CN110294077A - 一种超大型海上浮式平台及其对接成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超大型海上浮式平台及其对接成型方法，浮式平台包括若干浮体单元及相邻浮体单元之间的连接器，连接器包括连接杆及分别连接于其两端的球头座和卡紧组件；浮体单元之间通过外伸凸台和相应的内伸凸台插接，外伸凸台的内腔中垫有弹性支撑体；连接杆包括杆体和其两端的球头和铰接耳板，连接杆穿过内伸凸台和外伸凸台的顶面及弹性支撑体，卡紧组件穿套于连接杆杆体上的铰接耳板端，球头座套于球头外，卡紧组件固定于内伸凸台顶面，球头座固定于弹性支撑体外端，使连接器形成柔性结构；还包括预紧装置，预紧装置包括支撑架及固定于其上的连杆机构及驱动装置，连杆机构与连接杆端部的铰接耳板连接，驱动装置的执行构件与连杆机构铰接。

Description

一种超大型海上浮式平台及其对接成型方法

技术领域

本发明属于海洋工程领域，具体为一种超大型海上浮式平台及其对接成型方法。

背景技术

超大型浮式结构物是指尺度跨越数公里的扁平型浮体，其通常采用模块化设计，模块与模块之间通过连接器连接。连接器是整个多模块浮体系统中最为重要的部件。以往主要采用焊接、铰接等刚性或半刚性连接器，往往导致应力集中，结构难以承受。

目前针对超大型海上浮式平台的模块化连接，有一些专利申请公开了不同的柔性连接器，如：

江苏现代造船技术有限公司的“超大型海上浮式平台模块间连接器及连接方法(申请号201210496392.6)”；

江苏科技大学的“应用于超大型海上浮式平台模块间的连接器及连接方法(申请号：201410199638.2)”和“一种海上浮体有动力可调节负压真空吸盘式连接器(申请号201610161973.2)”。

但上述申请公开的连接器均存在以下缺陷：结构复杂；对于超大型浮式结构物所处的海上恶劣环境来讲，其安全性和可靠性难以保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单，但安全性和可靠性高的超大型海上浮式平台及其对接成型方法。

本发明提供的这种超大型海上浮式平台，包括若干浮体单元及相邻的浮体单元之间的连接器，连接器包括连接杆及分别连接于其两端的球头座和卡紧组件；相邻的浮体单元之间通过外伸凸台和相应的内伸凸台插接，外伸凸台的内腔中垫有弹性支撑体；连接杆包括杆体和其两端的球头和铰接耳板，连接杆穿过内伸凸台和外伸凸台的顶面及弹性支撑体，卡紧组件穿套于连接杆杆体上的铰接耳板端，球头座套于球头外，卡紧组件固定于内伸凸台顶面，球头座固定于弹性支撑体外端，使连接器形成柔性结构；它还包括预紧装置，预紧装置包括支撑架及固定于其上的连杆机构及驱动装置，连杆机构与连接杆端部的铰接耳板连接，驱动装置的执行构件与连杆机构铰接。

上述技术方案的一种实施方式中，所述连接杆的杆体为圆柱杆，其铰接耳板端端部有轴肩，轴肩外端保留轴向中心实体形成铰接耳板，杆体另一端为大径端朝外的半球形球头，大径端的中心位置处连接有沿杆体轴向的拉环。

上述技术方案的一种实施方式中，所述内伸凸台和外伸凸台为内空的四棱台，弹性支撑体为与四棱台顶面尺寸相应的四棱柱，内伸凸台和外伸凸台的顶面中心位置有直径大于所述轴肩直径的圆孔，弹性支撑体有贯穿其高度的相应圆孔。

上述技术方案的一种实施方式中，所述弹性支撑体包括间隔布置的弹性体和钢板，弹性体为橡胶或者高分子材料板、气囊或者板簧中的任意一种，两端均为弹性体，相邻的弹性和钢板之间胶结为一体。

