专利名称：自升降锥体破冰装置的制作方法
技术领域：
本发明属于海洋工程结构物桩柱体系的破冰保护装置的创新。
背景技术：
目前，有冰海区结构物的破冰装置都是固定地安装于桩柱上的锥形体，有的正置，有的倒置。它们都不能随着潮位而升降，但是锥型体有一定锥角限制，锥角过陡则破冰无效。因此在冰作用区即潮差段较大的海区，所安装的锥体过于庞大。为了克服这个缺点，曾在具有大潮差段的海区采用正、倒锥联合体，但后来发现联合体的正、倒锥结合部存在卡住冰层而导致冰压过大和冰振问题。为彻底解决这个问题，需要设计一种能够适应任何潮差的有效破冰装置。
发明内容
为了克服现有的固定式锥型体破冰装置不能随潮位而升降的问题，本发明提供一种自升降锥体破冰装置，这种破冰装置不但能使破冰锥随着潮位而同步升降，并且在潮位稳定后的冰排作用下保持不动，从而使冰排沿锥面折曲断裂，有效地发挥破冰作用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是在有冰海区的桩柱上以正置或倒置的方式套装一个破冰锥型浮体(正锥或倒锥)使桩柱从锥体中心穿过，并保证锥体能沿桩柱上的轨道自由滑动。在桩柱上安装一组柱塞缸液压系统，使柱塞缸液压系统的柱塞与锥型浮体底部连接，并将液压系统中的液位控制开关阀与潮位传感系统的潮位传感器相连。潮位传感器可以测量海水潮位与锥体顶面的相对高度(高差)。锥型浮体能在重力与浮力作用下自动保持平衡从而可随潮位的涨落同步升降。由潮位和锥体顶面的升降而引起的相对高度(高差)的变化，反应到潮位传感器，驱动柱塞缸液压系统中的液位控制开关阀动作，导致柱塞缸内液体进出或闭塞不通，从而使柱塞缸内的柱塞连同锥体产生相互动作(升降或不动)，于是破冰锥体便随潮位涨落而自动升降及在水平冰排作用下保持不动，使冰排沿锥面折曲断裂发挥其破冰作用。
以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
图1正锥体自升降破冰装置的构造与工作状态示意图——最低潮位状态。
图2正锥体自升降破冰装置的构造与工作状态示意图——中间潮位状态。
图3正锥体自升降破冰装置的构造与工作状态示意图——最高潮位状态。
图4倒锥体自升降破冰装置的构造与工作状态示意图——最高潮位状态。
图5倒锥体自升降破冰装置的构造与工作状态示意图——中间潮位状态。
图6倒锥体自升降破冰装置的构造与工作状态示意图——最低潮位状态。
图7柱塞缸液压系统(连接正锥体)原理图。
图8柱塞缸液压系统(连接倒锥体)原理图。
图9潮位传感系统原理图。
图中 1.桩柱 2.破冰锥体(锥型浮体) 3.柱塞缸液压系统 4.固定支座 5.潮位传感系统 6.最高潮位 7.最低潮位 8.冰排 9.柱塞 10.柱塞缸 11.单向阀 12液位控制开关阀 13.供油箱 14.潮位传感器 15.潮位测量电极 16.潮位控制器 17.电源插头 18.液位控制开关阀接线端 19.轨道具体实施方式
下面以
图1～3所示正锥体自升降破冰装置为例，说明此装置的构造、安装及其自升降破冰原理。
首先按
图1所示，将柱塞缸液压系统3的柱塞缸10安装在桩柱1的固定支座4上(固定支座4设于最低潮位7以下适当深度处)，再将锥型浮体2套装于桩柱1上与轨道19相吻合，并将倒锥底面于柱塞缸液压系统中的柱塞9连接，最后将柱塞缸液压系统中的液位控制开关阀12与潮位传感系统的导线相连，并把潮位传感系统的潮位传感器14安装在锥形浮箱上。潮位传感器14测量海水水面与锥型浮体顶面的相对高度。
柱塞缸液压系统(见图7)包括柱塞9、柱塞缸10、单向阀11、液位控制开关阀12，以及供油箱13。柱塞缸10底部有两个油口，一个为进油口与单向阀11连接，另一个为出油口与液位控制开关阀12连接，单向阀和液位控制开关阀的另一端与供油箱13连接，以便柱塞9上下移动时向柱塞缸10内供油和回油。
