CN106438270A - 一种利用波浪能为气浮平台充气的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用波浪能为气浮平台充气的装置，主要包含：固定在气浮平台外侧壁(12)上的基座(21)、浮子(31)、压板(33)、打气筒(40)、输气管(51)和吸气管(61)。当气垫压力不足时，浮子(31)大部分位于水面下方，在波浪的作用下，浮子(31)可以带动压板(33)绕球铰链(34)上下左右旋转或推拉球铰链(34)前后平移，推动打气筒的活塞杆(42)使之通过输气管(51)往气垫内打气。在波浪的往复作用下，本发明可不断往气垫内打气，直至气垫气压恢复至额定值、平台上浮至正常吃水，这时浮子(31)大部分露出水面，本发明停止工作。本发明可以维持气垫气压使之处于额定值，以满足平台性能的要求。

Description

一种利用波浪能为气浮平台充气的装置

技术领域

本发明涉及一种充气装置，尤其涉及一种利用波浪能为气浮平台充气的装置。

背景技术

与常规驳船型海洋平台相比，气浮平台在波浪中受到的弯矩和慢性漂移力相对较小，垂荡和纵摇、横摇运动响应也相对平缓，且气浮平台运动响应的自然周期比相同尺寸或排水量的驳船型平台长，可有效避免平台与波浪共振，因而在海洋工程中气浮平台备受青睐，被用作海上浮式机场、人工岛、货物运输平台等。

气浮平台要求在平台下方的气垫内保持一定压力的气体。然而气垫内的压缩空气容易因平台的密封性不好而缓慢泄露，或者在高海况下因平台的大幅运动而逃逸出去。而气垫一旦失压，气浮平台的水动力性能就达不到设计要求，甚至可能因气浮平台的储备浮力不够而沉没。

长期以来，为克服气浮平台气垫的气体泄露问题，大多采用气泵或空气压缩机为气浮平台供气/补气，这种充气技术需要消耗可观的电能，且需要额外的气压监控设备对气浮平台的气垫压力进行实时监控以判定是否需要充气。显然，对于无人值守或没有电力供应的气浮平台，这种常规的充气技术实施起来较为困难。因而利用波浪能为气浮平台进行自动充气是一种非常理想、经济的方案，而这种方案目前在国内外已公开的文献或专利中还未出现过。

不过在更广的范围内，已有一些专利涉及利用波浪能制备压缩空气的装置，比较典型的如专利201420308943.6(波浪能供气装置)公开了一种在海岸边利用波浪能为储气罐供气的装置，该装置把推板安装在具有坡度、带有限位槽的基座上，推板可以在基座上平移，该装置利用波浪驱动推板、带动活塞杆和充气筒内的活塞把空气压缩到储气罐中。然而，把该专利中的充气装置直接用作气浮平台的充气装置实施起来较为困难，原因主要包括以下几点：

1)该装置的推板只能接收一个方向的波浪能，当波浪方向与推板行进方向不一致时，该装置的波浪能利用效率就比较低；

2)该装置没有充气工作停止的机制，只要有波浪作用到推板上，充气工作就一直进行，从而使储气空间中的气压不断上升、直至波浪推不动推板为止，容易造成储气空间内压力过高发生危险；

3)该装置的活塞杆直接暴露在海水中，容易腐蚀或附着污染物，在来回抽插中与充气筒上的密封环摩擦容易使密封环失效，从而造成充气筒漏水。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种工作效率更高、结构更加可靠、使用上更加安全的利用波浪能为气浮平台充气的装置，可用于维持海上有人或无人值守的气浮平台的气垫压力，防止气浮平台因慢撒气或运动幅值过大漏气而造成气压不足。该装置可根据气浮平台的浮态自动启动或停止充气工作，无需人为干预，且只依靠吸收波浪能工作，不需要额外提供能量，因此该装置还具有绿色、节能、结构简单等优点。

本发明的目的是这样实现的：包括安装在气浮平台外侧壁上的基座、输气管、吸气管、连接杆、浮子、设置在基座内部的限位腔、基座空腔、打气筒和设置在基座空腔内的压板，连接杆的一端与浮子固连、另一端伸入至基座空腔内与压板固连，且在连接杆与基座的连接处设置有密封的隔水膜，压板还铰接连接有支撑杆，支撑杆的端部固连有限位片，限位片位于限位腔内，所述打气筒至少有四个且对称设置在支撑杆的周围，每个打气筒的活塞杆的底端设置有弹簧、顶端通过滚轮压在压板上，每个打气筒的活塞杆上设置有一号单向阀和二号单向阀，所述输气管的一端与气垫连通、另一端穿过基座后与打气筒的排气口连通，所述吸气管的一端与大气连通、另一端穿过基座通过基座空腔与打气筒的进气口连通，所述输气管与气垫连接的端部设置有三号单向阀，输气管上还设置有泄压阀。本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述吸气管与大气连通的端部设置有防雨帽。

