CN113022787A - 一种海洋环境监测的小型浮标抗冰结构 - Google Patents
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Abstract
一种海洋环境监测的小型浮标抗冰结构,属于海洋浮标设计制造领域。包括标体结构、发电装置及系泊系统。标体结构内部为空腔结构,包括上、下圆台舱室,两者之间设有环形水密分隔板,空腔结构内侧壁设有线路管道。上下圆台舱室内设置竖向矩形水密分隔板。下圆台舱室包括圆柱形舱室、倒圆台形舱室。标体凸出圆柱形空腔作为底座,底座上对称设置系泊点。发电装置中的仪器支架固定于标体顶部支架脚上,电池板安在仪器支架上,通过蓄电池储电。本发明浮标吃水深、浮性大、稳性好、结构简单安装方便,容易投放与回收;加装太阳能发电装置,延长浮标更换周期,减少浮标维护成本;从抗冰结构设计角度出发,破冰能力方面相比同直径的普通浮标更优。
Description
技术领域
本发明属于海洋浮标设计制造领域,尤其涉及一种用于海洋生态环境监测的小型抗冰浮标的标体结构及系泊系统。
技术背景
世界各国都高度重视海洋的生态文明建设,纷纷开发出最先进的环境监测设备对海洋实施高效、立体、全方位的实时监控。投放海洋环境监测浮标与监测船巡逻、修建监测基站相比,具有很多优点,已经成为最广泛应用且简单有效的海洋环境监测手段。
传统的海洋环境监测浮标一般可分为仪器设备、标体结构、以及系泊系统三大部分。为获得长续航能力,须在标体顶部位置安装太阳能板。在北方海域,例如我国渤海辽东湾及北黄海,每年冬季,海面将经历长达2-3个月的结冰期,流冰会对监测浮标产生巨大影响,损毁太阳能板,导致浮标无法正常工作,冰情严重时甚至磨断系泊缆绳造成标体丢失,带来严重经济损失。
国内对于具有抗冰性能的海洋环境监测浮标的研究还处于起步状态。对此,每年都需在冰期来临前,将海洋环境监测浮标回收,待冰期结束后再重新投放,耗费了大量的人力物力,并且无法获得冰期内的海洋生态环境数据,造成长序列监测数据缺失。因此,研制一种用于海洋环境监测的小型抗冰浮标尤为重要。
发明内容
本发明的目的是针对于季节性结冰海域内,提供一种具有一定破冰能力的海洋环境监测小型浮标的标体结构及系泊系统,兼备太阳能板与蓄电池相配合进行长期供电的浮标装置。该浮标水线以上水密性空间明显大于普通浮标,当流冰来临时,在海冰推动下标体产生倾斜,利用这一部分的水密性空间入水,获得向上的更大浮力,进而标体倾斜的侧壁抵抗冰板实现破冰目的,避免太阳能板受到海冰的冲击破坏。
为了达到上述目的,本发明的技术方案为:
一种海洋环境监测的小型浮标抗冰结构,包括标体结构、发电装置及系泊系统三部分。
所述的标体结构形状为类陀螺形,内部为空腔结构,作为仪器设备舱室13,包括上圆台舱室9和下圆台舱室12。所述的空腔结构内部侧壁设有舱内线路管道5,标体结构以水线为界线分为环形上圆台舱室9和环形下圆台舱室12,两者之间设有水平布置的环形水密分隔板10。所述的环形上圆台舱室9内均匀设置竖向的矩形水密分隔板17,共四个,上圆台舱室9为上窄下宽的圆台结构。所述的环形下圆台舱室12包括连通的上方的圆柱形舱室11与底部的倒圆台形舱室,倒圆台形舱室位于下方,环形下圆台舱室12在对应的环形上圆台舱室9 设置水密分隔板的位置,设置四个竖向的梯形水密分隔板18。所述的标体结构顶部(上圆台舱室9顶部)通过螺栓固定有仪器舱室顶盖14,仪器舱室顶盖14 上设有四个吊耳4,用于吊装抗冰浮标,四个支架脚,用于固定仪器支架1;所述的标体结构底部(下圆台舱室12的倒圆台形舱室底部)凸出圆柱形空腔作为底座,该圆柱形空腔外壁对称设置两个系泊点8,用于连接锚链19,圆柱形空腔内部设有压载配重7,以便浮标拥有良好的浮性与稳性。
