CN211001738U - 一种空化射流式船载破冰装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种空化射流式船载破冰装置，包括设置在船体与冰面接触处并置于船体内的依次连接的吸水管路(3)、水泵(5)、输水管路(4)和喷嘴腔体(2)；吸水管路(3)的入口端置于冰面下的液态水中，输水管路(4)上设有若干个间隔设置的节流阀(6)，所述喷嘴腔体(2)对准冰面。本实用新型公开了一种空化射流式船载破冰装置，利用空化原理产生气泡和气泡的湮灭破裂产生高压力的微射流对冰面进行切割，切割效果好且节省能量、污染小。

Description

一种空化射流式船载破冰装置

技术领域

本实用新型属于破冰装置技术领域，更具体地，涉及一种空化射流式船载破冰装置。

背景技术

海河面上结冰时，为了让船只顺利移动，需要对漂浮在海河面上的冰层进行破冰，传统的破冰方式有物理的劈开方式和加热融化式。

当冰层不超过1.5米厚时，多采用“连续式”破冰法。主要靠螺旋桨的力量和船头把冰层劈开撞碎，这种破冰方式只能使得船每小时航行9.2千米，除了运行速度慢，这种方法对船体和螺旋桨的破环较大，消耗的能量大，不利于船体各部分装置的寿命，且耗费较多时间。

加热融化的方式是通过加热电热丝等升高冰块处的温度使其融化，例如，专利106564570B公开了一种船舶高效用破冰装置，包括破冰锥、底座、大功率加热环和支架，所述支架中心具有通孔，大功率加热环穿过通孔，通过导线与船体发电机连接，所述底座中心具有竖直方向的破冰腔，所述破冰锥设置在破冰腔内；所述底座破冰腔外具有环形的加热腔，所述加热腔内通过支架设置有大功率加热环；述破冰锥底部为锥体，所述大功率加热环外部为中空的环形铜管，内部为大功率加热丝。加热融化的方式对于小区域的破冰是比较有效的，但是对于大片区域的破冰不仅耗能大造成污染，而且耗时长。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供一种空化射流式船载破冰装置，通过水泵将冰面下的水抽出来并利用设置在输水管路上设置的若干个节流阀，使得高速水流在喷嘴腔体内部压力下降至低于当地蒸汽压力，从而形成空化气泡，再利用空化气泡的湮灭实现破冰，即将空化作用引入到高压水射流而形成的一种新型高压水射流技术,在同等条件下,空化射流相对于普通高压水射流具有破碎和切割能力更高的特点，破冰速度快且不对船体和螺旋桨造成伤害。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种空化射流式船载破冰装置，包括设置在船体与冰面接触处并置于船体内的依次连接的吸水管路、水泵、输水管路和喷嘴腔体；

吸水管路的入口端置于冰面下的液态水中，输水管路上设有若干个间隔设置的节流阀，所述喷嘴腔体对准冰面。

进一步地，所述喷嘴腔体包括活动固定在输水管路端部的转销，所述转销为中空结构，所述中空结构内固定有对准冰面的喷嘴。

进一步地，所述喷嘴包括入口段、中间段和出口段。

进一步地，所述入口段靠近所述输水管路处的截面积大于靠近所述中间段处的截面积。

进一步地，所述出口段靠近冰面处的截面积大于靠近所述中间段处的截面积。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本实用新型的空化射流式船载破冰装置，通过水泵将冰面下的水抽出来并利用设置在输水管路上设置的若干个节流阀，使得高速水流在喷嘴腔体内部压力下降至低于当地蒸汽压力，从而形成空化气泡，再利用空化气泡的湮灭实现破冰，即将空化作用引入到高压水射流而形成的一种新型高压水射流技术,在同等条件下,空化射流相对于普通高压水射流具有破碎和切割能力更高的特点，破冰速度快且不对船体和螺旋桨造成伤害。

(2)本实用新型的空化射流式船载破冰装置，相对于连续射流，空化射流的优点如下：硬质物品所需工作压力大幅度降低，节省能量；喷嘴和其他高压部件寿命延长；切缝比连续射流要宽得多，对冰层切割造成的破坏更大；切割时液滴和冰面的强制对流热传递使冰层切割效果更好；除冰的原料是水，在船上容易获得，不破坏环境；结构简单，易于制造、安装，成本低。

