CN108791701B - 可快速拼接的超大型浮体单模块及其组装结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可快速拼接的超大型浮体单模块及其组装结构，该浮体单模块包括上平台、中间筒体和下平台；所述中间筒体为多层筒体结构，从里到外依次设置有浮力层、压载层和消波层；所述浮力层的上下两端分别与上平台、下平台相连，组成密闭的浮力舱；所述压载层的上下两端分别与上平台、下平台相连，组成环绕浮力层的密闭的压载舱；所述消波层采用多孔消波板制作，其上下两端也分别与上平台、下平台相连；所述消波层的每个侧面上均设置有相同数量的快速连接器。多个所述浮体单模块可通过各自的快速连接器对接在一起，形成超大型浮体。该浮体单模块及其组装结构稳定可靠，能够适应海上的复杂环境。

Description

可快速拼接的超大型浮体单模块及其组装结构

技术领域

本发明涉及一种浮体模块，特别是指一种可快速拼接的超大型浮体单模块及其组装结构。

背景技术

随着人们对陆地资源的无限制开发，陆地资源的日渐枯竭，人们将目光投向了海洋。地球上79％的面积是海洋，丰富的海洋资源也为人类赖以生存提供保证。但由于岛屿范围广，加之部分海域环境恶劣，导致船只补给困难，开发难度大，因此有必要制造出可以供船只补给的海上基地。

基于此，大型浮体应运而生，大型浮体是以千米计的超大型海洋结构物，能为船只补给提供保障。由于大型浮体整体建造困难，只能通过单模块拼接而成。加上海洋环境恶劣，该模块结构要能适应复杂的载荷条件，同时要保证在风浪环境中方便拼接。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构可靠、能适应海上复杂环境的可快速拼接的超大型浮体单模块及其组装结构。

为实现上述目的，本发明所设计的可快速拼接的超大型浮体单模块，包括上平台、中间筒体和下平台；所述中间筒体为多层筒体结构，从里到外依次设置有浮力层、压载层和消波层；所述浮力层的上下两端分别与上平台、下平台相连，组成密闭的浮力舱；所述压载层的上下两端分别与上平台、下平台相连，组成环绕浮力层的密闭的压载舱；所述消波层采用多孔消波板制作，其上下两端也分别与上平台、下平台相连；所述消波层的每个侧面上均设置有相同数量的快速连接器；所述快速连接器包括成对设置的支撑架、一根导向轴和一个卡扣；两个所述支撑架均垂直固定在消波层外侧，二者(两个所述支撑架)之间间隔一定距离；所述卡扣垂直固定在消波层的外侧，并与一个支撑架接近；所述导向轴的中部设置有凸台，两端横向贯穿两支撑架；所述导向轴在接近卡扣的一端设置有导向块，所述导向轴在凸台与远离卡扣的支撑架之间套设有弹簧。

优选地，所述卡扣的头部设置有第一斜面和第二斜面，二者形成一定角度的夹角，其中第二斜面在靠近支撑架的一侧；所述卡扣在靠近第二斜面处设置有斜角卡槽，所述斜角卡槽设置有第三斜面与垂直面，二者形成一定角度的夹角；所述垂直面与第二斜面相连，所述第三斜面与第二斜面平行。

优选地，所述卡扣上设置有限位器，所述限位器包括设置在卡扣上的限位台和设置在限位台侧面的限位板。限位台可防止与该卡扣对接的另一卡扣在匹配后继续前移，而限位板可防止与该卡扣对接的另一卡扣从限位器的一侧脱离。

