CN108532547B - 海底真空管道人工岛塔防撞击防偏移装置 - Google Patents

Abstract

海底真空管道人工岛塔防撞击防偏移设置，包括岛塔、防撞舶台、拉索、栈桥、拉力传感器、陀螺仪、激光测距仪、位移计、控制中心、动力装置，防撞舶台4～10个，均匀分布在岛塔周围水面上，阻挡来自各方向的海上航行物撞击岛塔。拉索为绳索或钢缆，系在岛塔和舶台之间，当发生偏移、偏转时，拉力传感器、激光测距仪、位移计将检测到的信号传送到控制中心，发出开车指令，启动螺旋浆或射流装置，对舶台产生推力，防止舶台撞向岛塔，制止偏移。本发明为人工岛塔提供防止外来撞击的屏障，防止岛塔偏移，保障岛塔稳定与安全。该舶台还可作为海上作业平台、观测站、观景台，并为渔船、小型舰艇等提供临时停靠泊位，进一步拓展人工岛塔的功能。

Description

海底真空管道人工岛塔防撞击防偏移装置

技术领域

本发明属于真空管道交通与海洋工程技术领域，涉及海底真空管道人工岛塔防撞击防偏移装置。

背景技术

高速铁路、磁悬浮列车都因受到空气阻力、气动噪声、气动振动等制约，而无法进一步提高速度。飞机和汽车除了受空气阻力影响外，其能耗高、碳排放量大，将来发展会受到限制。真空管道高速交通克服上述缺点，是一种能达到超高速度，且能耗很低、环境影响很小的交通模式，可望从根本上解决人类交通所面临的困境。这种交通方式由管道、车辆、驱动与控制、真空泵、真空测量、远程监控系统等部分组成，运行时，管道内抽成一定真空，然后车辆在其中行驶。由于同时消除了机械摩擦和空气阻力，不仅所需驱动力很小，而且速度可以很快。

跨海大桥、海底隧道已得到广泛应用，施工技术成熟。跨海大桥适合近岸浅海；海底隧道能适应较深海域，但工程造价高，施工风险和运营风险大；沉管隧道结构庞大，要求河床或海床平缓，不能有大起伏，只适合短距离浅水域，不适合距离较长及水深较大的海域；悬浮隧道被理论界看好，虽然没有现实应用，但预计建设成本低于跨海大桥、海底隧道，而且对海域的适应性很强，建设成本仍然较高。

真空管道交通，近年来在全世界备受关注。其断面小、结构轻型、集成度好，当作为跨海方案在海底建设时，成本低于跨海大桥、海底隧道、悬浮隧道。海底真空管道的基本形式为，在海床上修建固定墩台，然后通过水下施工方法，把真空管道管段按要求的精度架设在墩台上，再用水下密封连接方法把所有管道固定连接。在施工技术方面，已经普遍实施的海底输油管道建设经验可提供良好的参照与借鉴。海底真空管道是基于跨海大桥、海底隧道、沉管隧道，是对三者技术升级的结果，集成了三者既有技术的优点，克服其缺点与不足。是跨海大桥的降低高度的版本，是海底隧道提升高度的版本，是沉管隧道缩小断面与轻型化的版本。

海底环境对真空管道具有特殊优越性，海水可以为真空管道降温、提供恒温环境，还可为管道提供均匀浮力，抵消管道自身重力作用，降低结构强度要求。因此，海底真空管道作为真空管道交通先行先试工程具有可行性、可能性。

地面真空管道可以很方便地在外部进行检修，而海底真空管道外部检修困难。对于长度大于10km的海底真空管道，需要在沿线设置真空泵站、排气井、检查口、紧急撤离口。用于支撑连接海底真空管道的多功能空心人工岛塔(CN201711042785.9)可能是较好的方式。对于该人工岛塔，需要进一步考虑其安全问题及应对措施，比如，如何防止被大型船舶撞击，如何防范地震、台风、洋流引起的偏移，发生偏移时如何纠正、复位等。

发明内容

为防止多功能空心人工岛塔遭受大型船舶撞击、以及发生偏移时及时予以纠偏，本发明解决的问题在于提供海底真空管道人工岛塔防撞击防偏移装置。

本发明是通过以下技术方案来实现：

海底真空管道人工岛塔防撞击防偏移装置，包括均匀分布在海底真空管道人工岛塔四周水面上的多个防撞舶台，防撞舶台通过柔性的拉索与岛塔相连接，防撞舶台之间通过栈桥相连接；