上述技术方案的一种实施方式中，所述卡紧组件包括安装座、球台和卡板；球台的大径端直径小于球台的最大直径，安装座为底面有法兰盘、顶面有固定环的圆柱座，球台以小径端朝内嵌于安装座的轴向中心孔中，内端伸出于安装座外、外端伸出于限位环外，限位环将球台轴向限位，球台的直径大于所述轴肩直径的轴向中心孔，卡板为半圆形板，有对称布置的一对，其直径边的中间位置处有半圆孔、两端有外伸的铰接凸台，两卡板通过两铰接凸台对拼后通过销轴固定于球台的大径端端面，两卡板可绕一端的销轴转动，两半圆孔围成与所述连接杆杆体匹配的圆孔。

上述技术方案的一种实施方式中，所述球头座固定于所述弹性支撑体最外侧钢板的中心位置处，所述卡紧组件的安装座固定于浮体单元内伸凸台顶面的中心位置处。

上述技术方案的一种实施方式中，所述支撑架包括上下平行布置的两支撑柱和连接于两支撑柱一端的连接梁，连接梁上有沿其长度方向的滑槽。

上述技术方案的一种实施方式中，所述连杆机构包括驱动杆和拉杆，驱动杆的一端铰接于连接梁上表面的一端，拉杆的两端均有夹持式铰接头，一端铰接于驱动杆的中部，另一端穿过所述滑槽与所述铰接耳板铰接，两支撑柱的另一端固定于浮体单元内伸凸台的顶面；所述驱动装置为气缸、油缸或者电动推杆中的任意一种，其缸体端固定于连接梁上表面的另一端，其伸缩杆的端部与驱动杆的另一端铰接。

上述技术方案的一种实施方式中，所述连接杆的铰接耳板端从所述铰接座、弹性支撑体和球台中穿过后，铰接耳板被卡板限位；相邻的浮体单元之间设置有橡胶垫，橡胶垫上有连接杆安装孔。

本发明提供的这种上述平台的对接成型方法，包括以下步骤：

(1)将相邻浮体单元的凹凸对接面插接好，且在两对接面之间垫设橡胶垫；

(2)将连接器的安装座、球台、限位环和卡板组成装配件，并将该装配件通过安装座固定于有浮体单元内伸凸台的顶面中心位置处，将卡板打开；

(3)将连接器的弹性支撑体置于另一浮体单元外伸凸台的内腔中，并使其与步骤(2)的装配件共轴向中心线；

(4)将连接器的球头座固定于弹性支撑体外端的中心位置处；

(5)将预紧装置的支撑架固定于浮体单元内伸凸台的顶面，使步骤(2)的装配件位于支撑架底面的中心位置处；

(6)将连接器的连接杆的铰接耳板端从球头座往安装座推，直至铰接耳板接近安装座，

(7)将预紧装置连杆机构的拉杆与铰接耳板铰接好；

(8)使预紧装置的驱动装置工作将连杆机构的驱动杆往外推，直至铰接耳板被拉出卡板外；

(9)将两卡板合拢固定，连接杆轴向限位；

(10)将预紧装置拆下；

(11)循环步骤(1)-(10)，直至平台成型。

本发明的相邻浮体单元侧缘设置相应的内伸凸台和外伸凸台，通过内伸凸台和外伸凸台插接后再安装连接器，连接器安装时通过预紧装置辅助。在一浮体单元侧缘外伸凸台的内腔中设置弹性支撑体，连接器连接杆的一端通过球头与固定于弹性支撑体外端的球头座连接、另一端通过固定于另一浮体单元侧缘内伸凸台顶面的卡紧组件轴向限位，连接杆安装时，通过预紧装置将连接杆端头的铰接耳板拉出卡紧组件的卡板外，然后通过卡板挡住铰接耳板，从而使连接杆轴向限位。连接器安装好后铰接耳板端固定，另一端可在球头座中转动，从而使连接器具有柔性。

综上所述，本发明的浮体单元之间通过内伸凸台和外伸凸台的配合，在配合面之间这只橡胶垫及具有柔性的连接器的连接，使整个浮式结构物能抵抗垂向和横向剪切力以及纵向压力，具有较高的安全性及可靠性，从而很好的适应海上恶劣环境。

