CN102765467A - 一种可移动海洋漂浮式主体模块结构 - Google Patents

Abstract

本发明一种可移动海洋漂浮式主体模块结构涉及的是主体结构造型、基材优化、构件合成、压强理化测验、浮力计算、固定件配置等重大核心技术。包括桶底、轮毂式防护环、内防水层、基础台面、平衡翼、外防水层、圆形筒体、拉索、固定锤、人孔、封盖、连接件、基台饰面、防护墙、连接件孔、螺钉、螺帽和支架；桶底设置在圆形筒体自上往下中间段或三分之一处；圆形筒体顶部设置有基础台面；封盖设置在人孔开口处；平衡翼设置在圆形筒体外侧面的环向；基础饰面设置在基础台面上；防护墙设置在基台饰面上部边沿环向；拉索一头连接在轮毂式防护环上，另一头连接在固定锤上；通过各组件的拼装，从而形成一套完整的一种可移动海洋漂浮式主体模块结构。

Description

一种可移动海洋漂浮式主体模块结构

技术领域

本发明一种可移动海洋漂浮式主体模块结构涉及的是主体结构造型、基材优化、构件合成、压强理化测验、浮力计算、固定件配置等重大核心技术，属于一种可移动海洋漂浮式主体模块结构技术领域。

背景技术

众所周知，海洋面积占整个地球表面积的71%。海洋资源的开发，由于其特殊性，难度较大。目前比较普遍的已得到利用的也仅限于渔业捕捞、油气开采、旅游业及极少量的风力发电。而无论是渔业捕捞、油气开采、风力发电、旅游度假等都离不开可移动的工具和固定的平台，特别是在军事领域的利用价值那更是不言自明的。目前可供人类随时移动的工具由千吨级到万吨级，甚至超过十万吨级，而既可移动又可长期扎根的作业工具少之又少。在面对随时变化的天气和恶劣环境，选择优秀的基础平台尤为重要。以风力发电来说，由于近海离岸1000米内，深海5000米以上时，海洋面上特有的宽广度，无障碍，具有持久的风力可供人类采集用以发电。但是由于缺乏足够完备的机械装备、运输能力差、施工难度高、电力输送难，其投资甚至超过岸基风力发电的3到5倍。目前海上风电仅仅限于开发独杆三叶片水平轴风力机型的小规模试验。如何设计制造出具有成本低、易制造、易运输、易安装、可供大规模应用、免维护的特殊海基平台已经摆到国人面前，本发明完全符合发改委“十二五计划”中所规划的要求：“海上风电场建设关键技术研究与装备研制”，也是人类社会必需要攻克的重大课题。

经检索和对社会调查，未见与本发明完全一致或相类似的专家文献及专利报告。

发明内容

本发明的目的是针对国内、外已知和预知的市场，特别是对海洋探索而严重缺乏专有平台作为支撑的现实，提供一种可移动海洋漂浮式主体模块结构。

本发明最大的特点之一是：制造易、选材广。采用国内易购的钢筋、水泥、沙石就可制作。彻底解决核心技术、主材需依赖进口的难题；特点之二是：造型独特、效率杰出。采用上正六边形平面基台、下倒扣杯型耦合上闭室腔体的双库室优化合成造型，并在环向增加固定翼，提高海浪来袭时的稳定性，彻底解决了抗压、上浮、拼接、连体组合等一系列重大难题；特点之三是：应用领域广，使用寿命长，免维护。由于上述两大特点的存在，必然产生第三特点，本发明不但应用在风力发电上可作为基台使用，而且在军事领域可作为不沉的航空母舰使用。加上特有的闭式腔室，可作为储藏室使用，彻底解决一次补足给养，数月不愁的难题。而且，由于其特殊的单体多模块组合结构，外力对其不易达到整体破坏的目的；特点之四是：功能巨大，可变性强，迁徙转场方便。在自身无动力情况下可采用在平衡翼上加装尾舵和人孔插入帆杆来安装风帆的方式，利用风能达到自动运输转场到达目的地。充分发挥自身足够的浮力和抗风浪能力，彻底解决重量巨大物件海上运输转场难题。

