一种适用于极地冰区海域海洋平台的抗冰装置

摘要

本发明公开了一种适用于极地冰区海域海洋平台的抗冰装置，包括自适应潮汐自适应潮汐浮式自升装置和结构加强装置，所述结构加强装置位于自适应潮汐自适应潮汐浮式自升装置上方，所述结构加强装置包含圆锥台状的下锥体，在下锥体上设有若干个消波孔，下锥体内侧设第一隔板，第一隔板通过若干个相互交错连接的斜撑与第二隔板连接，第一隔板和第二隔板之间还连接有若干个减震装置，第二隔板套在立柱上。本发明的一种适用于极地冰区海域海洋平台的抗冰装置，通过减震装置和自适应潮汐浮式自升装置和结构加强装置，能够有效地加强结构的缓震和强度要求，同时能够适应潮汐水位的上升或者下降来灵活的实施抗冰效果。

说明书

技术领域

本发明涉及适用于极地冰区海域海洋平台的抗冰装置，属于抗冰装置领域。

背景技术

随着海洋工程技术的发展，人们越来越意识到海工装备的重要性，其中海洋工程结 构的安全性最为重要，而其海洋工程结构的可靠性是保证其正常生产作业和生存的重要 指标之一，平台结构的安全性问题越来越受到相关各方的关注。极地区域有着广阔的资 源，但同时也有复杂的冰区和恶劣的天气，这对海洋平台的设计和建造有着极大的挑战。 极地地区冬季常年有成型的冰块或者破碎的冰块漫布在水面上或是水面下，且冬季海面 全部被冰雪所覆盖，夏季敞水时常面临极端海浪的冲击，而且对于不同时期水位线的高 度也会不断的发生变化。所以说平台的抗冰性能是至关重要的。

极地区域的抗冰装置主要分布在平台的立柱上，平台立柱会遭受任意方向的浮冰撞 击，若强度不够就会发生破裂，若强度足够则会使得冰块破碎而导致立柱产生巨大冲击 力的和激振力。当漂浮在水面上的冰排由风浪流作用运动到立柱周围撞击到抗冰锥体， 冰排会由挤压破坏转变成弯曲破坏，从而达到破冰和碎冰的效果。虽然冰块会破碎，但 是碎裂的冰块会依附在结构物上或者由于风浪流第二次对立柱产生结构性的破坏，同时 因为潮汐或者全球变暖所导致的水位线的上升或者下降使得立柱所要承受更加复杂的 环境因素。所以目前极地区域的抗冰装置需要一种有着能够良好减缓风浪流对立柱的作 用，同时能够适应多变的水位线所造成抗冰方式的难度，并且更好地对冰排进行破冰而 使得冰块很少的依附在装置上产生爬坡。所以说满足以上要求的极地抗冰装置无论是在 经济性还是结构的稳定性来说都是极其不错的选择。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种适用于极地冰区海域 海洋平台的抗冰装置，通过减震装置和自适应潮汐浮式自升装置和结构加强装置，能够 有效地加强结构的缓震和强度要求，同时能够适应潮汐水位的上升或者下降来灵活的实 施抗冰效果。不但是经济性好效率高而且不需要人工或者动力的驱使，达到更好的抗冰 效果。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种适用于极地冰区海域海洋平台的抗 冰装置，包括自适应潮汐自适应潮汐浮式自升装置和结构加强装置，所述结构加强装置 位于自适应潮汐自适应潮汐浮式自升装置上方，所述结构加强装置包含圆锥台状的下锥 体，在下锥体上设有若干个消波孔，下锥体内侧设第一隔板，第一隔板通过若干个相互 交错连接的斜撑与第二隔板连接，第一隔板和第二隔板之间还连接有若干个减震装置， 第二隔板套在立柱上。

作为优选，所述下锥体上方还设有倒圆锥台形状的上锥体，上锥体上也分布有若干 个消波孔，上锥体内侧与第一隔板固定连接。

作为优选，所述减震装置包含圆筒、第一橡胶和第二橡胶，所述圆筒通过法兰安装 在第二隔板上，第一橡胶和第二橡胶通过螺栓和螺母安装在第一隔板上，第一橡胶和第 二橡胶位于圆筒内，第一橡胶和第二橡胶通过固定板隔开，固定板固定安装在圆筒上。

作为优选，所述第二隔板内壁通过垫板安装有若干个滚轮，第二隔板通过滚轮沿立 柱上下移动。

作为优选，所述消波孔为一个角为65°的菱形形状的孔。

作为优选，所述下锥体和上锥体内设有如干层水平固定板，水平固定板上设有若干 个水平大小相同的椭圆形开孔。

作为优选，所述椭圆形开孔的开孔率为20％～30％。

作为优选，所述自适应潮汐自适应潮汐浮式自升装置包含浮箱和位于浮箱表面的椭 圆柱体，椭圆柱体上开设有与浮箱不相通的小孔。

作为优选，所述下锥体的顶部设有倾斜角为60°的防倾肘板。

作为优选，在第一隔板上若干圈椭圆的凸起，凸起位于下锥体与上锥体之间。

有益效果：本发明的适用于极地冰区海域海洋平台的抗冰装置，结构简单，完全不 需要动力或者人工的操作，且不仅可以高效的完全抗冰破冰的作用，还可以对大波大浪 的情况下减轻立柱的损伤，提高海洋平台的经济性和安全性；减震装置中的橡胶减震不 仅可以缓冲大部分的激振力而且可以保证长时间的使用且环保有效；加强结构装置中的 菱形消波孔不仅可以抵挡大型波浪流的作用，还可以在冰排在破碎后所遗留的小的碎冰 穿过菱形孔，然后通过在锥体内部加固平板上的开孔排除锥体外，使破冰更彻底；在自 适应潮汐浮式自升装置中通过采用浮箱，利用所在区域潮汐水对浮箱的浮力作用灵活适 应在不同状态下抗冰过程；隔板焊接的导向滚轮不仅可以保证抗冰结构的上下运动，而 且不会损伤立柱带来多余的力的作用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的A-A剖视图。

