CN116377988B - 一种适用于冰区多桩柱水工结构的抗冰锥系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及多桩柱水工结构施工技术领域，尤其是一种适用于冰区多桩柱水工结构的抗冰锥系统，包括抗冰锥、分隔单元和高压气体发生装置。抗冰锥环绕冰区柱腿进行套设、固定。抗冰锥由正锥体、隔板和倒锥体构成，且其内形成有上置空腔、下置空腔。因分隔单元的增设，上置空腔被分隔为第一上置子分腔和第二上置子分腔，而下置空腔被分隔为第一下置子分腔和第二下置子分腔。在抗冰锥的侧壁上设有大量的上置排气孔、下置排气孔。工作状态下，高压气体发生装置启动，所生成的高压气体被直接供应至第一上置子分腔或/和第一下置子分腔，且最终经由上置排气孔或/和下置排气孔外排。在高压气体被持续地充入海水的进程中，伴随着气泡的大量生成。

Description

一种适用于冰区多桩柱水工结构的抗冰锥系统

技术领域

本发明涉及多桩柱水工结构施工技术领域，尤其是一种适用于冰区多桩柱水工结构的抗冰锥系统。

背景技术

伴随着我国海洋能源开发事业的不断发展，海洋石油开采以及海上风电运营等海洋工程日益活跃。在高纬度海域，冬季环境下受低温影响海面上会生成大量浮冰、冰排，进而势必会对海洋结构物桩腿造成持续地撞击，所引发的冰载荷和冰激振动会对海洋结构物的正常运营、人员安全以及经济造成巨大的安全风险。尤其是，在多桩腿协同支撑海洋构建物的情形下，如导管架平台，还极易发生冰堵塞现象，即海冰填满了多桩腿结构之间的空间，受热胀冷缩效应影响，桩腿结构极易因不均衡力作用而出现剧烈振动问题，进而势必会对桩腿的稳定性以及海洋平台的运营安全性造成不利的影响。

为降低作用在桩腿上的峰值冰荷载，进而有效地减弱冰载荷对海洋结构物桩腿的撞击。抗冰锥成为目前冰区海洋工程的优选结构形式。对于多桩腿导管架平台来说，现有的抗冰锥虽然可以起到破冰的效果，但是大体积浮冰、冰排被破坏为碎冰后，从抗冰锥表面攀爬、滑落，部分滑落碎冰随海流聚集在桩腿之间，且随温度的降低以及持续时间的延续，会进一步加剧桩腿间的冰塞问题，进而引起桩腿结构的剧烈振动。再者，现有的抗冰锥大多为简易、固定式钢架结构，对薄冰层的破坏效果显著，然而，在其受到极寒地区厚冰层撞击的情形下，当碎冰沿着抗冰锥攀爬、滑落的进程中，所生成的摩擦力较大，受冰激振动因素影响，势必会严重地破坏桩腿的结构稳定性，最终导致抗冰锥的实际应用效果欠佳。因而，为本课题组提供了新的研究方向。

发明内容

故，本发明课题组鉴于上述现有的问题以及缺陷，乃搜集相关资料，经由多方的评估及考量，并经过课题组人员不断实验以及修改，最终导致该适用于冰区多桩柱水工结构的抗冰锥系统的出现。

为了解决上述技术问题，本发明涉及了一种适用于冰区多桩柱水工结构的抗冰锥系统，包括抗冰锥。抗冰锥用来对来犯海冰的位移方向进行优化，其环绕冰区柱腿进行套设、且固定。另外，适用于冰区多桩柱水工结构的抗冰锥系统还包括有分隔单元和高压气体发生装置。抗冰锥由沿着由上至下方向依序连接为一体的正锥体、隔板以及倒锥体构成，且附带地在隔板的上、下方分别形成有上置空腔、下置空腔。分隔单元由上置锥形件和下置锥形件构成。上置锥形件置于上置空腔中，且被正锥体所包围，协同隔板以将上置空腔分隔为沿着由外至内方向依序而置的第一上置子分腔、第二上置子分腔。下置锥形件置于下置空腔中，且被倒锥体所包围，协同隔板以将下置空腔分隔为沿着由外至内方向依序而置的第一下置子分腔、第二下置子分腔。在正锥体、倒锥体的侧壁上分别均布有多个上置排气孔、下置排气孔。高压气体发生装置内置于抗冰锥内，且其由隔板所直接负担。工作状态下，高压气体发生装置启动，所生成的高压气体被供应至第一上置子分腔，且后续经由与之相配套的上置排气孔而外排，或被供应至第一下置子分腔，且后续经由与之相配套的下置排气孔而外排，抑或所生成的高压气体被同时供应至第一上置子分腔和第一下置子分腔，且后续分别经由与之相配套的上置排气孔、下置排气孔而外排。

