一种多气泡破冰装置及方法

技术领域

本发明属于破冰技术领域，具体涉及一种多气泡破冰装置及方法。

背景技术

随着陆地资源的紧缺，海洋资源逐渐成为人类科学探索和开采应用的重要领域，地球极地含有丰富的石油、天然气、可燃冰和矿石资源，为此科研人员如何深入极地地区进行更多的科研任务和资源勘探成为了主要难题。目前最常见的两种极地破冰方式为破冰船破冰和爆破破冰两种，破冰船破冰通过船体特殊的结构形式采用自身重量和动力冲撞的方式进行破冰，此方法效率低，对一些地区的冰层破坏效果较差，需要反复多次的碰撞才得以完成破冰，而且对破冰船提自身的结构和强度提出较大的挑战。另一种方式为爆破破冰，通过空投炸药或预埋炸药的方式对破冰进行破坏，此方法危险性较大而且无法确保破冰工作的顺利正常进行，并且对极地环境的破坏是一种不可逆的现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多气泡破冰装置。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：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。

本发明还可以包括：

所述的储气室上布置有压力变送器、压力显示器和手动泄压开关，在储气室底部设有排污口和安全阀；所述的储气室与恒压输出电磁阀之间通过法兰连接。

所述的恒压气罐上布置有压力变送器、压力显示器和手动泄压开关，在恒压气罐底部设有排污口和安全阀；所述的恒压气罐与恒压输出电磁阀之间通过法兰连接；所述的恒压气罐与各连接软管之间通过法兰连接。

本发明的目的还在于提供一种多气泡破冰方法。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括以下步骤：

步骤1：在破冰载体布置多气泡破冰装置；

所述的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；

步骤2：开启空气压缩机，打开恒压输出电磁阀；空气压缩机向储气室内注入高压气体，预定压强为P1，设置恒压输出电磁阀的允许通过最大压强P2，P1>P2；

步骤3：当恒压气罐内压强达到设定的P2时，关闭恒压输出电磁阀，此时空气压缩机继续向储气室内注入高压气，当储气罐内的高压气达到预定的P1时，关闭空气压缩机；

步骤4：进行破冰作业，恒压气罐内的高压气通过连接软管传输到供压电磁阀；打开供压电磁阀使释放储压管内的压强达到预定产生的气泡强度的压强P3，压强可通过释放储压管上的数字压力变送器实时将数据传输给控制模块远程监控；

步骤5：关闭供压电磁阀，打开所有触发电磁阀，高压气泡同时从高压气泡喷口处产生，通过高压气泡的膨胀和收缩引起水的运动和引起的水射流达到破冰的目的；

步骤6：在完成一次破冰作业后，控制模块自动控制电磁阀完成后续破冰工作；当储气罐内的压强小于P2时，运行空气压缩机，将储气罐内的压强补充至P2；当恒压气罐内的压强小于P2时，恒压输出电磁阀自动打开向恒压气罐内冲入高压气直到压强达到P2；

在完成一次破冰作业后，恒压气罐3内的压强仍为P2，打开供压电磁阀向释放储压管6内冲入高压气直到P3；关闭供压电磁阀，再次打开触发电磁阀，完成下一组破冰工作；

步骤7：破冰作业结束后，关闭触发电磁阀，由于有数字单向阀保证释放储压管内不会进入海水。

本发明还可以包括：

所述的储气室上布置有压力变送器、压力显示器和手动泄压开关，在储气室底部设有排污口和安全阀；所述的储气室与恒压输出电磁阀之间通过法兰连接；控制模块通过压力变送器和压力显示器远程监控储气室内气压；当储气罐内的压强大于P1时，安全阀自动排气，在突发情况下可通过手动泄压开关泄压；排污口用于定期对罐体内部进行清理。

所述的恒压气罐上布置有压力变送器、压力显示器和手动泄压开关，在恒压气罐底部设有排污口和安全阀；所述的恒压气罐与恒压输出电磁阀之间通过法兰连接；所述的恒压气罐与各连接软管之间通过法兰连接；控制模块通过压力变送器和压力显示器远程监控恒压气罐内气压；当恒压气罐内的压强大于P2时，安全阀自动排气，在突发情况下可通过手动泄压开关泄压；排污口用于定期对罐体内部进行清理。