本发明一种可移动海洋漂浮式主体模块结构是采用以下技术方案实现的：一种可移动海洋漂浮式主体模块结构包括：桶底、轮毂式防护环、内防水层、基础台面、平衡翼、外防水层、圆形筒体、拉索、固定锤、人孔、封盖、连接件、基台饰面、防护墙、连接件孔、螺钉、螺帽和支架。桶底设置在圆形筒体自上往下中间段或三分之一处；圆形筒体顶部设置有基础台面，形成闭式腔室；圆形筒体下部敞口，轮毂式防护环成环向设置在圆形筒体内壁上；圆形筒体上部内壁面上设置有内防水层，而外防水层设置在圆形筒体中段以上外壁面上；桶底上层和下层均设置有防水层；人孔设置在基础台面上，并透过基台饰面层；封盖设置在人孔开口处；平衡翼设置在圆形筒体外侧面的环向，可起到平衡浪涌现象的作用；平衡翼上设置有连接件孔；每单元主体模块的平衡翼与相邻主体模块的平衡翼之间通过连接件构成弹性连接，形成整体；基础饰面设置在基础台面上；防护墙设置在基台饰面上部边沿环向，提高防护海浪冲击的同时，还可起到保护工程人员作业时的安全；拉索一头连接在每一主体模块底部敞口处轮毂式防护环上，另一头连接在固定锤上；固定锤设置在海床上，避免随风漂移；螺钉、螺帽设置在连接件上；支架设置在平衡翼环向合适位置，有利安装尾舵及拖拉时固定缆绳。通过各组件的拼装，从而形成一套完整的一种可移动海洋漂浮式主体模块结构。

所述的基础台面可采用正三角形、正方形、正六边形图形，形成蜂窝状逐一对主体模块拼接，提高系统整体强度。

所述的圆形筒体是采用钢筋混凝土整件灌制，特征是上部为闭式正六边形基础台面，圆形筒体中部或三分之一处设置有桶底，而再往下底部为敞口，形成一个叠压双层的腔室。上层腔室封闭，下层腔室敞口，类似倒扣的杯子形状。

所述的圆形筒体是采用市售的不饱和树脂/玻璃纤维或玻璃纤维/环氧材料，选择在低温下有更高的结构阻尼和更好的抗疲劳、耐腐蚀特性的高分子复合材料

也是一种可行的选择。

    所述的外防水层采用市售玻璃纤维/环氧材料进行饰面，也可采用喷塑或喷胶作为防水材料。而选用抗疲劳、耐腐蚀特性的高分子复合材料是一种更加可行的选择。

所述的平衡翼采用与圆形筒体相同材料，翼展长度1-5米，厚0.2-0.5米，平衡翼环向设置有可供连接件和支架安装时用的孔，孔径30-200毫米。

所述的基台饰面采用市售的钢筋、水泥、黄沙材料组合成钢筋混凝土，特征是灌制时与基础台面连接一体，厚度300-1000毫米。更可根据工程设计需要制作厚度。

所述的人孔采用与基础台面上的人孔贯通一致并设置有直径1-2米的孔盖，有利物资存储与密封。

所述的连接件采用玻璃纤维/环氧材料预制成双C形卡口状，C形与C形背部作柔性固定连接，可有效调整连接间距，也可采用金属扣件作为连接件。

所述的固定锤采用钢筋混凝土制成100-500吨重的实心体，或采用网箱加块石的方式。

工作原理

主体模块结构制作完成后，敞口朝下沉入海水中，由于圆形筒体下腔室内上部存留的空气被海水密闭在其中，不会被排出。因此，下腔室内的空气对整个模块有较强的浮力，浮力等同于空气底部水压在整个空气上部平面上的压力。而水压随着水位下降而增加很快，所以空气越多，水压越大。整个模块下面的空气有足够的浮力来支撑模块不至于下沉。当遇到风雨、海浪的时候，设置在圆形筒体环向的平衡翼能及时分流海水冲撞并可起到平稳基台的有效作用。而固定锤通过拉索和圆形筒体敞口处的轮毂式防护环连接后起到就地弹性固定作用，避免了随风漂移的不稳定状态。