作为本发明所公开技术方案的进一步改进，高压气体发生装置包括有供水管路、补气管路、蒸汽发生罐、稳压罐、连接管路、主排气管路、气体输送泵以及液体输送泵。蒸汽发生罐包括有罐体和电加热单元。供水管路与罐体相连通，且与液体输送泵相配套以向着罐体供入海水。电加热单元用来将海水加热至沸腾，直至有水蒸气生成，其内设于罐体中。补气管路与罐体相连通，且伴随着水蒸气的生成进程其与气体输送泵相配套以持续地向着罐体补充气体。稳压罐用来暂存水蒸气，且其借由连接管路以实现与罐体的连通。主排气管路与稳压罐相连通，经其将水蒸气供入第一上置子分腔或/和第一下置子分腔。

作为本发明所公开技术方案的更进一步改进，高压气体发生装置还包括有三通接头、第一排气支管路以及第二排气支管路。第一排气支管路、第二排气支管路均借由三通接头以实现与主排气管路的连通。第一排气支管路、第二排气支管路分别一一对应地与第一上置子分腔、第一下置子分腔相连通。

作为本发明所公开技术方案的更进一步改进，高压气体发生装置还包括有第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀以及第五电磁阀。第一电磁阀用来控制向着罐体的供水进程，其与供水管路相配套。第二电磁阀用来控制向着罐体的补气进程，其与补气管路相配套。第三电磁阀用来控制所生成水蒸气向着稳压罐的供入进程，其与连接管路相配套。第四电磁阀用来控制所生成水蒸气向着第一上置子分腔的供入进程，其与第一排气支管路相配套。第五电磁阀用来控制所生成水蒸气向着第一下置子分腔的供入进程，其与第二排气支管路相配套。

作为本发明所公开技术方案的更进一步改进，高压气体发生装置还包括有第一单向阀以及第二单向阀。第一单向阀与第一排气支管路相配套，且布置于第四电磁阀的下游。第二单向阀与第二排气支管路相配套，且布置于第五电磁阀的下游。

作为上述技术方案的另一种改型设计，适用于冰区多桩柱水工结构的抗冰锥系统还包括有上置分层单元和下置分层单元。上置分层单元由m件内置于第一上置子分腔中的、且相互平行而置的上置分层隔板构成，附带地，第一上置子分腔被分隔为相互隔绝、均可借由第一排气支管路独立地泵入水蒸气的、且借由上置排气孔与外界相连通的第一上置孙分腔、第二上置孙分腔、……、第m+1上置孙分腔。下置分层单元由n件内置于第一下置子分腔中的、且相互平行而置的下置分层隔板构成，附带地，第一下置子分腔被分隔为相互隔绝、均可借由第二排气支管路独立地泵入水蒸气的、且借由下置排气孔与外界相连通的第一下置孙分腔、第二下置孙分腔、……、第n+1下置孙分腔。

作为本发明所公开技术方案的进一步改进，适用于冰区多桩柱水工结构的抗冰锥系统还包括气体智能分配系统。气体智能分配系统用来控制向着第一上置孙分腔、第二上置孙分腔、……、第m+1上置孙分腔、第一下置孙分腔、第二下置孙分腔、……、第n+1下置孙分腔泵入水蒸气的进程。

作为本发明所公开技术方案的进一步改进，气体智能分配系统包括有超声波水位探测仪、信号输出系统、m+1个上置电磁阀以及n+1个下置电磁阀。各上置电磁阀分别一一对应地与第一上置孙分腔、第二上置孙分腔、……、第m+1上置孙分腔相配套应用，以控制向其供入水蒸气的进程。各下置电磁阀分别一一对应地与第一下置孙分腔、第二下置孙分腔、……、第n+1下置孙分腔相配套应用，以控制向其供入水蒸气的进程。超声波水位探测仪用来实时地监测海平面高度，其可拆卸地固定于冰区柱腿的侧壁上，且位于抗冰锥的上方。信号输出系统与超声波水位探测仪相配套，以用来接收海平面高度数据，且经过数据处理后，即时分别向着m+1个上置电磁阀和n+1个下置电磁阀发出开合信号。

作为本发明所公开技术方案的更进一步改进，气体智能分配系统包括有m+1个上置单向阀以及n+1个下置单向阀。各上置单向阀分别一一对应地与上置电磁阀相配套应用，且布置于上置电磁阀的下游。各下置单向阀分别一一对应地与下置电磁阀相配套应用，且布置于下置电磁阀的下游。