2.所述基座是圆台结构，且圆台的侧面与底面之间的夹角不大于60度、侧面与上表面的夹角不小于120度。

3.所述浮子是多面体结构，且各个表面均是凹曲面。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1.本发明采用了一种可以上下左右前后运动的浮子来俘获波浪能，这样无论波浪从哪个方向传播过来，该浮子都能跟随波浪运动，有效克服了推板只能吸收单一方向波浪能的缺陷；此外，为了进一步提高浮子的波浪能俘获效率，本发明把浮子的各表面设为凹曲面形，试验证明凹曲面结构的波浪能俘获效率比平面结构高。

2.本发明具有两个可以确保不会给气垫过度充气的机制：一个机制是在气垫获得额定气压后，充气装置随气浮平台上浮到水线上方而停止工作；另一个机制是在输气管上设置一个泄压阀，泄压的阀值设为略大于气垫的额定气压，当气垫达到额定气压后，输气管内的过量压缩空气将通过泄压阀排到大气中，有效避免气垫被过度充气。

3.本发明采用隔水膜密封基座前表面洞口上的空隙、在吸气管上方设置防雨帽，有效避免了海水进入基座内部腐蚀打气筒等关键结构，而暴露在海水中的仅有浮子、连接杆和基座外表面等耐污染、耐腐蚀的结构，提高了装置的可靠性。

附图说明

图1是本发明的充气装置的剖示图(浮子处于水平拉伸状态)；

图2是本发明的充气装置的斜二测示意图；

图3是本发明的打气筒布置的斜二测示意图；

图4是本发明的充气装置的剖示图(浮子处于水平压缩状态)；

图5是本发明的充气装置的剖示图(浮子处于上浮状态)。

图中：11.气浮平台的湿甲板；12.气浮平台的外侧壁；21.基座；22.基座底面；23.基座侧面；24.基座前表面；25.隔水膜；26.基座空腔；27.限位腔；31.浮子；32.连接杆；33.压板；34.球铰链；35.支撑杆；36.限位片；40.打气筒；41.滚轮；42.活塞杆；43.一号单向阀；44.弹簧；45.二号单向阀；51.输气管；52.三号单向阀；53.泄压阀；61.吸气管；62.防雨帽。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

结合图1至图5，本发明包括基座21、浮子31、压板33、打气筒40、输气管51和吸气管61，其特征在于，基座21固定连接在气浮平台的外侧壁12上，浮子31与压板33固定连接，打气筒40固定连接在基座21内部，输气管51的一端与气垫连通、另一端与打气筒40的排气口连通，吸气管61的一端与大气连通、另一端通过空腔26与打气筒40的进气口连通，压板33可以平推或绕球铰链34旋转以推动打气筒40的活塞杆42使之经由输气管51往气垫内打气。

如图2所示，本发明的基座21是圆台形，底面22具有与气浮平台的外侧壁12相同的形状且固定连接在平台的外侧壁12上，侧面23与底面22的夹角是60度，侧面23与前表面24的夹角是120度，这种角度设计可以使基座21尽可能保持扁平的外形，以减小波浪对基座的侧向冲击力即减小作用在基座21侧面上的波浪载荷，提高充气装置在恶劣海况下的生存能力。

基座空腔26外的浮子31与基座空腔26内的压板33通过连接杆32固定连接，连接杆32与浮子31连接处光滑过渡，以减小浮子水平向内移动时的推水阻力。浮子31是在长方体的基础上，把除与连接杆32相连的表面之外的其他5个表面加工成凹曲面，也即浮子是多面体，其各个表面均是凹曲面，试验证明凹曲面能提高波浪能的俘获效率。浮子31和连接杆32可以是空心的，或使用轻质实心材料制作，以保证在浮子31能在水中漂浮。

所述连接杆32穿过基座前表面24的洞进入基座空腔26，连接杆32与基座前表面24之间的洞口空隙用隔水膜25密封，隔水膜25用柔弹性材料制作，留有一定的面积余度，不会妨碍连接杆32的自由移动，在连接杆32的运动范围内隔水膜25都能保持密封连接、有效防止海水进入基座空腔26内。

如图1所示，压板33与支撑杆35通过球铰链34铰接，支撑杆35上固定连接的限位片36仅可以在限位腔27内前后滑动，且所述限位腔27固定设置在基座21内部，支撑杆35也因此仅能前后移动，而通过球铰链34与支撑杆35铰接的压板33则可以绕球铰链34沿任意方向旋转，支撑杆35的一个重要功能是部分支撑压板、连接杆、浮子的重量。

如图3所示，在支撑杆35的上下左右周围至少固定布置4个与支撑杆35平行的打气筒40，打气筒40的活塞杆42的顶部设置有滚轮41、底部设置有弹簧44，在所述弹簧44的作用下，活塞杆42保持向外弹的趋势，使活塞杆42顶部的滚轮41压在压板33上，在没有波浪载荷作用在浮子上的时候，压板33将被4个滚轮41压到基座前表面24的内壁上。在波浪作用下，压板33绕球铰链34旋转时，滚轮41可以在压板33上滚动，以减小压板33旋转时受到的摩擦阻力。当压板33朝某个方向旋转时，那个方向上的活塞杆42就会被压如图5；当压板33整体向内平移时，所有4根活塞杆42都将被压如图4。

