一种破冰棱锥体及具有该棱锥体的可移动式破冰装置的制作方法

本发明涉及破冰结构领域，尤其涉及一种可移动式破冰装置。

背景技术：

在寒冷地区的海洋中，冬季海水表面会结冰。海冰在风、流等环境驱动力作用下，会在海面上产生漂移，漂移的海冰作用在海洋工程锥体结构时，会与海洋工程锥体结构相互作用。由于冰排发生弯曲破坏的冰荷载要低于同等条件下发生挤压破坏的冰荷载，所以在有冰覆盖的海洋结构的水线面处常常采用锥形结构或者斜面结构以降低海冰对结构的作用力。有相当数量的锥形结构在各种海洋工程结构中发挥作用，包括我国渤海重冰区的一系列导管架平台。在海冰与锥体结构作用的过程中，虽然水平作用力因其斜面形式而有所降低，但也有可能产生海冰沿着锥体斜面的爬升和堆积。而海冰堆积会增加海冰对锥形结构的水平和竖向作用力，从而威胁到海洋平台结构的安全。在我国渤海、俄罗斯里海以及加拿大波弗特海域都发生过海冰爬坡和堆积威胁结构正常工作的现象。

因此急需提供一种能够对不同方向的来冰都能有效的起到防止海冰堆积作用的破冰装置。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明采用的技术方案在于，提供一种破冰棱锥体，所述破冰棱锥体为一四棱锥体结构，所述四棱锥体分为一上三棱锥体和一下三棱锥体。

较佳的，所述四棱锥体包括由交汇点x向四向延伸的第一长对角部xe、第二长对角部xf、第一短对角部xg、第二短对角部xh。

较佳的，所述四棱锥体还包括一中心支撑部xy。

较佳的，所述第一长对角部xe一端与所述第一短对角部xg一端分别与一第一斜拉部eg的第一端e及第二端g固定连接；所述第一长对角部xe一端与所述第二短对角部xh一端分别与一第二斜拉部eh的第一端e及第二端h固定连接；所述第二长对角部xf一端与所述第二短对角部xh一端分别与一第三斜拉部fh的第一端f及第二端h固定连接；所述第二长对角部xf一端与所述第一短对角部xg一端分别与一第四斜拉部fg的第一端f及第二端g固定连接。

较佳的，所述中心支撑部xy与水平面平行设置。

较佳的，所述中心支撑部xy的第二端与所述第一斜拉部eg、所述第一短对角部xg、所述第四斜拉部fg的交汇点g经由一第一加强部yg固定连接；所述中心支撑部xy的第二端与所述第一斜拉部eg、所述第一长对角部xe、所述第二斜拉部eh的交汇点e经由一第二加强部ye固定连接；所述中心支撑部xy的第二端与所述第二斜拉部eh、所述第二短对角部xh、所述第三斜拉部fh的交汇点h经由一第三加强部yh固定连接；所述中心支撑部xy的第二端与所述第三斜拉部fh、所述第二长对角部xf、所述第四斜拉部fg的交汇点f经由一第三加强部yf固定连接。

较佳的，所述第一短对角部xg与所述第二短对角部xh沿不同轴线自所述交汇点x向两侧延伸并成一角度α，其中0°<α<180°。

较佳的，所述破冰棱锥体还包括第一横向支撑ab,第二横向支撑cd，第一纵向支撑ac，第二纵向支撑bd；所述第一横向支撑ab、第二纵向支撑bd、第二横向支撑cd、第一纵向支撑ac依次首尾相连用于构成所述破冰棱锥体的外围框架；所述第一横向支撑ab在交汇点e处形成α角度弯折；所述第二横向支撑cd在交汇点f处形成α角度弯折；其中，0°<α<180°。