每一主体模块结构与相邻的主体模块结构通过连接件连接后，可形成规模相当的海上平台，承载能力也可有几千吨到几万吨。

附图说明

通过下面结合附图的详细描述，本发明前述的和其他目的、特征和优点将变得更为清晰。

图1是本发明一种可移动海洋漂浮式主体模块结构组合主视图；

图2是本发明一种可移动海洋漂浮式主体模块结构单体主视图；

    图3是本发明一种可移动海洋漂浮式主体模块结构单体剖面图。

图中序号：1、连接件；2、圆形筒体；3、固定锤；4、人孔；5、基础台面；6、防护墙；7、基台饰面；8、拉索；9、平衡翼；10、连接件孔；11、轮毂式防护环；12、外防水层；13、内防水层；14、封盖；15、桶底。

具体实施方式

结合图1至图3所示，本发明一种可移动海洋漂浮式主体模块结构是采取以下技术方案实现的：

一种可移动海洋漂浮式主体模块结构由：桶底15、轮毂式防护环11、内防水层13、基础台面5、平衡翼9、外防水层12、圆形筒体2、拉索8、固定锤3、人孔4、封盖14、连接件1、基台饰面7、防护墙6、连接件孔10、螺钉、螺帽、支架组成。桶底15设置在圆形筒体2自上往下中间段或三分之一处；圆形筒体2顶部设置有基础台面5，形成闭式腔室；圆形筒体2下部敞口，轮毂式防护环11成环向设置在圆形筒体2内壁上；圆形筒体2上部内壁面上设置有内防水层13，而外防水层12设置在圆形筒体2中段以上外壁面上；桶底15上层和下层均设置有防水层；人孔4设置在基础台面5上，并透过基台饰7面层；封盖14设置在人孔4开口处；平衡翼9设置在圆形筒体2外侧面的环向，可起到平衡浪涌现象的作用；平衡翼9上设置有连接件孔10；每单元主体模块的平衡翼9与相邻主体模块的平衡翼9之间通过连接件1构成弹性连接，形成整体；基础饰面7设置在基础台面5上；防护墙6设置在基台饰面7上部边沿环向，提高防护海浪冲击的同时，还可起到保护工程人员作业时的安全；拉索8一头连接在每一主体模块底部敞口处轮毂式防护环11上，另一头连接在固定锤3上；固定锤设置在海床上，避免随风漂移；螺钉、螺帽设置在连接件1上；支架设置在平衡翼9环向合适位置，有利安装尾舵及拖拉时固定缆绳。通过各组件的拼装，从而形成一套完整的一种可移动海洋漂浮式主体模块结构。

所述的基础台面5可采用正三角形、正方形、正六边形图形，形成蜂窝状逐一对主体模块拼接，提高系统整体强度。

所述的圆形筒体2是采用钢筋混凝土整件灌制，特征是上部为闭式正六边形基础台面5，圆形筒体2中部或三分之一处设置有桶底15，而再往下底部为敞口，形成一个叠压双层的腔室。上层腔室封闭，下层腔室敞口，类似倒扣的杯子形状。