作为本发明所公开技术方案的进一步改进，电加热单元优选为布置于罐体空腔中的盘绕状加热管或回转状加热管。

在实际应用中，内置于抗冰锥中的高压气体发生装置持续不断地生成高压气体（＞12Mpa）。在倒锥体被海水部分浸没的情形下，高压气体被直接供应至第一下置子分腔中，且最终经由下置排气孔外排；而在海水越过隔板所处高度，浸没部分正锥体的情形下，高压气体同时被直接供应至第一上置子分腔和第一下置子分腔中，且最终分别经由上置排气孔、下置排气孔外排；而在正锥体完全被海水所浸没的情形下，高压气体亦同时被直接供应至第一上置子分腔和第一下置子分腔中，且最终分别经由上置排气孔、下置排气孔外排。在高压气体被持续地充入海水的进程中，伴随着气泡的大量生成。且初态气泡因受到内外水压差的影响而迅速膨胀，且外观上呈现不对称收缩、坍塌形态，从而产生微射流，所释放的大量脉动能作用于浮冰，加之，气泡持续不断地上浮至冰层下方并聚集，在气泡融合以及湮灭进程中会释放大量的热能和冲击能，冰层得以瞬时破裂，从而最终达到破碎冰层的目的。

再者，在气泡上浮的进程中，其体积逐渐地膨胀，到达极限急剧收缩，从而引发强烈的水气混合激流现象，在抗冰锥或桩柱的外围形成一层气体减阻层，如此，不但会在一定程度上提升抗冰锥的破冰效率、优化破冰效果，而且还会大幅度地降低海冰相对于抗冰锥或桩柱的摩擦力，利于碎冰顺利、快速地沿着抗冰锥进行攀爬、滑落，最终实现了减弱冰区桩柱上冰激振动效应的设计目的。

还需要说明的是，因气泡上浮进程中所产生水汽混合激流可以有效地冲散聚集于桩柱外围的碎冰，以避免碎冰在桩柱间持续聚集而引起的 “冰塞”现象的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明中适用于冰区多桩柱水工结构的抗冰锥系统第一种实施方式的立体示意图。

图2是本发明中适用于冰区多桩柱水工结构的抗冰锥系统第一种实施方式的正视图（隐线可见状态）。

图3是本发明适用于冰区多桩柱水工结构的抗冰锥系统第一种实施方式中抗冰锥的立体示意图。

图4是图3的正视图。

图5是图4的A-A剖视图。

图6是本发明适用于冰区多桩柱水工结构的抗冰锥系统第一种实施方式中上置锥形件的立体示意图。

图7是本发明适用于冰区多桩柱水工结构的抗冰锥系统第一种实施方式中下置锥形件的立体示意图。

图8是本发明适用于冰区多桩柱水工结构的抗冰锥系统第一种实施方式中高压气体发生装置的立体示意图。

图9是图8的I局部放大图。

图10是本发明适用于冰区多桩柱水工结构的抗冰锥系统第一种实施方式中蒸汽发生罐的结构示意图。

图11亦是本发明中适用于冰区多桩柱水工结构的抗冰锥系统第一种实施方式的立体示意图（正锥体和倒锥体被隐去状态下）。

图12是本发明中适用于冰区多桩柱水工结构的抗冰锥系统第二种实施方式的立体示意图。

图13是本发明中适用于冰区多桩柱水工结构的抗冰锥系统第二种实施方式的正视图（隐线可见状态）。

图14是本发明中适用于冰区多桩柱水工结构的抗冰锥系统第二种实施方式中抗冰锥的立体示意图（隐线可见状态）。

图15是图14的正视图。

图16是图15的B-B剖视图。

图17亦是本发明中适用于冰区多桩柱水工结构的抗冰锥系统第二种实施方式中抗冰锥的立体示意图（正锥体和倒锥体被隐去状态下）。

图18是本发明适用于冰区多桩柱水工结构的抗冰锥系统第二种实施方式中高压气体发生装置的立体示意图。

图19亦是本发明中适用于冰区多桩柱水工结构的抗冰锥系统第二种实施方式的立体示意图（正锥体和倒锥体被隐去状态下）。

1-抗冰锥；11-正锥体；111-上置排气孔；12-隔板；13-倒锥体；131-下置排气孔；14-上置空腔；141-第一上置子分腔；1411-第一上置孙分腔；1412-第二上置孙分腔；1413-第三上置孙分腔；1414-第四上置子分腔；142-第二上置子分腔；15-下置空腔；151-第一下置子分腔；1511-第一下置孙分腔；1512-第二下置孙分腔；1513-第三下置孙分腔；1514-第四下置孙分腔；152-第二下置子分腔；2-分隔单元；21-上置锥形件；22-下置锥形件；3-高压气体发生装置；31-供水管路；32-补气管路；33-蒸汽发生罐；331-罐体；332-电加热单元；34-稳压罐；35-连接管路；36-主排气管路；37-气体输送泵；38-液体输送泵；39-三通接头；310-第一排气支管路；311-第二排气支管路；312-第一电磁阀；313-第二电磁阀；314-第三电磁阀；315-第四电磁阀；316-第五电磁阀；317-第一单向阀；318-第二单向阀；319-第三单向阀；320-第四单向阀；4-上置分层单元；41-第一上置分层隔板；42-第二上置分层隔板；43-第三上置分层隔板；5-下置分层单元；51-第一下置分层隔板；52-第二下置分层隔板；53-第三下置分层隔板；6-气体智能分配系统；61-第一上置电磁阀；62-第二上置电磁阀；63-第三上置电磁阀；64-第四上置电磁阀；65-第一下置电磁阀；66-第二下置电磁阀；67-第三下置电磁阀；68-第四下置电磁阀；69-第一上置单向阀；610-第二上置单向阀；611-第三上置单向阀；612-第四上置单向阀；613-第一下置单向阀；614-第二下置单向阀；615-第三下置单向阀；616-第四下置单向阀。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

