CN214423403U - 适用于海洋结构物桩基础的可调节式抗冰锥结构 - Google Patents

Abstract

一种适用于海洋结构物桩基础的可调节式抗冰锥结构，包括桩基础和抗冰椎装置，抗冰椎装置包括抗冰锥体和纵向导轨，纵向导轨设置在桩基础外壁上；抗冰锥体由驱动连接装置驱动上下移动，驱动连接装置包括牵引绳支座、牵引绳和动滑轮，牵引绳一端连接抗冰锥体，牵引绳另一端绕过动滑轮并与牵引绳支座固定，动滑轮与平衡重连接。抗冰锥体为正冰锥、倒冰锥和正倒锥组合体，每个冰锤部分连接一组驱动连接装置。本实用新型无冰作用时可将抗冰锥结构下降至海床表面，一方面减小海洋结构物基础承受的波浪荷载，另一方面有利于运维船只日常登靠海洋结构物。

Description

适用于海洋结构物桩基础的可调节式抗冰锥结构

技术领域

本实用新型属于海洋工程技术领域，特别涉及一种适用于海洋结构物桩基础的可调节式抗冰锥结构。

背景技术

随着我国海洋经济的蓬勃发展，海洋油气开采、海上风电等海洋工程开发活动日渐活跃。在我国渤海和黄海北部的高纬度寒区海域，冬季海上大面积漂移冰排会对海洋结构物基础造成持续作用，冰排在结构物前可能产生挤压、压屈、剪切、弯曲等破坏形式，严重影响海洋结构物的有效运行和结构安全。由于海冰的弯曲强度远远小于其抗压强度，因此，海洋结构物基础可采用锥体作为抗冰结构，大大减小海冰对基础的作用力。

我国渤海及黄海北部的冰期较短，同时海冰日际变化明显，基础结构在整个冰期内并非持续遭受海冰作用，而大直径抗冰锥的存在增加了基础结构与海面作用面积，增大其波浪荷载。此外，抗冰锥结构往往呈现大倾角，当极端波浪作用于该结构时，波浪易发生强烈的爬升、翻卷和破碎现象。综上，工程实践表面，固定式抗冰锥结构的存在将额外加强基础设计，导致基础成本增加。

CN108149716B提供了一种可具有抗冰状态和收缩状态的抗冰锥装置。通过在桩基础和安装壁之间设置气囊，再对气囊进行充气和放气，使得抗冰锥装置实现抗冰和收缩状态。此装置可以在有冰情况下形成抗冰结构，降低冰作用荷载，在无冰情况下收缩，减小作用在基础上的波浪的冲击荷载。

发明内容

鉴于背景技术所存在的技术问题，本实用新型所提供的适用于海洋结构物桩基础的可调节式抗冰锥结构，在无冰作用时可将抗冰锥结构下降至海床表面，一方面减小海洋结构物基础承受的波浪荷载，另一方面有利于运维船只日常登靠海洋结构物；当监测预警一个或多个方向出现冰情时，提升一个或多个抗冰锥结构至海平面，使其承担海洋结构抗冰功能。

为了解决上述技术问题，本实用新型采取了如下技术方案来实现：

一种适用于海洋结构物桩基础的可调节式抗冰锥结构，包括桩基础和抗冰椎装置，抗冰椎装置包括抗冰锥体和纵向导轨，纵向导轨设置在桩基础外壁上；抗冰锥体由驱动连接装置驱动上下移动，驱动连接装置包括牵引绳支座、牵引绳和动滑轮，牵引绳一端连接抗冰锥体，牵引绳另一端绕过动滑轮并与牵引绳支座固定，动滑轮与平衡重连接。

优选的方案中，所述的驱动连接装置还包括导向轮和驱动轮，驱动轮由驱动电机驱动转动。

优选的方案中，所述的抗冰锥体上方设有限位装置，限位装置设置在桩基础外壁上。

优选的方案中，所述的桩基础内部设有内舱壁，内舱壁顶部设有支撑台，牵引绳支座和导向轮固定在支撑台上，支撑台上设有穿孔，穿孔用于穿装牵引绳。

优选的方案中，所述的平衡重与阻尼器连接。

优选的方案中，所述的平衡重上设置有弹簧。

优选的方案中，所述的内舱壁与桩基础内壁之间形成了平衡重活动腔，平衡重通过阻尼器和弹簧与平衡重活动腔内壁接触。

优选的方案中，所述的桩基础外壁设有海冰监测装置，海冰监测装置用于监测海冰的位置，并控制驱动连接装置动作。

优选的方案中，所述的抗冰锥体为正冰锥、倒冰锥和正倒锥组合体，每个冰锤部分连接一组驱动连接装置。

本专利可达到以下有益效果：

本技术方案通过驱动连接装置，在有冰期将抗冰锥结构提升至冰面，达到抗冰作用；在无冰期，将抗冰锥结构下降至海床表面，不增加桩基础周侧额外作用力，同时减少桩基础的波浪载荷，可降低桩基础设计工程量，节约造价，同时不影响日常运维船只登靠海洋结构物。