所述的圆形筒体2是采用市售的不饱和树脂/玻璃纤维或玻璃纤维/环氧材料，选择在低温下有更高的结构阻尼和更好的抗疲劳、耐腐蚀特性的高分子复合材料也是一种可行的选择。

所述的外防水层12采用市售玻璃纤维/环氧材料进行饰面，也可采用喷塑或喷胶作为防水材料。而选用抗疲劳、耐腐蚀特性的高分子复合材料是一种更加可行的选择。

所述的平衡翼9采用与圆形筒体2相同材料，翼展长度1-5米，厚0.2-0.5米，平衡翼9环向设置有可供连接件1和支架安装时用的孔，孔径30-200毫米。

所述的基台饰面7采用市售的钢筋、水泥、黄沙材料组合成钢筋混凝土，特征是灌制时与基础台面5连接一体，厚度300-1000毫米。更可根据工程设计需要制作厚度。

所述的人孔4采用与基础台面5上的人孔4贯通一致并设置有直径1-2米的孔盖，有利物资存储与密封。

所述的连接件1采用玻璃纤维/环氧材料预制成双C形卡口状，C形与C形背部作柔性固定连接，可有效调整连接间距，也可采用金属扣件作为连接件1。

所述的固定锤3采用钢筋混凝土制成100-500吨重的实心体，或采用网箱加块石的方式。

本发明一种可移动海洋漂浮式主体模块结构具有显著的技术特征和较高的应用价值，具体如下：

1、制造容易，基材选购面广。

本发明的主体模块构件可采用钢筒结构，通过焊接获得，也可采用市售玻璃纤维/环氧材料制成复合体，更可以采用类似于跨海大桥桥桩的钢筋混凝土材料，混搭筒体饰面复合材料，材料易采购。具有建筑工地一年以上工作经验和玻璃钢制作工作经验的个人或企业均可制造，操作人员只需经短期专业培训即可上岗。特别是施工场地可以直接建立在靠海近的岸基上，将制造好的主体模块直接安放在海水中，省略了堆放场地和运输成本，近海岸的黄沙又完全是可用之材，制造成本可大幅下降。

2、造型独特，效益杰出。

根据几何学平面镶嵌原理：若要将一个平面铺满同一种正多边形时，所能采用的图形仅仅有正三角形、正方形和正六边形这三种方法。而同样面积的这三种图形中正六边形的内切圆面积最大。本发明在此基础上，采用蜂窝状的正六边形结构作为主体模块浮台甲板，同时耦合抗压强、阻力小、流畅快的圆筒形作为主体模块的浮筒体，并在浮筒体内中段或三分之一处设置桶底阻隔，促使分出上腔室和下腔室，从而形成一种双腔叠压状。当下腔室敞口往下沉入海水中时，恰似一个倒扣的杯子。根据气体等温压缩过程中，压强与体积成反比的原理，而根据阿基米德定律，浮力和物体排开水的重力相等，由于浮台不能沉没，所以浮力又等于整个浮台的重力这些原理计算，本发明采用的主体模块若以钢筋混凝土灌制，直径10米，高度20米时，主体模块自重约600吨左右，浮力需要水中部分的气柱有9米，其气压接近两个大气压。在这种情况下，就算在主体模块甲板上放置60吨的物件，整个模块仅仅下压1米左右。而浮台高出水面的部分还有很大的空间。因此不难看出本发明设计和构思的独特性，应用时的稳定性，遇风浪时的抗撞击能力等显著优点。

3、应用领域广，使用寿命长，免维护。

由于优选采用钢筋混凝土作为主体模块的主材料，其材料特性决定了其长寿命，耐腐蚀，抗压、抗撞击能力强，免维护等特点。特别是将多组主体模块进行模块化安装固定在一起时，可组成巨大的方阵式主体甲板。无论是远洋设置，还是离岛设置都可带来巨大的社会效益和经济效益。种植，养殖，风力发电机组安装，海上渡假旅游，油气勘察作业，军事基地建立，航标、气象、雷达站设立，直升机，军民航空飞行器跑道，靶位目标等等，一切相关的海上作业均可发挥本发明主体模块寿命长、免维护、投资少、成本低、作用大的优势。

4、功能巨大，可变性强，迁徙转场方便。

本发明特有的叠压式双层腔室中的上腔室为闭式腔，可以作为宿营、仓储使用，一次补足物资可数月不愁，有利于长期居守作业。在战时又可作为弹药库、油库及食品补充站。即使遇到恶劣天气和外力破坏，也不会整体沉没，维修也较容易。由于是主体模块化结构，根据目标客户需要可任意组合。在一个由37个主体模块组合的120米直径的甲板上，即使安放2200吨重物，仍能抗击六米的巨浪。如果货物存储在上腔室内时，只需关闭人孔封盖，便可做到万无一失。本发明主体模块特有的转场便利更是一绝，无论自带动力、外给予动力、利用风力自主转场均可达到驾轻就熟的效果。

