CN107757834B - 一种破冰潜体 - Google Patents

Abstract

本发明为一种滚刀式破冰潜体，属于破冰船设计制造领域。其主要特征在于设计潜体可以依靠调节浮力的方法自由在冰层以下上升和下潜，当潜体上浮到冰层以下与冰层接触时，依靠其上部安装的巨大滚刀机械对冰层进行滚铣借此来破坏冰层的整体结构；机械架在铰刀和浮力调节体的中间，将二者连接起来；当调节潜体的浮力不断上升时，能够依靠浮力对冰层进行冲击，进而将冰层破开。这种从下自上式的破冰方法能够在短时间内破开较大区域的厚冰，并且在加装了多个推进器的情况下能够使得破冰潜体在冰面以下自由破冰。本发明适用于在厚冰区域为船舶开辟航道，具有机动性能好，破冰左右作业速度快，效率高等优点，具有较高的实用价值。

Description

一种破冰潜体

技术领域

本发明属于破冰船技术领域，具体涉及一种新型破冰潜体及其破冰方法。

背景技术

破冰船主要是用于破开冰层、开辟航道，以保障舰船可以航行于冰封的港口、或航行区域。一般的破冰船，可以按其航行区域可以分为湖泊、江河、港湾和海洋破冰船。破冰船的船体结构与一般船舶的结构有很大的区别，船型、船头、推进装置和螺旋桨是主要的区别区域。在船型方面，破冰船的船型横向相对较宽，纵向相对较短，整体是粗而短的，底部收尾上翘，艏柱尖削前倾，总体强度比较高，首尾和水线区域主要采用较厚的钢板和密骨架来进行加强。为了有效的降低由于船艏部骑上冰面使船体承受的应力和应变，在设计初期，就要考虑其吃水从船头到中部逐渐增大的因素。推进装置对于破冰船来说，也是十分重要的。首先，为了保证重型船舶的正常航行和破冰作业，它必须要有一定的功率；其次，它的发动机都是专门为破冰船而设计的，以保证船身能够在冰封的航道中进退自如。对于常见的破冰船来说，一般都设置有2—4只螺旋桨，螺旋桨的多少与破冰船破冰的厚度有关。

目前在冰区主流的破冰方式是依靠水面船舶船首的重力实现破冰。破冰船的船头成折线型，为了使船头可以轻易的“爬”上冰面，一般把破冰船头部底线与水平线设计为20°～30°角；破冰船都设有专门的水舱作为破冰设备，一般都设置在它的船头、船尾和船腹两侧。当破冰船遇到较厚的冰层时，一般会加大船体尾部的重量，排空艏部的水舱，使船体艏部翘起，利用船艏部分的重量把冰压碎。为了压碎冰层，一般要求船艏的重量达到1000t左右，破冰船就可以很容易的压碎那些不太坚固的冰层。当然，如果遇到比较坚固的冰层时，可能利用上述方法无法破开冰层，破冰船往往要先后退一定的距离，然后开足马力猛冲过去，利用自身的惯性，把冰层冲开。如果遇到很厚的冰层，冲几下也冲撞不开，破冰船就会利用水泵，灌满尾部的水舱，使得船舶的重心后移，船头抬高。这时，开足马力，“爬”上冰面，接着抽空尾部水舱里的水，同时灌满艏部水舱的水。这样，船艏部的重力就会非常大，很厚的冰层，也会被压碎。利用这种方式，破冰船会慢慢向前移动，在冰面上打开一个通道。

上述这种破冰的方式对破冰船结构要求很高，对船身需要特殊的加强处理，船舶外壳属于不可拆卸维修结构，一旦损坏，船舶的维护费用高昂，碎冰对于船后造价高昂的螺旋桨也有很大的破坏；此外，破冰船造价高昂，研发周期长；水面破冰船破冰速度有限，破冰作业经常会受到环境的限制，破冰效率低，对于冰层较厚的高冰级水域，普通的破冰船显得无能为力。本发明采用将潜体潜入水下破冰的方法，在潜体破冰的过程中，结构上受到损坏最大的部件是滚刀，在作业完成以后，可以实现对滚刀的更换和维修，极大地节约了运营费用。同时能够为冬季结冰的内河航道即冰层较薄处破冰，也能在高冰级海域破冰，可以和破冰船结合使用弥补破冰船不足。

