、饼状冰、手指状冰、压力冰脊等多种冰况，加上负载的海洋风浪流等环境，将会构成较为复杂的海洋工况，对航行或作业于其中的船舶和海洋工程结构物的性能研究也就相对困难。靠理论计算和数值模拟方法来解决是相当困难的，且精度和可靠性往往很难保证，研究进展也会相对缓慢。冰水池模型试验是开展极地船舶和海洋工程结构物航行性能和结构性能研究和预报必不可少的技术手段，是与理论计算和数值模拟相辅相成的重要方法。因此，室外冰水池的建设对开展冰区船舶和海洋结构物的试验研究具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种具有稳定性好、测量精度高、试验后碎冰的处理速度快以及整体效率高等优点的组合式室外冰水池。

本发明的目的是这样实现的：

一种组合式室外冰水池，主要由水池、小型拖车(2)以及融冰系统构成，所述的水池为整个室外冰水池设施的主体部分，主要包括冰水池(1)、观察通道(7)和支撑结构(6)，所述的冰水池(1)由板材和保温材料构成，所述的冰水池(1)两侧分别建有观察通道(7)，所述冰水池(1)和观测通道(7)的底端与支撑结构(6)相连；冰水池(1)上端为小型拖车(2)；所述的小型拖车(2)由电机(22)、拖曳装置(28)、无线电接收模块(29)、数据采集器(24)、电池组(25)构成；所述的融冰系统包括有冰滑行装置(3)、融冰池(4)、进出水循环系统(5)；所述冰水池(1)的两端分别于融冰系统的冰滑行装置(3)和进出水循环系统(5)相连。

所述的冰水池(1)由防冻钢板和保温材料构成。

所述的冰水池(1)上端加有防雪及防雨板(8)，两端加有阻拦块(9)。

所述的冰水池(1)上端安装V型轨道(19)。

所述的支撑结构(6)由钢架结构和抗冻融钢筋混凝土支柱(11)构成。

所述的小型拖车(2)底部由四个V型轨道轮(26)、钢板、轴和若干个带支座轴承(20)构成；前后每根轴上安装有四个带支座轴承(20)，带支座轴承下端为钢板，轴的两端分别连有两个V型轨道轮(26)，所述小型拖车(2)最前端轴中间安装有大齿轮(31)；所述钢板的前端和后端焊接有拖曳装置(28)和导向机构(23)；所述电机(22)安装在钢板上，电机(22)的轴安装有小齿轮(30)，轴的另一端与带支座轴承(20)相连；所述的电池(21)、数据采集器(24)、电池组(25)、无线电接收模块(29)分别固定在钢板上。

所述的冰滑行装置(3)由斜支架(33)、倾斜板、弧形板以及围板焊接而成；所述冰滑行装置(3)中的倾斜板的底端与室内的融冰池(4)相连；所述融冰池(4)与进出水循环系统构的水管(34)相连。

所述的水管(34)中间与水泵(35)相连，水管(34)的一端与冰水池(1)的排水孔(13)相连。

本发明的有益效果在于：

本发明一种组合式室外冰水池，所述冰水池的底部支撑部分采用抗冻融钢筋混凝土支柱，可以有效地减小由于北方温度变化大地面位移变化大造成的水池平稳性差的问题；冰水池内外防冻钢板之间以及底部加有保温材料，有效地防止了水池底部和侧部结冰速度大于水池表面结冰速度的问题，为开展冰区试验提供了可行性；冰水池上端加入了滑动防雪及防雨板减少了冰面积雪的存在，提高了试验精度，有效地保护了试验仪器；冰水池两侧安装有观察通道为观察试验现象提供方便，便于进行试验设备的安装和调试；冰水池上端采用V型轨道，与小型拖车的V型轨道轮相连，提高小型拖车航行时的方向性和稳定性；冰水池V型轨道的两端焊接有阻拦块，可以有效地防止拖车脱离轨道。

本发明一种组合式室外冰水池中的水池上端与小型拖车相连，采用小型拖车从而避免了机械传动复杂的连接机构以及减小了占地面积，操作性和稳定性也得到了很好的提高；小型拖车采用无线电进行控制，有效地减少了复杂线路的安装，节约了冰水建造的费用，使整个操作过程更加方便；小型拖车中安装有牵引装置，避免了传统拖杆与船模相连的方式，有效地提高了试验的精度，在牵引装置处可连接镂空板，可以有效地实现小型拖车进行碎冰的收集，由于在冰水池中开展破冰航行试验时，试验后碎冰的数量非常多，清理碎冰是一个很繁重的劳动，采用小型拖车开展碎冰的收集即省时又省力，使整个试验效率得了很大的提高。

