CN110481723A - 一种海上浮动平台自动升降与锁定装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海上浮动平台自动升降与锁定装置及方法，浮动平台的升降靠自身的浮力和重力共同作用，在浮动平台和支撑柱之间，有自动解锁与锁定机构，保证浮动平台随潮汐起伏，又保证浮动平台能够承受横向和纵向受力。该自动解锁与锁定机构由滑销、连接滑销的推杆和推盘、浮球、连接浮球的摆杆和滚轮、浮动平台和支撑柱构成，浮动平台和支撑柱上有水平孔。滚轮压在推盘上，摆杆通过连接架固定在浮动平台上，支撑柱内的多个水平孔内都有压缩弹簧和顶杆，顶杆顶在滑销上。本发明的自动升降与锁定装置能够使浮动平台跟随海平面随潮汐的变化上升和下降，同时又能够将浮动平台自动锁定和限位，保证浮动平台承受自然力和工程力。相对于传统技术，本发明结构简单、安全可靠、无能耗。

Description

一种海上浮动平台自动升降与锁定装置及方法

技术领域

本发明涉及一种海上浮动平台随潮汐自动升降与锁定装置及方法，属于海上浮动工作平台设施设计、建设及工程领域范畴。

背景技术

一些海上浮动的工作平台，如临时码头、浮动人工岛、海上临时机场、水产养殖浮动围栏等，需要一直浮泊在水面上工作，平台工作状态下要承受来自海浪、暴风雨、洋流等水平、竖直等方向的自然力和所搭载设备产生的工程力，且必须保持固定的工作位置，需要有支撑柱下沉到海床上生根固定；同时，由于海水的潮汐现象，浮动平台所在位置的海水深度一天中会有周期性变化，例如我国南海部分海域最高与最低水深差为6米，也就是说，一天中浮动平台要周期性地上浮和下降6米，而支撑柱却不能动。因此，浮动平台相对于支撑柱必须既要保证随潮汐的周期性变化上浮或下降，又要保证和支撑柱之间相对锁定，来承受工作时产生的各个方向的自然力和工程力。

目前检索到的几个参考发明专利(①申请号：201720472811.0、②申请号：201820366682.1、③申请号：201910193048.1、④公开号：WO2019047194A1、⑤公开号：WO2010EP64110、⑥公开号：US19810239117)均采用了包括电动卷扬机、气缸、液压等有动力主动升降和锁定装置，利用水位传感器或者限位机构检测因潮汐造成的海水深度变化，电脑或者人工根据传感器或者限位机构的水深变化信号进行判断，控制升降装置的动力和变速、传动部件动作，主动地随潮汐提升或者下降浮动平台，锁定装置在电脑或者人工控制下打开或者闭合，保证浮动平台和支撑柱之间的相对运动和锁定。升降和锁定装置不仅增加了系统的复杂程度、能耗、故障率和建设、维护成本，而且在传感器被外来噪声信号干扰或者传感器自身损坏的情况下，或者电脑的操作系统、控制软件出现代码运行错误，以及断电、人员不到位、人员误操作等，给升降和锁定装置发出错误操作指令，升降和锁定装置就会失灵、误动作，出现停机、过度提升或者过度下降的情况，给浮动平台上搭载的工作人员和设备造成危险、损害甚至灾难性后果。

发明内容

本发明的解决的问题是：克服现有技术的不足，提供一种海上浮动平台自动升降与锁定装置，能够使浮动平台跟随海平面随潮汐的变化上升和下降，同时又能够将浮动平台自动锁定和限位，保证浮动平台承受自然力和工程力，结构简单、安全可靠、无能耗。

本发明原理为：浮动平台的升降靠自身的浮力和重力实现，在浮动平台和支撑柱之间，在保证浮动平台随潮汐起伏的同时，又保证浮动平台能够承受横向和纵向受力。

自动解锁和锁定机构由滑销、连接滑销的推杆和推盘、浮球、连接浮球的摆杆和滚轮，滚轮压在推盘上，摆杆通过连接架固定在浮动平台上，支撑柱内有多套压缩弹簧和顶杆，顶杆顶在滑销上。本发明的自动解锁和锁定机构能够使浮动平台跟随海平面随潮汐的变化上升和下降，同时又能够将浮动自动锁定和限位，保证浮动平台承受自然力和工程力。本发明不需要电动卷扬机、气缸、液压等有动力的主动升降和锁定装置，也不需要水位传感器、电脑或者人工执勤参与水位的检测、判断和控制操作，不存在受干扰或者人为的误操作，机械机构自动完成平台升降和锁紧动作，大大降低了建设和运营成本，且动作执行不会受外界信号干扰、不怕断电、不存在代码错误和人为失误等因素，安全可靠。