优选地，所述浮力舱内设置有浮力舱隔板，所述浮力舱隔板将浮力舱内的空间分隔成多个相互隔离的舱室；所述浮力层、浮力舱隔板的侧壁上分别设置有T形加强板。

优选地，所述浮力舱隔板由两块镜像设置的Y形板组合而成，将浮力舱内的空间分隔成四个相互隔离的舱室。

优选地，所述压载舱内设置有压载舱隔板，所述压载舱隔板将压载舱分隔成多个相互隔离的舱室；所述压载层的内壁上设置有加强筋。

优选地，一个或者两个所述支撑架设置有直线轴承，所述导向轴通过直线轴承安装在支撑架上。

优选地，所述上平台、下平台均包括平行设置的两层平台面板和夹设在两层平台面板之间的W形板，两层平台面板的四周端面采用水密封板进行密封，使得整个平台水密，防止海水渗透。上平台上层作为大型浮体的甲板，下平台下层作为大型浮体的底面，W形板起到支撑和加强作用。

优选地，该浮体单模块还设置有压载水单元，所述压载水单元包括空压机、压载水泵、进排气管、进排水管、水泵进水管、气体控制阀、排空控制阀、进排水控制阀、水泵控制阀；所述压载舱的上部设置有进排气口和水泵进水口，下部设置有进排水口；所述进排气管的一端与进排气口相连，另一端分成两路支管，一路支管依次与气体控制阀、空压机相连，另一条支管与排空控制阀的入口端相连，所述排空控制阀的出口端与外界大气相通；所述进排水管的一端与进排水口相连，另一端与进排水控制阀的入口端相连，所述进排水控制阀的出口端与外界水环境相通(安装完成后)；所述水泵进水管的一端与水泵进水口相连，另一端依次与水泵控制阀、压载水泵的输出端相连，所述压载水泵的输入端与外界水环境相通(安装完成后)。

优选地，所述浮力层为圆形筒体结构，其直径为上平台边长的58％～63％；所述压载层和消波层为正方形筒体结构，二者的边长分别为上平台边长的71％～75％、78％～80％。

本发明同时提供了前述超大型浮体单模块的组装结构，包括多个所述浮体单模块，相邻两个所述浮体单模块通过各自的所述快速连接器对接在一起。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1)每个模块从上到下分为三层，上下一体，结构紧凑，层次分明，并且设置有消波层和多个密封腔室，保证了整体结构具有一定的抗风浪能力，能够适应海上复杂的环境条件，保证结构的可靠性。

2)两个模块之间采用快速连接器进行连接，方便快捷，避免了刚性连接，减少了接头处的应力集中，可以通过快速连接器组装成超大型浮体，作为飞机跑道或船只补给港。

3)单个模块结构在陆地上完成建造后，再运至建造浮体的水域，通过快速连接器将多个模块拼接扩展成所需规模的大型浮体，可以实现陆地上建造，水上拼接，提高了大型浮体的建造速度，同时该连接结构也避免了水上焊接操作，减少了由焊接产生的应力集中，保证了结构的安全性。

附图说明

图1为实施例1所设计的可快速拼接的超大型浮体单模块的立体结构示意图。

图2为图1中浮体单模块的前视结构示意图。

图3为图2的A-A向剖视结构示意图。

图4为图2中上平台在竖直面上的断面结构示意图。

图5为图3中快速连接器的放大结构示意图。

图6为图5中卡扣的立体结构示意图。

图7为实施例2所设计的超大型浮体单模块的相邻两模块的组装结构示意图。

图8为图7中两个浮体单模块的快速连接器的连接结构示意图。

图9为图1中浮体单模块的压载水单元示意图，压载水单元在图9中单独画出，其他附图出于简便省略了该单元。

其中：上平台1、中间筒体2、下平台3、平台面板4、水密封板5、W形板6、浮力层7、T形加强板8、浮力舱隔板9、浮力舱10、压载层11、加强筋12、压载舱隔板13、压载舱14、消波层15、快速连接器16、支撑架17、直线轴承18、弹簧19、导向轴20、凸台20.1、导向块20.2、限位器21、限位台21.1、限位板21.2、卡扣22、第一斜面22.1、第二斜面22.2、斜角卡槽22.3、第三斜面22.4、垂直面22.5、浮体单模块23、空压机24、压载水泵25、进排气管26、进排水管27、水泵进水管28、气体控制阀29、安全阀30、减压阀31、排空控制阀32、进排水控制阀33、水泵控制阀34、进排气口35、进排水口36、水泵进水口37