防撞舶台与岛塔之间设有激光测距仪或位移计，激光测距仪或位移计监测防撞舶台与岛塔的位置、偏转方向并将检测结果发送给控制中心；

防撞舶台上设有动力装置，防撞舶台靠近岛塔的一侧还设有与拉索相连的拉力传感器；当岛塔发生偏移时，偏移相对侧的拉索受力拉紧，拉力传感器将检测到的受力信号传送到控制中心，或者控制中心还接收到激光测距仪或位移计发来的位置变化信息；控制中心向动力装置发出启动指令，动力装置对防撞舶台产生推力，从偏移相反方向拉紧拉索，制止岛塔偏移。

所述的防撞舶台为圆形、椭圆形、矩形或舰船形，共设置4～10个，防撞舶台防止海上航行物撞击岛塔；

所述的栈桥为柔性栈桥，能够拦截从相邻防撞舶台之间的空隙撞向岛塔的漂浮物。

所述的拉索为柔性的绳索或钢缆，当岛塔向远离防撞舶台方向偏移时，该防撞舶台与岛塔之间的拉索被拉紧；当防撞舶台受到外来航行物撞击时，拉索不产生拉力；

所述的拉索淹没在海水中，拉索上按一定间隔系有浮球使其保持平直状态。

所述的防撞舶台与岛塔之间设有激光测距仪，其中激光发生器设置在防撞舶台上，激光反射器设置在岛塔上；所述的激光测距仪实时监测防撞舶台、岛塔的位置信息并将检测结果发送给控制中心，当激光测距仪监测到防撞舶台与岛塔之间的距离发生变化时，由控制中心判断防撞舶台、岛塔的位移方位和性质。

当防撞舶台受到航行物撞击时，其发生向内位移，激光测距仪将防撞舶台的位移变化信号传递到控制中心，控制中心向受到撞击的防撞舶台的动力装置发出启动指令，对该防撞舶台产生向外的推力，防止防撞舶台撞向岛塔；当防撞舶台恢复到原位置后，激光测距仪将防撞舶台位移复位信号传递到控制中心，控制中心向动力装置发出停车指令。

当控制中心判断出岛塔和防撞舶台发生同步位移，控制中心向各相关防撞舶台上的动力装置发出启动指令，防撞舶台产生定向推力，拉紧拉索，制止岛塔与防撞舶台继续偏移，并控制动力装置使岛塔与防撞舶台恢复到原位。

所述的动力装置为射流装置或陀螺装置，其接收控制中心的指令并启动，为防撞舶台提供向外推力。

当防撞舶台受到带有偏角的碰撞，使防撞舶台侧移、旋转时，激光测距仪将偏转变化信号传递到控制中心，控制中心向防撞舶台的动力装置发出启动指令，射流装置或陀螺仪启动以纠正防撞舶台的侧移和偏转。

当漂浮物撞向相邻防撞舶台之间的栈桥时，栈桥拉动防撞舶台，使防撞舶台偏移；激光测距仪探测到舶台偏移，将信号传送到控制中心；控制中心向动力装置发出开车指令，射流装置或陀螺仪启动以纠正防撞舶台的侧移和偏转，将舶台与栈桥恢复到原位。

本发明的有益效果是：

本发明提供的海底真空管道人工岛塔防撞击防偏移装置，为人工岛塔提供了防止外来船舶、航行器、海上漂浮物等撞击的屏障体系，该屏障体系包括防撞舶台和栈桥，一方面作为撞击缓冲避免了外来物对人工岛塔的撞击，另一方面该屏障体系还具有防止偏移及纠偏的作用，通过包括激光测距仪或位移计在内的测控系统进行位置检测，并由控制中心判断防撞舶台、岛塔的位移方位和性质，从而控制防撞舶台的动力装置启动进行相反作用力的提供，从而使得岛塔、防撞舶台和栈桥维持在一个相对稳定的位置或状态中，保障岛塔稳定与安全。此外，防撞舶台还可作为海上作业平台、观测站、观景台，并为渔船、小型舰艇等提供临时停靠泊位，进一步拓展该人工岛塔的功能。

附图说明

图1为海底真空管道人工岛塔防撞击、防偏移与偏移校正设置示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为图1的俯视图，其中各舶台2之间设置有栈桥4。