打气筒40的活塞杆42的活塞上还设有一号单向阀43，活塞杆42向外拉时，一号单向阀43打开，空腔26内的空气进入打气筒内；活塞杆42向里压时，一号单向阀43关闭，当打气筒内的气压高于输气管51时，二号单向阀45打开，打气筒40内的压缩气体进入输气管51。

输气管51在靠近气垫的一端布置有三号单向阀52，当输气管51内的气压高于气垫时，三号单向阀52打开，压缩气体从输气管51内流入气垫，直至输气管51内的气压不大于气垫气压；输气管51上还设置一个泄压阀53，当输气管51内的气压高于泄压阀53的阀值时，压缩气体从输气管51内流入大气，直至输气管51内的气压小于泄压阀53的阀值。设置三号单向阀52的目的有两个：一是避免打气筒40直接往气垫内打气，因为在较大波浪下，即使气垫不缺气，在水面上方的浮子31仍可能被波浪打到而造成打气筒40工作，如果没有三号单向阀52和泄压阀53，打气筒40所产生的压缩气体将直接注入气垫，造成气垫过度充气；二是避免输气管51漏气时气垫内的气体从输气管51泄露到大气中。

吸气管61用于保持空腔26内的气压平衡，因为打气筒40将不断把空腔内的空气压缩到气垫中。吸气管61在靠近大气一端的顶部设置有防雨帽62，以防雨水、浪花进入吸气管61中。

当气浮平台的气垫压力为额定气压时，所述浮子31的大部分位于平均水面的上方，所述利用波浪能为气浮平台充气的装置要么不工作、要么因波浪较大继续工作但所产生的压缩气体通过泄压阀53进入大气而非进入气垫；当气浮平台的气垫失压、所述浮子31大部分位于静水面的下方时，所述的利用波浪能为气浮平台充气的装置正常工作，直至气垫压力恢复至额定气压。

本发明的工作过程如下：

在垂直于基座前表面24的波浪力的作用下，浮子31可以前后移动，这时与浮子31固定连接的压板33同时压缩或拉伸4根活塞杆42，4个打气筒同时往输气管51内打气；在其他方向的波浪力的作用下，浮子31将上下左右运动，这时压板33将绕球铰链34旋转，4个打气筒将被不同程度地压缩或拉伸，它们或多或少也都将往输气管51内打气。当输气管51内部的气压大于气垫内的气压时，三号单向阀52打开，输气管51内部的气体进入气垫内部直至输气管51内的气压不高于气垫气压，这时三号单向阀52关闭。在波浪的往复作用下，本装置可不断往气垫内打气，直至气垫恢复至额定气压、平台上浮至正常吃水，这时浮子31大部分露出水面，本装置停止工作。

不过在较大波浪下或平台载荷变大、吃水变深的情况下，已停止工作的浮子31仍能在波浪作用下继续工作，这时气垫内的气压为额定气压，三号单向阀52将保持在关闭状态直至输气管51内的气压高于气垫气压，但与此同时，输气管51内的气压也将高于泄压阀53的阀值设为气垫额定气压，输气管51内的压缩气体将主要通过泄压阀53排入大气，以防气垫被过度充气。

因此，本发明可代替消耗电能的压缩空气产生设备，依靠波浪能自动对海上气浮平台充气或者补气，因此本装置具有绿色、节能的优点一种利用波浪能为气浮平台充气的装置。

Claims (5)

1.一种利用波浪能为气浮平台充气的装置，其特征在于：包括安装在气浮平台外侧壁上的基座、输气管、吸气管、连接杆、浮子、设置在基座内部的限位腔、基座空腔、打气筒和设置在基座空腔内的压板，连接杆的一端与浮子固连、另一端伸入至基座空腔内与压板固连，且在连接杆与基座的连接处设置有密封的隔水膜，压板还铰接连接有支撑杆，支撑杆的端部固连有限位片，限位片位于限位腔内，所述打气筒至少有四个且对称设置在支撑杆的周围，每个打气筒的活塞杆的底端设置有弹簧、顶端通过滚轮压在压板上，每个打气筒的活塞杆上设置有一号单向阀和二号单向阀，所述输气管的一端与气垫连通、另一端穿过基座后与打气筒的排气口连通，所述吸气管的一端与大气连通、另一端穿过基座通过基座空腔与打气筒的进气口连通，所述输气管与气垫连接的端部设置有三号单向阀，输气管上还设置有泄压阀。

2.根据权利要求1所述的一种利用波浪能为气浮平台充气的装置，其特征在于：所述吸气管与大气连通的端部设置有防雨帽。

3.根据权利要求1或2所述的一种利用波浪能为气浮平台充气的装置，其特征在于：所述基座是圆台结构，且圆台的侧面与底面之间的夹角不大于60度、侧面与上表面的夹角不小于120度。

4.根据权利要求1或2所述的一种利用波浪能为气浮平台充气的装置，其特征在于：所述浮子是多面体结构，且各个表面均是凹曲面。

5.根据权利要求3所述的一种利用波浪能为气浮平台充气的装置，其特征在于：所述浮子是多面体结构，且各个表面均是凹曲面。