CN112319715B - 一种组合式海洋平台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种组合式海洋平台，包括浮式平台，所述浮式平台迎浪侧设有多个用于消浪的防浪齿，形成齿状结构；所述浮式平台底部设有用于抑制浮式平台运动的防浪隔板。本发明通过在浮式平台迎浪侧设置多个防浪齿，减小总波浪力峰值，并且在浮式平台底部设置防浪隔板，达到消波的效果，从而减小浮式平台的运动响应。

Description

一种组合式海洋平台
技术领域
本发明涉及一种组合式海洋平台，属于海洋工程技术领域。
背景技术
21世纪作为全球共识的海洋经济时代，海洋资源的开发一直受到人们的关注。海洋平台为海上作业的生产和生活设备提供基础，所以海洋平台的建立对于海洋空间的利用具有重要意义。现阶段，为了有效开采海洋资源、利用海洋空间，海洋平台大型化成为一种趋势。但构型庞大的海洋平台也带来了诸多困难，如生产运输困难，环境荷载作用剧烈，尤其在波浪作用下，海洋平台会发生平移、摇摆和浮沉运动，如果运动幅度较大，将极大地影响平台上设备和人员的正常工作，甚至会造成设备的损坏，威胁人员的生命安全。同时，波浪力作用也会直接导致平台局部的结构强度破坏，造成严重的后果。以上问题是限制大型海洋平台进一步发展的主要因素。
传统海洋平台多采用一体式的单个结构，规模庞大，施工、维护困难。此外，也可由多个模块组合构成大型海洋平台，具有分散环境荷载作用，拖运、搭建迅速，模块拆卸重组等特点。针对沿海地区人口密集，土地资源紧张等问题，利用组合式海洋平台是一个有效的解决方法。其中，浮箱式海洋平台是组合模块的优选型式，但由于该型式结构吃水较小，在波浪作用下运动响应显著，稳定性问题限制了大规模的工程使用。现有的浮箱式海洋平台的减振措施主要是增加平台刚度、在平台侧边安装等长矩形浮箱减振装置和使用调谐液体阻尼器，但增加刚度的造价较大，性价比不高；等长矩形浮箱减振装置增加了迎浪面波浪的反射面积，波浪反射叠加会形成较大波浪力；调谐液体阻尼器性能受平台结构自振频率和阻尼器自身设计参数等多方面影响，减振效果难以控制，并且目前的措施多数只考虑如何减小波浪的影响，没有充分利用波浪能这一可再生资源。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种组合式海洋平台，通过在浮式平台迎浪侧设置多个防浪齿，减小总波浪力峰值，并且在浮式平台底部设置防浪隔板，达到消波的效果，从而减小浮式平台的运动响应。
为解决上述技术问题，本发明提供一种组合式海洋平台，包括浮式平台，所述浮式平台迎浪侧设有多个用于消浪的防浪齿，形成齿状结构；所述浮式平台底部设有用于抑制浮式平台运动的防浪隔板。
优选地，所述防浪齿为T型结构，包括主体浮箱和设于主体浮箱底部的外护筒；所述主体浮箱迎浪面倾斜于海平面且与浮式平台的距离小于典型波长。
优选地，所述主体浮箱内部设置有发电仓，所述发电仓后设有储能装置，所述发电仓内两端装有异性磁极；所述外护筒中空部分与发电仓内部相连通，所述外护筒内设置有柱状波浪能吸收器。
优选地，所述柱状波浪能吸收器自下而上包括依次连接的水平圆板、圆柱形浮子、连杆和发电线圈，所述圆柱形浮子和连杆位于外护筒内，所述发电线圈位于发电仓内，所述发电线圈与储能装置相连接；所述圆柱形浮子上设有下锁止，所述连杆上设有上锁止。
优选地，所述浮式平台包括长边和短边，长边底部各装有一对防浪隔板，每对防浪隔板在水平方向呈钝角；所述防浪隔板为双层弧形板，弧度朝上，双层弧形板间距小于弧高，上层弧形板朝向平台内部的一边安装有导流板，导流板的长度与防浪隔板相等。
