一种适用于极地破冰船的辅助破冰系统技术方案

本发明专利技术涉及极地破冰船研发技术领域，尤其是一种适用于极地破冰船的辅助破冰系统。辅助破冰系统包括供水管路、负压管路和气水混合体发生装置。多个气水混合体发生装置沿着极地破冰船侧舷线性排布。在极地破冰船航行进程中，多个气水混合体发生装置交替启动。气水混合体中所含有的气泡在海水内因受到内外水压差影响而发生空穴效应，气泡在短暂膨胀后迅速呈现不对称坍塌现象，即时释放大量脉动能与热量，附近区域冰层得以瞬时破裂。在实际运行中，气泡生成于海水因负压作用而自沸腾阶段，仅需确保负压气体持续供应以维持海水的沸腾状态即可，所需消耗的能量极少；且在海水泵入阶段以及负压气体通入、气泡生成阶段，罐体的内腔始终保持于非高压状态。终保持于非高压状态。终保持于非高压状态。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于极地破冰船的辅助破冰系统


[0001]本专利技术涉及极地破冰船研发
，尤其是一种适用于极地破冰船的辅助破冰系统。

技术介绍

[0002]随着人类社会的发展，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。
[0003]以往，极地破冰船主要采用以下两种方式进行破冰，分别为物理机械破冰和化学爆炸破冰。机械破冰的具体实施方法为：在冰区航行的极地破冰船利用自身船重压碎船艏下方冰面并将碎冰排开到两侧，从而达到疏通航道的目的。化学爆炸破冰的具体实施方法为：向着极地破冰船的预航行海域的冰面上或冰层下投射大量的爆炸物，利用爆炸冲击能以瞬时击碎冰层。虽说上述两种方式均可有效地实现对极地破冰船航道的疏通。然而，存在有以下严峻问题，具体为：就物理机械破冰方式而言，在制造阶段，因极地破冰船的船艏因需频繁地、长期地受到厚重冰层的冲击，势必要求其具有极高的结构强度，进而增加了船舶的制造成本以及自重，外形稍显笨拙，且后期运营进程中船艏极易因受到高频率、大载荷冲击而受损。且出于确保具有足够的冲击能、进而以提升破冰效率以及效果方面考虑，要求向着极地破冰船输入更大的推动力，以使其长期地维护于稳定破冰状态，从而极大地增加了航行成本以及大幅度提升对动力系统的要求。再者，破冰能力较为有限，尤其是遇到较厚冰层的情况，极低船舶往往无能为力，需要采用采取反复冲撞等方式以实现破冰，破冰效率极低，限制了航行速度。就化学爆炸破冰方式而言，购置爆炸物和布置爆炸所需消耗的财力、物力成本也非常高，且存在安全隐患，例如哑弹等情况，以及爆炸产生的巨大冲击力可能会对极地破冰船自身以及船员造成破坏。
[0004]新千年到来之际，气泡辅助破冰系统等辅助破冰技术被应用于极地破冰船。例如：中国授权专利技术专利CN112197172B公开了一种多气泡破冰装置，包括储气室；所述的储气室的进气口通过高压管与空气压缩机连接，储气室的出气口通过恒压输出电磁阀与恒压气罐连接；所述的恒压气罐一侧设有一排喷气口，每个喷气口通过连接软管与其对应的供压电磁阀连接；所述的供压电磁阀通过释放储压管与数字单向阀和触发电磁阀依次连接；所述的数字单向阀上设有数字压力变送器；所述的触发电磁阀顶部设有高压气泡喷口；所述的恒压输出电磁阀、供压电磁阀、数字单向阀和触发电磁阀均由破冰载体的控制模块统一控制，初始关闭所有电磁阀的开关。