一种具有上述所述破冰棱锥体的可移动式破冰装置，所述可移动式破冰装置沿一锥体结构的斜面放置，在所述锥体结构上建造有轨道，所述可移动式破冰装置上设置有可移动支座。

较佳的，所述可移动支座由所述可移动式破冰装置上的一交汇点向水平方向延伸继而向垂直方向向下弯折出一个大致勾形结构的支架，在所述支架底部固定有一能够实现转动动作的滚轮。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：1、在海冰沿斜坡上爬的过程中，下三棱锥体起到破冰、使碎冰翻转坠落的作用，同时，下三棱锥体的两个侧面可以将海冰向两边排开，使海冰沿锥体结构的两侧滑落，起到抑制海冰堆积的作用，上三棱锥体主要起到对下三棱锥体支撑的作用，同时也能使海冰沿着两个侧边坠落，避免海冰堆积在下三棱锥体的顶部；2、在实际加工制造过程中，所述外围框架能够方便施工，减少单独加工所述四棱锥体的难度；3、所述第一横向支撑ab在交汇点e处的弯折、所述第二横向支撑cd在交汇点f处的弯折、所述第一短对角部xg与所述第二短对角部xh在所述交汇点x处的弯折均是为了使所述可移动式破冰装置与所述锥体结构的圆锥表面更加贴合，从而最大可能的在保证所述四棱锥体结构稳定的前提下，增大所述可移动式破冰装置的破冰精度，减少所述锥体结构的结冰区域，使所述可移动式破冰装置的破冰面积和破冰效果都大大增加，有利于对附着在所述锥体结构表面上的海冰进行破冰，降低海冰堆积对所述锥体结构的不利作用，保障海洋平台结构的正常使用；4、在所述可移动式破冰装置上设置可移动支座能够使所述可移动式破冰装置绕锥体结构转动，以适应不同的来冰方向，增加灵活性和适应性；5、将所述中心支撑部xy与水平面平行设置，能够促使碎冰翻转坠落，从而抑制冰爬动作产生，此时下三棱锥体的两个侧面可以将海冰向两边排开，使海冰沿所述锥体结构的两侧滑落，起到抑制海冰堆积的作用，避免海冰堆积在下三棱锥体的顶部。

附图说明

图1为本发明破冰棱锥体内部骨架结构示意图；

图2为本发明破冰棱锥体内部骨架及一侧覆盖钢板的结构示意图；

图3为本发明破冰棱锥体全覆盖钢板的结构示意图；

图4为本发明破冰棱锥体中心支撑部水平设置的状态示意图；

图5为本发明可移动式破冰装置放置于锥体结构的示意图；

图6为本发明可移动式破冰装置放置于锥体结构的局部放大示意图一；

图7为本发明可移动式破冰装置放置于锥体结构的局部放大示意图二。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例一

本发明提供一种破冰棱锥体，如图1、图2、图3所示，所述破冰棱锥体其构造为一凸起体形式，进一步的，所述破冰棱锥体为多棱边结构，更进一步的，本实施例中提供的所述破冰棱锥体为一四棱锥体结构，具体的，所述四棱锥体结构在功能上可以分为一上三棱锥体和一下三棱锥体。

在海冰沿斜坡上爬的过程中，下三棱锥体起到破冰、使碎冰翻转坠落的作用。同时，下三棱锥体的两个侧面可以将海冰向两边排开，使海冰沿锥体结构的两侧滑落，起到抑制海冰堆积的作用。上三棱锥体主要起到对下三棱锥体支撑的作用，同时也能使海冰沿着两个侧边坠落，避免海冰堆积在下三棱锥体的顶部。

实施例二

如上述所述的破冰棱锥体，本实施例与其不同之处在于，如图1所示，所述四棱锥体包括由交汇点x向四向延伸的第一长对角部xe、第二长对角部xf、第一短对角部xg、第二短对角部xh；

所述第一长对角部xe长度为c,第二长对角部xf长度为b，第一短对角部xg与第二短对角部xh长度均为d；其中，b、c、d均大于0。

较佳的，所述第一长对角部xe与所述第二长对角部xf沿同一轴线自所述交汇点x向两侧延伸；所述第一短对角部xg与所述第二短对角部xh沿不同轴线自所述交汇点x向两侧延伸，即所述第一短对角部xg与所述第二短对角部xh成一角度α，其中0°<α<180°。

所述第一长对角部xe第一端与所述第一短对角部xg第一端相连接于交汇点x，所述第一长对角部xe第二端与所述第一短对角部xg第二端分别与一第一斜拉部eg的第一端e及第二端g固定连接，从而构成稳定的三角形结构；

所述第一长对角部xe第一端与所述第二短对角部xh第一端相连接于交汇点x，所述第一长对角部xe第二端与所述第二短对角部xh第二端分别与一第二斜拉部eh的第一端e及第二端h固定连接，从而构成稳定的三角形结构；

