CN111498027A - 一种用于极地的浮力破冰装置及其作业方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于极地的浮力破冰装置及其作业方法。所述浮力破冰装置包括两个形状和大小均一致的浮筒，浮筒的顶部为锥形；浮筒包括两个独立的舱室，上部为封闭的空腔，下部为压载腔；空腔内的抽水泵的两端分别连接抽水管和排水管，抽水管延伸至压载舱的内部，排水管穿过空腔的侧壁与外界相通；空腔内设有通气管，通气管的一端延伸至压载舱的内部，另一端穿过空腔的侧壁与外界相通；压载舱的底部设有进水阀；当压载舱内充满海水后，浮筒的浮力大于其重量；两个浮筒的底部通过系泊缆连接，滑轮套设于系泊缆上，滑轮固定于海底；两个浮筒通过金属梁铰接。本发明浮力破冰装置位于水下，采用浮力破冰，运营成本低，可在同一地点长期破冰。

Description

一种用于极地的浮力破冰装置及其作业方法

技术领域

本发明涉及一种用于极地的浮力破冰装置及其作业方法，属于海洋工程技术领域。

背景技术

北极地区海底蕴含丰富的油气资源，油气开发活动面临的主要挑战来自于浮冰。在浮式钻井平台或生产平台作业时，大体积的海冰将对平台局部结构造成强度破坏，并造成平台大范围偏移，危及系泊与立管系统；同时浮冰还会阻塞航道，使常规运输船舶、工程船无法接近平台。浮冰的存在严重影响了油气田开发进程，浮式钻井平台通常只能在夏季进行钻井作业，而开发模式也主要采用固定式平台或人工岛方式，造成开发成本高昂。

目前在冰区的抗冰作业往往采用破冰船等专业装备，也有采用拖轮拉拽浮冰的方式，但都无法在固定位置长期破冰，且各类船舶动复原成本高昂，为此业界需要开发一种结构简单、维护方便的破冰装置，可安装在浮式平台周围，提供稳定的破冰作业。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于极地的浮力破冰装置及其作业方法，通过浮力破冰装置中两个浮筒的交替上浮，实现破冰。

本发明所提供的用于极地的浮力破冰装置，包括两个形状和大小均一致的浮筒，所述浮筒的顶部为锥形；

所述浮筒包括两个独立的舱室，上部为封闭的空腔，下部为压载腔；

所述空腔内设有一抽水泵，所述抽水泵的两端分别连接抽水管和排水管，所述抽水管延伸至所述压载舱的内部，所述排水管穿过所述空腔的侧壁与外界相通；

所述空腔内设有一通气管，所述通气管的一端延伸至所述压载舱的内部，另一端穿过所述空腔的侧壁与外界相通；

所述压载舱的底部设有进水阀；当所述压载舱内充满海水后，所述浮筒的浮力大于其重量；

两个浮筒的底部通过一系泊缆连接，一滑轮套设于所述系泊缆上，所述滑轮通过吸力桩基础固定于海底；

两个浮筒通过一金属梁铰接。

上述的浮力破冰装置中，所述浮筒的横截面为圆形或多边形。

上述的浮力破冰装置中，所述空腔和所述压载舱之间设置水密舱壁；

所述抽水泵设于所述水密舱壁上。

上述的浮力破冰装置中，所述空腔的顶部设有防撞结构。

上述的浮力破冰装置中，所述金属梁的两端铰接于所述浮筒的侧壁上。

上述的浮力破冰装置中，所述系泊缆的两端为钢丝绳，中部为锚链。

所述浮力破冰装置作业时，按照下述步骤进行：

所述浮力破冰装置中的两个所述浮筒分别记为浮筒A和浮筒B；

启动所述浮筒A内的所述抽水泵，进行排水作业，则所述浮筒A开始上浮，并通过所述系泊缆将所述浮筒B拉入水下，所述抽水泵继续排水作业，所述浮筒A继续上浮；然后关闭所述抽水泵，打开所述浮筒A底部的所述进水阀，则所述浮筒A开始下沉，所述浮筒B开始上浮，通过所述浮筒的锥形顶部顶破上方浮冰；当所述浮筒B内的所述通气管位于水面以上时，启动所述浮筒B内的所述抽水泵进行排水作业，如此交替作业，完成破冰过程。

采用交流电驱动所述抽水泵；

电缆从所述压载舱的底部穿过所述压载舱给所述抽水泵供电。

本发明用于极地的浮力破冰装置具有如下有益效果：

(1)结构简单，安装方便。

(2)装置位于水下，采用浮力破冰，运营成本低，可在同一地点长期破冰。

(3)可根据海冰情况选择破冰频率。

附图说明

图1是本发明浮力破冰装置的整体结构示意图。

图2是本发明浮力破冰装置中浮筒未破冰状态的示意图。

图3是本发明浮力破冰装置中一侧浮筒上浮、另一侧浮筒下沉时的示意图。

图4是本发明浮力破冰装置中另一侧浮筒破冰时的示意图。

图中各标记如下：

1封闭空舱；2压载舱；3排水管；4抽水泵；5进水阀；6抽水管；7防撞结构；8通气管；9铰接点；10金属梁；11系泊缆；12滑轮；13吸力桩基础；14电缆通道；15柔性电缆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