本专利技术通过储气室和恒压气罐两个高压容器配合，可以及时高效的释放高压气泡并迅速补充高压气准备下一次破冰作业。再如，中国授权专利技术专利CN112173021B公开了一种脉动气泡破冰装置，包括高压储气室、密封活塞体、气室隔离环和定位连杆；所述的高压储气室内部上端设有阻挡盘，在高压储气室上部四周设有喷气口，高压储气室下端与定位盘、底座连接法兰和底座依次连接；所述的定位盘为镂空结构，底座连接法兰内部气体可通过定位盘上的镂空结构流向高压储气室内部空间；所述的密封活塞体设置在高压储气室内部，在密封活塞体底部四周开有由单向阀控制开合的通气孔，在密封
活塞体内部设有夹紧定位盘；所述的夹紧定位盘为镂空结构，密封活塞体下方的气体可通过夹紧定位盘上的镂空结构流向密封活塞体上方；所述的密封活塞体顶面通过压缩弹簧与阻挡盘连接；所述的气室隔离环设置在底座连接法兰内部，气室隔离环顶面的外环段安装有高压油封，在气室隔离环的侧面上开有透气孔；在所述的底座连接法兰内部，在气室隔离环顶面上下两部分气体无法实现互通；所述的定位连杆的下部与气室隔离环的顶面固定连接，定位连杆上端依次穿过定位盘和夹紧定位盘，定位连杆顶端通过锁紧螺母与夹紧定位盘紧固，定位盘与定位连杆接触部位仅限制定位连杆绕轴向的转动；所述的底座上安装有电磁铁；所述的底座连接法兰的上部设有第一进气管、第一压力变送器和第一排气阀，在底座连接法兰的下部设有第二进气管、第二压力变送器和第二排气阀。当电磁铁与定位连杆在电磁作用下紧密贴合时，第二进气管、第二压力变送器和第二排气阀位于气室隔离环顶面的下方，第一进气管、第一压力变送器和第一排气阀位于气室隔离环顶面的上方，密封活塞体挡住高压储气室上部所有喷气口，使高压储气室内部气体无法流通至外部。所产生的高压脉动气泡作用原理为通过装置产生高压脉动气泡，气泡脉动可以携带巨大的能量。高压脉动气泡在内外水压差的作用在水中生成的内部压力高于水体压力的气泡。这种气泡将在内外压力差的作用下过度膨胀并随后收缩、坍塌，会产生水射流和冲击波等一系列连续的现象，对冰层进行冲击破坏，从而使破冰船的破冰效率更高。在实际应用中，上述气泡破冰装置均可持续地生成气泡，且有效地对冰层造成冲击。然而，亦存在有以下问题亟待解决，具体表现为：1)气泡破冰装置的设计结构复杂，整体实施成本较高，且需要配套有多种辅助设备以维持正常运行，从而增加了极地破冰船的空间设计难度，且后期维护成本较高；气泡生成进程中需要消耗的大量的能量，且需要持续不断地供入，最终导致气泡的生成成本居高不下；2)因长期受到超高压力的作用，储气室以及高压储气室的使用安全性难以得到有效地保证；3)在实际工作进程中，因高压空气需经由喷气口或高压气枪的喷口而进入冰层以下的海水中，进而在压力差作用下以生成大量的气泡，正因此，气泡的生成工序繁琐，路线较长，难以做到全过程精细控制；4)因气泡产生于船体外部的水域中，其最终生成形态以及分布密度受到海域环境影响以及海水自身特性影响较大，难以对气泡的生成质量进行控制，进而最终会影响实际破冰效果。因而，为本课题组提供了新的研究方向。