图4为图1中A局部放大图。

图5为海底真空管道人工岛塔防撞击、防偏移与偏移校正方法原理图。

图中1为岛塔，2为防撞舶台，3为拉索，4为栈桥，5为拉力传感器，6为陀螺仪，71为激光发生器，72为激光反射器，8为控制中心。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细描述，所述是对本发明的解释而不是限定。

参见图1-图5，海底真空管道人工岛塔防撞击防偏移装置，包括均匀分布在海底真空管道人工岛塔1四周水面上的多个防撞舶台2，防撞舶台2通过柔性的拉索3与岛塔1相连接，防撞舶台2之间通过栈桥4相连接；

防撞舶台2与岛塔1之间设有激光测距仪或位移计，激光测距仪或位移计监测防撞舶台2与岛塔1的位置、偏转方向并将检测结果发送给控制中心8；

防撞舶台2上设有动力装置，防撞舶台2靠近岛塔的一侧还设有与拉索3相连的拉力传感器5；当岛塔1发生偏移时，偏移相对侧的拉索3受力拉紧，拉力传感器5将检测到的受力信号传送到控制中心8，或者控制中心8还接收到激光测距仪或位移计发来的位置变化信息；控制中心8向动力装置发出启动指令，动力装置对防撞舶台2产生推力，从偏移相反方向拉紧拉索3，制止岛塔1偏移。

具体的，所述的防撞舶台2为圆形、椭圆形、矩形或舰船形，共设置4～10个，防撞舶台2均匀分布在岛塔1周围水面上，阻挡和防止来自各个方向的船舶和海上航行物撞击岛塔1，从而防止海上航行物撞击岛塔1；

所述的栈桥4为柔性栈桥，能够拦截从相邻防撞舶台2之间的空隙撞向岛塔1的漂浮物。

所述的拉索3为柔性的绳索或钢缆，系在岛塔1和舶台2之间。当岛塔1向远离防撞舶台2方向偏移时，该防撞舶台2与岛塔1之间的拉索3被拉紧；当防撞舶台2受到外来航行物撞击时，拉索3不产生拉力；

柔性拉索3的作用是，只有当岛塔1向相反方向偏移时(远离舶台2方向)，拉索3被拉紧，产生作用力；而当舶台2受到外来航行物撞击时，拉索3不产生拉力，不影响岛塔1。防撞舶台2除了具有防撞功能外，还具有海上作业平台、观测站和观景平台等功能，也可供渔船、快艇等临时靠泊。各舶台2之间可用柔性栈桥4连接，方便人员在各舶台2之间穿梭通行，如图3所示。栈桥4具有足够的强度，能拦截任何可能从两相邻舶台2之间的空隙撞向岛塔1的漂浮物。

所述的拉索3淹没在海水中，拉索3上按一定间隔系有浮球使其保持平直状态。

具体的，所述的拉力传感器5设置在舶台2内侧(靠近岛塔1一侧)，跟拉索3相连。当岛塔1发生反方向偏移时，拉索3被拉紧，拉力传感器5将检测到的受力信号传送到控制中心8，控制中心8向动力装置发出开车指令，启动螺旋浆，对舶台2产生向外的推力，从而拉紧拉索3，制止岛塔1向另一方向偏移。

进一步的，海底真空管道人工岛塔偏移校正设置：

所述的防撞舶台2与岛塔1之间设有激光测距仪，其中激光发生器71设置在防撞舶台2上，激光反射器72设置在岛塔1上；所述的激光测距仪实时监测防撞舶台2、岛塔1的位置信息并将检测结果发送给控制中心8，当激光测距仪监测到防撞舶台2与岛塔1之间的距离发生变化时，由控制中心8判断防撞舶台2、岛塔1的位移方位和性质。

当防撞舶台2受到航行物撞击时，其发生向内位移，激光测距仪将防撞舶台2的位移变化信号传递到控制中心8，控制中心8向受到撞击的防撞舶台2的动力装置发出启动指令，对该防撞舶台2产生向外的推力，防止防撞舶台2撞向岛塔1；当防撞舶台2恢复到原位置后，激光测距仪将防撞舶台2位移复位信号传递到控制中心8，控制中心8向动力装置发出停车指令，如图5所示。