如图1所示，为本发明提供的用于极地的浮力破冰装置的整体结构示意图，包括两个形状和大小均一致的浮筒，浮筒的横截面为圆形，顶部为锥形，并设有防撞结构7。每个浮筒包括两个独立的舱室，上部为封闭空腔1，下部为压载腔2，两者通过水密舱壁隔开。封闭空腔1内抽水泵4，抽水泵4的两端分别连接抽水管6和排水管3，抽水管6延伸至压载舱2的内部，排水管3穿过封闭空腔1的侧壁与外界相通，从而将压载舱2内的海水排出。封闭空腔1内设有一个通气管8，通气管8的一端延伸至压载舱2的内部，另一端穿过封闭空腔1的侧壁与外界相通，从而实现压载舱2与外部的连通。压载舱2的底部设有进水阀5；当压载舱2内充满海水后，浮筒的仍浮力大于其重量，以保证浮筒的上浮状态。两个浮筒的侧壁上设有铰接点9，采用一根金属梁10连接两个铰接点9。两个浮筒的底部连接有系泊缆11，系泊缆11的两端为钢丝绳，中部为锚链，系泊缆11穿过一个采用吸力桩基础固定的滑轮12。

本发明浮力破冰装置中浮筒未破冰状态的示意图如图2所示。

采用本发明浮力破冰装置进行破冰作业时，按照下述步骤进行：

步骤1：开始破冰时，关闭左侧浮筒内的进水阀5，抽水泵4开始抽取压载舱2内的海水，并由排水管3排出，由于通气管8开口位于水面以上，此时空气逐渐进入压载舱2内，则左侧浮筒的重量减小，在浮力的作用下开始上浮，如图3所示。

步骤2：左侧浮筒通过系泊缆11将右侧浮筒拉至水面以下，抽水泵4继续排水作业，左侧浮筒继续上浮，如图3所示。

步骤3：打开左侧浮筒下方的进水阀5，左侧浮筒内的压载舱2内入水，开始下沉，右侧浮筒在浮力的作用下上浮，利用顶部防撞结构7破冰。当通气管8位于水面以上后，启动抽水泵5进行排水作业。

之后交替进行，完成破冰过程。

Claims (8)

1.一种用于极地的浮力破冰装置，包括两个形状和大小均一致的浮筒，所述浮筒的顶部为锥形；

所述浮筒包括两个独立的舱室，上部为封闭的空腔，下部为压载腔；

所述空腔内设有一抽水泵，所述抽水泵的两端分别连接抽水管和排水管，所述抽水管延伸至所述压载舱的内部，所述排水管穿过所述空腔的侧壁与外界相通；

所述空腔内设有一通气管，所述通气管的一端延伸至所述压载舱的内部，另一端穿过所述空腔的侧壁与外界相通；

所述压载舱的底部设有进水阀；当所述压载舱内充满海水后，所述浮筒的浮力大于其重量；

两个浮筒的底部通过一系泊缆连接，一滑轮套设于所述系泊缆上，所述滑轮通过吸力桩基础固定于海底；

两个浮筒通过一金属梁铰接。

2.根据权利要求1所述的浮力破冰装置，其特征在于：所述浮筒的横截面为圆形或多边形。

3.根据权利要求1或2所述的浮力破冰装置，其特征在于：所述空腔和所述压载舱之间设置水密舱壁；

所述抽水泵设于所述水密舱壁上。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的浮力破冰装置，其特征在于：所述空腔的顶部设有防撞结构。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的浮力破冰装置，其特征在于：所述金属梁的两端铰接于所述浮筒的侧壁上。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的浮力破冰装置，其特征在于：所述系泊缆的两端为钢丝绳，中部为锚链。

7.权利要求1-6中任一项所述浮力破冰装置的作业方法，包括如下步骤：

所述浮力破冰装置中的两个所述浮筒分别记为浮筒A和浮筒B；

启动所述浮筒A内的所述抽水泵，进行排水作业，则所述浮筒A开始上浮，并通过所述系泊缆将所述浮筒B拉入水下，所述抽水泵继续排水作业，所述浮筒A继续上浮；然后关闭所述抽水泵，打开所述浮筒A底部的所述进水阀，则所述浮筒A开始下沉，所述浮筒B开始上浮，通过所述浮筒的锥形顶部顶破上方浮冰；当所述浮筒B内的所述通气管位于水面以上时，启动所述浮筒B内的所述抽水泵进行排水作业，如此交替作业，完成破冰过程。

8.根据权利要求7所述的作业方法，其特征在于：采用交流电驱动所述抽水泵；

电缆从所述压载舱的底部穿过所述压载舱给所述抽水泵供电。

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