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

如图1～6所示，本实施例所提供的浮体单模块，从上到下包括上平台1、中间筒体2、下平台3，三层焊接成一体，保证了整体结构具有一定的抗风浪能力。

上平台1和下平台3采用相同的结构，以上平台1为例进行说明，如图4所示，上平台1包括平行设置的两层平台面板4，以及夹设在两层平台面板4之间、起支撑加强作用的W形板6。两层平台面板4均为边长21.2m的正方形，其四周端面采用水密封板5进行密封，使得整个上平台1水密，防止海水渗透。上平台1的平台面板4采用高强度面板，主要作为大型浮体的甲板，可以承受波浪弯矩、扭矩和货物压力的共同作用，具有良好的承力特点。

如图3所示，中间筒体2从里到外依次设置有浮力层7、压载层11、消波层15和快速连接器16。其中，浮力层7为圆形筒体，直径为13m；压载层11和消波层15为正方形筒体，边长分别为16m、16.7m。浮力层7与压载层11的上端、浮力层7与压载层11的下端分别与上平台1、下平台3焊接在一起，将整体由内而外分隔为浮力舱10、压载舱14两个部分，增强了整体结构的抗风浪能力。

浮力舱10的内部结构包括T形加强板8、浮力舱隔板9，后二者的上下两端均分别焊接固定在上平台1和下平台3上。浮力舱隔板9由两块镜像设置的Y形板对接组合而成，将浮力舱10分为四个独立的舱室，保证一个舱室受损，另外的舱室可以继续提供所需浮力。T形加强板8焊接在浮力层7和浮力舱隔板9上，对局部结构进行加强。浮力层7是整个结构的核心，保证模块具有足够的浮力，支撑起大型浮体上的重量不致沉没。

压载舱14内设置有压载舱隔板13，压载舱隔板13将压载舱14分为四个舱室，四个舱室的上下部均设置有管道接口，且每个管道接口处均设置有阀门(管道接口和阀门在图中未画出)，供与外部压载水系统相连以实现浮态控制。压载舱14四周要承受海水压力的作用，故在压载层11的内侧焊接固定有大量加强筋12。压载舱隔板13、加强筋12的上下两端均分别焊接固定在上平台1和下平台3上。

压载舱14可以进一步配套设置压载水单元，通过控制各舱室内的水量来调整整个模型的浮态，并有利于实现浮体单模块的快速对接。如图9所示，压载水单元包括空压机24、压载水泵25、进排气管26、进排水管27、水泵进水管28、气体控制阀29、安全阀30、减压阀31、排空控制阀32、进排水控制阀33、水泵控制阀34；压载舱14的上部设置有进排气口35和水泵进水口37，下部设置有进排水口36，三个管口均不与浮力舱10相通，水泵进水口37通过一段直管伸入压载舱14的内部空间的下部；进排气管26的一端与进排气口35相连，另一端分成两路支管，一路支管依次与气体控制阀29、安全阀30、减压阀31、空压机24相连，另一条支管与排空控制阀32的入口端相连，排空控制阀32的出口端与外界大气相通；进排水管27的一端与进排水口36相连，另一端与进排水控制阀33的入口端相连，进排水控制阀33的出口端与外界水环境相通；水泵进水管28的一端与水泵进水口37相连，另一端依次与水泵控制阀34、压载水泵25的输出端相连，压载水泵25的输入端与外界水环境相通。多个压载舱14可通过并联方式共用一个空压机24和压载水泵25。

当需要排出浮体单模块内的水时，通过空压机24将空气送入压载舱14内，使其内气压高于外界大气压，即可通进排水口36实现压载水的排出。当需要向浮体单模块内进水时，可以通过空压机24抽气，改变压载舱14内的气压值，实现外界海水进入压载舱14。舱内水量的控制可通过调整空气的容积来实现，因此可以实现精确压载。当压载舱14水位位于模块水线以上时，就无法实现压载舱14的进水，为了解决这个问题，采用空压机24和压载水泵25结合使用的方式，当压载舱14位置不适合压缩空气进排载时，则使用压载水泵25。