本发明的有益效果在于：

本发明提出一种安全环保，破冰效率高的多气泡破冰装置及方法来进行破冰船破冰作业的有效辅助装置，通过在现有破冰船体前端安装多组阵列高压气泡发生装置，所产生的高压气泡脉动可以携带足够较高的能量，这种气泡将在外界环境下内外压力差的作用下过度膨胀并随后收缩、坍塌，所产生的能量适用于对极地冰层破冰。本发明无需对船体结构进行改造，通过软管连接可将结构放置于任意安全合适位置，将主要发生气泡端装置安装在船体适当位置，可操作性高，并可根据实际工况需求调整释放储压管的长度和数量及排列方式，达到最优的破冰形式。同时本发明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，期间无间隔，无需进行对高压气泡的长时间准备工作。本发明可以连续无间断持续的破冰工作，并且可根据现场冰层环境的变化随时调整破冰装置的破冰能力。本发明采用空气压缩，无污染，对极地海洋环境做到零污染，绿色环保，安全可靠，经济效应较好，并且可重复使用。

附图说明

图1是本发明的一种多气泡破冰装置的整体示意图。

图2是本发明的一种多气泡破冰装置的储气室示意图。

图3是本发明的一种多气泡破冰装置的恒压气罐示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

本发明提出一种安全环保，破冰效率高的多气泡破冰装置及方法来进行破冰船破冰作业的有效辅助装置，通过在现有破冰船体前端安装多组阵列高压气泡发生装置，所产生的高压气泡脉动可以携带足够较高的能量，气泡脉动是指在水中生成的内部压力高于水体压力的气泡，这种气泡将在外界环境下内外压力差的作用下过度膨胀并随后收缩、坍塌，所产生的能量适用于对极地冰层破冰。本发明装置无需对船体进行大规格改造的前提下，使破冰船的破冰作业效率高效提升，并且可以连续无间断持续的破冰工作，并且可根据现场冰层环境的变化随时调整破冰装置的破冰能力。本发明安全无污染，对极地环境无破坏，节能可靠。

本发明目的是提供一种无需对当前破冰船体进行改造，可直接应用的新型破冰装置，旨在辅助现有极地破冰船进行破冰探索的任务，其破冰过程高效安全环保。

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；所述的储气室上布置有压力变送器、压力显示器和手动泄压开关，在储气室底部设有排污口和安全阀；所述的储气室与恒压输出电磁阀之间通过法兰连接；所述的恒压气罐上布置有压力变送器、压力显示器和手动泄压开关，在恒压气罐底部设有排污口和安全阀；所述的恒压气罐与恒压输出电磁阀之间通过法兰连接；所述的恒压气罐与各连接软管之间通过法兰连接。

一种多气泡破冰方法，包括以下步骤：

步骤1：在破冰载体布置多气泡破冰装置；

所述的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；

步骤2：开启空气压缩机，打开恒压输出电磁阀；空气压缩机向储气室内注入高压气体，预定压强为P1，设置恒压输出电磁阀的允许通过最大压强P2，P1>P2；

步骤3：当恒压气罐内压强达到设定的P2时，关闭恒压输出电磁阀，此时空气压缩机继续向储气室内注入高压气，当储气罐内的高压气达到预定的P1时，关闭空气压缩机；

步骤4：进行破冰作业，恒压气罐内的高压气通过连接软管传输到供压电磁阀；打开供压电磁阀使释放储压管内的压强达到预定产生的气泡强度的压强P3，压强可通过释放储压管上的数字压力变送器实时将数据传输给控制模块远程监控；

步骤5：关闭供压电磁阀，打开所有触发电磁阀，高压气泡同时从高压气泡喷口处产生，通过高压气泡的膨胀和收缩引起水的运动和引起的水射流达到破冰的目的；

步骤6：在完成一次破冰作业后，控制模块自动控制电磁阀完成后续破冰工作；当储气罐内的压强小于P2时，运行空气压缩机，将储气罐内的压强补充至P2；当恒压气罐内的压强小于P2时，恒压输出电磁阀自动打开向恒压气罐内冲入高压气直到压强达到P2；