综上所述，不难看出本发明独特的构思，严密的构件结构，科学合理的整体布局方法和无与伦比的市场前景，必将对军民两用海上作业起到积极作用，为深海作业带来极大的便利和作出典范。

Claims (10)

1.一种可移动海洋漂浮式主体模块结构，其特征在于：包括桶底、轮毂式防护环、内防水层、基础台面、平衡翼、外防水层、圆形筒体、拉索、固定锤、人孔、封盖、连接件、基台饰面、防护墙、连接件孔、螺钉、螺帽和支架；桶底设置在圆形筒体自上往下中间段或三分之一处；圆形筒体顶部设置有基础台面，形成闭式腔室；圆形筒体下部敞口，轮毂式防护环成环向设置在圆形筒体内壁上；圆形筒体上部内壁面上设置有内防水层，而外防水层设置在圆形筒体中段以上外壁面上；桶底上层和下层均设置有防水层；人孔设置在基础台面上，并透过基台饰面层；封盖设置在人孔开口处；平衡翼设置在圆形筒体外侧面的环向；平衡翼上设置有连接件孔；每单元主体模块的平衡翼与相邻主体模块的平衡翼之间通过连接件构成弹性连接，形成整体；基础饰面设置在基础台面上；防护墙设置在基台饰面上部边沿环向，提高防护海浪冲击的同时，起到保护工程人员作业时的安全；拉索一头连接在每一主体模块底部敞口处轮毂式防护环上，另一头连接在固定锤上；固定锤设置在海床上，避免随风漂移；螺钉、螺帽设置在连接件上；支架设置在平衡翼环向合适位置，有利安装尾舵及拖拉时固定缆绳；通过各组件的拼装，从而形成一套完整的一种可移动海洋漂浮式主体模块结构。

2.根据权利要求1所述的一种可移动海洋漂浮式主体模块结构，其特征在于：所述的基础台面采用正三角形、正方形、正六边形图形，形成蜂窝状逐一对主体模块拼接，提高系统整体强度。

3.根据权利要求1所述的一种可移动海洋漂浮式主体模块结构，其特征在于：所述的圆形筒体是采用钢筋混凝土整件灌制，特征是上部为闭式正六边形基础台面，圆形筒体中部或三分之一处设置有桶底，而再往下底部为敞口，形成一个叠压双层的腔室，上层腔室封闭，下层腔室敞口，类似倒扣的杯子形状。

4.根据权利要求1所述的一种可移动海洋漂浮式主体模块结构，其特征在于：所述的圆形筒体是采用不饱和树脂/玻璃纤维或玻璃纤维/环氧材料。

5.根据权利要求1所述的一种可移动海洋漂浮式主体模块结构，其特征在于：所述的外防水层采用玻璃纤维/环氧材料进行饰面，或采用喷塑或喷胶作为防水材料。

6.根据权利要求1所述的一种可移动海洋漂浮式主体模块结构，其特征在于：所述的平衡翼采用与圆形筒体相同材料，翼展长度1-5米，厚0.2-0.5米，平衡翼环向设置有供连接件和支架安装时用的孔，孔径30-200毫米。

7.根据权利要求1所述的一种可移动海洋漂浮式主体模块结构，其特征在于：所述的基台饰面采用钢筋、水泥、黄沙材料组合成钢筋混凝土，灌制时与基础台面连接一体，厚度300-1000毫米。

8.根据权利要求1所述的一种可移动海洋漂浮式主体模块结构，其特征在于：所述的人孔采用与基础台面上的人孔贯通一致并设置有直径1-2米的孔盖。

9.根据权利要求1所述的一种可移动海洋漂浮式主体模块结构，其特征在于：所述的连接件采用金属扣件作为连接件或采用玻璃纤维/环氧材料预制成双C形卡口状，C形与C形背部作柔性固定连接，有效调整连接间距。

10.根据权利要求1所述的一种可移动海洋漂浮式主体模块结构，其特征在于：所述的固定锤采用钢筋混凝土制成100-500吨重的实心体，或采用网箱加块石的方式。

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