浮力舱10、压载舱14分区，可以保证任何一个区域受损，其他区域可以继续提供浮力。浮力舱10、压载舱14内部的T形加强板8、加强筋12可以增强局部结构强度。

在压载层11的外侧是消波层15，消波层15由带有圆形孔的消波板制作，可以耗散波浪能，减少其对平台的影响。

模块与模块之间的快速对接，靠的是快速连接器16。

如图5～6所示，快速连接器16包括成对设置的支撑架17、一根导向轴20和一个卡扣22。两个支撑架17均垂直固定在消波层15外侧，前二者之间间隔一定距离。卡扣22垂直固定在消波层15的外侧，并与一个支撑架17接近。导向轴20的中部设置有凸台20.1，两端横向贯穿两支撑架17上的直线轴承18。导向轴20在接近卡扣22的一端设置有导向块20.2(其外端部设置有斜角)，导向轴20在凸台20.1与远离卡扣22的支撑架17之间套设有弹簧19。

卡扣22的头部设置有第一斜面22.1和第二斜面22.2，二者形成一定角度的夹角，其中第二斜面22.2在靠近支撑架17的一侧。卡扣22在第二斜面22.2旁设置有斜角卡槽22.3，斜角卡槽22.3设置有第三斜面22.4与垂直面22.5，二者形成一定角度的夹角。垂直面22.5与第二斜面22.2相连，第三斜面22.4与第二斜面22.2平行。

卡扣22上设置有限位器21，限位器21包括设置在卡扣22对接面(对接时与另一卡扣相对的面)上的限位台21.1和设置在卡扣22侧面的限位板21.2(其外端部设置有斜角)。限位台21.1的平台面与所述对接面垂直，并与第三斜面22.4相接，可防止与该卡扣22对接的另一卡扣22在匹配后继续靠近；而限位板21.2挡在斜角卡槽22.3开口的侧面，可防止与该卡扣22对接的另一卡扣22从限位器21的一侧脱离。

实施例2

如图7所示，本实施例所提供的超大型浮体单模块的组装结构，包括多个所述浮体单模块23，各浮体单模块23均采用实施例1中的浮体单模块，相邻两个所述浮体单模块23通过各自的所述快速连接器16对接在一起。

浮体单模块23的具体组装过程如下：首先将在陆地上建造好的浮体单模块23运至要拼装的海域，调整浮体单模块23的浮态，使要拼接的两个浮体单模块23的快速连接器16大致位于同一高度。然后通过牵引使两个浮体单模块23靠近，靠近过程中导向轴20将引导卡扣22的头部进入斜角卡槽22.3，同时导向轴20压缩弹簧19，使其对卡扣22产生一个预压力，防止其左右晃动。导向轴20在压缩弹簧19的过程中，直线轴承18可以减少摩擦，起到导向的作用。当卡扣22进入卡槽后，限位器21将限制对接头相对运动。如图5～6所示，为对接完成后的两个浮体单模块。

Claims (8)

1.一种可快速拼接的超大型浮体单模块，包括上平台(1)、中间筒体(2)和下平台(3)，其特征在于：

所述中间筒体(2)为多层筒体结构，从里到外依次设置有浮力层(7)、压载层(11)和消波层(15)；所述浮力层(7)的上下两端分别与上平台(1)、下平台(3)相连，组成密闭的浮力舱(10)；所述压载层(11)的上下两端分别与上平台(1)、下平台(3)相连，组成环绕浮力层(7)的密闭的压载舱(14)；所述消波层(15)采用多孔消波板制作，其上下两端也分别与上平台(1)、下平台(3)相连；所述消波层(15)的每个侧面上均设置有相同数量的快速连接器(16)；