所述的位移计与测控系统能够对岛塔1和所有舶台2的位移进行精确测定，判断位移性质。因为当遇到洋流、波浪力作用，或地震、海啸时，岛塔1和舶台2之间则不发生相对位移，这时力传感器5和激光测距仪失效。通过位移计与测控系统，当控制中心8判断出岛塔1和防撞舶台2发生同步位移，控制中心8向各相关防撞舶台2上的动力装置发出启动指令，防撞舶台2产生定向推力，拉紧拉索3，制止岛塔1与防撞舶台2继续偏移，并控制动力装置使岛塔1与防撞舶台2恢复到原位。

具体的，所述的动力装置为射流装置或陀螺仪6，其接收控制中心8的指令并启动，为防撞舶台2提供向外推力。

当防撞舶台2受到带有偏角的碰撞，使防撞舶台2侧移、旋转时，激光测距仪将偏转变化信号传递到控制中心8，控制中心8向防撞舶台2的动力装置发出启动指令，射流装置或陀螺仪6启动以纠正防撞舶台2的侧移和偏转。

当漂浮物撞向相邻防撞舶台2之间的栈桥4时，栈桥4拉动防撞舶台2，使防撞舶台2偏移；激光测距仪探测到舶台2偏移，将信号传送到控制中心8；控制中心8向动力装置发出开车指令，射流装置或陀螺仪6启动以纠正防撞舶台2的侧移和偏转，将舶台2与栈桥4恢复到原位。

下面给出具体的实施例。

海底真空管道人工岛塔防撞击、防偏移与偏移校正设置，包括岛塔1、防撞舶台2、拉索3、栈桥4、拉力传感器5、陀螺仪6、激光测距仪、位移计、测控系统、控制中心8、动力装置。

如图1、图2所示，所述的防撞舶台2为椭圆形，共8个，均匀分布在岛塔1周围水面上，阻挡和防止来自各个方向的船舶和海上航行物撞击岛塔1。

所述的拉索3为钢缆，系在岛塔1和舶台2之间，低于吃水线，整个拉索3淹没在海水中，按一定间隔系浮球在被淹没的拉索3上，使拉索3保持直线状态，消除悬链线形态对拉力传感器5精度和响应时间的影响。

如图3所示，各舶台2之间可用柔性栈桥4连接，方便人员在各舶台2之间穿梭通行。要求栈桥4具有足够强度，能拦截任何从两相邻舶台2之间的空隙撞向岛塔1的漂浮物。

所述的拉力传感器5设置在舶台2内侧(靠近岛塔1一侧)，并跟拉索3相连。当岛塔1发生反方向偏移时，拉索3被拉紧，拉力传感器5将检测到的受力信号传送到控制中心8，控制中心8向动力装置发出开车指令，启动螺旋浆，对舶台2产生向外的推力，从而拉紧拉索3，制止岛塔1向另一方向偏移。

作为动力装置的螺旋浆启动一般具有延时，为克服这种延时，提高响应即时性，本实施例采用由陀螺仪6所控制的贯性阻止偏移技术。在陀螺仪6作用下，为舶台2提供能够快速响应的向外推力。

如图4所示，在舶台2内侧安装激光发生器71，在岛塔1上安装激光反射器72。当舶台2受到外来船舶等航行物撞击时，其发生向内位移，激光测距仪将距离变化信息(位移信号)传递到控制中心8，控制中心8向动力装置发出开车指令，启动螺旋浆，对舶台2产生向外的推力，防止舶台2撞向岛塔1。当舶台2恢复到原位置后，激光测距仪将信号传递到控制中心8，控制中心8向动力装置发出停车指令，如图5所示。

Claims (9)

1.海底真空管道人工岛塔防撞击防偏移装置，其特征在于，包括均匀分布在海底真空管道人工岛塔(1)四周水面上的多个防撞舶台(2)，防撞舶台(2)通过柔性的拉索(3)与岛塔(1)相连接，防撞舶台(2)之间通过栈桥(4)相连接；

防撞舶台(2)与岛塔(1)之间设有激光测距仪或位移计与测控系统，激光测距仪或位移计与测控系统监测防撞舶台(2)与岛塔(1)的位置、偏转方向并将检测结果发送给控制中心(8)；