本发明装置解决方案：

浮动平台在浮力和重力的共同作用下，随潮汐一起上升和下降，支撑柱下端固定在海床上，并贯穿浮动平台，浮动平台和支撑柱由自动解锁和锁定机构连接，该机构包括能在浮动平台和支撑柱的水平孔里来回滑动的滑销，有推杆和推盘与滑销相连接；通过连接架铰接在浮动平台上的摆杆可以自由转动，一端安装的滚轮压在推盘上，另一端固定连接的浮球漂浮在水面上；支撑柱内安装有多套压缩弹簧和顶杆，顶杆的一端顶在滑销上，另一端自由状态，随压缩弹簧的伸缩水平运动。

本发明方法步骤如下：

(1)初始状态下，滑销部分插在浮动平台的孔内，另一部分插在支撑柱的孔内，滑销与孔为滑动间隙配合，浮动平台、浮球受到的浮力和重力均接近平衡，摆杆处于水平位置，此时浮动平台和支撑柱之间被滑销锁住固定，浮动平台各方向受力则由底端固定在海床的支撑柱承担，保证了搭载在浮动平台上的人员和设备完成各种空中、水面或水下的操作任务；

(2)当海平面随潮汐变化时，例如退潮，海平面下降，浮球因浮力下降而下摆，摆杆另一端的滚轮则会上转，放松推盘，滑销在压缩弹簧和推杆的作用下向支撑柱的方向移动，在滑销完全被推入支撑柱上的孔之前，浮动平台会一直被滑销锁住；

(3)随着海平面的持续下降，浮球随动下降，滑销在压缩弹簧和推杆的推动下继续向支撑柱方向移动，直至完全被推入支撑柱的孔内，此时浮动平台和支撑柱之间解锁，浮动平台因为自身重力下降，连接架带动摆杆和浮球一起向水中下沉，浮球受到的浮力随之增加，有向上转的趋势，滚轮开始对推盘施加越来越大的压力，但此时滑销被支撑柱外壁挡住不能横向移动，浮动平台仍然处于解锁状态；

(4)浮动平台继续下沉，直到浮动平台上的下一个孔对准滑销，在滚轮的压力下，将滑销部分推入浮动平台的孔内，再次实现了浮动平台与支撑柱之间的锁定，摆杆恢复到水平位置、浮球和浮动平台也都恢复到浮力和重力平衡状态，搭载设备和人员继续正常工作；

(5)以上过程重复执行，就实现了浮动平台跟踪海平面下降和锁定的自动过程；

(6)当涨潮时，海平面上升，浮动平台与支撑柱之间的解锁和锁定工作过程与上述类似，只是浮动平台是随海平面不断上浮。

可以看出，本发明保证了浮动平台随潮汐的升降的同时，又保证了浮动平台与支撑柱之间的锁定，为浮动平台搭载设备和人员的正常工作提供条件。当然，在被解锁时，浮动平台处于瞬态的下降和上浮过程，但这个瞬态运动过程时间相对于锁定时间非常短，也就是说，大部分时间下，浮动平台处于被锁定的稳定支撑状态，所搭载人员和设备正常工作。这与前面提到的参考专利中浮动平台工作方式类似，即，即使上述参考专利中采用了有动力的提升和下降装置，其提升和下降工作也是间歇性的，并非是一直连续的随动，浮动平台运动状态下无法同时保证锁定。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明采用的自动锁定和解锁机构为机械式，与现有技术相比，不需要消耗能源的电动卷扬机、气缸、液压等有动力的变速、传动主动升降和锁定装置，制造和维护成本低；

(2)本发明采用的自动锁定和解锁机构为机械式，与现有技术相比，不需要水位传感器、电脑或者人工执勤参与水位的检测、判断和控制操作，不存在受干扰或者人为的误操作，机械机构自动完成平台升降和锁紧动作，不仅大大降低了建设和运营成本，且动作执行不会受外界信号干扰、不怕断电、不存在代码错误和人为失误等因素，安全可靠；

(3)本发明采用的自动锁定和解锁机构，与现有技术相比，零部件少且结构简单，体积和重量都要小，对浮动平台附加的质量就小，支撑柱同样的结构强度下，相当于增加了平台的结构强度和运行稳定性。

