一种适用于极地浮冰区船载双向自流动力取水装置的制作方法

本发明涉及极地破冰科考船海水取水装置，尤其涉及一种适用于极地浮冰区船载双向自流动力取水装置，用于极地浮冰海域获取无污染保真海水，可应用于科考水样采集、船舶设备冷却、消防供水等作业场景。

背景技术：

1、极地浮冰区海冰分布广泛，破冰船航行撞击浮冰会产生大量细碎浮冰悬浮于海水中；传统船载海水取水大多采用海水泵抽吸方式，碎冰极易富集堵塞泵体与滤器，甚至造成设备损坏；为清除堆积浮冰，现有技术常采用蒸汽加热、压缩空气吹扫除冰手段，加热、高压气体介入会改变海水温度、盐度以及溶解气体组分，破坏科考海水样品的保真要求。

2、现有冰区取水装置还存在如下缺陷：第一，滤网表面粘附碎冰缺少原位自清洁结构，碎冰堆积后只能停机清理，中断取水作业；第二，排冰大多依靠正向冲刷，排冰过程往往需要关停取水水路，无法实现取水排冰并行作业；第三，管路内部水流紊流严重，进一步加剧碎冰缠绕、堆积，降低自流取水流量稳定性；第四，缺少无源虹吸式集排冰结构，浮冰收集、排出依赖阀门强制冲刷，能耗高且容易扰动水样；第五，难以可靠实现单侧进水控制，易出现两侧进水口同时进水，管内水流对冲抵消自流动力，取水流量衰减。因此亟需一种能够适配船舶前进、倒车双向工况，自带水力自清洁，无源虹吸集排冰，管路稳流整流，保障海水保真，可实现可靠单侧取水的船载自流取水装置。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种适用于极地浮冰区船载双向自流动力取水装置，包括轮式双向涡轮滤冰进水口、u型联通取水管路以及虹吸式集冰除冰槽；依靠船舶航行动力自流取水，无外源介质介入，保障海水保真，前进、倒车均可作业，可在少中断工况下排冰，适用于极地科考取水、设备冷却与消防供水；为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

2、一种适用于极地浮冰区船载轮式双向自流动力取水装置，包括轮式双向涡轮滤冰进水口、u型联通取水管路以及虹吸式集冰除冰槽；所述轮式双向涡轮滤冰进水口，成对设置于u型联通取水管路的两端管口位置且与u型联通取水管路内腔同轴布置，所述轮式双向涡轮滤冰进水口为水力驱动自清洁进水结构，由滤冰格栅、水流驱动涡轮、弹性拨冰齿组合成型，进水口整体可回转，与u型联通取水管路管口之间形成可切换的进水通流通道；所述滤冰格栅，固定设于轮式双向涡轮滤冰进水口的迎流端面；所述水流驱动涡轮，转动装配于滤冰格栅外侧；虹吸式集冰除冰槽，连通嵌装于u型联通取水管路拱顶位置，与u型联通取水管路内腔连通配合，利用虹吸流体效应实现细碎浮冰无源外排。

3、进一步的，所述u型联通取水管路管壁沿水流流向依次设置进水对接段、拱顶集冰段、出水分流段；进水对接段两端分别对接前、后侧轮式双向涡轮滤冰进水口，向上分出设备供水管路向外输出保真海水；拱顶集冰段顶部开设高位进水口与虹吸式集冰除冰槽连通；出水分流段向下分出设备供水管路向外输出保真海水；u型联通取水管路下弧板内侧布设稳流扰流筋，稳流扰流筋为低高度弧形筋条，削弱管路内部紊流，抑制细碎浮冰漩涡局部堆积。

4、进一步的，所述控制系统根据船舶航行工况自动调节轮式双向涡轮滤冰进水口姿态；船舶前进航行工况，控制后侧轮式双向涡轮滤冰进水口朝向船艏兜取来流，前侧轮式双向涡轮滤冰进水口缩回收纳至u型联通取水管管壁内部，关闭第一通海阀；船舶倒车航行工况，控制前侧轮式双向涡轮滤冰进水口朝向船尾兜取来流，后侧轮式双向涡轮滤冰进水口缩回收纳至u型联通取水管管壁内部，关闭第二通海阀。

5、进一步的，所述轮式双向涡轮滤冰进水口包含滤冰格栅、水流驱动涡轮、弹性拨冰齿；两组轮式双向涡轮滤冰进水口分别配置独立转动轴，转动轴连接驱动电机；滤冰格栅为栅栏式拦冰结构阻挡大块浮冰；水流驱动涡轮可旋转装配于滤冰格栅外侧，弹性拨冰齿周向固定于水流驱动涡轮轮缘；弹性拨冰齿顶端始终贴合滤冰格栅外侧面；驱动电机仅驱动转动轴完成进水口伸出缩回姿态切换，电机不接触取水海水，不参与水体抽吸与除冰作业。

