[发明专利]一种利用电加热单元消减海洋工程结构物冰荷载的装置

说明书

技术领域

本发明涉及电加热装置,特别是一种利用电加热单元消减海洋工程结构物冰荷载的装置。

背景技术

在寒冷地区，冰荷载对海洋工程结构物的危害是极其严重的。1969年3月我国的渤海老二号平台、1977年渤海四号平台组中的火炬平台以及1964年美国阿拉斯加库克湾的两座石油平台等在冰荷载的作用下倒塌。2000年1月28日，JZ20-2中南平台发生剧烈振动，造成8号井排空管线疲劳断裂，天然气泄漏。随着我国海上油气资源、海洋可再生能源的进一步开发利用，如何消减冰荷载对海工结构物的危害显得越来越重要。

目前，国内众多专家学者对冰本身的结构特性、强度特性、动力特性以及冰激振动、冰的温度膨胀力等破坏形式进行了深入细致的研究，但由于冰荷载的影响因素众多，动冰力模型试验方法、动冰力模型相似律、冰载荷的消减措施等尚待进一步研究，目前还没有消减海洋工程结构物冰荷载的装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种利用电加热单元消减海洋工程结构物冰荷载的装置，融化冻结在结构物迎水面上的海冰，使海冰脱离结构物，从而消除或减小冰荷载，降低海冰对结构物的危害。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种利用电加热单元消减海洋工程结构物冰荷载的装置，包括电源、电加热单元、升降机构、支承端，电源通过供电线缆与电加热单元连接，电加热单元通过连接件固定在升降机构上，支承端一端与升降机构连接，另一端通过锚固基座固定在海洋工程结构物上，锚固基座与海洋工程结构物的连接处高于海平面。

在需要保护的海洋工程结构物上安装或预埋一锚固基座，该锚固基座与支承端相匹配，通过支承端与锚固基座的连接将装置安装在结构物的迎水面上；在升降机构的驱动下，电加热单元能够下降至海冰冰层的底面，且能够提升至海冰冰层的顶面。通过电源和供电线缆向电加热单元提供电力，使电加热单元发热；升降机构驱动电加热单元上升或下降，利用电加热单元产生的热量融化海冰，使得冻结在结构物迎水面上的海冰脱离结构物，从而消减冰荷载。

当涉水海洋工程结构物为圆柱结构时，迎水面为环形，电加热单元可拼装成环形，组成三组或三组以上独立的电加热单元，并由三组或多组升降机构共同驱动。

当涉水海洋工程结构物为方柱结构时，迎水面为矩形，电加热单元可拼装成矩形，形成四组或四组以上独立的电加热单元，并由四组或多组升降机构共同驱动。

本发明通过电加热单元产生的热量有效地融化冻结在结构物迎水面上的海冰，使海冰脱离结构物，消除或减小冰荷载，降低海冰对结构物的危害，本发明适用于寒冷地区的海洋钻井平台导管架基础、海上风力发电机组基础、潮流发电机组塔架及海中固定式结构物、防波堤和护岸等各类涉水结构物。

附图说明

图1为本发明一实施例结构示意图；

其中：

1：电加热单元；2：电源和供电线缆；3：连接件；4：升降机构；5：支承端；6：锚固基座；7：海洋工程结构物。

具体实施方式

如图1所示，本发明一实施例包括电源和供电线缆2、电加热单元1、升降机构4、支承端5，电源通过供电线缆与电加热单元1连接，电加热单元1通过连接件3固定在升降机构4上，支承端5一端与升降机构4连接，另一端通过锚固基座6固定在海洋工程结构物7上，锚固基座6与海洋工程结构物7的连接处高于海平面。

电加热单元1是利用电流的焦耳效应将电能转变成热能的装置，是由合金材料或非金属材料制成发热元件，由发热元件产生热能，通过辐射、对流和传导等方式传到需要融化的海冰上。合金材料可以是铁铝合金、镍铬合金等，非金属材料可以是碳化硅、二硅化钼等。电加热单元最大功率10千瓦。根据我国渤海海域一般海冰厚度20cm~30cm，最厚达到60cm的特点，电加热单元的高度宜控制在60cm以内，厚度宜控制在20cm以内，宽度根据结构物尺寸确定。

电源和供电线缆向电加热单元提供电力，电加热单元产生热量，供电电压等级为220V或380V；连接件用于连接电加热单元和升降机构，可用销钉或其他型式的扣件固定；升降机构可采用液压驱动或机械传动，最小行程应大于当地最大海冰厚度，并确保电加热单元能够下降至海冰冰层底面高程，且能够提升至海冰冰层顶面高程；支承端与锚固基座连接，将装置整体安装在海洋工程结构物的迎水面上，锚固连接处应高于海平面且便于安装。

利用电加热单元消减海洋工程结构物冰荷载的步骤如下：

1）在冰期到来之前，或者在海冰生长初期，将消减海洋工程结构物冰荷载的装置安装在海洋工程结构物上；