发明内容

传统的破冰船在水面上破冰时，船舶整体的结构会受到很大的破坏，而且破冰船的破冰速度有限，效率低。为解决上述问题，本发明提供了一种新型破冰潜体及其破冰方法，采用将潜体潜入水下破冰的方法。在潜体破冰的过程中，结构上受到损坏最大的部件是滚刀，在作业完成以后，可以实现对滚刀的更换和维修，极大地节约了运营费用。潜体上巨大的滚刀能够轻松的对厚冰整体进行结构破坏，使后续浮力破冰轻松很多，升潜反复进行能极大地提高破冰速度，这些优势都能帮助潜体快速的开辟出冰区航道，为冰区航运提供便利。

为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：

一种滚刀式破冰潜体，其特征在于：所述的滚刀式破冰潜体由滚刀、机械架、浮力调节体三部分组成；机械架和滚刀通过传动轴和传动孔相连，浮力调节体固定于机械架下方，左右对称安装有两个浮力调节体。

其特征在于，所述的滚刀具体包括：

所述的滚刀可拆卸，材料为高强度、大直径铣刀；三个滚刀平行安装于机械架上，两个外侧滚刀旋向相反，中间滚刀旋向为非螺旋上升；滚刀采用滚铣的方式与冰层作用。

其特征在于，所述的机械架具体包括：

所述的机械架为口字型中空机械架结构，材料采用高强度耐磨钢板；滚刀动力装置安装于机械架内部，机械架中空部分内表面有六个传动孔，传动轴穿过传动孔，滚刀动力装置通过传动轴与滚刀相连。

其特征在于，所述的浮力调节体具体包括：

浮力调节体的前后各安装两套推进系统，侧面各安装两套侧推进系统；浮力调节体装有多个注水仓，注水仓可实现排水和注水。

其特征在于：

所述的破冰潜体采用无人遥控操作。

一种使用滚刀破冰潜体的破冰方法，其特征在于具体包括如下步骤：

(1)注水仓注水，滚刀破冰潜体下潜到冰层，破冰潜体与冰层接触；

(2)注水仓不断排水，逐渐增大浮力，潜体向上浮动并滚铣冰层，浮力破开冰层；

(3)注水仓注水，减小浮力，潜体下潜并下潜到到破冰位置前方，重复上述步骤。

所述的一种使用滚刀破冰潜体的破冰方法，其特征在于，所述的步骤(1)具体包括：

浮力调节体上装有的八个浮力推进系统调节破冰潜体的运动方向，浮体上前后安装主推进器，浮体左右安装侧推进器；系统浮力推动系统由电路控制，改变浮力推动系统的工作状态使其向指定方向移动。

本发明的有益效果在于：

1)相比于之前的破冰船破冰，滚刀式潜体破冰的破冰速度快，效率高；

2)滚刀式破冰潜体的整体结构强度高，适用与高冰级冰区的破冰作业；

3)滚刀式破冰潜体能够实现水面以下的自主航行，到达指定的破冰地点，机动灵活；

4)滚刀式破冰潜体能够进行拆卸，方便维护保养；

5)潜体可以采取无人遥控操作，安全。

附图说明

图1为滚刀式破冰潜体的总体图；

图2为3个滚刀和破冰潜体的分解视图；

图3为滚刀装置图；

图4为机械架剖视图；

图5为浮力体剖视图；

图6为滚刀式破冰潜体水下侧视图；

图7为破冰潜体潜到冰层下方示意图；

图8为破冰潜体滚刀在对冰层进行滾铣作用图；

图9为冰层断裂示意图；

图10为破冰潜体的整个作业流程。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明进行进一步说明。

本发明为一种新型滚刀式破冰潜体及其使用方法，所述的发明潜体由三部分组成：滚刀 3、机械架2和调节浮体4。三者的功能分别是滚铣冰层、支持滚刀和调节潜体浮力。该新型滚刀式破冰潜体的使用方法具体包括如下步骤：

(1)注水仓注水，滚刀破冰潜体下潜到冰层，破冰潜体与冰层接触；

(2)注水仓不断排水，逐渐增大浮力，潜体向上浮动并滚铣冰层，浮力破开冰层；

(3)注水仓注水，减小浮力，潜体下潜并下潜到破冰位置前方，重复上述步骤。

本技术方案的特点在于，浮力调节体4拥有类似于现代潜艇的浮力调节系统，如蓄水仓。通过排水和注水能够让整个潜体自由地调节浮力，从而在水面上下自由地上升和下潜，并且提供破冰时冲开冰层所需的浮力。浮体上前后安装的主推进器系统5能够为潜体提供推力，帮助潜体在水面以下较为自由地航行，到达指定的破冰点，开辟航道，而侧推进系统5可以帮助船舶在平面内灵活地回转，提高其机动性能。巨大的滚刀可以进行冰层滚铣，实现破坏冰层整体结构的目的，滚刀3的直径较大，可以较为轻松地对高冰级冰层进行破坏，而且当破冰作业完成以后，铣刀可以拆卸进行维修保养。机械架2除了有支持铣刀的作用以外，还能为铣刀提供强大的动力使其旋转，并且机械架2另外一个的主要作用是支持整个潜体必须强度。

