CN106494587B - 一种可移动式多功能模块化浮岛群 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海洋浮式平台技术领域，具体涉及一种可移动式多功能模块化浮岛群，其包括：若干个浮岛模块和限位机构；所述浮岛模块包括平台甲板、立柱和浮箱；所述浮岛模块之间通过限位机构连接。其中限位机构分别从X向、Y向和Z向对浮岛模块进行位移限制。单个浮岛模块采用半潜式结构，受水深与海底的情况影响小，相对于填海造陆有较大的经济上的优势；单个浮岛模块体积小，建成后可移动性强，运输方便。浮岛模块连接后可形成大型浮岛群，可以发展成为海上新型能源基地、近海石油储备基地、大型海上养殖场、海上科研基地、大型海上娱乐设施等海上大型浮式功能装备，从而达到充分利用海洋资源的目的，并且能够适应恶劣海况。

Description

一种可移动式多功能模块化浮岛群

技术领域

本发明涉及海洋浮式平台技术领域，具体涉及一种可移动式多功能模块化浮岛群。

背景技术

海洋资源与海洋开发成为当今世界各国关注的焦点，深海海域资源开发越来越显示其重要地位。南海是我国海洋资源实现可持续发展最有前景的海域，也是我国未来海洋资源开发的主要区域。加快南海深水资源的勘探开发和后勤供应支持基地的建设，既是保障国家能源安全的现实需求，也是捍卫国家海域主权的重要举措，是国家的核心利益所在。南海平均水深1212m，在南海水深条件下进行资源开发，固定式结构已不可行，因此需要采用浮式结构。因此，海上浮式结构是开发和利用南海资源的重要平台，在整个海洋资源开发中具有重要的支撑作用。依托海洋浮式平台的深海资源开发已提高到了国家发展战略高度，发展高效，经济的海洋浮式结构势在必行。

目前海上大型浮体造价昂贵，施工安装复杂，并且建成后该设施的可移动性以及功能转换性较差，加工运输极不方便，不利于可持续性使用，容易造成投资的浪费。海上作业平台大多用于石油钻探及其开采，功能比较单一，对于海洋生物资源、潮汐能、风能等其他海洋能源的开采利用率低。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供了一种可移动式多功能模块化浮岛群，其具有功能转换性，同时具有良好的移动性能，可用于海洋勘探及海洋能源开发，其采用的技术方案如下：

一种可移动式多功能模块化浮岛群，包括：若干个浮岛模块和限位机构；所述浮岛模块包括平台甲板、立柱和浮箱；所述立柱的上部与平台甲板相固接，下部与浮箱相固接；所述浮岛模块之间通过限位机构连接。

进一步地，所述限位机构设置于平台甲板的侧壁之间，所述限位机构包括竖向设置的第一定位板、第二定位板，以及沿X向布置的第一缓冲装置、沿Y向布置的第二缓冲装置和沿Z向布置的第三缓冲装置，所述第一缓冲装置的两端与第一定位板连接，第二缓冲装置的两端与第二定位板连接，第三缓冲装置的两端与平台甲板的侧壁相连接；

所述两个第一定位板相背离的一端与平台甲板的侧壁相固接，所述两个第二定位板相背离的一端与平台甲板的侧壁相固接，所述第一定位板长度大于第二定位板。

优选地，所述第一缓冲装置、第二缓冲装置和第三缓冲装置均为由球铰、第一芯杆、第二芯杆、套筒、滑块、第一弹簧和第二弹簧构成，所述第一芯杆的左端和第二芯杆的右端固接球铰，所述套筒左、右端封闭并在左端留有孔，所述第一芯杆的右端从套筒左端伸入至套筒内部并在第一芯杆的右端固接一滑块，所述滑块使第一芯杆只能相对套筒左右滑动；所述第二芯杆的左端与套筒右端相固接；