(4)本发明采用的自动锁定和解锁机构，与现有技术相比，不存在行程限制。传统的气缸、液压缸、电动机带动的齿轮、齿条、皮带、链条等传动机构，都存在运动件的行程限制，为了达到较大行程，传统技术的上述零部件往往要做的尺寸很大，工程难度和成本上升，而本发明只需要滑销孔分布在整个支撑柱长度上，就做到了浮动平台上下运动行程最大，非常简单地完全覆盖了潮汐涨落海平面的高程差。

附图说明

图1初始锁定状态，浮动平台和浮球都处于平衡状态；

图2显示水面开始下降，但浮动平台仍处于锁定状态；

图3水面继续下降，滑销被完全推出浮动平台内的水平孔，进入支撑柱的水平孔，浮动平台被解锁；

图4浮动平台与支撑柱解锁，浮动平台处于下降过程；

图5滑销被推入下面一个浮动平台的水平孔中，浮动平台重新被锁定；

图6水面持续上升，滑销被完全推出浮动平台内的水平孔，进入支撑柱的水平孔，浮动平台被解锁；

图7浮动平台与支撑柱解锁，浮动平台处于上升过程；

图8滑销被推入上面一个浮动平台的水平孔中，浮动平台重新被锁定；

图中：1.浮动平台；2.支撑柱；3.滑销；4.滚轮；5.摆杆；6.浮球；7.连接架；8.推盘；9.推杆；10.压缩弹簧；11.顶杆。

具体实施方式

本发明主要针对那些漂浮在海面上实施操作的工作浮动平台，需要靠锚定在海床的支撑柱来承受自然力和工程力，保持工作位置不变，又要随潮汐升降。本发明在浮动平台和支撑柱之间，设计和安装了一种机械式的自动解锁和锁定机构，由滑销、推杆、推盘、浮球、摆杆、滚轮、连接架、压缩弹簧和顶杆构成。滑销位于浮动平台和支撑柱的水平孔内，可以水平运动，浮动平台、浮球平衡状态下，滑销一部分位于浮动平台的水平孔内，另一部分位于支撑柱的水平孔内，浮动平台处于锁定状态；当水面高度变化时，浮球带动滚轮转动，将推盘放松，压缩弹簧和顶杆将滑销推向支撑柱方向，但平台仍然处于锁定状态，水面高度继续变化，滑销最终被完全顶进支撑柱的水平孔中，浮动平台和支撑柱解锁，浮动平台在浮力和重力的共同作用下随水面变化运动，同时，随浮动平台运动的浮球受到的浮力发生变化，在滑销对准浮动平台上下一个水平孔时，滚轮通过推盘和推杆，将滑销推回去，部分滑销进入浮动平台的水平孔，浮动平台和支撑柱连接固定，浮动平台再次进入锁定状态。重复以上过程，就实现了浮动平台随潮汐造成的海平面高度变化升降，且本发明的自动解锁和锁定机构能够使浮动平台跟随海平面随潮汐的变化上升和下降，同时又能够将浮动自动锁定和限位，保证浮动平台承受自然力和工程力。本发明不需要电动卷扬机、气缸、液压等有动力的主动升降和锁定装置，也不需要水位传感器、电脑或者人工执勤参与水位的检测、判断和控制操作，无因受干扰或者人为造成的误操作，机械机构自动完成平台升降和锁紧动作，大大降低了建设和运营成本，安全可靠。

本发明的特征在于：

浮动平台靠自身重力和浮力驱动，能够随潮汐升降，支撑柱底端固定在海床，上部贯穿浮动平台。在浮动平台和支撑柱之间，有滑销可以在浮动平台和支撑柱上的水平孔内移动。滑销一端固定连接着推杆和推盘，另一端有压缩弹簧和顶杆，浮动平台上的支撑架铰接有摆杆，摆杆两端有浮球和滚轮，滚轮压在推盘上，当摆杆水平位置时，滑销部分位于浮动平台内，部分位于支撑柱内，浮动平台就会被锁住。

所述自动升降与锁定装置，当海面水位发生变化时，浮球因为浮力变化，在与自身重力共同作用下，摆杆开始向下或者向上转动，带动滚轮将推盘放松，滑销在压缩弹簧和顶杆的作用下向支撑柱的水平孔内运动，随着海面水位继续变化，滑销最终被完全顶入支撑柱的水平孔内，浮动平台解锁，随着水面的变化方向运动，同时，浮球在连接架的带动下，随着浮动平台一起运动，其所受的浮力随之发生变化，开始对推盘施加压力，当滑销对准支撑柱上下一个水平孔时，将其部分地推入，重新实现锁定。