下面结合具体实施例，对本发明所公开的内容作进一步详细说明，图1、图2均示出了本发明中适用于冰区多桩柱水工结构的抗冰锥系统第一种实施方式的结构示意图，可知，其主要由抗冰锥1、分隔单元2以及高压气体发生装置3等几部分构成，其中，抗冰锥1环绕冰区柱腿进行套设、且固定。抗冰锥1最为直观的功能体现为：在实际应用中，当海冰来犯时，在抗冰锥1上锥形面的导向作用下使得海冰的作用模式由挤压破坏转换为弯曲破坏，从而初步实现了对来犯海冰冲击方向的优化，进而大大地降低了海冰预施加于桩柱上的破坏力以及损毁力。如图3中所示，抗冰锥1由沿着由上至下方向依序连接为一体的正锥体11、隔板12以及倒锥体13构成，且附带地在隔板12的上、下方分别形成有上置空腔14、下置空腔15。结合附图2-5，可知，分隔单元2由上置锥形件21（如图6中所示）和下置锥形件22（如图7中所示）构成。上置锥形件21置于上置空腔14中，且被正锥体11所包围，协同隔板12以将上置空腔14分隔为沿着由外至内方向依序而置的第一上置子分腔141、第二上置子分腔142。下置锥形件22置于下置空腔15中，且被倒锥体13所包围，协同隔板12以将下置空腔15分隔为沿着由外至内方向依序而置的第一下置子分腔151、第二下置子分腔152。正如图3中所示，在正锥体11、倒锥体13的侧壁上分别均布有多个上置排气孔111、下置排气孔131。高压气体发生装置3内置于抗冰锥1内，且其由隔板12所直接负担。工作状态下，高压气体发生装置3启动，以持续不断地生成高压气体。

在实际应用中，内置于抗冰锥1中的高压气体发生装置3持续不断地生成高压气体（＞12Mpa）。根据抗冰锥1被海水所浸没深度的不同，人为地分为以下三种适用场景，具体为：

场景一、在倒锥体13被海水部分浸没的情形下，高压气体被直接供应至第一下置子分腔151中，且最终经由下置排气孔131外排；

场景二、在海水越过隔板12所处高度，浸没部分正锥体11的情形下，高压气体同时被直接供应至第一上置子分腔141和第一下置子分腔151中，且最终分别经由上置排气孔111、下置排气孔131外排；

场景三、在正锥体11完全被海水所浸没的情形下，高压气体亦同时被直接供应至第一上置子分腔141和第一下置子分腔151中，且最终分别经由上置排气孔111、下置排气孔131外排。

在实际应用中，适用于冰区多桩柱水工结构的抗冰锥系统至少取得了以下几方面的有益技术效果：

1）在高压气体被持续地充入海水的进程中，伴随着气泡的大量生成。且初态气泡因受到内外水压差的影响而迅速膨胀，且外观上呈现不对称收缩、坍塌形态，从而产生微射流，所释放的大量脉动能作用于浮冰，加之，气泡持续不断地上浮至冰层下方并聚集，在气泡融合以及湮灭进程中会释放大量的热能和冲击能，冰层得以瞬时破裂，从而最终达到破碎冰层的目的。

2）在气泡上浮的进程中，其体积逐渐地膨胀，到达极限急剧收缩，从而引发强烈的水气混合激流现象，在抗冰锥1或桩柱的外围形成一层气体减阻层，如此，不但会在一定程度上提升抗冰锥1的破冰效率、优化破冰效果，而且还会大幅度地降低海冰相对于抗冰锥1或桩柱的摩擦力，利于碎冰顺利、快速地沿着抗冰锥进行攀爬、滑落，最终实现了减弱冰区桩柱上冰激振动效应的设计目的。