所述第二长对角部xf第一端与所述第二短对角部xh第一端相连接于交汇点x，所述第二长对角部xf第二端与所述第二短对角部xh第二端分别与一第三斜拉部fh的第一端f及第二端h固定连接，从而构成稳定的三角形结构；

所述第二长对角部xf第一端与所述第一短对角部xg第一端相连接于交汇点x，所述第二长对角部xf第二端与所述第一短对角部xg第二端分别与一第四斜拉部fg的第一端f及第二端g固定连接，从而构成稳定的三角形结构；

所述四棱锥体还包括一长度为a的中心支撑部xy，所述中心支撑部xy的第一端自交汇点x向外延伸，且所述中心支撑部xy与其在所述第一斜拉部eg、所述第二斜拉部eh、所述第三斜拉部fh、所述第四斜拉部fg构成的平面上的投影成一角度β，其中，a>0,0°<β≤90°；

所述中心支撑部xy的第二端与所述第一斜拉部eg、所述第一短对角部xg、所述第四斜拉部fg的交汇点g经由一第一加强部yg固定连接；

所述中心支撑部xy的第二端与所述第一斜拉部eg、所述第一长对角部xe、所述第二斜拉部eh的交汇点e经由一第二加强部ye固定连接；

所述中心支撑部xy的第二端与所述第二斜拉部eh、所述第二短对角部xh、所述第三斜拉部fh的交汇点h经由一第三加强部yh固定连接；

所述中心支撑部xy的第二端与所述第三斜拉部fh、所述第二长对角部xf、所述第四斜拉部fg的交汇点f经由一第三加强部yf固定连接。

由本实施例的上述连接关系可知，所述四棱锥体构成一个牢固的连接结构，且各小连接单元均为稳定的三角形结构，从而增加了整个结构的刚性，使所述四棱锥体结构稳定，耐冲击性强，从而延长使用寿命。

实施例三

如上述所述的破冰棱锥体，本实施例与其不同之处在于，所述四棱锥体上的交汇点x、y、g、h、e所围成的三棱锥体为上三棱锥体，所述四棱锥体上的交汇点x、y、g、h、f所围成的三棱锥体为下三棱锥体。

在海冰沿斜坡上爬的过程中，下三棱锥体起到破冰、使碎冰翻转坠落的作用。同时，下三棱锥体的两个侧面可以将海冰向两边排开，使海冰沿锥体结构的两侧滑落，起到抑制海冰堆积的作用。上三棱锥体主要起到对下三棱锥体支撑的作用，同时也能使海冰沿着两个侧边坠落，避免海冰堆积在下三棱锥体的顶部。

所述四棱锥体因其合理的三维形状，能够有效的破冰和排冰，降低海冰堆积对结构的不利作用，保障海洋平台结构的正常使用。

实施例四

如上述所述的破冰棱锥体，本实施例与其不同之处在于，所述破冰棱锥体还包括第一横向支撑ab,第二横向支撑cd，第一纵向支撑ac，第二纵向支撑bd；所述第一横向支撑ab、第二纵向支撑bd、第二横向支撑cd、第一纵向支撑ac依次首尾相连用于构成所述破冰棱锥体的外围框架。

所述第一横向支撑ab与交汇点e固定连接，且所述第一横向支撑ab在交汇点e处略有弯折，其弯折角度与所述第一短对角部xg和所述第二短对角部xh所成角度α相同，其中0°<α<180°；

所述第二横向支撑cd与交汇点f固定连接，且所述第二横向支撑cd在交汇点f处略有弯折，其弯折角度与所述第一短对角部xg和所述第二短对角部xh所成角度α相同，其中0°<α<180°；

所述第一纵向支撑ac与交汇点h固定连接，所述第二纵向支撑bd与交汇点g固定连接。

较佳的，所述第一纵向支撑ac和所述第二纵向支撑bd与所述第一长对角部xe和第二长对角部xf的长度之和相等，均为b+c。

在实际加工制造过程中，所述外围框架能够方便施工，减少单独加工所述四棱锥体的难度。

实施例五

如上述所述的破冰棱锥体，本实施例与其不同之处在于，如图2、图3所示，所述破冰棱锥体由骨架11焊接制成，且所述破冰棱锥体外表面覆盖有一层钢板12，在制作过程中，先利用角钢或者其他型钢焊接成内部骨架11，再在所述骨架11上焊接钢板12，制成钢结构棱锥体。