所述第一弹簧的两端分别与套筒左端和滑块相固接；

所述第二弹簧的两端分别与滑块和套筒右端相固接。

在上述方案的基础上，第一定位板、第二定位板和平台甲板的侧壁上固接有球套，所述球铰嵌入球套内并能够在球套内转动。

在上述方案的基础上，所述浮箱中央开有能够连通浮箱下面海水的月池。

优选地，所述平台甲板为六边形。

在上述方案的基础上，所述立柱内部具有能够存储物资、安放设备的空间。

在上述方案的基础上，所述平台甲板边长为10～50m，平台甲板厚度为2～8m，立柱高度为10～30m，浮箱高5～10m，浮箱边长10～40m。

在上述方案的基础上，所述立柱数量为4～8个。

本发明具有的有益效果：

(1)本发明的浮岛模块在考虑受载对称性和几何特性的基础上，选择六边形作为平台的甲板形状，在充分保证稳定性的基础上便于模块拼接；单个浮岛模块采用半潜式结构，受水深与海底的情况影响小，相对于填海造陆有较大的经济上的优势；单个浮岛模块体积小，建成后可移动性强，运输方便。可运输至目的地海域进行后续拼接。

(2)将浮岛模块通过柔性连接器进行组合，具有便于联结和分离、良好的响应特性和静水性能等优点。浮岛模块连接后可形成大型浮岛群，可以发展成为海上新型能源基地、近海石油储备基地、大型海上养殖场、海上科研基地、大型海上娱乐设施等海上大型浮式功能装备，从而达到充分利用海洋资源的目的，并且能够适应恶劣海况。

(3)功能多样化。每个浮岛模块分工明确，根据需求的不同，可以搭载不同的功能设施或能源设施，提高平台利用率，同时提高对潮汐能、风能等其他清洁海洋能源的利用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一种实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1：本发明浮岛模块的结构立体图；

图2：本发明限位机构的结构立体图；

图3：本发明缓冲装置的结构剖视图；

图4：本发明限位机构的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明中采用的方位术语“左端”、“右端”为基于附图3所示的位置关系，方位术语“X向”、“Y向”、“Z向”为基于附图2所示的位置关系，X、Y、Z为相互垂直的三个方向；该方位术语仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1、2所示，一种可移动式多功能模块化浮岛群，包括：若干个浮岛模块和限位机构；所述浮岛模块包括平台甲板1、立柱2和浮箱3；所述立柱2的上部与平台甲板1相固接，下部与浮箱3相固接；所述浮岛模块之间通过限位机构连接。浮岛模块采用半潜式结构，半潜式结构具有优良的水动力性能，受水深与海底的情况影响小。立柱连接浮箱和平台甲板，作业时，浮箱和部分立柱沉入水中，大大减小了水线面面积及波浪作用在浮岛模块上的载荷，其较大的水线面惯性矩提供了浮岛模块作业时所需的稳性。为考虑破舱稳性和经济性，立柱的数目一般为4至8个，内设舱室，可装压载水和作业设备。立柱截面一般为圆形或矩形。采用方形截面，可使建造更加简便，排水量和舱容增大。立柱的布置应尽量使平台具有较好横稳性和纵稳性。由于半潜式结构不接触海底，受水深和海底的情况小。

立柱的横截面积不会很大，因此半潜式平台的水线面面积较小，从而平台的固有频率偏离常见的波浪频率段，减小了共振发生的可能性，运动性能良好。

如图2所示，进一步地，所述限位机构设置于平台甲板的侧壁之间，所述限位机构包括竖向设置的第一定位板41、第二定位板42，以及沿X向布置的第一缓冲装置51、沿Y向布置的第二缓冲装置52和沿Z向布置的第三缓冲装置53，所述第一缓冲装置51的两端与第一定位板41连接，第二缓冲装置52的两端与第二定位板42连接，第三缓冲装置53的两端与平台甲板的侧壁相连接；

所述两个第一定位板41相背离的一端与平台甲板的侧壁相固接，所述两个第二定位板42相背离的一端与平台甲板的侧壁相固接，所述第一定位板41长度大于第二定位板42。限位机构不仅具有限位功能，还用于连接两个浮岛模块。