所述的发电装置包括仪器支架1、太阳能电池板2、蓄电池6及电线。所述仪器支架通过四个螺栓3固定于标体结构顶部四个支架脚上,太阳能电池板2 安在仪器支架1上,电线通过线路管道连接蓄电池6,蓄电池6位于标体结构底部凸出的圆柱形空腔内,位于压载配重7上方。
所述的系泊系统包括系泊点8、锚链19、卸扣20以及锚21。系泊采用霍尔锚配合无挡锚链形式,两个系泊点8连接的两根锚链19通过卸扣20汇聚后,再通过一根长锚链连接锚21。
进一步的,所述的上圆台舱室9的高度占标体结构总高度的三分之一以上,浮标结构可获得更大的储备浮力。
进一步的,所述的上圆台舱室9的圆台侧壁倾斜角度,限定为:上圆台舱室9侧壁的任意一个底点A与其最远端侧壁顶点B之间的连线为L1,该侧壁底点与最近端侧壁顶点C之间的连线为L2,所述连线L1与连线L2之间的夹角为 70°,且所述底点A、顶点B、顶点C三点共面过上圆台舱室9的圆心。可以降低冰力幅值,更容易使海冰发生弯曲破坏,达到破冰目的。
进一步的,所述的系泊系统其与锚21连接的长锚链与水深的比值大于3,可以有效提高浮标的抗冰性能。
进一步的,所述的仪器舱室顶盖14与上圆台舱室顶盖15之间设有橡胶垫圈16。
进一步的,所述的标体结构采用钢制材料,极大保证结构的强度。
进一步的,所述的所有舱室均具有水密性,最大程度保证浮标的生存能力。
进一步的,所述的配重固定位置,其上方放置蓄电池,舱室剩余空间放置其他设备。
一种海洋环境监测的小型浮标抗冰结构的工作方式,即破冰过程,包括以下几个阶段:正常无冰时,浮标处于正浮状态,系泊锚链为悬链线形状,并有很长一段锚链沉在海底。当流冰来临时,流冰给浮标一个持续且方向不变的水平作用力,浮标产生微小倾角,在恢复力的作用下浮标位置发生改变,被海冰朝某一方向推走,直至推到系泊最大范围的边缘,此时锚链变为紧绷的直线形状。随着流冰进一步运动,浮标倾斜角度明显增大,且有被海冰向下压迫至整体入水的趋势,伴随着倾斜时标体入水体积越来越大,浮标的浮力也越来越大,向上的浮力造成海冰发生弯曲破坏,防止了浮标整体入水情况发生,保护了太阳能板,可使浮标继续工作。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
(1)浮标具有吃水深、浮性大、稳性好、结构简单安装方便的特点,容易投放与回收;
(2)相比于季节性结冰海域内普通海洋生态环境监测浮标,本发明破冰能力方面相比同直径的普通浮标更优,四季通用且满足普通浮标的设计规范要求。本发明加装了太阳能发电装置,在季节性结冰海域,利用太阳能板收集太阳能转化为电能,可以长时间采集海洋生态环境数据,极大地增加了浮标单次投放的使用时长,延长了浮标的更换周期,减少了浮标的维护成本。
(3)此外,从抗冰结构设计角度出发,以储备浮力为标体抗冰设计对象,使海洋生态环境监测浮标拥有一定的破冰能力。当流冰经过时,压迫浮标有入水的趋势,在浮标整体入水前即可破冰,保证了浮标上方太阳能发电装置的安全,为结构提供了必不可缺的能量来源。
附图说明
图1为整体结构位置示意图;
图2为仪器舱室顶盖连接示意图;
图3为图1的A-A截面俯视图;
图4为图1的B-B截面俯视图;
图5为系泊系统示意图;
图6为上圆台舱室侧壁倾斜角度示意图。
图中:1仪器支架;2太阳能板;3螺栓;4吊耳;5舱内线路管道;6蓄电池;7压载配重;8系泊点;9上圆台舱室;10环形水密分隔板;11圆柱形舱室; 12下圆台舱室;13仪器设备舱室;14仪器舱室顶盖;15上圆台舱室顶盖;16 橡胶垫圈;17矩形水密分隔板;18梯形水密分隔板;19锚链;20卸扣;21锚。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行说明:
一种用于海洋环境监测的小型浮标抗冰结构,包括标体结构、发电装置及系泊系统三部分。
所述的标体结构形状为类陀螺形,内部为空腔结构,作为仪器设备舱室13,包括上圆台舱室9和下圆台舱室12。所述的空腔结构内部侧壁设有舱内线路管道5,标体结构以水线为界线分为环形上圆台舱室9和环形下圆台舱室12,两者之间设有环形水密分隔板10。所述的环形上圆台舱室9内均匀设置竖向的矩形水密分隔板17,共四个。所述的环形下圆台舱室12包括连通的圆柱形舱室 11与倒圆台形舱室,倒圆台形舱室位于下方,环形下圆台舱室12在对应的环形上圆台舱室9设置水密分隔板的位置,设置四个竖向的梯形水密分隔板18。所述的标体结构顶部(上圆台舱室9顶部)通过螺栓固定有仪器舱室顶盖14,仪器舱室顶盖14上设有四个吊耳4,用于吊装抗冰浮标,四个支架脚,用于固定仪器支架1;所述的标体结构底部(下圆台舱室12的倒圆台形舱室底部)凸出圆柱形空腔作为底座,该圆柱形空腔外壁对称设置两个系泊点8,用于连接锚链 19,圆柱形空腔内部设有压载配重7,以便浮标拥有良好的浮性与稳性。
所述的发电装置包括仪器支架1、太阳能电池板2、蓄电池6及电线。所述仪器支架通过四个螺栓3固定于标体结构顶部四个支架脚上,太阳能电池板2 安在仪器支架1上,电线通过线路管道连接蓄电池6,蓄电池6位于标体结构底部凸出的圆柱形空腔内,位于压载配重7上方。
所述的系泊系统包括系泊点8、锚链19、卸扣20以及锚21。系泊采用霍尔锚配合无挡锚链形式,两个系泊点8连接的两根锚链19通过卸扣20汇聚后,再通过一根长锚链连接锚21。
本发明的制备方法是:首先制作中央仪器舱室13的侧壁,焊接舱内管道线路5,将压载配重7固定在底部钢板后,焊接底部圆形钢板与仪器舱室13侧壁,并在焊缝涂处抹优质密封胶,按照下圆台舱室12、圆柱形舱室11,4个梯形水密分隔板18、环形水密分隔板10、上圆台舱室9、4个矩形水密分隔板17、上圆台舱室顶盖15的顺序依次焊接并涂抹优质密封胶,以保证所有舱室的水密性;仪器舱室13下部外围焊接两个系泊点8,上圆台舱室顶盖15上对应分隔板10 的位置焊接四个吊耳4,将太阳能板固定于仪器支架上,将需要用到的监测设备妥善安置在仪器舱室13后进行封盖,用螺栓3、密封垫16将仪器舱室顶盖 14固定,涂抹优质密封胶后将仪器支架通过螺栓3固定在标体顶部。
一种小型海洋环境监测抗冰浮标的标体结构及系泊系统工作方式,即破冰过程,包括以下几个阶段:正常无冰时,浮标处于正浮状态,系泊锚链为悬链线形状,并有很长一段锚链沉在海底;当流冰来临时,会给浮标一个持续且方向不变的水平作用力,浮标产生微小倾角,在恢复力的作用下浮标位置发生改变,被海冰朝某一方向推走,直至推到系泊最大范围的边缘,此时锚链变为紧绷的直线形状;随着流冰进一步运动,浮标倾斜角度明显增大,且有被海冰向下压迫至整体入水的趋势,伴随着倾斜时标体入水体积越来越大,浮标的浮力也越来越大,向上的浮力造成海冰发生弯曲破坏,防止了浮标整体入水情况发生,保护了太阳能板,可使浮标继续工作。
下面通过一个具体实施方案对本发明做进一步详述,下面的方案只是描述性的,不是限定性的:
方案中小型海洋生态环境监测浮标标体最大直径3m,结构在水线以上的舱室高度1m时,配合足够长的锚链,最多可破15cm厚的冰,同时保证结构安全工作;当标体侧壁与海平面夹角为70°时,浮力的利用率最高,即浮标的破冰效率最高。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式,但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制,应当指出,对于本领域的技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些均属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种海洋环境监测的小型浮标抗冰结构,其特征在于,所述的小型浮标抗冰结构包括标体结构、发电装置及系泊系统三部分;
所述的标体结构形状为类陀螺形,内部为空腔结构,作为仪器设备舱室(13),包括上圆台舱室(9)和下圆台舱室(12);所述的空腔结构内部侧壁设有舱内线路管道5,标体结构以水线为界线分为环形上圆台舱室(9)和环形下圆台舱室(12),两者之间设有水平布置的环形水密分隔板(10);所述的环形上圆台舱室(9)为上窄下宽的圆台结构,其内均匀设置竖向的矩形水密分隔板(17);所述的环形下圆台舱室(12)包括互相连通的圆柱形舱室(11)与倒圆台形舱室,环形下圆台舱室(12)内也设置四个竖向的梯形水密分隔板(18);所述的标体结构顶部固定仪器舱室顶盖(14),仪器舱室顶盖(14)上设有吊耳(4)、支架脚;所述的标体结构的倒圆台形舱室底部凸出圆柱形空腔作为底座,该圆柱形空腔外壁对称设置系泊点(8),用于连接锚链(19);
所述的发电装置包括仪器支架(1)、太阳能电池板(2)、蓄电池(6);所述仪器支架固定于支架脚上,太阳能电池板(2)安在仪器支架(1)上,通过蓄电池(6)储电,蓄电池(6)位于标体结构底部;
所述的系泊系统包括系泊点(8)、锚链(19)、卸扣(20)以及锚(21);系泊采用霍尔锚配合无挡锚链形式,两个系泊点(8)连接的两根锚链(19)通过卸扣(20)汇聚后,再通过一根长锚链连接锚(21)。
2.根据权利要求1所述的一种海洋环境监测的小型浮标抗冰结构,其特征在于,所述的上圆台舱室(9)的圆台侧壁倾斜角度,限定为:上圆台舱室(9)侧壁的任意一个底点A与其最远端侧壁顶点B之间的连线为L1,该侧壁底点与最近端侧壁顶点C之间的连线为L2,所述连线L1与连线L2之间的夹角为70°,且所述底点A、顶点B、顶点C三点共面过上圆台舱室(9)的中心。
3.根据权利要求1所述的一种海洋环境监测的小型浮标抗冰结构,其特征在于,所述的上圆台舱室(9)的高度占标体结构总高度的三分之一以上。
4.根据权利要求1所述的一种海洋环境监测的小型浮标抗冰结构,其特征在于,所述的矩形水密分隔板(17)、梯形水密分隔板(18)均有四个。
5.根据权利要求1所述的一种海洋环境监测的小型浮标抗冰结构,其特征在于,所述的标体结构底部凸出的圆柱形空腔内部设有压载配重(7)。
6.根据权利要求1所述的一种海洋环境监测的小型浮标抗冰结构,其特征在于,所述的系泊系统其与锚(21)连接的长锚链与水深的比值大于3,可以有效提高浮标的抗冰性能。
7.根据权利要求1所述的一种海洋环境监测的小型浮标抗冰结构,其特征在于,所述的仪器舱室顶盖(14)与上圆台舱室顶盖(15)之间设有橡胶垫圈(16)。
8.根据权利要求1所述的一种海洋环境监测的小型浮标抗冰结构,其特征在于,所述的标体结构采用钢制材料,极大保证结构的强度。
9.根据权利要求1所述的一种海洋环境监测的小型浮标抗冰结构,其特征在于,所述的所有舱室均具有水密性。
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Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210625 |
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