所述钢板12表面设有螺栓孔，将螺栓13穿过所述螺栓孔能够将所述破冰棱锥体进行固定。

实施例五

一种具有上述所述破冰棱锥体的可移动式破冰装置，结合图5、图6、图7所示，所述可移动式破冰装置10沿一锥体结构20的斜面放置，所述可移动式破冰装置的所述第一纵向支撑ac与所述第二纵向支撑bd均贴合所述锥体结构20的表面，且所述第一纵向支撑ac、所述第二纵向支撑bd、所述第一长对角部xe、所述第二长对角部xf的轴线均与所述锥体结构20的母线平行；

所述第一横向支撑ab在交汇点e处的弯折、所述第二横向支撑cd在交汇点f处的弯折、所述第一短对角部xg与所述第二短对角部xh在所述交汇点x处的弯折均是为了使所述可移动式破冰装置10与所述锥体结构20的圆锥表面更加贴合，从而最大可能的在保证所述四棱锥体结构稳定的前提下，增大所述可移动式破冰装置10的破冰精度，减少所述锥体结构20的结冰区域，使所述可移动式破冰装置10的破冰面积和破冰效果都大大增加。有利于对附着在所述锥体结构表面上的海冰进行破冰，降低海冰堆积对所述锥体结构的不利作用，保障海洋平台结构的正常使用。

在所述锥体结构20侧面与水平面平行的平面上建造有轨道21，所述轨道21绕所述锥体结构20水平方向上的其中一个圆截面向圆截面半径扩大的方向延伸，继而向垂直方向向上弯折出一个大致勾形结构的折边，在所述折边与所述锥体结构20之间形成一个绕所述锥体结构20的滑槽212；

所述可移动式破冰装置10上设置有可移动支座14，所述可移动支座14由所述可移动式破冰装置10上的其中一个交汇点向水平方向延伸继而向垂直方向向下弯折出一个大致勾形结构的支架141，在所述支架141底部固定有一能够实现转动动作的滚轮142；

所述支架141安放于所述轨道21的滑槽212内部，并使所述滚轮142能够沿所述滑槽212滑动。

较佳的，所述轨道包括一上轨道，一下轨道；

较佳的，在所述可移动式破冰装置10的交汇点a、b、c、d、e、f上分别设置有一可移动支座14；其中，所述交汇点a、b、e上设置的可移动支座14与所述上轨道配合滑动，所述交汇点c、d、f上设置的可移动支座14与所述下轨道配合滑动；进而使所述可移动式破冰装置10沿所述轨道21滑动。

较佳的，所述锥体结构20为海洋工程用起支撑作用的锥体结构。

实施例六

如上述所述的可移动式破冰装置，本实施例与其不同之处在于，所述锥体结构20上设置有至少一个螺栓孔22，所述螺栓孔与所述可移动式破冰装置10上设置的所述螺栓13位置相对应，将所述可移动式破冰装置10调整到与来冰方向相对应的位置后，通过所述螺栓13将其固定在所述锥体结构20外表面；

较佳的，所述可移动式破冰装置10能够绕锥体结构转动，以适应不同的来冰方向。所述可移动式破冰装置10在所述锥体结构20外表面上的放置位置取决于冰块的尺寸、海水流速和海平面与结构相对位置等。

较佳的，当所述锥体结构20的尺寸较大时，可以适当增加所述可移动式破冰装置10的数量，避免海冰在所述锥体结构20斜面没有布置棱锥体的地方堆积。

实施例七

如上述所述的破冰棱锥体，本实施例与其不同之处在于，如图4所示，所述中心支撑部xy与水平面平行设置，此时，由交汇点g、h、x、y围成的平面与水平面平行；

所述上三棱锥体与所述下三棱锥体的交汇处，即第一加强部yg与第三加强部yh与水平面平行；

将所述中心支撑部xy与水平面平行设置，能够促使碎冰翻转坠落，从而抑制冰爬动作产生，此时下三棱锥体的两个侧面可以将海冰向两边排开，使海冰沿所述锥体结构20的两侧滑落，起到抑制海冰堆积的作用，避免海冰堆积在下三棱锥体的顶部。

实施例八

如上述所述的破冰棱锥体，所述破冰棱锥体其构造为一凸起体形式，进一步的，所述破冰棱锥体为椭球型结构(图中未示出)。

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，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。