所述快速连接器(16)包括成对设置的支撑架(17)、一根导向轴(20)和一个卡扣(22)；两个所述支撑架(17)均垂直固定在消波层(15)外侧，二者之间间隔一定距离；所述卡扣(22)垂直固定在消波层(15)的外侧，并与一个支撑架(17)接近；所述导向轴(20)的中部设置有凸台(20.1)，两端横向贯穿两支撑架(17)；所述导向轴(20)在接近卡扣(22)的一端设置有导向块(20.2)，所述导向轴(20)在凸台(20.1)与远离卡扣(22)的支撑架(17)之间套设有弹簧(19)；所述卡扣(22)上设置有限位器(21)，所述限位器(21)包括设置在卡扣(22)上的限位台(21.1)和设置在限位台(21.1)侧面的限位板(21.2)；

所述浮力舱(10)内设置有浮力舱隔板(9)，所述浮力舱隔板(9)由两块镜像设置的Y形板组合而成，将浮力舱(10)内的空间分隔成四个相互隔离的舱室。

2.根据权利要求1所述的可快速拼接的超大型浮体单模块，其特征在于：所述卡扣(22)的头部设置有第一斜面(22.1)和第二斜面(22.2)，二者形成一定角度的夹角，其中第二斜面(22.2)在靠近支撑架(17)的一侧；所述卡扣(22)在靠近第二斜面(22.2)处设置有斜角卡槽(22.3)，所述斜角卡槽(22.3)设置有第三斜面(22.4)与垂直面(22.5)，二者形成一定角度的夹角；所述垂直面(22.5)与第二斜面(22.2)相连，所述第三斜面(22.4)与第二斜面(22.2)平行。

3.根据权利要求1所述的可快速拼接的超大型浮体单模块，其特征在于：所述浮力层(7)、浮力舱隔板(9)的侧壁上分别设置有T形加强板(8)。

4.根据权利要求1所述的可快速拼接的超大型浮体单模块，其特征在于：所述压载舱(14)内设置有压载舱隔板(13)，所述压载舱隔板(13)将压载舱(14)分隔成多个相互隔离的舱室；所述压载层(11)的内壁上设置有加强筋(12)。

5.根据权利要求1所述的可快速拼接的超大型浮体单模块，其特征在于：一个或者两个所述支撑架(17)设置有直线轴承(18)，所述导向轴(20)通过直线轴承(18)安装在支撑架(17)上。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的可快速拼接的超大型浮体单模块，其特征在于：该浮体单模块还设置有压载水单元，所述压载水单元包括空压机(24)、压载水泵(25)、进排气管(26)、进排水管(27)、水泵进水管(28)、气体控制阀(29)、排空控制阀(32)、进排水控制阀(33)、水泵控制阀(34)；所述压载舱(14)的上部设置有进排气口(35)和水泵进水口(37)，下部设置有进排水口(36)；所述进排气管(26)的一端与进排气口(35)相连，另一端分成两路支管，一路支管依次与气体控制阀(29)、空压机(24)相连，另一条支管与排空控制阀(32)的入口端相连，所述排空控制阀(32)的出口端与外界大气相通；所述进排水管(27)的一端与进排水口(36)相连，另一端与进排水控制阀(33)的入口端相连，所述进排水控制阀(33)的出口端与外界水环境相通；所述水泵进水管(28)的一端与水泵进水口(37)相连，另一端依次与水泵控制阀(34)、压载水泵(25)的输出端相连，所述压载水泵(25)的输入端与外界水环境相通。

7.根据权利要求1～5中任一项所述的可快速拼接的超大型浮体单模块，其特征在于：所述浮力层(7)为圆形筒体结构，其直径为上平台(1)边长的58％～63％；所述压载层(11)为正方形筒体结构，其边长为上平台(1)边长的71％～75％；所述消波层(15)为正方形筒体结构，其边长为上平台(1)边长的78％～80％。

8.一种如权利要求1～7中任一项所述的超大型浮体单模块的组装结构，其特征在于：包括多个所述浮体单模块(23)，相邻两个所述浮体单模块(23)通过各自的所述快速连接器(16)对接在一起。

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