如图2、4所示，为了更好的限制浮岛模块在X向、Y向和Z向上的位移，所述第一定位板41之间垂直设有两个第一缓冲装置51，所述第二定位板42之间垂直设有一个第二缓冲装置52，所述第二缓冲装置52从两个第一缓冲装置51之间穿过，所述第三缓冲装置53位于第二定位板42的外侧。该连接方式不仅节约了连接空间，而且保持足够的稳定性。

优选地，如图3所示，所述第一缓冲装置51、第二缓冲装置52和第三缓冲装置53均为由球铰60、第一芯杆61、第二芯杆62、套筒63、滑块64、第一弹簧65和第二弹簧66构成，所述第一芯杆61的左端和第二芯杆62的右端固接球铰60，所述套筒63左、右端封闭并在左端留有孔，所述第一芯杆61的右端从套筒63左端伸入至套筒63内部并在第一芯杆61的右端固接一滑块64，所述滑块64使第一芯杆61只能相对套筒63左右滑动；所述第二芯杆62的左端与套筒63右端相固接；

所述第一弹簧65的两端分别与套筒63左端和滑块64相固接；

所述第二弹簧66的两端分别与滑块64和套筒63右端相固接。

在上述方案的基础上，第一定位板41、第二定位板42和平台甲板1的侧壁上固接有球套，所述球套嵌入并焊接在平台甲板1的侧壁、第一定位板41和第二定位板42上，所述球铰60嵌在球套内并能够在球套内转动。

当左侧的球铰60受到压迫时，第一芯杆61相对于套筒63向右移动，滑块64向右侧滑动，第一弹簧65被拉伸，同时第二弹簧66被压缩，中间滑块同时受到弹簧65和弹簧66的回复力作用，从而使向右滑动速度降低随后向左滑动，在平衡处进行一段时间简谐运动后恢复至原位置，当右侧球铰60受到压迫时，外壳推动右侧弹簧压缩，由于发生了运动，左侧弹簧发生了拉伸，两边弹簧的恢复力使外壳向左滑动速度降低随后向右滑动，在平衡处进行一段时间简谐运动后恢复至原位置。

由于滑块64和套筒63的限制，第一芯杆61和第二芯杆62只受到轴向力作用，不产生弯矩。球铰60在球套内转动，能够极大的减小连接处所受荷载。通过设置5个缓冲装置，能够对浮岛模块的X向、Y向、Z向位移加以限制。

如图1所示，在上述方案的基础上，为了便于向海下安放海底电缆、输油管线等，所述浮箱3中央开有能够连通浮箱3下面海水的月池7。

优选地，所述平台甲板1为六边形，正六边形较其他可以单独密铺图形(正多边形)在周长一定时所围面积最大，六边形模块外表美观易于制作并且接近圆形在海洋中更加稳定，同时正六棱柱形的平台甲板可以在更多的方向上布置限位机构，使得生态岛连接更为牢固。除此之外，六边形可以密铺在平面上，这有利于浮岛群的整体形状设计。为了使浮岛模块能满足一定的浮性、稳性和承载力要求，依据浮岛模块重量等因素对浮岛模块的尺寸进行研究，优选出浮岛模块的各部分尺寸，所述平台甲板1边长为30m，平台甲板1厚度为6m，立柱2高度为22m，浮箱3高7m。

立柱2主要功能是为平台甲板1及平台甲板1上部设施提供支撑，并连接平台甲板1和浮箱3。在考虑立柱2如何为平台甲板1提供稳定支撑的基础上，经过理论分析和试验验证，立柱2数量设置在4～8个之间最合适，优选4个，分布在浮箱的四个角处。对立柱2的尺寸进一步限定，立柱2底部和顶部横截面为边长8m的方形；中部横截面为倒角2m的圆角矩形，中部横截面积小于顶部和顶部，上部、下部分别与中部通过一过渡部连接，上部、下部高1m，中部高14m，过渡部高3m。立柱2的底边与浮箱的边可以是平行设置，也可以是呈45°夹角设置。采用该优选方案，可使立柱2为平台甲板2提供足够支撑并节省材料使用。