3）因气泡上浮进程中所产生水汽混合激流可以有效地冲散聚集于桩柱外围的碎冰，以避免碎冰在桩柱间持续聚集而引起的 “冰塞”现象的发生。

已知，根据设计常识，高压气体发生装置3可以采取多种设计结构以实现生成高压气体的预期目的，不过，在此推荐一种设计结构简单，易于制造实施，能耗相对较低、且可长期地稳定生成高压气体的设计方案，具体为：如图8、9中所示，高压气体发生装置3主要由供水管路31、补气管路32、蒸汽发生罐33、稳压罐34、连接管路35、主排气管路36、气体输送泵37、液体输送泵38、三通接头39、第一排气支管路310以及第二排气支管路311等几部分构成。其中，如图10中所示，蒸汽发生罐33主要由罐体331和电加热单元332两部分构成。供水管路31与罐体331相连通，且与液体输送泵38相配套以向着罐体331供入海水。电加热单元332用来将海水加热至沸腾，直至有水蒸气生成，其内设于罐体331中。电加热单元332优选为布置于罐体331空腔中的回转状加热管。补气管路32与罐体331相连通，且伴随着水蒸气的生成进程其与气体输送泵37相配套以持续地向着罐体331补充气体。稳压罐34用来暂存水蒸气，且其借由连接管路35以实现与罐体331的连通。主排气管路36与稳压罐34相连通，其另一端借由三通接头39以同时实现与第一排气支管路310和第二排气支管路311的连通。第一排气支管路310穿过上置锥形件21以与第一上置子分腔141相连通，而第二排气支管路311穿过下置锥形件22以与第一下置子分腔151相连通（如图11中所示）。工作状态下，首先，大量的海水经由供水管路31被泵送至罐体331中，当水深满足设计要求后，电加热单元332通电以持续地向着海水供应热能，直至海水加热至沸腾而生成大量的水蒸气，且直接经由连接管路35而供应至稳压罐34中，与此同时，借助于补气管路32持续地向着罐体331中输送空气，以避免罐体331因受到压力差作用（由大量水蒸气外溢而直接引发的）而发生形变现象的发生，而后，水蒸气经由第一排气支管路310而输送至第一上置子分腔141中，且最终经由上置排气孔111而外排，抑或，水蒸气经由第二排气支管路311而输送至第一下置子分腔151中，且最终经由下置排气孔131而外排。

在此，需要说明的是，水蒸气具有极高的温度，携带有较高的能量，而当其被外排至海水中后，产生大量携带有热能的气泡，初态气泡因受到内外水压差以及热能的共同影响而更为迅速地膨胀，亦在一定程度上加速了后续收缩和坍塌进程，微射流释放更为充足的脉动能作用于浮冰，加之，因气泡自身温度相对较高，其融合和湮灭进程亦得到了有效地提升，综合以上两方面因素，从而更利于提升冰层的破裂速度以及彻底性。

由图8、9中所示还可以明确地看出，高压气体发生装置3还增设有第一电磁阀312、第二电磁阀313、第三电磁阀314、第四电磁阀315以及第五电磁阀316。其中，第一电磁阀312用来控制向着罐体331的供水进程，其与供水管路31相配套。第二电磁阀313用来控制向着罐体331的补气进程，其与补气管路32相配套。第三电磁阀314用来控制所生成水蒸气向着稳压罐34的供入进程，其与连接管路35相配套。第四电磁阀316用来控制所生成水蒸气向着第一上置子分腔141的供入进程，其与第一排气支管路310相配套。第五电磁阀316用来控制所生成水蒸气向着第一下置子分腔151的供入进程，其与第二排气支管路311相配套。在实际应用中，第一电磁阀312、第二电磁阀313、第三电磁阀314、第四电磁阀315以及第五电磁阀316按照设定程式执行开启/闭合操作，即可确保高压气体发生装置3得以长久地维持于正常运行状态。

在此，需要说明的是，在电加热单元332通电，水蒸气生成的进程中，第三电磁阀314始终保持于关闭状态，以避免水蒸气“倒流”现象的发生。仅当罐体331内的水蒸气存留量足够，且内腔压力值达到设计标准时，第三电磁阀314才得以开启，水蒸气得以由罐体331中转移至稳压罐34中。

然而，在初期实验阶段仍出现了以下问题：在高压气体发生装置3被暂时关闭的情形下，第一排气支管路310和第二排气支管路311极易被海水或碎冰所倒灌，且长期大量留存。在某些条件下（例如，极端环境下，随着潮位下落，海平面下降至抗冰锥1以下）当第一排气支管路310和第二排气支管路311完全暴露于空气中时，其内所述留存海水或碎冰势必会发生大长度冰冻现象，如此一来，一方面，会对高压气体发生装置3的安全、高效运行造成不利影响；另一方面，导致第四电磁阀315或第五电磁阀316的开启灵敏度降低，不利于实现对高压气体发生装置3的精准控制；再一方面，后续需要借助于水蒸气进行长时间化冻，从而导致大量的热能的无谓消耗。鉴于此，作为上述技术方案的进一步优化，高压气体发生装置3还增设了第一单向阀317和第二单向阀318。第一单向阀317与第一排气支管路310相配套，且布置于第四电磁阀315的下游。第二单向阀318与第二排气支管路311相配套，且布置于第五电磁阀316的下游。

