CN110371267A - 一种自适应极地浮式平台冰载荷防护装置 - Google Patents

一种自适应极地浮式平台冰载荷防护装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自适应极地浮式平台冰载荷防护装置，包括：曲面防护机构、垂向移动机构、连接机构和控制系统。曲面防护机构安装在垂向移动机构上，通过改变斜率，降低平台所受冰块撞击载荷。垂向移动机构安装在平台的立柱上，能够根据水平面的升降，调整冰载荷防护装置的垂向位置，改变冰块的撞击部位。控制系统用于采集、分析和处理监测系统采集的信息，并控制曲面防护机构和垂向移动机构的运动。本发明能够根据水面的变化和冰块运动状态，灵活地调整防护装置的垂向位置及曲面斜率，使平台在极地工作时，降低其所受海冰撞击载荷，延长平台的使用寿命。

Description

一种自适应极地浮式平台冰载荷防护装置
技术领域
本发明属于海洋工程技术领域，具体涉及一种自适应极地浮式平台冰载荷防护装置。
背景技术
随着全球气候变暖，极地冰层逐渐融化，多年冰面积和所占冰的比例呈现减少的趋势。据美国国家冰雪数据中心报告，北极地区海冰面积缩减速度为每年3.5%，这意味着极地通航已经慢慢成为了可能。航线一旦开通，将会极大地改变现有的世界海运贸易航线结构。
同时，极地又拥有着十分丰富的矿产物质和石化资源，这也是世界各国费尽心机努力掌握极地地区控制权、积极开展极地冰工程相关研究的重要原因之一。据科考资料统计，北极及其周边地区埋藏的石油原油总蕴藏量已经超过900亿桶，煤炭总蕴藏量接近一万亿吨，以及有超过四十七万亿立方的天然气储量。同时，根据南极有关资料显示，南极大陆的石油资源总储藏量也有上千亿桶，天然气也有接近五万亿立方米的储藏量。因此，对极地资源开发和利用就显得迫在眉睫。
然而，极地地区的环境载荷条件十分复杂，常年有浮冰流动，对油气资源开采平台的安全性构成巨大威胁。因此，冰载荷防护装置的设计与研发就显得尤为重要。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种自适应极地浮式平台冰载荷防护装置，具体技术方案如下：
所述的自适应极地浮式平台冰载荷防护装置，包括：曲面防护机构、垂向移动机构、连接机构、齿条和控制系统；所述曲面防护机构安装在垂向移动机构上，用于降低平台受冰块撞击的载荷。所述齿条安装在平台的立柱上，所述齿条与所述垂向移动机构相配合，所述垂向移动机构沿所述齿条运动，垂向移动机构能够根据水平面的升降调整冰载荷防护装置的垂向位置，改变冰块的撞击部位。相邻的两个所述垂向移动机构通过所述连接机构相连，所述的连接机构的连接板一块上有凸点和螺纹孔，另一块上有凹下去的孔洞和螺纹孔。两块连接板凹凸的孔洞相互配合，并通过螺栓和螺母固定。所述控制系统用于收集、处理数据，以及控制所述曲面防护机构和垂向移动机构的运动。
优选的，所述的曲面防护机构包括：曲面和气缸装配体；所述曲面设计为“S”形；所述曲面的上端与所述的垂向移动机构柔性连接，所述气缸装配体的一端与所述曲面的下端柔性连接。气缸装配体的伸缩可以改变曲面的斜率，进而降低平台所受浮冰撞击载荷。
优选的，所述的垂向移动机构包括：安装架、电机装配体、和滚轮装配体；所述安装架的外侧上端与所述曲面的上端柔性连接，所述安装架的外侧的下端与所述气缸装配体柔性连接；所述安装架内侧还设置有电机安装孔和滚轮安装孔，所述电机装配体安装在所述电机安装孔上，所述滚轮装配体安装在所述滚轮安装孔上。所述滚轮装配体在平台的立柱上滚动，用于减小平台立柱与安装架之间的摩擦，使整个装置的移动更加顺畅。
优选的，所述电机装配体还包括：电机、平行键、角接触轴承、中心轴、小齿轮和大齿轮；所述小齿轮与大齿轮上均设置有键槽；小齿轮通过平行键固定在电机上，小齿轮与大齿轮啮合，大齿轮通过平行键固定在中心轴上，所述中心轴的两端分别通过所述角接触轴承与所述电机安装孔相连；所述电机焊接在所述安装架的内侧；所述大齿轮与所述齿条相啮合。
优选的，所述控制系统包括监测装置和控制装置，所述的监测系统包括：摄像头阵列、传感器阵列、处理器一和信号发射器；所述摄像头阵列、传感器阵列和信号发射器均连接在所述处理器一上；所述摄像头阵列安装在所述曲面的上端，用于采集冰况信息。
优选的，所述传感器阵列还包括：水位传感器、速度传感器、力传感器和力矩传感器，水位传感器和速度传感器安装在曲面的表面，力和力矩传感器安装平台的立柱上，用于采集水位、速度和平台所受力和力矩信息；信号发射器将摄像头阵列及传感器阵列采集到的信息传送到所述控制装置。
优选的，所述的控制装置包括：信号接收装置、处理器二和继电器，所述信号接收装置和继电器均连接在所述处理器二上；信号接收装置接收来自监测装置发射的信息，接收到的信号经处理器二分析和计算得出冰载荷防护装置的最佳位置和角度；处理器二将指令下达给继电器，所述继电器控制冰载荷防护装置运转。
本发明的有益效果：能够根据水面的变化和冰块运动状态，灵活地调整防护装置的垂向位置及曲面斜率，使平台在极地工作时，降低其所受海冰撞击载荷，延长平台的使用寿命。
附图说明
图1为本发明工作状态示意图；
图2为本发明整体示意图；
图3为本发明爆炸图；
图4为所述曲面示意图；
图5为气缸装配体示意图；