优选地，所述防浪隔板与浮式平台之间通过桁架连接，所述桁架由竖杆和斜杆构成网状结构。
优选地，所述浮式平台边缘处布置有多道用于防撞消能的泄浪槽，所述泄浪槽内侧设有防撞梁，在所述防撞梁与泄浪槽之间充填有缓冲材料。
优选地，所述浮式平台内部设置有纵向舱壁和横向舱壁，所述纵向舱壁和横向舱壁围成多个闭水隔舱；所述纵向舱壁和横向舱壁两端与防撞梁相连接。
优选地，所述闭水隔舱设有4圈，第1、3圈闭水隔舱中设有防沉填充体，防沉填充体为轻质高分子聚合物；第2圈闭水隔舱为充泄水舱，每个充泄水舱安装有充泄水控制器，所述充泄水控制器与所述浮式平台中央的倾斜度监测仪相连接。
优选地，所述浮式平台底部边缘角点布置有锚链系泊装置；所述浮式平台侧边布置有等间距排列的连接孔，所述连接孔通过连接器连接另一浮式平台或防浪齿。
本发明所达到的有益效果：
1.本发明的浮式平台迎浪侧连接有T型防浪齿，该齿状结构是对在平台侧边安装与平台边等长的矩形浮箱减振装置的改进。矩形浮箱迎浪面为平面，波浪在矩形浮箱前反射叠加，会形成较大波浪力，而T型防浪齿使浮式平台边缘反射的波浪和防浪齿前反射的波浪有一定的相位差，即浮式平台边缘的波浪力峰值和防浪齿前的波浪力峰值有一定相位差，从而减小总波浪力峰值；
2.本发明的浮式平台底部连接有防浪隔板，防浪隔板采用双层弧形板，弧度朝上，当波浪遭遇双层弧形板后，会在板上产生逆流，逆流与来流相互作用，使局部流场紊乱，达到消波的效果从而减小浮式平台的运动响应；与水平板相比，水平板上下表面的水流速度相差较大，弧形板相差不大，弯曲的路径更有利于板上回流，且上下两板之间存在弯曲的间隙，改变了水质点原本的运动路径，更能发挥消波的效果；
3.本发明的防浪齿下部设置有柱状波能吸收器，在波浪作用下，浮子产生振动，消减波浪作用的同时带动发电线圈在发电仓内振动，从而将波浪能转化为电能。相比已有减振装置仅具有的单一消减波浪功能，本发明浮式平台同时实现了消波和转化电能的功能。平台长边侧上层弧形板的导流板引导水流流向两侧的柱状波能吸收器，加强浮子的振动，促进波能吸收器转化电能的效果。
4.本发明的浮式平台边缘设有多道泄浪槽，能及时将越浪在甲板上的积水排出，控制平台甲板上的越浪量在安全范围内；平台内部泄浪槽四周填充有缓冲材料，在平台外缘形成可替换的撞击溃缩区域，船舶停泊时对平台的撞击能量由缓冲材料吸收。
5.本发明的浮式平台内部设有闭水隔舱，部分隔舱内放置有轻质高分子聚合物作为防沉填充体，防沉填充体质量轻，隔水效果好，当平台侧壁或底部破裂时，在闭水隔舱内对称间隔放置的防沉填充体可以保证平台仍具有一定均匀的浮力而不会翻沉，提高了海洋平台的安全性能；通过控制不同位置的充泄水舱灌入或排放海水，以达到调节平台吃水的目的，防止平台出现较大的倾斜。
6.平台倾斜对上部建筑物使用及安全影响明显，充泄水控制器可根据平台布置的倾斜监测仪的监测值，充泄不同部位的水舱，通过调整充泄水舱中水的重量实时修正平台倾斜，确保设施和人员的安全。
7.本发明的浮式平台边缘均设有连接孔，可通过连接器选择在任一侧边连接防浪齿，以实现多方向波浪的消减；也可选择连接另一浮式平台，根据连接方位的不同，达到向不同方向拓展平台面积的目的，以形成不同的海洋平台总体结构形式。
附图说明
图1为本发明的立体图；
图2为本发明的俯视图；
图3为本发明的仰视图；
图4为本发明的左视图；
图5为本发明的前视图；
图6为防浪齿的左视图；
图7为图6中A-A剖视图；
图8为内部结构的立体图；
图9为内部结构的俯视图；
图10为平台组合形式图。