由于柱塞缸9的顶部与锥型浮体2的底部相连，而锥形浮箱2是套在桩柱1上，并可随浮力的大小而沿着轨道19升降，因此柱塞缸9(共安装三个)的升降由破冰锥形浮箱2驱动，随海面涨落潮而升降。
涨潮时水位升高浮力增大，迫使锥型浮体沿桩柱轨道19上升，带动柱塞9上移，使柱塞缸10内成负压状态，液位控制开关阀12为常闭状态，此时供油箱13油压高于柱塞缸内油压，单向阀11打开，供油箱13通过单向阀11向柱塞缸供油，使其达到平衡状态。
落潮时海面水位降低，锥形体浮力逐渐减小，箱体重力大于浮力，加到三个柱塞缸上，遂使柱塞缸内油压高于供油箱内油压，单向阀11成反向关闭状态，两位两通阀12也为关闭状态。但由于锥型浮体上安装有潮位传感器14，测量海水水面与正锥形浮箱顶面的相对高度，当潮位下降到潮位传感器测量电极15中的D2被露出时，潮位控制器16给液位控制开关阀12供电，电磁阀动作换位开通，此时柱塞缸内油压高于供油箱内油压，故柱塞缸内的油通过液位控制开关阀流入供油箱，于是柱塞9得以随同锥型浮体而下降，而当锥形浮箱下降到使水位相对上升到传感器测量电极15中的D1被浸没时，潮位控制器给液位控制开关阀断电成常闭位置，柱塞缸油路断开，连接柱塞缸的锥型浮体下降停止(见图9)。海面潮位继续下降，重复前述动作循环，直到下降到最低潮位(见
图1)为止。
综上所述，锥型浮体浮动的位置始终与海面潮位同步升降，始终处在受冰力作用的工作位置。当正锥型浮体2受水平冰排挤压作用时，冰排产生的冰力竖向分量向下传给柱塞缸10内的柱塞9，使柱塞缸内油压升高大于供油箱油压，使单向阀11成反向关闭状态，此时液位控制开关阀12也为常闭状态，遂使柱塞缸10内的油成闭塞不通状态，因而柱塞9保持不动，与之相连的破冰锥形浮箱也保持不动，于是发挥其破冰作用，使冰排向上折曲断裂。
关于倒锥体自升降破冰装置的构造、安装与自升降破冰原理，参照附图4、5、6和图8，依据正、倒锥体对潮位涨落的不同反应(上升或下降)，可以作出类似于上述正锥体自升降破冰装置工作原理的说明，这里不再赘述。
权利要求1.一种自升降锥体破冰装置，由破冰锥体、柱塞缸液压系统和潮位传感系统组成，破冰锥体安装于有冰海区的桩柱上，其特征是破冰锥体为锥形浮体，套在桩柱上，可随潮位变化自行升降。
2.根据权利要求1.所述的自升降锥体破冰装置，其特征是锥体底部与柱塞缸液压系统相接，柱塞缸是克服锥体所受冰载竖向力的支撑杆件，并可随潮位变化自动调节其长度。
3.根据权利要求1.所述的自升降锥体破冰装置，其特征是柱塞缸液压系统的柱塞缸与潮位传感系统相连，并通过单向阀和液位控制开关阀自动控制柱塞的动作——升降或不动。
专利摘要一种自升锥体降破冰装置，安装到冰区海域结构物的桩柱(1)上，能够随潮位的涨落而自动升降发挥破冰作用。它由一个套在桩柱(1)上的破冰锥型浮体(2)、与其相连的柱塞缸液压系统(3)以及安装于锥形浮箱的潮位传感器(4)组成。锥型浮体(2)受潮位驱动可沿桩柱(1)上的轨道(19)升降，潮位传感器(4)可测量箱体顶面与海水水面的相对高度，并转换为开关信号传给柱塞缸液压系统(3)中液位控制开关阀(12)，控制柱塞缸内柱塞(9)的动作——升降或不动，以实现破冰锥体的升降与破冰功能。与固定式破冰锥体相比，其优越性在于能够适应任何潮差变化，尤其适合大潮差海域的应用。
文档编号E02B15/00GK2777039SQ200420029988
公开日2006年5月3日 申请日期2004年10月22日 优先权日2004年10月22日
发明者王翎羽, 谢彬, 王炳明 申请人:天津海王星海上工程技术有限公司, 海洋石油工程股份有限公司