技术实现思路

[0005]故，本专利技术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，最终导致该适用于极地破冰船的辅助破冰系统的出现。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术涉及了一种适用于极地破冰船的辅助破冰系统，与极地破冰船相配套应用，其包括供水管路、负压管路以及气水混合体发生装置。气水混合体发生装置的数目设为多个，且沿着极地破冰船的侧舷线性排布。在极地破冰船航行进程中，多个气水混合体发生装置交替启动，以向着极地破冰船侧舷的冰层下持续地喷射富含气泡的气水混合体。气水混合体发生装置包括导流管、罐体、喷头、第一外接过渡部、第二外接过渡部以及泵送部。导流管的进口端借由第一外接过渡部以实现与供水管路的连通，其出口端借助于泵送部以实现与喷头的连通。罐体被导流管所穿过，且非工作模式下其内腔始终与外界大气相隔绝。在导流管的侧壁上开设有多个通孔。通孔均位于罐体的内腔中，且
经其将供水管路所输送的海水导流至罐体中。罐体借由第二外接过渡部以实现与负压管路的连通。工作状态下，首先，供水管路和第一外接过渡部相协作，海水得以经由通孔被导流至罐体中，直至罐体中所存留的海水达到设定高度值，随后，供水管路停止供水，与此同时，负压管路和第二外接过渡部相协作以向着罐体的内腔中持续地充入负压气体，直至海水因受到负压作用而沸腾，并伴随生产富含大量气泡的气水混合体，而后，泵送部启动，在压强作用下富含大量气泡的气水混合体经由通孔被导流至导流管中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于极地破冰船的辅助破冰系统，与极地破冰船相配套应用，其特征在于，包括供水管路、负压管路以及气水混合体发生装置；所述气水混合体发生装置的数目设为多个，且沿着极地破冰船的侧舷线性排布；在极地破冰船航行进程中，多个所述气水混合体发生装置交替启动，以向着极地破冰船侧舷的冰层下持续地喷射富含气泡的气水混合体；所述气水混合体发生装置包括导流管、罐体、喷头、第一外接过渡部、第二外接过渡部以及泵送部；所述导流管的进口端借由所述第一外接过渡部以实现与所述供水管路的连通，其出口端借助于所述泵送部以实现与所述喷头的连通；所述罐体被所述导流管所穿过，且非工作模式下其内腔始终与外界大气相隔绝；在所述导流管的侧壁上开设有多个通孔；所述通孔均位于所述罐体的内腔中，且经其将所述供水管路所输送的海水导流至所述罐体中；所述罐体借由所述第二外接过渡部以实现与所述负压管路的连通；工作状态下，首先，所述供水管路和所述第一外接过渡部相协作，海水得以经由所述通孔被导流至所述罐体中，直至所述罐体中所存留的海水达到设定高度值，随后，所述供水管路停止供水，与此同时，所述负压管路和所述第二外接过渡部相协作以向着所述罐体的内腔中持续地充入负压气体，直至海水因受到负压作用而沸腾，并伴随生产富含大量气泡的气水混合体，而后，所述泵送部启动，在压强作用下富含大量气泡的气水混合体经由所述通孔被导流至所述导流管中，且经由所述喷头喷射而出。2.根据权利要求1所述的适用于极地破冰船的辅助破冰系统，其特征在于，所述第一外接过渡部包括第一外接管、第一电动阀门和第一压力表；所述第一外接管同时与所述导流管和所述供水管路相连通；所述第一电动阀门用来对所述供水管路和所述导流管之间的导通与否状态进行控制，其与所述第一外接管相配套应用；所述第一压力表用来地对所述供水管路的供水压力进行实时监测，其亦与所述第一外接管相配套应用，且与所述第一电动阀门相串联。3.根据权利要求1所述的适用于极地破冰船的辅助破冰系统，其特征在于，所述第二外接过渡部包括第二外接管、第二电动阀门和第二压力表；所述第二外接管同时与所述罐体和所述负压管路相连通；所述第二电动阀门用来对所述负压管路和所述罐体之间的导通与否状态进行控制，其与所述第二外接管相配套应用；所述第二压力表用来地对所述负压管路的供气压力进行实时监测，其亦与所述第二外接管相配套应用，且与所述第二电动阀门相串联。4.根据权利要求3所述的适用...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈中祥，毕玙璠，张雨婷，雍允豪，罗嘉鑫，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：