本技术方案平衡重通过动滑轮与抗冰锥结构连接，平衡了抗冰锥结构与平衡重之间的重量，使的驱动轮驱动动力可以很小，经济效益更好；

本技术方案设有弹簧和阻尼器，兼具调谐减震和导向的作用，避免牵引绳以及平衡重振动摇晃幅度过大引起海洋结构物发生共振现象，保证设备运行的稳定性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型工作原理图（处于抗冰状态）；

图2为本实用新型工作原理图（处于无冰状态）;

图3为本实用新型桩基础横截面图。

图中：1桩基础，1-1内舱壁，1-2支撑台，2抗冰椎装置，2-1抗冰锥体，2-2纵向导轨，2-3限位装置，3驱动连接装置，3-1牵引绳支座，3-2导向轮，3-3驱动轮，3-4穿孔，3-5牵引绳，3-6动滑轮，4调谐减震装置，4-1弹簧，4-2阻尼器，4-3平衡重，5海冰监测装置，5-1红外摄像机、5-2雷达系统、5-3通讯系统、5-4计算模块，5-5控制系统。

具体实施方式

优选的方案如图1至图3所示，一种适用于海洋结构物桩基础的可调节式抗冰锥结构，包括桩基础1和抗冰椎装置2，抗冰椎装置2包括抗冰锥体2-1和纵向导轨2-2，纵向导轨2-2设置在桩基础1外壁上；抗冰锥体2-1由驱动连接装置3驱动上下移动，驱动连接装置3包括牵引绳支座3-1、牵引绳3-5和动滑轮3-6，牵引绳3-5一端连接抗冰锥体2-1，牵引绳3-5另一端绕过动滑轮3-6并与牵引绳支座3-1固定，动滑轮3-6与平衡重4-3连接。

本技术方案中的可调节式抗冰锥结构包括五大部分：桩基础1、抗冰锥装置2、驱动连接装置3、海冰监测装置5和调谐减震装置4；其核心部分为抗冰锥装置2、驱动连接装置3和调谐减震装置4，抗冰锥装置2、驱动连接装置3和调谐减震装置4连接关系如下：

驱动连接装置3还包括导向轮3-2和驱动轮3-3，驱动轮3-3由驱动电机驱动转动。驱动连接装置3优选设置为2-4组，调谐减震装置4的数量与驱动连接装置3相适配。所述抗冰锥体2-1为正冰锥、倒冰锥、正-倒锥组合体，由一个或多个部分组成，每个部分连接一组驱动连接装置3。抗冰锥体2-1与纵向导轨2-2滑动配合。

进一步地，抗冰锥体2-1上方设有限位装置2-3，限位装置2-3设置在桩基础1外壁上。限位装置2-3为限位挡板，目的是避免抗冰锥体2-1向上运动过限。

进一步地，桩基础1内部设有内舱壁1-1，内舱壁1-1顶部设有支撑台1-2，牵引绳支座3-1和导向轮3-2固定在支撑台1-2上，支撑台1-2上设有穿孔3-4，穿孔3-4用于穿装牵引绳3-5。牵引绳3-5为钢丝绳。

进一步地，平衡重4-3与阻尼器4-2连接。

进一步地，平衡重4-3上设置有弹簧4-1。

进一步地，内舱壁1-1与桩基础1内壁之间形成了平衡重活动腔，平衡重4-3通过阻尼器4-2和弹簧4-1与平衡重活动腔内壁接触。

平衡重4-3可采用钢结构或混凝土结构，可以由多个平衡重块组合而成或者采用单个平衡重块。选用合适形状大小的平衡重块，确保平衡重的升降范围在一定范围内。所述平衡重4-3用于平衡抗冰锥体2-1的重量，驱动连接装置3不工作时，抗冰锥体2-1、平衡重4-3、牵引绳3-5与动滑轮3-6之间的摩擦力以及牵引绳3-5与驱动轮3-3之间的摩擦力达到平衡，抗冰锥体2-1与平衡重4-3可以保持在某一位置；驱动连接装置3工作时，驱动轮3-3转动驱动抗冰锥体2-1与平衡重4-3升降，由于抗冰锥体2-1的重量已大致被平衡重4-3平衡，故相当于驱动轮3-3只需克服升降装置中的摩擦阻力，驱动动力可以很小。