在完成一次破冰作业后，恒压气罐3内的压强仍为P2，打开供压电磁阀向释放储压管6内冲入高压气直到P3；关闭供压电磁阀，再次打开触发电磁阀，完成下一组破冰工作；

步骤7：破冰作业结束后，关闭触发电磁阀，由于有数字单向阀保证释放储压管内不会进入海水。

实施例1：

本发提供一种多气泡破冰装置及方法，属于船舶破冰技术领域。本发明包括控制计算机、空气压缩机、储气室、恒压输出电磁阀、恒压气罐、橡胶法兰连接软管、供压电磁阀、释放储压管、数字单向阀、触发电磁阀和高压气泡喷口等主要组成。本发明无需对船体结构进行改造，通过软管连接可将结构放置于任意安全合适位置，可操作性高，并可根据实际工况需求调整释放储压管的长度和数量及排列方式，达到最优的破冰形式。同时本发明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，期间无间隔。本发明采用空气压缩，无污染，对极地海洋环境做到零污染，绿色环保，安全可靠，经济效应较好，并且可重复使用。

一种多气泡破冰装置，包括计算机，空气压缩机与储气室连接，储气室与恒压输出电磁阀通过法兰连接，恒压输出电磁阀通过法兰与恒压气罐法兰连接，恒压气罐另一端通过法兰与橡胶法兰连接软管连接，橡胶法兰连接软管与供压电磁阀连接，供压电磁阀另一端与释放储压管法兰连接，释放储压管另一端与数字单向阀连接，数字单向阀顶端与数字压力变送器连接，另一端与触发电磁阀螺纹连接，触发电磁阀顶端连接高压气泡喷口。通过连续的计算机控制，从空气压缩机开始到触发电磁阀等系统，及时的控制和反馈，达到高效理想的多气泡发生破冰效果。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述的储气室，其包括两个固定底座，侧面一端布置有压力变送器和压力显示器，手动泄压开关压力进气口，另一侧面布置有恒压电磁阀连接法兰盘，底部布置有排污阀和安全阀。

2.所述的恒压输出电磁阀，其功能为输出预先设置的稳定压力。

3.所述的恒压气罐，其包括两个固定底座，侧面一端布置有恒压电磁阀连接法兰盘，手动泄压开关，压力变送器和压力显示器，另一侧面布置有多个触发端软管连接法兰，底部布置有排污口和安全阀。

4.所述的橡胶法兰连接软管，可根据船体的结构形式做任意性调整，改变软管的长短弯曲程度等对本发明的目的和功能没有影响。

5.所述的释放储压管，其一段是法兰面，另一端是螺纹端面，其长度和厚度可根据实际工况需求做出适应性调整。

6.所述的高压气泡喷口，其喷口直径可根据实际工况给做出适应性调整。

结合图1，图1是本发明专利的整体示意图。空气压缩机通过高压管与储气室1内连接，储气室1通过法兰与恒压输出电磁阀2螺栓连接，恒压输出电磁阀2通过法兰与恒压气罐3螺栓连接，恒压气罐3通过法兰与橡胶法兰连接软管4螺栓连接，橡胶法兰连接软管4通过法兰与供压电磁阀5螺栓连接，供压电磁阀5通过法兰与释放储压管6螺栓连接，释放储压管6另一端通过螺纹与数字单向阀7连接，数字单向阀7通过螺纹与数字压力变送器8连接，数字单向阀7通过螺纹与触发电磁阀9连接，高压气泡喷口10通过螺纹连接在触发电磁阀9顶部。

结合图2，图2是本发明专利的储气室示意图。其包括一个储气室1，底部焊接有两个固定底座1-9，侧面一端布置有压力变送器1-4和压力显示器1-3，手动泄压开关1-5和压力进气口1-6，另一侧面焊接有恒压电磁阀连接法兰盘1-2，底部螺纹连接有排污阀1-7和安全阀1-8。