进一步的，这种破冰方式可以说是水下破冰，进一步，水下破冰的实现是机械滚铣叫浮力破冰，一种采用铣刀式破冰潜体，采用潜体上机械和浮力自下而上式的破冰。

参照图2，滚刀式破冰潜体主要由三部分组成：滚刀3、机械架2和浮力调节体4。为了实现潜体在水下的运动能力，在浮力调节体的前后各安装了2套推进系统5，在侧面也各安装了两套侧推系统5。值得注意的是，破冰潜体上安装的3个巨大的滚刀3是具有不同的旋向的，如图3所示，第一个和第三个滚刀3的旋向相反，中间滚刀3则非螺旋上升，这样的好处是能够保证滚刀滚铣在冰层时潜体的稳性。图4中，机械架2和滚刀3通过传动轴和传动孔相连，当机械架上2滚刀动力装置提供动力时，滚刀3装置能够转动破冰，在图5中，浮力调节体4拥有多个注水仓，通过排水和注水的方法实现浮力的上升和下降。如图6所示，首先潜体通过控制下潜到水面以下，通过各个推进系统的作用使潜体到达指定的破冰位置。然后如图5所示，浮力调节体开始增加浮力使整个潜体上升，当潜体上升到与冰层相接触的位置，铣刀开始滚动，对冰层进行滚铣；如图6所示，在滚刀机械破坏的作用下，冰层会出现局部破坏，这对破冰作业是非常必要的。与此同时，浮力调节体会继续调节增大潜体的浮力，使得整个潜体对冰层有一个向上的力，当浮力增大到一定程度时，冰层开始破裂，当冰层破裂出一个区域以后，便完成了对一个区域的破冰过程。如下图8所示，潜体又开始通过调节浮力下潜到破裂冰层的前方，如此反复地进行破冰作业，能够快速地在高冰级冰区为航行船舶开辟出一条可通航的航道。本发明较之前的破冰船破冰方式操作机动灵活，由于滚刀地滚铣作用使得破冰更加地容易实现，因此较之前的破冰船能够在高冰级地区破除更加厚的冰。

Claims (1)

1.一种滚刀式破冰潜体，其特征在于：所述的滚刀式破冰潜体由滚刀、机械架、浮力调节体三部分组成；机械架和滚刀通过传动轴和传动孔相连，浮力调节体固定于机械架下方，左右对称安装有两个浮力调节体；

所述的滚刀具体包括：

所述的滚刀可拆卸，材料为高强度、大直径铣刀；三个滚刀平行安装于机械架上，两个外侧滚刀旋向相反，中间滚刀旋向为非螺旋上升；滚刀采用滚铣的方式与冰层作用；

所述的机械架具体包括：

所述的机械架为口字型中空机械架结构，材料采用高强度耐磨钢板；滚刀动力装置安装于机械架内部，机械架中空部分内表面有六个传动孔，传动轴穿过传动孔，滚刀动力装置通过传动轴与滚刀相连；

所述的浮力调节体具体包括：

浮力调节体的前后各安装两套推进系统，侧面各安装两套侧推进系统；浮力调节体装有多个注水仓，注水仓可实现排水和注水；

所述的破冰潜体采用无人遥控操作；

破冰方法，具体包括如下步骤：

(1)注水仓注水，滚刀破冰潜体下潜到冰层，破冰潜体与冰层接触；

(2)注水仓不断排水，逐渐增大浮力，潜体向上浮动并滚铣冰层，浮力破开冰层；

(3)注水仓注水，减小浮力，潜体下潜并下潜到破冰位置前方，重复上述步骤；

所述的步骤(1)具体包括：

浮力调节体上装有的八个浮力推进系统调节破冰潜体的运动方向，浮体上前后安装主推进器，浮体左右安装侧推进器；浮力推进系统由电路控制，改变浮力推进系统的工作状态使其向指定方向移动。