所述自动升降与锁定装置，重复上述锁定和解锁过程，就实现了浮动平台随潮汐的升降，同时又保证了浮动平台相对于支撑柱的锁定。

以下结合附图进一步说明本发明。

图1为本发明实施例的初始状态，浮动平台1为用来搭载设备和人员的工作平台，支撑柱2底端固定在海床上，上部从浮动平台1贯穿过去，滑销3部分位于浮动平台1的水平孔内，图中绘出了5个水平孔，并分别以ABCDE标识，滑销3部分位于支撑柱2的水平孔C内，推杆8、推盘9与滑销3相连接。摆杆5与固定在浮动平台1上的连接架7相铰接，一端与滚轮4铰接，另一端与浮球6连接，浮球6部分或全部浸在水中，滚轮4压在推盘9上。浮动平台1的水平孔内有压缩弹簧10和顶杆11。如图1所示摆杆5处于水平状态，此时浮球6所受的重力和浮力平衡，浮动平台1所受的浮力和重力也处于平衡状态，此时滑销3将浮动平台1与支撑柱2锁住，浮动平台1可以承受来自各个方向风浪、洋流等自然力以及所搭载设备工作产生的工程力。

图2所示，由于潮汐现象，海平面开始下降，浮球6受到的浮力减小，原来的平衡被破坏，浮球6和摆杆5带动滚轮4顺时针转动，推盘9被放松。这时在压缩弹簧10和顶杆11的共同作用下，滑销3连同推杆8和推盘9一起水平向右运动，但滑销3仍部分地位于浮动平台1的水平孔C内，部分地位于支撑柱2的水平孔内，这时浮动平台1仍然处于锁定状态，也就是说，在海平面变化过程中，只要滑销3没有完全地被顶入浮动平台1的水平孔内，虽然浮动平台1受到的浮力也发生减少，有下降的趋势，但在滑销3的作用下，浮动平台1仍会保持锁定状态，搭载设备和人员就可以持续地稳定工作。

图3显示了海平面继续下降，滑销3被压缩弹簧10和顶杆11完全地从支撑柱2的水平孔C内脱出，顶入了浮动平台1的水平孔内，这时，浮动平台1与支撑柱2解锁，浮动平台1的重力大于浮力，开始顺着支撑柱2下滑。

图4显示了浮动平台1解锁后的下降过程，此时浮球6随同摆杆5滚轮4等在连接架7的牵引下一起下降，浮球6沉入水中的部分增加，受到的浮力增加，开始对推盘9施加压力，也就是通过推杆8开始对滑销3施加压力，但滑销3被支撑柱2的外表面挡住，浮动平台1继续下降，此时浮动平台1上搭载的设备和人员停止工作。

图5所示，随着浮动平台1的继续下降，滑销3与支撑柱2的水平孔B对准，此时浮球6受到的浮力远远大于重力，通过摆杆5和滚轮4的作用，推动推盘9和推杆8连同滑销3向左运动，将滑销3部分压入支撑柱2的水平孔B内，同时，浮球6上浮，摆杆5恢复水平状态，浮动平台1的浮力和重力也恢复平衡，浮动平台1重新被锁定，搭载的设备和人员恢复工作。也就是浮动平台1随潮汐的下降也完成了随动下降过程，同时也完成了锁定—>解锁—>再锁定的一次循环过程。由于解锁到再锁定的过程时间非常短，也就保证了搭载设备和人员更多的时间处于工作状态。

图6、图7和图8显示了由于潮汐现象，海平面上升时，浮动平台1解锁、上升和重新锁定过程的工作原理，与下降过程类似，只是摆杆5转动的方向相反，为逆时针转动，滑销3最终被完全推入浮动平台1的水平孔内，浮动平台1被解锁，随海平面上升，浮球6受到的浮力也随之降低，滑销3最终被重新推入支撑柱2的水平孔D内，浮动平台1随潮汐的上升完成了随动上升的过程，同时也完成了锁定—>解锁—>再锁定的一次循环过程。由于工作过程相似，不再逐图详细解释其工作原理和过程。