防撞舶台(2)上设有动力装置，防撞舶台(2)靠近岛塔的一侧还设有与拉索(3)相连的拉力传感器(5)；当岛塔(1)发生偏移时，偏移相对侧的拉索(3)受力拉紧，拉力传感器(5)将检测到的受力信号传送到控制中心(8)，或者控制中心(8)还接收到激光测距仪或位移计发来的位置变化信息；控制中心(8)向动力装置发出启动指令，动力装置对防撞舶台(2)产生推力，从偏移相反方向拉紧拉索(3)，制止岛塔(1)偏移。

2.如权利要求1所述的海底真空管道人工岛塔防撞击防偏移装置，其特征在于，所述的防撞舶台(2)为圆形、椭圆形、矩形或舰船形，共设置4～10个，防撞舶台(2)防止海上航行物撞击岛塔(1)；

所述的栈桥(4)为柔性栈桥，能够拦截从相邻防撞舶台(2)之间的空隙撞向岛塔(1)的漂浮物。

3.如权利要求1所述的海底真空管道人工岛塔防撞击防偏移装置，其特征在于，所述的拉索(3)为柔性的绳索或钢缆，当岛塔(1)向远离防撞舶台(2)方向偏移时，该防撞舶台(2)与岛塔(1)的偏移相对侧的拉索(3)被拉紧；当防撞舶台(2)受到外来航行物撞击时，拉索(3)不产生拉力；

所述的拉索(3)淹没在海水中，拉索(3)上按一定间隔系有浮球使其保持平直状态。

4.如权利要求1所述的海底真空管道人工岛塔防撞击防偏移装置，其特征在于，所述的防撞舶台(2)与岛塔(1)之间设有激光测距仪，其中激光发生器(71)设置在防撞舶台(2)上，激光反射器(72)设置在岛塔(1)上；所述的激光测距仪实时监测防撞舶台(2)、岛塔(1)的位置信息并将检测结果发送给控制中心(8)，当激光测距仪监测到防撞舶台(2)与岛塔(1)之间的距离发生变化时，由控制中心(8)判断防撞舶台(2)、岛塔(1)的位移方位和性质。

5.如权利要求4所述的海底真空管道人工岛塔防撞击防偏移装置，其特征在于，当防撞舶台(2)受到航行物撞击时，其发生向内位移，激光测距仪将防撞舶台(2)的位移变化信号传递到控制中心(8)，控制中心(8)向受到撞击的防撞舶台(2)的动力装置发出启动指令，对该防撞舶台(2)产生向外的推力，防止防撞舶台(2)撞向岛塔(1)；当防撞舶台(2)恢复到原位置后，激光测距仪将防撞舶台(2)位移复位信号传递到控制中心(8)，控制中心(8)向动力装置发出停车指令。

6.如权利要求1所述的海底真空管道人工岛塔防撞击防偏移装置，其特征在于，当控制中心(8)根据位移计与测控系统发来的监测信息，判断出岛塔(1)和防撞舶台(2)发生同步位移，控制中心(8)向各相关防撞舶台(2)上的动力装置发出启动指令，防撞舶台(2)产生定向推力，拉紧拉索(3)，制止岛塔(1)与防撞舶台(2)继续偏移，并控制动力装置使岛塔(1)与防撞舶台(2)恢复到原位。

7.如权利要求1、4或6所述的海底真空管道人工岛塔防撞击防偏移装置，其特征在于，所述的动力装置为射流装置或陀螺装置，其接收控制中心(8)的指令并启动，为防撞舶台(2)提供向外推力。

8.如权利要求7所述的海底真空管道人工岛塔防撞击防偏移装置，其特征在于，当防撞舶台(2)受到带有偏角的碰撞，使防撞舶台(2)侧移、旋转时，激光测距仪将偏转变化信号传递到控制中心(8)，控制中心(8)向防撞舶台(2)的动力装置发出启动指令，射流装置或陀螺仪(6)启动以纠正防撞舶台(2)的侧移和偏转。

9.如权利要求7所述的海底真空管道人工岛塔防撞击防偏移装置，其特征在于，当漂浮物撞向相邻防撞舶台(2)之间的栈桥(4)时，栈桥(4)拉动防撞舶台(2)，使防撞舶台(2)偏移；激光测距仪探测到舶台(2)偏移，将信号传送到控制中心(8)；控制中心(8)向动力装置发出开车指令，射流装置或陀螺仪(6)启动以纠正防撞舶台(2)的侧移和偏转，将舶台(2)与栈桥(4)恢复到原位。

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