图6为安装架示意图；
图7为电机装配体示意图；
图8为电机装配体爆炸图；
图9为滚轮装配体图示意图；
图10为连接机构示意图；
图11为本发明工作流程图。
标示说明：1：曲面防护机构；2：垂向移动机构；3：连接机构；1-1：曲面；1-2：销；1-3：气缸装配体；1-3-1：销二；1-3-2：液压气缸杆；1-3-3：缸体；1-3-4：销三；2-1：安装架；2-2：电机装配体；2-2-1：电机；2-2-2：平行键；2-2-3：小齿轮；2-2-4:角接触球轴承；2-2-5：中心轴；2-2-6：大齿轮；2-3：滚轮装配体；2-3-1：销四；2-3-2：滚轮；3-1：连接板一；3-2：连接板二；3-3：螺钉；3-4：螺母。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1至图3所示，本发明公开了一种自适应极地浮式平台冰载荷防护装置，包括：曲面防护机构1、垂向移动机构2、连接机构3、齿条和控制系统；所述齿条安装在平台的立柱上，所述齿条与所述垂向移动机构2相配合，所述垂向移动机构2沿所述齿条运动；相邻的两个所述垂向移动机构2通过所述连接机构3相连，四组所述垂向移动机构2依次相连组成一个闭合的圆环；四个所述曲面防护机构1分别安装在垂向移动机构2上，用于降低平台受冰块撞击的载荷；所述控制系统用于收集、处理数据，以及控制所述曲面防护机构和垂向移动机构的运动。
如图10所示，连接机构3包括：连接板一3-1和连接板二3-2、螺钉3-3和螺母3-4。连接板一3-1上有凸点和螺纹孔，连接板二3-2上有凹下去的孔洞和螺纹孔。两块连接板凹凸的孔洞相互配合，并通过螺栓3-3和螺母3-4固定
如图3、图4及图5所示，所述的曲面防护机构2包括：曲面1-1、销一1-2和气缸装配体1-3；所述曲面1-1设计为“S”形；所述曲面1-1的上端与所述的垂向移动机构2通过所述销一1-2连接；所述气缸装配体1-3还包括：销二1-3-1、液压气缸杆1-3-2、缸体1-3-3、和销三1-3-4，曲面1-1的下端通过销二1-3-1与液压气缸杆1-3-2的首部连接，液压气缸杆1-3-2安装在缸体1-3-3中，缸体1-3-3的另一端通过销三1-3-4与所述垂向移动机构2相连。时间继电器与液压气缸连接，用于控制液压气缸的伸缩。通过液压气缸的伸缩，可以改变曲面防护机构曲面1-1的斜率。
如图3及图6所示，所述的垂向移动机构2包括：安装架2-1、电机装配体2-2、和滚轮装配体2-3；所述安装架2-1的外侧上端与所述曲面1-1的上端通过所述销一1-2连接，所述安装架2-1的外侧的下端与所述气缸装配体1-3通过销三1-3-4连接；所述安装架2-1内侧还设置有电机安装孔和滚轮安装孔，所述电机装配体2-2安装在所述电机安装孔上，所述滚轮装配体2-3安装在所述滚轮安装孔上。
如图7及图8所示，所述电机装配体2-2还包括：电机2-2-1、平行键2-2-2、角接触轴承2-2-4、中心轴2-2-5、小齿轮2-2-3和大齿轮2-2-6；所述小齿轮2-2-3与大齿轮2-2-6上均设置有键槽；小齿轮2-2-3通过平行键2-2-2固定在电机上，小齿轮2-2-3与大齿轮2-2-6啮合，大齿轮2-2-6通过平行键2-2-2固定在中心轴2-2-5上，所述中心轴2-2-5的两端分别通过所述角接触轴承2-2-4与所述电机安装孔相连；所述电机2-2-1焊接在所述安装架2-1的内侧；所述大齿轮2-2-6与所述齿条相啮合。
如图9所示：所述滚轮装配体2-3包括：销四2-3-1和滚轮2-3-2，所述滚轮2-3-2通过销四2-3-1固定在滚轮安装孔上。
所述控制系统包括监测装置和控制装置，所述的监测系统包括：摄像头阵列、传感器阵列、处理器一和信号发射器；所述摄像头阵列、传感器阵列和信号发射器均连接在所述处理器一上；所述摄像头阵列安装在所述曲面的上端，用于采集冰况信息。
所述传感器阵列还包括：水位传感器、速度传感器、力传感器和力矩传感器，水位传感器和速度传感器安装在曲面1-1的表面，力和力矩传感器安装平台的立柱上，用于采集水位、速度和平台所受力和力矩信息；信号发射器将摄像头阵列及传感器阵列采集到的信息传送到所述控制装置。
所述的控制装置包括：信号接收装置、处理器二和继电器，所述信号接收装置和继电器均连接在所述处理器二上；信号接收装置接收来自监测装置发射的信息，接收到的信号经处理器二分析和计算得出冰载荷防护装置的最佳位置和角度；处理器二将指令下达给继电器，所述继电器控制冰载荷防护装置运转。
如图11所示，本发明的工作方法为，监测装置采集平台附近冰况信息、水位信息、来流速度以及平台因冰块的碰撞所产生的力和力矩信息；控制装置接收并分析监测系统所采集的信息，通过处理器计算并分析确定冰块撞击冰载荷防护平台的最佳部位（平台所受的力和力矩最小），并以此控制冰载荷防护装置开始运转。在时间继电器的控制下，垂向移动机构的电机通电，齿轮啮合，冰载荷防护装置沿着平台的立柱上下移动。来改变冰块撞击曲面的部位。同时，气缸的支架开始伸缩，改变曲面防护机构曲面的斜率。在垂向移动机构和冰块防撞机构协同配合下，冰载荷防护装置运动到最佳位置（平台所受的力和力矩最小）。
以上仅为本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。