另外，如图8、9中所示，在液体输送泵38的临近泵水出口处还配套有第三单向阀319。如此一来，第三单向阀319将蒸汽发生罐33和液体输送泵38隔断，液体输送泵38启动时，海水可通过第三单向阀319顺利地、单向地泵入至罐体331中，且当液体输送泵38因意外而停机时（例如临时失去电力供应或临时停机检修情形），罐体331中的海水亦不会发生“倒流”，从而有效地避免了液体输送泵38因受到反向冲击力作用而使用寿命急剧缩短现象的发生。

出于相同设计目的考虑，在气体输送泵37的临近泵气出口处相应地配套有第四单向阀320。

图12、图13均示出了本发明中适用于冰区多桩柱水工结构的抗冰锥系统第二种实施方式的结构示意图，可知，其相较于上述第一种实施方式的区别点在于，在上述已有抗冰锥1、分隔单元2和高压气体发生装置3的基础以外，适用于冰区多桩柱水工结构的抗冰锥系统还增设有上置分层单元4和下置分层单元5。正如图14-17中所示，上置分层单元4由第一上置分层隔板41、第二上置分层隔板42和第三上置分层隔板43构成。第一上置分层隔板41、第二上置分层隔板42和第三上置分层隔板43均内置于第一上置子分腔141中，相互平行而置，且沿着高度依序排布，以将第一上置子分腔141分隔为相互隔绝、均可借由第一排气支管路310独立地泵入水蒸气的、且借由上置排气孔111与外界相连通的第一上置孙分腔1411、第二上置孙分腔1412、第三上置孙分腔1413以及第四上置孙分腔1414。下置分层单元5由第一下置分层隔板51、第二下置分层隔板52和第三下置分层隔板53构成。第一下置分层隔板51、第二下置分层隔板52和第三下置分层隔板53均内置于第一下置子分腔151中，相互平行而置，且沿着高度依序排布，以将第一下置子分腔151分隔为相互隔绝、均可借由第二排气支管路311独立地泵入水蒸气的、且借由下置排气孔131与外界相连通的第一下置孙分腔1511、第二下置孙分腔1512、第三下置孙分腔1513以及第四下置孙分腔1514（如图18、19中所示）。沿着由下至上方向，第四下置孙分腔1514、第三下置孙分腔1513、第二下置孙分腔1512、第一下置孙分腔1511、第一上置孙分腔1411、第二上置孙分腔1412、第三上置孙分腔1413、第四上置孙分腔1414依序排布。

在实际应用中，当第四下置孙分腔1514被海水部分或全部浸没，而第三下置孙分腔1513未被浸没时，高压气体发生装置3所生成的水蒸气全部被泵入第四下置孙分腔1514中，而后借由与之相对应的下置排气孔131外排；而随着潮涨海平面上升，第三下置孙分腔1513、第二下置孙分腔1512、第一下置孙分腔1511逐渐地被浸没，相对应地，第三下置孙分腔1513、第二下置孙分腔1512、第一下置孙分腔1511在被浸没的初始阶段即被充入水蒸气，而后借由与之相对应的下置排气孔131外排，以参与到破冰、降摩减阻工作进程中；随着潮涨海平面上升进程的继续推进，直至越过隔板12后，第一上置孙分腔1411、第二上置孙分腔1412、第三上置孙分腔1413、第四上置孙分腔1414逐渐被浸没，相对应地，第一上置孙分腔1411、第二上置孙分腔1412、第三上置孙分腔1413、第四上置孙分腔1414在被浸没的初始阶段也被充入水蒸气，而后借由与之相对应的上置排气孔111外排，亦参与到破冰、降摩减阻工作进程中。通过采用上述技术方案进行设置，一方面，在确保抗冰锥具有良好破冰能力以及后续碎冰得以顺利地沿着抗冰锥1表面攀爬、滑落的前提下，可有效地减少单位时间内水蒸气的消耗量，从而为高压气体发生装置3能耗的大幅度降低作了良好的铺垫；另一方面，仅被海水所浸没的下置排气孔131、上置排气孔111才会参与至排气、碎冰进程中，如此，在高压气体发生装置3功率保持不变，所生成水蒸气量恒定的条件下，水蒸气的排出强度（即水蒸气向着海水的喷射速度）得以确保，进而利于海冰进程更为顺利、彻底地实施。