图3为图1的C部放大视图。

图4为图1的D部放大俯视图。

图5为图1的俯视图。

图6为本发明的使用状态的结构示意图。

图7为本发明的另一种使用状态的结构示意图。

具体实施方式

如图1至图5所示，包括立柱1、结构加强装置2和减震装置3、自适应潮汐浮式 自升装置4。图2是由图1的A-A处的剖视图，其显示了结构加强装置2内部的构件。 结构加强装置2包含圆锥台状的下锥体8，在下锥体8上设有若干个消波孔21，其消波 孔的表面是65°菱形立体形状，大大减少了来流的阻力的同时也能增强破冰的效率。下 锥体8表面四周每隔一段会设有肘板23，肘板23从上锥体7的顶部一直延伸到上锥体 7底部，与肘板23相固定的是加强角钢24，左右各有一个与肘板23相固定且加强角钢 24下端固定在水平固定板22上，上锥体7和下锥体8内部有上下两层水平固板22。且 每层水平固板22上都有许多大小相同开孔率为20％～30％椭圆形开孔，以使碎冰或者是水 从锥体内流出来减缓结构所受的力。上锥体7和下锥体8之间用隔板9相连接，上锥体 7通过加强角钢24相连接，隔板9通过与两个防倾肘板25进行水平方向的连接固定， 垂直方向通过加强角钢24来固定。当有碎冰和水流或者是二次冲击波冲击上来时隔板9 会起抵挡作用且防倾肘板25的面板呈60°倾斜会使得水流或碎冰倾斜向下流动到海 里，不会产生冰块爬坡的同时减少阻力。在第一隔板5和第二隔板6之间有斜撑26相 互交错连接固定，斜撑26为圆柱形状，里面设有防腐蚀性和的复合材料和橡胶海绵等 填充物。在斜撑26的上下方安装有减震装置3。如图3所示减震装置3是一体的装置， 由许多小的构件组成，它的上端通过螺栓螺母31与第一隔板5固定连接，中间部分是 椭圆形状的第一橡胶32和第二橡胶，第一橡胶32和第二橡胶中间通过固定板322隔开， 第一橡胶32和第二橡胶均位于圆筒33内，圆筒33通过小的螺栓螺母34和水平的法兰 341固定连接。自适应潮汐浮式自升装置4包含浮箱41和覆盖在浮箱表面的椭圆柱体 42滚轮。浮箱41表面为防腐蚀性材料涂刷而成，而其表面覆盖着许多相同的椭圆柱体 42相连接以用来增加浮箱的结构强度和提升自浮能力，椭圆柱体42的表面开有许多小 孔421也有上述的结构和浮力效果。滚轮43通过垫板431与第二隔板6相焊接，滚轮 与立柱1相洽和，在其垂直方向做直线运动。图4所示放大结构为抗冰锥体结构内部水 平固板22的结构放大图，其板上有开孔率为20％～30％的椭圆形开孔。图5展示了图1 结构的俯视图。立柱1与滚轮43啮合，滚轮43通过垫板431与第二隔板6相固定连接， 第一隔板5与第二隔板6之间有着减震装置3连接，与第一隔板5相连接的是下锥体8， 下锥体8的外部有浮箱41相连接，浮箱41的外部由许多相同的椭圆柱体42包围。

如图6所示，在极地区域当水面有冰排或者是碎冰由风浪流作用至海洋平台立柱附 近，当所在区域水位线处于低值或是潮汐变化时水位处于低值时，其水位线在上锥体7 的附近徘徊。当冰撞击到上锥体7时，冰块与上锥体7表面产生挤压变形进而分裂成小 块状的冰块，随着波动的不断继续，冰块会不断的撞击上锥体7最终会使得冰块缩小到 不足以对立柱1产生振动和破坏。当有波浪和冰块同时对立柱1作用时，锥体表面的消 波孔首先会减去来流的波浪力，然后通过减震装置3和隔板间的斜撑26来减缓和化解 水平方向上的激振力，以达到抗冰的效果。此时浮箱41因为浸没在水中，其表面的椭 圆状物体42外表面有着小孔421会充满水使其充当一个重物加重抗冰结构，这时滚轮 43会沿着立柱1使抗冰结构整体向下移动，使得上锥体7满足那个时期水位线的要求来 进行破冰。

如图7所示，此时由于水位线的变化，此时浮箱41会慢慢露出水面，且其表面的 椭圆状物体42外表面有着小孔421中的水会慢慢排出，此时浮箱41通过水给其的浮力 向上升起，同时导向滚轮42会垂向在立柱1上滑动，使抗冰结构整体向上移动。若有 冰排从远处所风浪流移动至立柱1时，下锥体8会使其破碎。若有碎冰爬坡至下锥体8 上方，则挡板9和肘板25抵挡住碎冰并使其滑落到下锥体上，且挡板9上还设有椭圆 的凸起26增大摩擦，更好的进行碎冰。碎冰沿着下锥体8进行爬坡时，会在有倾斜角 度的防倾肘板25处由重力的作用向下滑落，且隔板9的表面设有椭圆形的凸起27当有 冰块继续爬坡时接触到凸起27会产生破裂向下滑落。当水位线处于浮箱41处时，当有 波浪流作用时，其表面椭圆状物体42起着加强结构和提升浮力的作用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也 应视为本发明的保护范围。