本发明一种组合式室外冰水池还加入了融冰系统，从而减少了试验后碎冰大面积堆积的现象。该融冰系统的冰滑行装置位于冰水池的一端，且采用弧形端面以及倾斜板从而加快了冰的收集。冰滑行装置的下端连有融冰池，且融冰池位于室内，可以充分利用冬季室内的暖气进行融冰，减少了融冰装置的投入费用。此外，融冰与进出水循环系统相连，从而可以及时地将池内的水抽入到冰水池中，减少了水资源的浪费，同时，节约了试验成本。

附图说明

图1是一种组合式室外冰水池的整体效果图；

图2是一种组合式室外冰水池在结冰过程中的结构示意图；

图3是一种组合式室外冰水池的剖面图；

图4是一种组合式室外冰水池中小型拖车的整体效果图；

图5是一种组合式室外冰水池在收集碎冰过程中的整体效果图；

图6是一种组合式室外冰水池在收集碎冰过程中小型拖车的整体效果图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

实施例1

结合图1所示，本发明一种组合式室外冰水池，主要由水池、小型拖车2以及融冰系统构成，所述的水池为整个室外冰水池设施的主体部分，主要包括冰水池1、观察通道7和支撑结构6，所述的冰水池1由板材和保温材料构成，所述的冰水池1两侧分别建有观察通道7，所述冰水池1和观测通道7的底端与支撑结构6相连；冰水池1上端为小型拖车2；结合图4-5所示，所述的小型拖车2由电机22、导向机构23、数据采集器24、电池组25、配重砝码27、拖曳装置28、无线电接收模块29构成；所述的小型拖车2底部由四个V型轨道轮26、钢板、轴和若干个带支座轴承20构成；前后每根轴上安装有四个带支座轴承20，带支座轴承下端为钢板，轴的两端分别连有两个V型轨道轮26，所述小型拖车2最前端轴中间安装有大齿轮31；所述钢板的前端和后端焊接有拖曳装置2和导向机构23；所述电机22安装在钢板上，电机22的轴安装有小齿轮30，轴的另一端与带支座轴承20相连；所述的电池21、数据采集器24、电池组25、无线电接收模块29分别固定在钢板上。结合图1所示，所述的融冰系统包括有冰滑行装置3、融冰池4、进出水循环系统5；所述冰水池1的两端分别于融冰系统的冰滑行装置3和进出水循环系统5相连。

结合图1-6所示，本发明一种组合式室外冰水池在建造过程中，首先利用抗冻融钢筋混凝土将底部支柱11构建起来，构建完成后将四根大型工字钢分别固定在支柱上，固定完成后将条状钢板焊接在工字钢上，条状钢板上端铺设一层钢板。钢板铺设完成后在左右前后四个方向分别将内侧18、外侧防冻钢板15焊接在底部钢板上，然后将侧部保温板16分别夹在内侧18和外侧防冻钢板15之间。同时，将底部保温材料17粘在条状钢板之间。再者，在内侧18和外侧15防冻钢板上端焊接有钢板，钢板上端连有V型轨道19，轨道两端连有阻拦块9。冰水池V型轨道19上端为小型拖车2，小型拖车2底部由四个V型轨道轮26、钢板、轴和若干个带支座轴承20构成，前后每根轴上安装有四个带支座轴承20，带支座轴承下端为钢板，轴的两端分别连有两个V型轨道轮26，且在最前端轴中间安装有大齿轮31。同时，在钢板的前端和后端焊接有拖曳装置28和导向机构23。接着将电机22安装在钢板上，电机22的轴安装有小齿轮30，轴的另一端与带支座轴承20相连。电机22安装完成后分别将电池21、数据采集器24、电池组25、无线电接收模块29分别固定在钢板上，同时，为了调节小型拖车2的平衡性以及稳定性，分别将配重砝码27加载在钢板上，待所有仪器安装完成后即可进行调试。此外，室外冰水池还涉及融冰系统，该系统由冰滑行装置3、融冰池4以及进出水循环系统5构成，冰滑行装置3与冰水池1的一端相连，该装置有斜支架33、倾斜板、弧形板以及围板焊接而成。冰滑行装置中的倾斜板的底端与室内的融冰池4相连，且室内安装有暖气片，从而加速了碎冰的融化。该融冰池4与进出水循环系统构5的水管34相连，水管34中间与水泵35相连，水管34的一端与冰水池1的排水孔13相连，从而可以及时地将池内的水抽入到冰水池中。