再者，由图18中所示还可以明确地看出，适用于冰区多桩柱水工结构的抗冰锥系统还增设有气体智能分配系统6。气体智能分配系统6用来控制向着第一上置孙分腔1411、第二上置孙分腔1412、第三上置孙分腔1413、第四上置孙分腔1414、第一下置孙分腔1511、第二下置孙分腔1512、第三下置孙分腔1513、第四下置孙分腔1514泵入水蒸气的进程。气体智能分配系统6主要由超声波水位探测仪（图中未示出）、信号输出系统（图中未示出）、第一上置电磁阀61、第二上置电磁阀62、第三上置电磁阀63、第四上置电磁阀64、第一下置电磁阀65、第二下置电磁阀66、第三下置电磁阀67、第四下置电磁阀68等几部分组成，其中，第一上置电磁阀61、第二上置电磁阀62、第三上置电磁阀63、第四上置电磁阀64分别一一对应地与第一上置孙分腔1411、第二上置孙分腔1412、第三上置孙分腔1413、第四上置孙分腔1414相配套应用，以控制向其供入水蒸气的进程。第一下置电磁阀65、第二下置电磁阀66、第三下置电磁阀67、第四下置电磁阀68分别一一对应地与第一下置孙分腔1511、第二下置孙分腔1512、第三下置孙分腔1513、第四下置孙分腔1514相配套应用，以控制向其供入水蒸气的进程。在实际应用中，超声波水位探测仪用来实时地监测海平面高度，其可拆卸地固定于冰区柱腿的侧壁上，且位于抗冰锥1的上方。信号输出系统与超声波水位探测仪相配套，以用来接收海平面高度数据，且经过数据处理后，即时分别向着第一上置电磁阀61、第二上置电磁阀62、第三上置电磁阀63、第四上置电磁阀64、第一下置电磁阀65、第二下置电磁阀66、第三下置电磁阀67、第四下置电磁阀68发出开合信号，即意味着水蒸气向着第一上置孙分腔1411、第二上置孙分腔1412、第三上置孙分腔1413、第四上置孙分腔1414、第一下置孙分腔1511、第二下置孙分腔1512、第三下置孙分腔1513、第四下置孙分腔1514的泵送进程得以精准地控制。

最后需要说明的是，参照上述第一种实施例设计构思，同样出于避免海水、破冰“倒灌”现象的发生方面考虑，作为上述技术方案的进一步优化，如图18中所示，气体智能分配系统6还配套有第一上置单向阀69、第二上置单向阀610、第三上置单向阀611、第四上置单向阀612、第一下置单向阀613、第二下置单向阀614、第三下置单向阀615、第四下置单向阀616，各自布置方式和作用原理相较于第一种实施方式基本一致，出于节约篇幅考虑，在此不再展开赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种适用于冰区多桩柱水工结构的抗冰锥系统，包括抗冰锥；所述抗冰锥用来对来犯海冰的位移方向进行优化，其环绕冰区柱腿进行套设、且固定，其特征在于，还包括有分隔单元和高压气体发生装置；所述抗冰锥由沿着由上至下方向依序连接为一体的正锥体、隔板以及倒锥体构成，且附带地在所述隔板的上、下方分别形成有上置空腔、下置空腔；所述分隔单元由上置锥形件和下置锥形件构成；所述上置锥形件置于所述上置空腔中，且被所述正锥体所包围，协同所述隔板以将所述上置空腔分隔为沿着由外至内方向依序而置的第一上置子分腔、第二上置子分腔；所述下置锥形件置于所述下置空腔中，且被所述倒锥体所包围，协同所述隔板以将所述下置空腔分隔为沿着由外至内方向依序而置的第一下置子分腔、第二下置子分腔；在所述正锥体、所述倒锥体的侧壁上分别均布有多个上置排气孔、下置排气孔；所述高压气体发生装置内置于所述抗冰锥内，且其由所述隔板所直接负担；工作状态下，所述高压气体发生装置启动，所生成的高压气体被供应至所述第一上置子分腔，且后续经由与之相配套的所述上置排气孔而外排，或被供应至所述第一下置子分腔，且后续经由与之相配套的所述下置排气孔而外排，抑或所生成的高压气体被同时供应至所述第一上置子分腔和所述第一下置子分腔，且后续分别经由与之相配套的所述上置排气孔、所述下置排气孔而外排；

所述高压气体发生装置包括有供水管路、补气管路、蒸汽发生罐、稳压罐、连接管路、主排气管路、气体输送泵以及液体输送泵；所述蒸汽发生罐包括有罐体和电加热单元；所述供水管路与所述罐体相连通，且与所述液体输送泵相配套以向着所述罐体供入海水；所述电加热单元用来将海水加热至沸腾，直至有水蒸气生成，其内设于所述罐体中；所述补气管路与所述罐体相连通，且伴随着水蒸气的生成进程其与所述气体输送泵相配套以持续地向着所述罐体补充气体；所述稳压罐用来暂存水蒸气，且其借由所述连接管路以实现与所述罐体的连通；所述主排气管路与所述稳压罐相连通，经其将水蒸气供入所述第一上置子分腔或/和所述第一下置子分腔；