图中：1-浮式平台；2-防浪齿；3-柱状波能吸收器；4-防浪隔板；5-桁架；6-泄浪槽；7-连接器；8-连接孔；9-锚链系泊装置；10-主体浮箱；11-外护筒；12-水平圆板；13-圆柱形浮子；14-连杆；15-发电线圈；16-下锁止；17-上锁止；18-发电仓；19-异性磁极；20-导线；21-储能装置；22-纵向舱壁；23-横向舱壁；24-闭水隔舱；25-防沉填充体；26-防撞梁；27-缓冲材料；28-充泄水舱；29-导流板；30-充泄水控制器；31-平台倾斜度检测仪。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明涉及的一种组合式海洋平台，包括可相互连接组合的浮式平台1，还包括能同时实现消浪和利用波浪能供能的T型防浪齿2以及用于抑制平台运动的双层弧形防浪隔板4。
如图1、2所示，浮式平台1的边长为200m×100m，在浮式平台1迎浪侧边缘（示例为平台短边）通过连接器7连接5个防浪齿2，每个防浪齿2间距20m，单个使用的浮式平台1可考虑对称性在对边以同样布置形式连接5个防浪齿2，防浪齿2与浮式平台1侧边形成齿状结构，目的是使在防浪齿前反射的波浪和浮式平台边缘前反射的波浪存在一定的相位差，达到减小总波浪力的效果。防浪齿2应朝向出现频率最高的来浪方向，以保证最大程度的消减波浪力和利用波浪能。
如图3所示，浮式平台1长边底部各装有一对防浪隔板4，每对防浪隔板4在水平方向呈钝角。防浪隔板4为双层弧形板，弧度朝上，板厚0.25m，弧高1m，双层弧形板间距小于弧高，上层弧形板朝向平台内部的一边装有导流板29，导流板29长度与防浪隔板4相等，导流板29宽度、防浪隔板4入水深度以及水平安装角度应根据不同海域海况确定，以达到导流和消波的最佳效果；防浪隔板4与浮式平台1之间通过桁架5连接，桁架5由竖杆和斜杆构成网状结构，在加强连接强度的同时亦能紊乱水流，达到消波的效果。
所述浮式平台1边缘处布置有多道用于防撞消能的泄浪槽6，所述泄浪槽6内侧设有防撞梁26，在所述防撞梁26与泄浪槽6之间充填有缓冲材料27。泄浪槽6在浮式平台甲板短边靠近边缘处布置2道，长边布置4道，外缘的泄浪槽长80m，内边的泄浪槽长70m，泄浪槽宽度1.5m，两道泄浪槽的间距与泄浪槽宽度相等，最外侧泄浪槽距离平台外边缘1.5m；在浮式平台1底部边缘角点靠内处布置有锚链系泊装置9。
如图6、7所示，T型防浪齿2由上部的主体浮箱10、下部的外护筒11和柱状波浪能吸收器3组成，主体浮箱10底面为边长10m的正方形，迎浪面设置为倾斜面，向外侧倾斜10°。主体浮箱10内设有发电仓18，发电仓18后设有储能装置21，发电仓18内两端装有异性磁极19，外护筒11中空部分与发电仓18内部相通；柱状波能吸收器3由水平圆板12、圆柱形浮子13、连杆14和发电线圈15自底向上连接而成，浮子13和连杆14位于外护筒11内部，发电线圈15位于发电仓18内，浮子13上设有下锁止16，连杆14上设有上锁止17，上下锁止分别与外护筒11两端相距1m，以控制柱状波能吸收器的运动幅度；浮子13半径0.7m，水平圆板12半径2.8m，增加了浮子13的受力面积，在波浪作用下，浮子13在外护筒11内上下振动，通过连杆14带动发电线圈15在发电仓18内上下振动，从而将波浪能转化为电能，通过导线20储存在储能装置21中，储能装置21再通过导线给浮式平台1上的生产生活设施提供电能。
