CN209064317U - 一种组合气泡辅助破冰清冰系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型设计了一种组合气泡辅助破冰清冰系统，应用于船舶破冰领域。本实用新型包括船艏高压气泡破冰系统以及船舯气泡群清冰系统量部分，可直接安装于现有破冰船体，不需要对船体进行重新设计。与现有技术相比，本实用新型装置利用率高，设备适应性高，功能更丰富，可同时达到辅助清冰与破冰两种功能。本实用新型可在船艏冰盖处形成高压气泡，借助气泡坍塌的高速射流和滞后流能量，对船艏冰盖造成破坏，从而有效降低破冰阻力；本实用新型也可在船舯制造气泡群，排开冰层下方的水形成气泡空腔使冰层结构更易破坏，同时形成上升气水混合流，在船体和破碎海冰间形成有效的润滑层降低摩擦阻力，从而极大地降低清冰阻力。

Description

一种组合气泡辅助破冰清冰系统

技术领域

本实用新型属于船舶破冰领域，具体涉及一种组合气泡辅助破冰清冰系统。

背景技术

随着气候变暖，极地冰盖逐渐融化，极地和冰区的活动越来越引起人们的关注。极地破冰船在北极航道引航、极地资源开发、两极科考等方面都承担着难以替代的重要作用。为此，研究人员一直致力于提升破冰船在恶劣冰况中的破冰能力和运动性能。除了优化破冰船体线型，增加辅助破冰系统也是提升破冰船破冰能力的有效手段之一。目前极地破冰船较为流行的辅助破冰系统包括快速倾斜系统、冲水系统、气泡辅助破冰系统等。最早的气泡辅助破冰系统由芬兰瓦锡兰集团于1967年设计，旨在通过气水混合流减少船体与冰块或积雪之间的摩擦达到辅助清冰效果。

在已有的气泡破冰技术的专利中，专利申请号为CN201710398617.7的专利公布了“一种新型气泡破冰装置及方法”，通过气泡薄膜在冰层下方撑大占据冰层下的体积后又缩小,使冰层下的海水上涌冲破冰层破冰，该装置对于气泡薄膜结构有较高要求。专利申请号为 CN201710129035.9的专利公布了“一种气泡破冰方法”，提供了在冰层下方生成脉动气泡，通过水下动气泡的运动对冰层造成破坏进行破冰的方法，但该项专利并未提供具体结构。

现有的气泡破冰技术仍存在一些不足，例如芬兰瓦锡兰集团的WABS系统专注于通过气水混合流减小摩擦，对于清除船体周围碎冰有较好效果，但达不到辅助破坏船艏周围及前方冰盖的效果；同时该系统需在设计船体时加以考虑安装，无法安装在已有破冰船上。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供能辅助破坏船艏周围及前方冰盖，提升极地破冰船在恶劣冰况中的破冰能力和航行能力的一种组合气泡辅助破冰清冰系统。

本实用新型的目的通过如下技术方案来实现：

一种组合气泡辅助破冰清冰系统，包括船艏高压气泡破冰系统和船舯气泡群清冰系统，所述的船舯气泡群清冰系统包括稳压分流气瓶，稳压分流气瓶与空气压缩机相连；所述的稳压分流气瓶的瓶身上安装有导气管，导气管出口处设有喷气孔；所述的船艏高压气泡破冰系统包括高压储气瓶；所述的高压储气瓶通过调压装置与稳压分流气瓶相连，高压储气瓶通过高压导气管与高压气体发生头相连。

本实用新型还可以包括：

所述的稳压分流气瓶的瓶身两侧均安装有一排导气管。

所述的安装在稳压分流气瓶的瓶身上的导气管的喷气孔内侧设置有单向阀门。

所述的与高压储气瓶相连的高压导气管为可伸缩式高压导气管。

所述的高压气体发生头内置测距传感器。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型可直接安装于现有破冰船体，不需要对船体进行重新设计。与现有技术相比，本实用新型装置利用率高，设备适应性高，功能更丰富，可同时达到辅助清冰与破冰两种功能。本实用新型可在船艏冰盖处形成高压气泡，借助气泡坍塌的高速射流和滞后流能量，对船艏冰盖造成破坏，从而有效降低破冰阻力；本实用新型也可在船舯制造气泡群，排开冰层下方的水形成气泡空腔使冰层结构更易破坏，同时形成上升气水混合流，在船体和破碎海冰间形成有效的润滑层降低摩擦阻力，从而极大地降低清冰阻力。

附图说明

图1是一种组合气泡辅助破冰清冰系统的总体结构示意图。

图2是一种组合气泡辅助破冰清冰系统的船舯部分剖面示意图。

图3是一种组合气泡辅助破冰清冰系统安装于破冰船体内工作示意图(侧视)。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步描述。

参考图1至图3，一种组合气泡辅助破冰清冰系统，包括船舯气泡群清冰系统和船艏高压气泡破冰系统，所述的船舯气泡群清冰系统包括稳压分流气瓶2，稳压分流气瓶2与空气压缩机1相连；所述的稳压分流气瓶的瓶身上安装有导气管3，导气管出口处设有喷气孔4；所述的船艏高压气泡破冰系统包括高压储气瓶6；所述的高压储气瓶通过调压装置5与稳压分流气瓶2相连，高压储气瓶通过高压导气管与高压气体发生头8相连。