所述高压气体发生装置还包括有三通接头、第一排气支管路以及第二排气支管路；所述第一排气支管路、所述第二排气支管路均借由所述三通接头以实现与所述主排气管路的连通；所述第一排气支管路、所述第二排气支管路分别一一对应地与所述第一上置子分腔、所述第一下置子分腔相连通。

2.根据权利要求1所述的适用于冰区多桩柱水工结构的抗冰锥系统，其特征在于，所述高压气体发生装置还包括有第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀以及第五电磁阀；所述第一电磁阀用来控制向着所述罐体的供水进程，其与所述供水管路相配套；所述第二电磁阀用来控制向着所述罐体的补气进程，其与所述补气管路相配套；所述第三电磁阀用来控制所生成水蒸气向着所述稳压罐的供入进程，其与所述连接管路相配套；所述第四电磁阀用来控制所生成水蒸气向着所述第一上置子分腔的供入进程，其与所述第一排气支管路相配套；所述第五电磁阀用来控制所生成水蒸气向着所述第一下置子分腔的供入进程，其与所述第二排气支管路相配套。

3.根据权利要求2所述的适用于冰区多桩柱水工结构的抗冰锥系统，其特征在于，所述高压气体发生装置还包括有第一单向阀以及第二单向阀；所述第一单向阀与所述第一排气支管路相配套，且布置于所述第四电磁阀的下游；所述第二单向阀与所述第二排气支管路相配套，且布置于所述第五电磁阀的下游。

4.根据权利要求1所述的适用于冰区多桩柱水工结构的抗冰锥系统，其特征在于，还包括有上置分层单元和下置分层单元；所述上置分层单元由m件内置于所述第一上置子分腔中的、且相互平行而置的上置分层隔板构成，附带地，所述第一上置子分腔被分隔为相互隔绝、均可借由所述第一排气支管路独立地泵入水蒸气的、且借由所述上置排气孔与外界相连通的第一上置孙分腔、第二上置孙分腔、……、第m+1上置孙分腔；所述下置分层单元由n件内置于所述第一下置子分腔中的、且相互平行而置的下置分层隔板构成，附带地，所述第一下置子分腔被分隔为相互隔绝、均可借由所述第二排气支管路独立地泵入水蒸气的、且借由所述下置排气孔与外界相连通的所述第一下置孙分腔、第二下置孙分腔、……、第n+1下置孙分腔。

5.根据权利要求4所述的适用于冰区多桩柱水工结构的抗冰锥系统，其特征在于，还包括气体智能分配系统；所述气体智能分配系统用来控制向着所述第一上置孙分腔、所述第二上置孙分腔、……、所述第m+1上置孙分腔、所述第一下置孙分腔、所述第二下置孙分腔、……、所述第n+1下置孙分腔泵入水蒸气的进程。

6.根据权利要求5所述的适用于冰区多桩柱水工结构的抗冰锥系统，其特征在于，所述气体智能分配系统包括有超声波水位探测仪、信号输出系统、m+1个上置电磁阀以及n+1个下置电磁阀；各所述上置电磁阀分别一一对应地与所述第一上置孙分腔、所述第二上置孙分腔、……、所述第m+1上置孙分腔相配套应用，以控制向其供入水蒸气的进程；各所述下置电磁阀分别一一对应地与所述第一下置孙分腔、所述第二下置孙分腔、……、所述第n+1下置孙分腔相配套应用，以控制向其供入水蒸气的进程；所述超声波水位探测仪用来实时地监测海平面高度，其可拆卸地固定于冰区柱腿的侧壁上，且位于所述抗冰锥的上方；所述信号输出系统与所述超声波水位探测仪相配套，以用来接收海平面高度数据，且经过数据处理后，即时分别向着m+1个所述上置电磁阀和n+1个所述下置电磁阀发出开合信号。

7.根据权利要求6所述的适用于冰区多桩柱水工结构的抗冰锥系统，其特征在于，所述气体智能分配系统包括有m+1个上置单向阀以及n+1个下置单向阀；各所述上置单向阀分别一一对应地与所述上置电磁阀相配套应用，且布置于所述上置电磁阀的下游；各所述下置单向阀分别一一对应地与所述下置电磁阀相配套应用，且布置于所述下置电磁阀的下游。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的适用于冰区多桩柱水工结构的抗冰锥系统，其特征在于，所述电加热单元为布置于所述罐体空腔中的盘绕状加热管或回转状加热管。