如图8、9所示，浮式平台1内部设有纵向舱壁22和横向舱壁23，各7块，纵向舱壁22和横向舱壁23两端与防撞梁26相连接。纵向舱壁22和横向舱壁23围成多个闭水隔舱24，闭水隔舱24为20m×10m。闭水隔舱24设有4圈，在第1、3圈闭水隔舱24中设置有防沉填充体25，防沉填充体25为轻质高分子聚合物，防沉填充体25充满单个闭水隔舱24。第2圈闭水隔舱24作为充泄水舱28，每个充泄水舱28安装有充泄水控制器29，充泄水控制器29与浮式平台1中央的倾斜度监测仪31相连接，充泄水控制器29根据平台倾斜度监测仪31的数据，通过充泄不同部位的水舱30，调整舱内水的重量，实时修正平台倾斜，维持浮式平台1稳定。
如图10所示，浮式平台1的长边和短边的连接孔8均可通过连接器7连接另一浮式平台或防浪齿2；防浪齿2连接在最外侧浮式平台1的多条边上，可消减和利用多个方向的来浪。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种组合式海洋平台，其特征在于，包括浮式平台（1），所述浮式平台（1）迎浪侧设有多个用于消浪的防浪齿（2），形成齿状结构；所述浮式平台（1）底部设有用于抑制浮式平台（1）运动的防浪隔板（4）；所述防浪齿（2）为T型结构，包括主体浮箱（10）和设于主体浮箱（10）底部的外护筒（11）；所述主体浮箱（10）迎浪面倾斜于海平面且与浮式平台（1）的距离小于典型波长；所述主体浮箱（10）内部设置有发电仓（18），所述发电仓（18）后设有储能装置（21），所述发电仓（18）内两端装有异性磁极（19）；所述外护筒（11）中空部分与发电仓（18）内部相连通，所述外护筒（11）内设置有柱状波浪能吸收器（3）；所述柱状波浪能吸收器（3）自下而上包括依次连接的水平圆板（12）、圆柱形浮子（13）、连杆（14）和发电线圈（15），所述圆柱形浮子（13）和连杆（14）位于外护筒（11）内，所述发电线圈（15）位于发电仓（18）内，所述发电线圈（15）与储能装置（21）相连接；所述圆柱形浮子（13）上设有下锁止（16），所述连杆（14）上设有上锁止（17）；所述浮式平台（1）包括长边和短边，长边底部各装有一对防浪隔板（4），每对防浪隔板（4）在水平方向呈钝角；所述防浪隔板（4）为双层弧形板，弧度朝上，双层弧形板间距小于弧高，上层弧形板朝向平台内部的一边安装有导流板（29），导流板（29）的长度与防浪隔板（4）相等；所述浮式平台（1）边缘处布置有多道用于防撞消能的泄浪槽（6），所述泄浪槽（6）内侧设有防撞梁（26），在所述防撞梁（26）与泄浪槽（6）之间充填有缓冲材料（27）。
2.根据权利要求1所述的一种组合式海洋平台，其特征在于，所述防浪隔板（4）与浮式平台（1）之间通过桁架（5）连接，所述桁架（5）由竖杆和斜杆构成网状结构。
3.根据权利要求1所述的一种组合式海洋平台，其特征在于，所述浮式平台（1）内部设置有纵向舱壁（22）和横向舱壁（23），所述纵向舱壁（22）和横向舱壁（23）围成多个闭水隔舱（24）；所述纵向舱壁（22）和横向舱壁（23）两端与防撞梁（26）相连接。
4.根据权利要求3所述的一种组合式海洋平台，其特征在于，所述闭水隔舱（24）设有4圈，第1、3圈闭水隔舱（24）中设有防沉填充体（25），防沉填充体（25）为轻质高分子聚合物；第2圈闭水隔舱（24）为充泄水舱（28），每个充泄水舱（28）安装有充泄水控制器（30 ），所述充泄水控制器（30）与所述浮式平台（1）中央的倾斜度监测仪（31）相连接。
5.根据权利要求1所述的一种组合式海洋平台，其特征在于，所述浮式平台（1）底部边缘角点布置有锚链系泊装置（9）；所述浮式平台（1）侧边布置有等间距排列的连接孔（8），所述连接孔（8）通过连接器（7）连接另一浮式平台（1）或防浪齿（2）。
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