为了提升浮岛模块的空间率用率，浮箱3的主要作用是为浮岛模块提供浮力，其中央的月池，便于向海下安放海底电缆、输油管线等。

将浮岛模块进行组合时，将缓冲装置的球铰嵌进球套，将不同功能的浮岛模块进行组合形成大型浮岛群后，可以发展成为海上新型能源基地、近海石油储备基地、大型海上养殖场、海上科研基地、大型海上娱乐设施等海上大型浮式功能装备，从而达到充分利用海洋资源的目的。

目前浮岛群采用的定位方式分为3种，包括：锚泊定位，动力定位以及动力定位加上锚泊辅助。本发明采用张紧式系泊。张紧式系泊系统相对于其他系泊具有以下优点：

1)提供较大的回复刚度，水平偏移量减小；

2)同水深时，张紧式系泊所需系泊缆索长度较短,节约了成本；

3)具有更小的系泊半径，系泊基础占用的海床面积小，减少了与其他水下设施相碰撞的危险。

上面以举例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种可移动式多功能模块化浮岛群，其特征在于，包括：若干个浮岛模块和限位机构；所述浮岛模块包括平台甲板、立柱和浮箱；所述立柱的上部与平台甲板相固接，下部与浮箱相固接；所述浮岛模块之间通过限位机构连接；所述限位机构设置于平台甲板的侧壁之间，所述限位机构包括竖向设置的第一定位板、第二定位板，以及沿X向布置的第一缓冲装置、沿Y向布置的第二缓冲装置和沿Z向布置的第三缓冲装置，所述第一缓冲装置的两端与第一定位板连接，第二缓冲装置的两端与第二定位板连接，第三缓冲装置的两端与平台甲板的侧壁相连接；

两个所述第一定位板相背离的一端与平台甲板的侧壁相固接，两个所述第二定位板相背离的一端与平台甲板的侧壁相固接，所述第一定位板长度大于第二定位板。

2.根据权利要求1所述的可移动式多功能模块化浮岛群，其特征在于，所述第一缓冲装置、第二缓冲装置和第三缓冲装置均由球铰、第一芯杆、第二芯杆、套筒、滑块、第一弹簧和第二弹簧构成，所述第一芯杆的左端和第二芯杆的右端固接球铰，所述套筒左、右端封闭并在左端留有孔，所述第一芯杆的右端从套筒左端伸入至套筒内部并在第一芯杆的右端固接一滑块，所述滑块使第一芯杆只能相对套筒左右滑动；所述第二芯杆的左端与套筒右端相固接；

所述第一弹簧的两端分别与套筒左端和滑块相固接；

所述第二弹簧的两端分别与滑块和套筒右端相固接。

3.根据权利要求2所述的可移动式多功能模块化浮岛群，其特征在于，所述第一定位板、第二定位板和平台甲板的侧壁上固接有球套，所述球铰嵌在球套内并能够在球套内转动。

4.根据权利要求1所述的可移动式多功能模块化浮岛群，其特征在于，所述浮箱中央开有能够连通浮箱下面海水的月池。

5.根据权利要求1所述的可移动式多功能模块化浮岛群，其特征在于，所述平台甲板为六边形。

6.根据权利要求1所述的可移动式多功能模块化浮岛群，其特征在于，所述立柱内部具有能够存储物资、安放设备的空间。

7.根据权利要求1所述的可移动式多功能模块化浮岛群，其特征在于，所述平台甲板边长为10～50m，平台甲板厚度为2～8m，立柱高度为10～30m，浮箱高5～10m，浮箱边长10～40m。

8.根据权利要求1所述的可移动式多功能模块化浮岛群，其特征在于，所述立柱数量为4～8个。