结合图3，图3是本发明专利的恒压气罐示意图。其包括恒压气罐3，底部焊接有两个固定底座3-2，侧面一端布置有恒压电磁阀连接法兰盘3-5，手动泄压开关3-4，压力变送器3-7和压力显示器3-6，另一侧面布置有多个触发端软管连接法兰3-3，底部布置有排污口3-8和安全阀3-9。

特别指出的，本发明还包括：

所述的橡胶法兰连接软管为自由尺寸，是随着船体结构和现场环境所决定的，在额定压强下可随意改变长度和弯曲。

多个阵列组合式的释放储压管共同作业，不局限于本发明所示的五个；

释放储压管的长度、内径和储存量不应该限制于一种，可通过工况需求的不同，多种规格尺寸的释放储压管共同作用；

每个释放储压管内所储存的高压气体压力可以多种选择，同时改变强弱或分别改变其强弱。

在破冰船或其他破冰载体上固定好储气罐1和恒压气罐3后，在合适位置安装触发气泡装置等。所有系统内电磁阀的开关均由计算机统一控制，计算机检测各个部分的压力变送器数值，以及预定的高压气泡强度大小，从而通过控制空气压缩机、恒压输出电磁阀2、供压电磁阀5、触发电磁阀9来进行多个高压气泡的产生。

起始关闭各个电磁阀开关，由空气压缩机向储气室1内注入高压气体，预定压强为P1，期间设置恒压输出电磁阀2的允许通过最大压强P2，注意P1>P2，当恒压气罐3内压强达到设定的P2时，恒压输出电磁阀2关闭，此时空气压缩机继续向储气室1内注入高压气，当储气罐1内的高压气达到预定的P1时，空气压缩机关闭，而后当储气罐1内的压强小于P2时，空气压缩机继续运行，将储气罐1内的压强补充至P2，当恒压气罐3内的压强小于P2时，恒压输出电磁阀自动打开向恒压气罐3内冲入高压气直到压强达到P2，此步骤由计算机自动控制，无需人工操作。

此时进行破冰气泡的产生，恒压气罐3内的高压气通过橡胶法兰连接软管4传输到供压电磁阀5端，打开供压电磁阀5使释放储压管6内的压强达到预定产生的气泡强度的压强P3，压强可通过释放储压管6上的数字压力变送器8实时将数据传输给计算机远程监控，此时供压电磁阀5关闭，打开触发电磁阀9则多个高压气泡同时从高压气泡喷口处产生，通过高压气泡的膨胀和收缩引起水的运动和引起的水射流达到破冰的目的。

在完成一次破冰作业后，系统自动控制电磁阀完成后续破冰工作，破冰作业结束后触发电磁阀9关闭，由于有数字单向阀7保证释放储压管6内不会进入海水。此时恒压气罐3内的压强仍为P2，供压电磁阀5打开向释放储压管6内冲入高压气直到P3，供压电磁阀5再次关闭，触发电磁阀9再次打开，完成下一组破冰工作，以此类推可持续完成过多组破冰工作。

在储气室1安装有压力变送器1-4和压力显示器1-3，实时将数据传输给计算机远程监控，并配有手动泄压开关1-5用于突发情况可手动泄压，底部安装有排污口1-7，可定期对罐体内部进行清理，并安装有安全阀1-8，当储气罐1内的压强大于额定压强时，安全阀1-8自动排气。

在恒压气罐3安装有压力变送器3-7和压力显示器3-6，实时将数据传输给计算机远程监控，并配有手动泄压开关3-4用于突发情况可手动泄压，底部安装有排污口3-8，可定期对罐体内部进行清理，并安装有安全阀3-9，当恒压气罐3内的压强大于额定压强时，安全阀3-9自动排气。此外恒压气罐3还安装有多个触发端软管连接法兰3-3，可同时安装多个气泡触发装置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明无需对船体结构进行改造，通过软管连接可将结构放置于任意安全合适位置，将主要发生气泡端装置安装在船体适当位置，可操作性高，并可根据实际工况需求调整释放储压管的长度和数量及排列方式，达到最优的破冰形式。同时本发明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，期间无间隔，无需进行对高压气泡的长时间准备工作。本发明采用空气压缩，无污染，对极地海洋环境做到零污染，绿色环保，安全可靠，经济效应较好，并且可重复使用。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。