另外，连接器更换维护操作方便，只需通过预紧装置通过铰接耳板将连接杆往外拉，使球头座挤压弹性支撑体，然后将卡紧组件的卡板打开，即可将连接杆从球头座端拔出。再将球头座和卡紧组件拆卸即可。

附图说明

图1为本发明一个实施例相邻浮体单元A和浮体单元B之间的装配示意图。

图2为本实施例浮体单元A的轴侧结构示意图。

图3为本实施例浮体单元B的轴侧结构示意图。

图4为图1的纵剖放大结构示意图。

图5为图4中连接杆的轴侧结构放大示意图。

图6为图4中卡紧组件的放大结构示意图。

图7为卡紧组件的轴侧结构放大示意图。

图8为卡紧组件的卡板打开状态的示意图。

图9为图1中预紧装置的放大结构示意图(旋转90度)。

具体实施方式

本实施例公开的这种超大型海上浮式平台，包括若干个浮体单元，相邻的浮体单元之间通过连接器连接。图1中示出了相邻的浮体单元A和浮体单元B的连接装配示意图。从图1可以看出，浮体单元A和浮体单元B通过连接器C连接，预紧装置D连接于连接C的一端。

如图2所示，浮体单元A的侧缘有多个内伸凸台，内伸凸台的形状为四棱台。

如图3所示，浮体单元B的侧缘有相同数量的外伸凸台，外伸凸台的形状和尺寸与内伸凸台的内腔相匹配。

如图1和图4所示，浮体单元A和浮体单元B之间通过内伸凸台和外伸凸台插接，且在插接面之间设置橡胶垫F。

如图4所示，浮体单元B侧缘外伸凸台的内腔中设置有弹性支撑体E，弹性支撑体E包括弹性体E1和钢板E2，弹性体和钢板间隔布置，且内端和外端均为弹性体，相邻的弹性体和钢板之间胶结。

本实施例的弹性体采用橡胶板。其他实施例还可采用气囊或者板簧。

如图4所示，连接器C包括连接杆C1、球头座C2、安装座C3、球台C4、限位环C5、卡板C6。

如图5所示，连接杆C1包括圆柱形的杆体和其两端的球头和铰接耳板，球头为半球体，其外端面为过球心的平面，其中心位置处有拉环，连接杆连接于球头内端的中心位置处，杆体的另一端有轴肩，保留轴肩外端的轴向中心实体形成铰接耳板，铰接耳板上有贯穿其厚度的销轴安装孔。

结合图1、图4及图6至图8所示，安装座C3为圆柱座，顶面有限位环C5，底面外缘有连接法兰。

球台C4的大径端和小径端端面均为平面，且大径端直径小于球台的最大直径，球台C4安装于圆柱座的轴向中心，下端伸出于圆柱座外，上端伸出于限位环C5外，且球台C4的最大直径面位于安装座内，所以可通过限位环C6使球台C4轴向限位。

卡板C6有对称布置的一对，为半圆形板，其直径边的中间位置处有半圆孔、两端有外伸的铰接凸台，两卡板通过铰接凸台对拼后通过销轴与球台C4的大径端端面铰接，两卡板C6可绕一端的销轴转动，两半圆孔围成略大于连接杆C1杆体直径的圆孔。

球头座C2为带连接钢板的圆柱座，有轴向中心孔，该轴向中心孔的外端段尺寸大于连接杆C1端部的球头尺寸、内端段大于连接杆C1端部铰接耳板的尺寸。

球头座C2的连接钢板与弹性支撑体最外端的弹性体胶结为一体，其轴向中心孔与弹性支撑体上的圆孔共轴向中心线。即球头座C2固定于弹性支撑体最外端的中心位置处。

安装座C3、球台C4、限位环C5和卡板C6的装配件通过其安装座C3固定于浮体单元B侧缘内伸凸台顶面的中心位置处，且安装好后将两卡板旋转打开。

结合图1和图9可以看出，预紧装置D包括支撑架、连杆机构和驱动装置。

支撑架包括上下平行布置的两支撑柱D1和连接于两支撑柱一端的连接梁D2，连接梁D2上有沿其长度方向的滑槽。

连杆机构包括驱动杆D3和拉杆D4，驱动杆D3的一端铰接于连接梁D2上表面的一端，拉杆D4的两端均有夹持型铰接头，一端铰接于驱动杆D3的中部，另一端穿过连接梁D2上的滑槽与连接杆C1端部的铰接耳板通过销轴铰接，两支撑柱D1的另一端固定于浮体单元B内伸凸台的顶面。