本实用新型还可以包括：

所述的稳压分流气瓶的瓶身两侧均安装有一排导气管。

所述的安装在稳压分流气瓶的瓶身上的导气管的喷气孔内侧设置有单向阀门。

所述的与高压储气瓶相连的高压导气管为可伸缩式高压导气管。

所述的高压气体发生头内置测距传感器。

本实用新型的实施例：

在船体内靠近船底板位置设置有空气压缩机1、稳压分流气瓶2、导气管3、单向喷气孔4、调压装置5、高压储气瓶6、可伸缩式高压导气管7、高压气体发生头(内置测距传感器) 8。气体经过空气压缩机1压缩后进入稳压分流瓶2，该装置保证了多个喷气孔中气体压力与流量的一致性，以及气体压力的稳定；气体通过瓶身均匀分布的气体导管3由船舯喷气孔4 喷出，喷气孔4内侧设置有单向阀门防止水回流进入气体发生系统，并且等距离布置在舷侧靠近船底位置，即舭部附近(如图3)；之后稳压分流瓶2中气体一部分进入高压储气瓶6，经调压装置5给气体加压后形成高压气体，通过可伸缩式高压导气管7及高压气体发生头8 将高压气泡14瞬间释放。该高压导气管是可伸缩的，以控制爆点；高压气体发生头内内置测距传感器，可探测与冰盖距离，据此对气体发生头的高度进行调整，达到最佳爆破效果以及避免出现冰脊情况时产生碰撞。

本实用新型通过在破冰船船艏和船舯底部安装一系列通气管路及喷嘴，采用空气压缩机将高压气体通过喷嘴喷射于水中达到破冰清冰效果。本实用新型船艏高压气泡破坏冰盖降低了破冰阻力，船舯气泡群形成的气泡空腔及气水混合流极大地降低清冰阻力，具有较好的破冰减阻效果。

本实用新型工作过程如下：

船舯气泡群清冰系统工作过程：气体于船舯离开喷气孔3沿船体向上运动，与此同时气泡10膨胀，沿舷侧形成一股强烈的向上的气水混合流11，气水混合流将在船体和破碎的海冰之间形成一层润滑层，有效地降低碎冰、覆雪对船体的摩擦力，从而极大地降低清冰阻力；气泡造成的兴波12会推动浮冰远离船体；船舯气泡群10会漂浮到冰盖下方从而形成大量气泡腔13，使冰层的部分区域失去弹性支撑(水的支撑)，结构变得更易破坏。

船艏高压气泡破冰系统工作过程：在冰情较厚时，可伸缩式高压导气管7由船体内部伸出，通过高压气体发生头8内置的测距传感器调节与冰层距离至最佳爆距，之后瞬间释放高压储气瓶6中所储高压气体，气体通过高压导气管7在高压气体发生头8处极速扩张，于冰层9下方形成一个高压气泡14。这种高压气泡14将在内外压力差的作用下过度膨胀并随后收缩、坍塌，借助气泡坍塌的高速射流和滞后流能量，对船艏冰盖造成破坏。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种组合气泡辅助破冰清冰系统，包括船艏高压气泡破冰系统，其特征在于：包括船舯气泡群清冰系统；所述的船舯气泡群清冰系统包括稳压分流气瓶，稳压分流气瓶与空气压缩机相连；所述的稳压分流气瓶的瓶身上安装有导气管，导气管出口处设有喷气孔；所述的船艏高压气泡破冰系统包括高压储气瓶；所述的高压储气瓶通过调压装置与稳压分流气瓶相连，高压储气瓶通过高压导气管与高压气体发生头相连。

2.根据权利要求1所述的一种组合气泡辅助破冰清冰系统，其特征在于：所述的稳压分流气瓶的瓶身两侧均安装有一排导气管。

3.根据权利要求1或2所述的一种组合气泡辅助破冰清冰系统，其特征在于：所述的安装在稳压分流气瓶的瓶身上的导气管的喷气孔内侧设置有单向阀门。

4.根据权利要求1或2所述的一种组合气泡辅助破冰清冰系统，其特征在于：所述的与高压储气瓶相连的高压导气管为可伸缩式高压导气管。

5.根据权利要求3所述的一种组合气泡辅助破冰清冰系统，其特征在于：所述的与高压储气瓶相连的高压导气管为可伸缩式高压导气管。

6.根据权利要求1或2所述的一种组合气泡辅助破冰清冰系统，其特征在于：所述的高压气体发生头内置测距传感器。

7.根据权利要求3所述的一种组合气泡辅助破冰清冰系统，其特征在于：所述的高压气体发生头内置测距传感器。

8.根据权利要求4所述的一种组合气泡辅助破冰清冰系统，其特征在于：所述的高压气体发生头内置测距传感器。

9.根据权利要求5所述的一种组合气泡辅助破冰清冰系统，其特征在于：所述的高压气体发生头内置测距传感器。