附图说明

图1是本实用新型实施例空化射流式船载破冰装置示意图；

图2是本实用新型实施例中空化原理的示意图。

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-船体、2-喷嘴腔体、3-吸水管路、4-输水管路、5-水泵、6-节流阀、7-转销、8-喷嘴、9-冰面。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1是本实用新型实施例空化射流式船载破冰装置示意图。如图1所示，本实用新型的空话射流式船载破冰装置包括喷嘴腔体2、吸水管路3、输水管路4、水泵5、节流阀6、转销7和喷嘴8，且喷嘴腔体2、节流阀6、输水管路4和水泵5均设置在船体1内。吸水管路3的入口端插入到冰面下的液态水中，吸水管路3的另一端与水泵5连接，用于将冰面下的液态水通过水泵增压吸到船体的高度上来；输水管路4的一端与水泵5连接，另一端与喷嘴8连接，通过输水管路4将吸上来的水运至喷嘴8处；喷嘴8设置在喷嘴腔体2内，图1中箭头所示的方向为船行进的方向，喷嘴腔体2设置在船头即船体与前进冰面9的接触处。

优选地，输水管路4的端部设有转销7，转销7与输水管路的端部活动连接，转销7可相对转动，转销7为中空的结构，喷嘴8固定在转销7的中空结构中，通过转动转销7使得固定在转销7中的喷嘴8与冰面保持不同的高度和角度，以使得从喷嘴8喷出的高压水射流与冰面形成最佳的角度。

输水管路4上设有若干个节流阀6，若干个节流阀6间隔设置，通过设置若干个节流阀6实现输水管路上的多级节流，使得高速水流在喷嘴腔体2内部压力下降至低于当地蒸汽压力。再利用空化原理实现破冰，空化原理具体为：空化是由于液流系统中的局部低压(低于相应温度下该液体的饱和蒸气压)使液体蒸发而引起的微气泡(或称为气核)爆发性生长现象。通常见到的液体都不是纯液体，里面含有许多微粒杂质，如固体微粒、微生物和微气泡。这种微气泡的半径一般在20μm以下，叫做气核或空化核。当液体压强低到相应温度下的饱和蒸气压强时，空化核开始膨胀，实现空化。当环境压强高于相应温度下的饱和蒸气压强时，空化泡湮灭。

优选地，喷嘴8包括入口段、中间段和出口段。

图2是本实用新型实施例中空化原理的示意图。如图2所示，入口段与输水管路4的端部连接，水射流经过输水管路4流入到入口段中，由于多级节流阀6的作用使得到达喷嘴9入口处的高速水流的内部压力下降至低于当地蒸汽压力，液流系统中的局部低压(低于相应温度下该液体的饱和蒸气压)使液体蒸发而引起的微气泡爆发性生长，空化气泡在腔体中自发产生；入口段与中间段连接，中间段与出口段连接，在中间段和出口段的空化气泡被卷入射流进一步生长，当空化气泡接近被切割的冰层表面时，由于受阻滞而引起破裂，气泡溃灭产生的压强波动帮助切割冰层，有学者指出：空化气泡溃灭的瞬间可产生5200K的高温，50MPa以上的高压，并会以每秒数万次的连续作用产生强烈的冲击波和时速400km/h的微射流等极端条件。在破裂过程中，产生非常高的压力和微射流，靶面应力高于大多数材料的抗拉强度，从而达到破冰的效果。同时，从冰层下方抽上来的水温度约为4℃，凝结液滴的温度可达到约5000K与冰层接触过程中发生热量的传递，进一步改善对冰层的切割效果。

进一步地，入口段为漏斗状，其靠近输水管路4处的截面积大于靠近中间段处的截面积，便于空化气泡的形成；出口段为倒漏斗状，靠近冰面处的截面积大于靠近中间段处的截面积，由于在出口段空化气泡已经相对于入口段长大即体积变大，倒漏斗状设计更加有益于空化气泡的进一步长大，另外倒漏斗状使得空化气泡散落在冰面上呈发散状，破冰面积增大。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种空化射流式船载破冰装置，其特征在于，包括设置在船体与冰面接触处并置于船体内的依次连接的吸水管路(3)、水泵(5)、输水管路(4)和喷嘴腔体(2)；

吸水管路(3)的入口端置于冰面下的液态水中，输水管路(4)上设有若干个间隔设置的节流阀(6)，所述喷嘴腔体(2)对准冰面。

2.根据权利要求1所述的一种空化射流式船载破冰装置，其特征在于，所述喷嘴腔体(2)包括活动固定在输水管路(4)端部的转销(7)，所述转销(7)为中空结构，所述中空结构内固定有对准冰面的喷嘴(8)。

3.根据权利要求2所述的一种空化射流式船载破冰装置，其特征在于，所述喷嘴(8)包括入口段、中间段和出口段。

4.根据权利要求3所述的一种空化射流式船载破冰装置，其特征在于，所述入口段靠近所述输水管路(4)处的截面积大于靠近所述中间段处的截面积。

5.根据权利要求3所述的一种空化射流式船载破冰装置，其特征在于，所述出口段靠近冰面处的截面积大于靠近所述中间段处的截面积。

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