待整个室外冰水池建成后，冬季时节即可利用该设施开展冰区领域的相关试验研究，该冰水池可开展极地船舶及平台方面的试验研究、低温有冰水域的声纳探测、通信方式研究以及新型模型冰材料等冰力学性能研究。这里仅以船模的破冰航行试验为例，叙述整个室外冰水池的使用过程。在开展船模的破冰航行试验之前，首先利用进出水循环系统给冰水池注入一定体积的水，待水位达到试验要求时，分别将防雪及防雨板放置到冰水池上端，放置完成后等待水池水面结冰。在等待过程中每隔一段时间进行结冰厚度的测量，待冰的厚度达到试验要求时即可开展船模的破冰航向试验研究。在开始之前，首先在冰水池的一段利用环形锯将部分平整冰锯开，锯开的冰的距离略大于船模长度。接着将船模放入到冰水池中，将船模中的天平连接装置与小型拖车中的拖曳装置相连，同时，在船模的尾部与导向机构相连。调试船模压载配重和试验仪器，待所有设备调试完成后，在无线电控制系统中输入实验要求的航速以及小型拖车的航行距离，设置完成后即可开始船模的破冰航行试验。

待船模破冰试验完成后将船模倒置起始端，将数据采集器内的数据拷出，同时，将船模的天平连接装置与拖车的拖曳装置分离。将小型拖车移到水池中部，将镂空板固定在拖车的拖曳装置上，开始进行碎冰的收集工作。待所有碎冰推入到融冰池后，打开进出水循环系统将冰水池的内的水注入到试验要求的水位，即可开展下一次破冰航行试验研究。室外冰水池开展其他试验时的操作过程和船模破冰航行试验的过程基本类似。该室外冰水池除在冬季开展冰区工程装备的试验外，还可以在夏季采用石蜡造冰开展船模和结构物在碎冰区的航行试验以及小型船模的阻力和直航试验，从而使整个室外冰水池在一年四季都能得到充分利用。

最后应说明的是，以上实例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种组合式室外冰水池，其特征在于：主要由水池、小型拖车(2)以及融冰系统构成，所述的水池为整个室外冰水池设施的主体部分，主要包括冰水池(1)、观察通道(7)和支撑结构(6)，所述的冰水池(1)由板材和保温材料构成，所述的冰水池(1)两侧分别建有观察通道(7)，所述冰水池(1)和观测通道(7)的底端与支撑结构(6)相连；冰水池(1)上端为小型拖车(2)；所述的小型拖车(2)由电机(22)、拖曳装置(28)、无线电接收模块(29)、数据采集器(24)、电池组(25)构成；所述的融冰系统包括有冰滑行装置(3)、融冰池(4)、进出水循环系统(5)；所述冰水池(1)的两端分别于融冰系统的冰滑行装置(3)和进出水循环系统(5)相连；

所述的冰水池(1)由防冻钢板和保温材料构成；

所述的冰水池(1)上端加有防雪及防雨板(8)，两端加有阻拦块(9)；

所述的冰水池(1)上端安装V型轨道(19)；

所述的支撑结构(6)由钢架结构和抗冻融钢筋混凝土支柱(11)构成；

所述的小型拖车(2)底部由四个V型轨道轮(26)、钢板、轴和若干个带支座轴承(20)构成；前后每根轴上安装有四个带支座轴承(20)，带支座轴承下端为钢板，轴的两端分别连有两个V型轨道轮(26)，所述小型拖车(2)最前端轴中间安装有大齿轮(31)；所述钢板的前端和后端焊接有拖曳装置(28)和导向机构(23)；所述电机(22)安装在钢板上，电机(22)的轴安装有小齿轮(30)，轴的另一端与带支座轴承(20)相连；电池(21)、数据采集器(24)、电池组(25)、无线电接收模块(29)分别固定在钢板上。

2.根据权利要求1所述的一种组合式室外冰水池，其特征在于：所述的冰滑行装置(3)由斜支架(33)、倾斜板、弧形板以及围板焊接而成；所述冰滑行装置(3)中的倾斜板的底端与室内的融冰池(4)相连；所述融冰池(4)与进出水循环系统构的水管(34)相连。

3.根据权利要求2所述的一种组合式室外冰水池，其特征在于：所述的水管(34)中间与水泵(35)相连，水管(34)的一端与冰水池(1)的排水孔(13)相连。