弹簧4-1和阻尼器4-2能够起到减少桩基础1的振动效果，抑制晃动幅度，保证结构强度与设备运行稳定性，提高经济性。

进一步地，桩基础1外壁设有海冰监测装置5，海冰监测装置5用于监测海冰的位置，并控制驱动连接装置3动作。

所述海冰监测系统5包括红外摄像机5-1、雷达系统5-2、通讯系统5-3、计算模块5-4、控制系统5-5，所述红外摄像机5-1可沿桩基础外壁轨道实现360度旋转，所述雷达系统5-2可对海上结构物作业区的海冰进行全视野扫描，所述通讯系统5-3可接收和发出信息，所述计算模块5-4与控制系统5-5相连，驱动轮3-3的驱动电机根据计算结果控制抗冰锥系统的升降。

可活动的抗冰锥的工作原理为：通讯系统5-1可接收当地气象台所发出的寒潮预警和其他极端天气预警信息，根据预警无冰环境下，如图1所示，通过驱动连接装置3启动驱动轮3-3，令抗冰锥2-1下降至海床表面，不在桩基础周侧增加额外作用力，同时减小波浪载荷，降低桩基础设计工程量，节约造价，同时不影响日常运维船只登靠。当雷达系统5-2监测到附近海域有浮冰形成时，红外摄像机5-1开始工作，实时监测海面情况，当识别到画面中有较大面积浮冰开始靠近时，自动跟踪浮冰的同时计算模块5-4开始工作，预警1个或多个方向出现冰情风险时，通过控制系统5-5提前开启1个或多个方向的抗冰锥结构，如图2所示，提升抗冰锥体2-1至水线面处，降低冰荷载。

上述的实施例仅为本实用新型的优选技术方案，而不应视为对于本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种适用于海洋结构物桩基础的可调节式抗冰锥结构，包括桩基础（1）和抗冰椎装置（2），其特征在于：抗冰椎装置（2）包括抗冰锥体（2-1）和纵向导轨（2-2），纵向导轨（2-2）设置在桩基础（1）外壁上；抗冰锥体（2-1）由驱动连接装置（3）驱动上下移动，驱动连接装置（3）包括牵引绳支座（3-1）、牵引绳（3-5）和动滑轮（3-6），牵引绳（3-5）一端连接抗冰锥体（2-1），牵引绳（3-5）另一端绕过动滑轮（3-6）并与牵引绳支座（3-1）固定，动滑轮（3-6）与平衡重（4-3）连接。

2.根据权利要求1所述的适用于海洋结构物桩基础的可调节式抗冰锥结构，其特征在于：驱动连接装置（3）还包括导向轮（3-2）和驱动轮（3-3），驱动轮（3-3）由驱动电机驱动转动。

3.根据权利要求1所述的适用于海洋结构物桩基础的可调节式抗冰锥结构，其特征在于：抗冰锥体（2-1）上方设有限位装置（2-3），限位装置（2-3）设置在桩基础（1）外壁上。

4.根据权利要求2所述的适用于海洋结构物桩基础的可调节式抗冰锥结构，其特征在于：桩基础（1）内部设有内舱壁（1-1），内舱壁（1-1）顶部设有支撑台（1-2），牵引绳支座（3-1）和导向轮（3-2）固定在支撑台（1-2）上，支撑台（1-2）上设有穿孔（3-4），穿孔（3-4）用于穿装牵引绳（3-5）。

5.根据权利要求4所述的适用于海洋结构物桩基础的可调节式抗冰锥结构，其特征在于：平衡重（4-3）与阻尼器（4-2）连接。

6.根据权利要求5所述的适用于海洋结构物桩基础的可调节式抗冰锥结构，其特征在于：平衡重（4-3）上设置有弹簧（4-1）。

7.根据权利要求6所述的适用于海洋结构物桩基础的可调节式抗冰锥结构，其特征在于：内舱壁（1-1）与桩基础（1）内壁之间形成了平衡重活动腔，平衡重（4-3）通过阻尼器（4-2）和弹簧（4-1）与平衡重活动腔内壁接触。

8.根据权利要求1所述的适用于海洋结构物桩基础的可调节式抗冰锥结构，其特征在于：桩基础（1）外壁设有海冰监测装置（5），海冰监测装置（5）用于监测海冰的位置，并控制驱动连接装置（3）动作。

9.根据权利要求1所述的适用于海洋结构物桩基础的可调节式抗冰锥结构，其特征在于：抗冰锥体（2-1）为正冰锥、倒冰锥和正-倒锥组合体，每个冰锤部分连接一组驱动连接装置（3）。

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