本实施例的驱动装置D5采用气缸，气缸的缸体端固定于连接梁的另一端，其活塞杆与驱动杆的另一端铰接。其他实施例的驱动装置也可采用油缸或者电动推杆。

预紧装置D通过其支撑柱D1固定于浮体单元A内伸凸台的顶面上。

安装座C3、球台C4、限位环C5和卡板C6的装配件及球头座C2固定好，预紧装置固定好后，可安装连接杆C1了。安装座C3、球台C4、限位环C5和卡板C6的装配件相当于连接杆的卡紧组件。

因为连接杆C1一端的铰接耳板通过卡紧组件的卡板C6限位，另一端通过弹性支撑体E限位，所以连接杆C1的顺利安装需要用到预紧装置D，需通过预紧装置D给弹性支撑体E一定的预压量才能将铰接耳板拉出于卡板C6外，然后通过卡板挡住铰接耳板限位。

连接杆C1安装时，其铰接耳板端从球头座C2穿入，当铰接耳板快到达安装座C3时，将预紧装置D的拉杆D4与铰接耳板通过销轴铰接，然后使气缸工作，其活塞杆将驱动杆往外推，从而使拉杆将连接杆往外拉，连接杆另一端的球头通过球头座C2挤压弹性支撑体E，使弹性支撑体E处于预紧状态，直至将铰接耳板拉出卡板外，然后将两卡板合拢即可挡住铰接耳板，使连接杆轴向限位，至此，整个连接器安装好，将预紧装置的拉杆与铰接耳板分离，预紧装置拆下。连接器安装好后，其连接杆的铰接耳板固定、球头端可在球头座中转动，使连接器具有柔性。

综上所述，本发明的浮体单元之间通过内伸凸台和外伸凸台的配合，在配合面之间这只橡胶垫及具有柔性的连接器的连接，使整个浮式结构物能抵抗垂向和横向剪切力以及纵向压力，具有较高的安全性及可靠性，从而很好的适应海上恶劣环境。

连接器更换维护操作方便，只需通过预紧装置通过铰接耳板将连接杆往外拉，使球头座挤压弹性支撑体，然后将卡紧组件的卡板打开，即可将连接杆从球头座端拔出。再将球头座和卡紧组件拆卸即可。

Claims (10)

1.一种超大型海上浮式平台，包括若干浮体单元及相邻浮体单元之间的连接器，其特征在于：所述连接器包括连接杆及分别连接于其两端的球头座和卡紧组件；相邻的浮体单元之间通过外伸凸台和相应的内伸凸台插接，外伸凸台的内腔中垫有弹性支撑体；连接杆包括杆体和其两端的球头和铰接耳板，连接杆穿过内伸凸台和外伸凸台的顶面及弹性支撑体，卡紧组件穿套于连接杆杆体上的铰接耳板端，球头座套于球头外，卡紧组件固定于内伸凸台顶面，球头座固定于弹性支撑体外端，使连接器形成柔性结构；它还包括预紧装置，预紧装置包括支撑架及固定于其上的连杆机构及驱动装置，连杆机构与连接杆端部的铰接耳板连接，驱动装置的执行构件与连杆机构铰接。

2.如权利要求1所述的超大型海上浮式平台，其特征在于：所述连接杆的杆体为圆柱杆，其铰接耳板端端部有轴肩，轴肩外端保留轴向中心实体形成铰接耳板，杆体另一端为大径端朝外的半球形球头，大径端的中心位置处连接有沿杆体轴向的拉环。