6、进一步的，所述弹性拨冰齿沿水流驱动涡轮轮缘周向均布；水流冲击水流驱动涡轮旋转，带动弹性拨冰齿循环刮扫滤冰格栅外侧，剥离粘附在格栅缝周边的细碎浮冰；滤冰格栅栅栏缝隙尺寸允许细碎浮冰随水流进入u型联通取水管路，阻挡大块浮冰进入管路。

7、进一步的，所述 u 型联通取水管路配置第一通海阀、第二通海阀、第三通海阀；第一通海阀控制前侧轮式双向涡轮滤冰进水口舷外通断；第二通海阀控制后侧轮式双向涡轮滤冰进水口舷外通断；第三通海阀设置于虹吸排冰口管路上，控制虹吸式集冰除冰主槽与舷外海水通断；单侧取水作业时，伸出侧对应的通海阀开启，缩回侧对应的通海阀关闭，依靠进水口机械缩回收纳配合阀门关断双重阻隔，避免两侧同时进水产生管内水流对冲。

8、进一步的，所述虹吸式集冰除冰槽包含虹吸式集冰除冰主槽、虹吸弯流道、虹吸排冰口、集冰副槽、回水口、密闭盖；虹吸式集冰除冰主槽通过高位进水口连通u型联通取水管路拱顶；虹吸弯流道连通虹吸式集冰除冰主槽与虹吸排冰口；集冰副槽与虹吸式集冰除冰主槽连通用于缓存过量细碎浮冰；回水口开设于集冰副槽底部并回流海水至u型联通取水管路；虹吸式集冰除冰主槽顶部设置可开启密闭盖；整套虹吸结构依靠浮冰浮力与航行压差建立虹吸效应，排冰过程分离海水回流管路，降低取水流量损耗。

9、进一步的，一种适用于极地浮冰区船载轮式双向自流动力取水装置的取水排冰方法，包括以下步骤：

10、步骤 s1：航行姿态初始化：船舶航行至取水海域，控制系统驱动电机带动转动轴，将目标侧轮式双向涡轮滤冰进水口伸出至迎流位置，另一侧轮式双向涡轮滤冰进水口缩回收纳；开启伸出侧对应的通海阀，关闭缩回侧通海阀以及第三通海阀，依靠船舶航行相对水流冲压建立管路内部自流，再开通船上取水支路；

11、步骤 s2：涡轮水力自清洁取水：航行海水冲入伸出侧轮式双向涡轮滤冰进水口，大块浮冰被滤冰格栅拦截在外；来流驱动水流驱动涡轮持续旋转，弹性拨冰齿循环刮除格栅粘附碎冰；海水进入u型联通取水管路，经稳流扰流筋整流消紊流后由设备供水管路输出保真海水；细碎浮冰凭借密度差上浮汇聚至u型联通取水管路拱顶集冰区域；

12、步骤 s3：虹吸无源排冰调控：打开第三通海阀，拱顶细碎浮冰经由高位进水口进入虹吸式集冰除冰主槽；虹吸弯流道建立虹吸效应将槽内细碎浮冰由虹吸排冰口排至舷外；分离后的海水经回水口回流至u型联通取水管路；

13、步骤 s4：停机回落与极端冰堵保护：船舶停止取水，控制系统控制驱动电机将两组轮式双向涡轮滤冰进水口全部回转收回，关闭全部通海阀；当虹吸排冰无法清除堆积浮冰，关闭全部通海阀，打开密闭盖对虹吸式集冰除冰主槽、集冰副槽实施人工清冰，清理完毕闭合密闭盖恢复取水条件。

14、与现有技术相比，本发明提供了一种适用于极地浮冰区船载双向自流动力取水装置，具备以下有益效果：

15、1.本装置采用轮式双向涡轮滤冰进水口，依靠航行水流驱动水流驱动涡轮，带动弹性拨冰齿原位刮除格栅粘附碎冰，不需要电机、压缩空气，实现无源自清洁，不会破坏海水保真性能；船舶前进、倒车均可切换对应进水口实现自流取水，不需要海水泵抽吸；

16、2. u型联通取水管内部设置稳流扰流筋，抑制管路内部紊流漩涡，减少细碎浮冰在漩涡区局部聚集，提升自流取水流量稳定性；

17、3. 设置虹吸式集冰除冰槽，利用虹吸流体效应实现无源集冰排冰；浮冰上浮进入虹吸式集冰除冰主槽，开启第三通海阀即可借助虹吸效应将碎冰排出舷外；海水可经回水口回流至取水管路，降低排冰过程的流量损耗；极端冰堵工况可开启密闭盖人工清冰，设置集冰副槽进一步提升浮冰容纳能力；

18、4. 整套装置全部依靠船舶航行动力、浮力、虹吸流体效应，无加热、无高压吹扫介质介入，保护科考海水样品的温度、盐度、溶解气体，满足保真取样要求；可以在尽量不中断取水的前提下完成碎冰收集外排，延长极地连续取水作业时间。