Claims (7)

1.一种自适应极地浮式平台冰载荷防护装置，其特征在于，包括：曲面防护机构、垂向移动机构、连接机构、齿条和控制系统；所述曲面防护机构安装在垂向移动机构上，用于降低平台受冰块撞击的载荷；所述齿条安装在平台的立柱上，所述齿条与所述垂向移动机构相配合，所述垂向移动机构沿所述齿条运动；相邻的两个所述垂向移动机构通过所述连接机构相连；所述控制系统用于收集、处理数据，以及控制所述曲面防护机构和垂向移动机构的运动。
2.根据权利要求1所述的一种自适应极地浮式平台冰载荷防护装置，其特征在于，所述的曲面防护机构包括：曲面和气缸装配体；所述曲面设计为“S”形；所述曲面的上端与所述的垂向移动机构柔性连接，所述气缸装配体的一端与所述曲面的下端柔性连接。
3.根据权利要求2所述的一种自适应极地浮式平台冰载荷防护装置，其特征在于，所述的垂向移动机构包括：安装架、电机装配体、滚轮装配体；所述安装架的外侧上端与所述曲面的上端柔性连接，所述安装架的外侧的下端与所述气缸装配体柔性连接；所述安装架内侧还设置有电机安装孔和滚轮安装孔，所述电机装配体安装在所述电机安装孔上，所述滚轮装配体安装在所述滚轮安装孔上。
4.根据权利要求3所述的一种自适应极地浮式平台冰载荷防护装置，其特征在于，所述电机装配体还包括：电机、平行键、角接触轴承、中心轴、小齿轮和大齿轮；所述小齿轮与大齿轮上均设置有键槽；小齿轮通过平行键固定在电机上，小齿轮与大齿轮啮合，大齿轮通过平行键固定在中心轴上，所述中心轴的两端分别通过所述角接触轴承与所述电机安装孔相连；所述电机焊接在所述安装架的内侧；所述大齿轮与所述齿条相啮合。
5.根据权利要求1至4任一所述的一种自适应极地浮式平台冰载荷防护装置，其特征在于，所述控制系统包括监测装置和控制装置，所述的监测系统包括：摄像头阵列、传感器阵列、处理器一和信号发射器；所述摄像头阵列、传感器阵列和信号发射器均连接在所述处理器一上；所述摄像头阵列安装在所述曲面的上端，用于采集冰况信息。
6.根据权利要求5所述的一种自适应极地浮式平台冰载荷防护装置，其特征在于，所述传感器阵列还包括：水位传感器、速度传感器、力传感器和力矩传感器，水位传感器和速度传感器安装在曲面的表面，力和力矩传感器安装平台的立柱上，用于采集水位、速度和平台所受力和力矩信息；信号发射器将摄像头阵列及传感器阵列采集到的信息传送到所述控制装置。
7.根据权利要求5所述的一种自适应极地浮式平台冰载荷防护装置，其特征在于，所述的控制装置包括：信号接收装置、处理器二和继电器，所述信号接收装置和继电器均连接在所述处理器二上；信号接收装置接收来自监测装置发射的信息，接收到的信号经处理器二分析和计算得出冰载荷防护装置的最佳位置和角度；处理器二将指令下达给继电器，所述继电器控制冰载荷防护装置运转。
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