3.如权利要求1所述的超大型海上浮式平台，其特征在于：所述内伸凸台和外伸凸台为内空的四棱台，弹性支撑体为与四棱台顶面尺寸相应的四棱柱，内伸凸台和外伸凸台的顶面中心位置有直径大于所述轴肩直径的圆孔，弹性支撑体有贯穿其高度的相应圆孔。

4.如权利要求3所述的超大型海上浮式平台，其特征在于：所述弹性支撑体包括间隔布置的弹性体和钢板，弹性体为橡胶板或者高分子材料板、气囊或者板簧中的任意一种，两端均为弹性体，相邻的弹性和钢板之间胶结为一体。

5.如权利要求2所述的超大型海上浮式平台，其特征在于：所述卡紧组件包括安装座、球台和卡板；球台的大径端直径小于球台的最大直径，安装座为底面有法兰盘、顶面有固定环的圆柱座，球台以小径端朝内嵌于安装座的轴向中心孔中，内端伸出于安装座外、外端伸出于限位环外，限位环将球台轴向限位，球台的直径大于所述轴肩直径的轴向中心孔，卡板为半圆形板，有对称布置的一对，其直径边的中间位置处有半圆孔、两端有外伸的铰接凸台，两卡板通过两铰接凸台对拼后通过销轴固定于球台的大径端端面，两卡板可绕一端的销轴转动，两半圆孔围成与所述连接杆杆体匹配的圆孔。

6.如权利要求5所述的超大型海上浮式平台，其特征在于：所述球头座固定于所述弹性支撑体外端的中心位置处，所述卡紧组件的安装座固定于浮体单元内伸凸台顶面的中心位置处。

7.如权利要求1所述的超大型海上浮式平台，其特征在于：所述支撑架包括上下平行布置的两支撑柱和连接于两支撑柱一端的连接梁，连接梁上有沿其长度方向的滑槽。

8.如权利要求7所述的超大型海上浮式平台，其特征在于：所述连杆机构包括驱动杆和拉杆，驱动杆的一端铰接于连接梁上表面的一端，拉杆的两端均有夹持式铰接头，一端铰接于驱动杆的中部，另一端穿过所述滑槽与所述铰接耳板铰接，两支撑柱的另一端固定于浮体单元内伸凸台的顶面；所述驱动装置为气缸、油缸或者电动推杆中的任意一种，其缸体端固定于连接梁上表面的另一端，其伸缩杆的端部与驱动杆的另一端铰接。

9.如权利要求8所述的超大型海上浮式平台，其特征在于：所述连接杆的铰接耳板端从所述铰接座、弹性支撑体和球台中穿过后，铰接耳板被卡板限位；相邻的浮体单元之间设置有橡胶垫，橡胶垫上有连接杆安装孔。

10.一种权利要求1所述平台的对接成型方法，包括以下步骤：

(1)将相邻浮体单元的凹凸对接面插接好，且在两对接面之间垫设橡胶垫；

(2)将连接器的安装座、球台、限位环和卡板组成装配件，并将该装配件通过安装座固定于有浮体单元内伸凸台的顶面中心位置处，将卡板打开；

(3)将连接器的弹性支撑体置于另一浮体单元外伸凸台的内腔中，并使其与步骤(2)的装配件共轴向中心线；

(4)将连接器的球头座固定于弹性支撑体外端的中心位置处；

(5)将预紧装置的支撑架固定于浮体单元内伸凸台的顶面，使步骤(2)的装配件位于支撑架底面的中心位置处；

(6)将连接器的连接杆的铰接耳板端从球头座往安装座推，直至铰接耳板接近安装座，

(7)将预紧装置连杆机构的拉杆与铰接耳板铰接好；

(8)使预紧装置的驱动装置工作将连杆机构的驱动杆往外推，直至铰接耳板被拉出卡板外；

(9)将两卡板合拢固定，连接杆轴向限位；

(10)将预紧装置拆下；

(11)循环步骤(1)-(10)，直至平台成型。