需要指出的是：

(1)支撑柱2上的水平孔的分布位置和个数要由当地潮汐涨落的高程差决定，设定本地潮汐最高涨潮水深为H，落潮时最低水深为L，那么支撑柱2上的水平孔位置都在H之下，L之上，两个支撑柱2上相邻两个水平孔之间的距离为M，M为浮动平台1一次解锁和再次锁定设计移动距离，那么水平孔的个数N＝(H-L)/M，当N不为整数时舍零取整。保证覆盖浮动平台1的升降范围，支撑柱2上也可以安装必要的限位装置，防止浮动平台1过度运动，脱离支撑柱2，或者与海床相撞触底。

(2)支撑柱2和浮动平台1之间可以加装必要的阻尼、缓冲或者摩擦减速部件，以防止浮动平台1在解锁之后到再次锁定之前相对于与支撑柱2的运动速度过高，对搭载的设备和人员造成冲击，同时也避免了浮动平台1运动速度过快出现过冲现象，也就是滑销3来不及被重新压入浮动平台1的下一个水平孔而继续与支撑柱2相互滑动，无法实现再锁定。

(3)浮动平台1在解锁状态下，可以通过滑销3等连接部件安装需要的警告部件发出信号，提示搭载设备和人员暂时停止工作，等待重新进入锁定，与传统的有动力的浮动平台报警方式类似。

Claims (6)

1.一种海上浮动平台自动升降与锁定装置，其特征在于，包括：浮动平台、支撑柱、滑销、推杆、推盘、浮球、摆杆、滚轮、连接架、压缩弹簧和顶杆；浮动平台靠自身重力和浮力驱动，能够随潮汐升降；支撑柱底端固定在海床上，上部贯穿浮动平台；在浮动平台和支撑柱之间，有滑销在浮动平台和支撑柱上的水平孔内移动；滑销一端固定连接着推杆和推盘，另一端有压缩弹簧和顶杆，顶杆顶在滑销上，摆杆通过连接架固定在浮动平台上，摆杆两端有浮球和滚轮，滚轮压在推盘上，当摆杆水平位置时，滑销部分位于浮动平台内，部分位于支撑柱内，浮动平台就会被锁住。

2.根据权利要求1所述的浮动平台自动升降与锁定装置，其特征在于：所述支撑柱上的水平孔的分布位置和个数要由当地潮汐涨落的高程差决定，设定本地潮汐最高涨潮水深为H，落潮时最低水深为L，则支撑柱上的水平孔位置均在H之下，L之上，支撑柱上相邻两个水平孔之间的距离为M，M为浮动平台一次解锁和再次锁定设计移动距离，则水平孔的个数N＝(H-L)/M，当N不为整数时舍零取整，压缩弹簧与水平孔的数量相对应。

3.根据权利要求1所述的浮动平台自动升降与锁定装置，其特征在于：所述支撑柱上安装限位装置，防止浮动平台过度运动，脱离支撑柱，或者与海床相撞触底。

4.根据权利要求1所述的浮动平台自动升降与锁定装置，其特征在于：所述支撑柱和浮动平台之间加装阻尼、缓冲或者摩擦减速部件，防止浮动平台在解锁之后到再次锁定之前相对于与支撑柱的运动速度过高，对搭载的设备和人员造成冲击，同时也避免浮动平台运动速度过快出现过冲现象，即滑销来不及被重新压入浮动平台的下一个水平孔而继续与支撑柱相互滑动，无法实现再锁定。

5.根据权利要求1所述的浮动平台自动升降与锁定装置，其特征在于：所述浮动平在解锁状态下，通过滑销安装警告部件发出信号，提示搭载设备和人员暂时停止工作，等待重新进入锁定。

6.一种浮动平台自动升降与锁定方法，其特征在于：

(1)当海面水位发生变化时，浮球因为浮力变化，在与自身重力共同作用下，摆杆开始向下或者向上转动，带动滚轮将推盘放松，滑销在压缩弹簧和顶杆的作用下向支撑柱的水平孔内运动，随着海面水位继续变化，滑销最终被完全顶入支撑柱的水平孔内，浮动平台解锁，随着海面水位的变化方向运动；同时，浮球在连接架的带动下，随着浮动平台一起运动，浮球所受的浮力随之发生变化，开始对推盘施加压力，当滑销对准支撑柱上的下一个水平孔时，将滑销部分地推入，重新实现锁定；

(2)重复上述步骤(1)的锁定和解锁过程，实现浮动平台随海面水位的升降，同时又保证了浮动平台相对于支撑柱的锁定。