CN113104159A - 一种浮标固定装置及其固定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浮标固定装置，所述浮标固定装置用于沉石与浮标之间的连接固定，所述浮标固定装置包括转环、缆绳和缓释器，所述转环有3个，3个转环分别是上端转环、中端转环和下端转环；缆绳有2段，分别是上端缆绳和下端缆绳，缓释器有1个，在竖直方向上，从上往下的设置方式是：浮标‑‑上端转环‑‑上端缆绳‑‑中端转环‑‑下端缆绳‑‑下端转环‑‑缓释器‑‑沉石，所述缓释器用于避免缆绳在受到外力冲击时的摩擦，所述转环用于避免缆绳打结，以及其固定的方法。有益效果：本发明为缆绳替换锚链去连接固定浮标与沉石提供了一套完整的可实现的固定装置。该套固定装置使用寿命长，重量轻、环保、性能良好，固定装置在海水中呈现最佳的悬链线状态。

Description

一种浮标固定装置及其固定方法

技术领域

本发明涉及浮标固定技术领域，具体涉及一种浮标固定装置及其固定方法。

背景技术

当前，灯浮标仍多采用钢质锚链、沉石作为其系碇系统。而钢质锚链在使用过程中存在一些缺陷：锚链重量大，浮标工人作业强度高，浮标更换作业危险性大；维护、保养成本高，存有废气、废物污染；受海水侵蚀，易锈蚀，破断强度降低；维护、保养周期短，是新材质灯浮标配套系统维护、保养的短板；锚链表面的油漆涂层、锈蚀以及锚链在海底的运动会对附近海洋生态环境造成一定影响；卧底锚链较长，浮标回旋半径较大。

为进一步打造绿色浮标，推动新材质灯浮标在沿海海区的使用，进一步拓宽浮标在特殊水域的适用范围，建立高精度浮标助航体系，故开展此项目研究，为沿海灯浮标提供一种使用寿命长，性能良好的系碇系统，也可填充我国在沿海水域该项技术的空白，达到国外同类技术的先进水平，对于将来环保免维护高精度浮标网的建设具有广阔的应用前景。

随着缆绳的行业发展，一种超高分子量聚乙烯材质的缆绳面世，若能将该缆绳应用在浮标的固定上，则能大大解决锚链的问题，但是目前的浮标研究技术中，还没有全缆绳固定的灯浮标系碇系统，其原因：第一缆绳本身重量轻，正浮力大，当采用全缆绳固定时，难以在水中形成悬链结构，因此靠近浮标一端的缆绳易漂浮在海面上，妨碍航行，而水面以下的缆绳易受海水影响而打结；第二缆绳易被海水腐蚀断裂；第三缆绳的长度究竟设置在多长合适也是技术盲点。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种浮标固定装置及其固定方法，在浮标固定装置中，本发明为缆绳替换锚链去连接固定浮标与沉石提供了一套完整的可实现的固定装置。该套固定装置使用寿命长，重量轻、环保、性能良好。本发明还提供了一种浮标的固定方法，通过将中端转环设置在水面深度0.77倍的位置，保证了固定装置在海水中呈现最佳的悬链线状态。

本发明的目的是通过以下技术措施达到的：一种浮标固定装置，所述浮标固定装置用于沉石与浮标之间的连接固定，所述浮标固定装置包括转环、缆绳和缓释器，所述转环有3个，3个转环分别是上端转环、中端转环和下端转环；缆绳有2段，分别是上端缆绳和下端缆绳，缓释器有1个，在竖直方向上，从上往下的设置方式是：浮标--上端转环--上端缆绳--中端转环--下端缆绳--下端转环--缓释器--沉石，所述缓释器用于避免缆绳在受到外力冲击时的摩擦，所述转环用于避免缆绳打结。

进一步地，所述转环和缓释器均采用316L不锈钢材质，所述缆绳采用超高分子量聚乙烯内芯加外包裹防腐蚀橡胶层的组合。

进一步地，所述缆绳的超高分子量聚乙烯内芯直径为26mm-36mm，所述缆绳的外包裹防腐蚀橡胶层厚度为5mm±2mm。

进一步地，所述缆绳的密度选用1g/cm³。

进一步地，所述转环包括护套、连接套、转子、旋转腔及密封件，所述护套下端开有孔，护套上端与连接套下端固定连接，连接套上端开有孔，转子包括水平部和垂直部，旋转腔内有可供转子水平部旋转的空腔且下部开有孔，旋转腔下部的孔可以使转子的垂直部穿过但不能使转子的水平部穿过，转子的垂直部从旋转腔上部穿入空腔后插入连接套上端的孔与连接套上部固定连接，密封件下部与旋转腔上部的开口固定连接，密封件上部开有圆孔，转子水平部的顶部有凸起，旋转腔与转子水平部下方接触的位置开有一圈凹槽，凹槽内有滚珠。

进一步地，所述转环包括护套、连接套、U型环、螺母及螺栓，所述护套左端开有孔，护套右端与连接套左端固定连接，连接套内有空腔且右端开有孔，U型环的U形底部向外延伸具有柱状凸起，柱状凸起穿过连接套右端的孔后与螺母固定连接，柱状凸起对应的螺母的对角长度大于连接套右端的孔的最大的宽度，U型环的两个平行的面上对应的开有孔，螺栓穿过U型环的两个平行面上的孔后与螺母固定。

进一步地，所述浮标固定装置还包括卸扣，所述卸扣用于浮标与转环之间、缓释器与沉石之间的连接。

一种浮标固定装置的固定方法，包括以下步骤：

步骤1，准备好卸扣、转环、缆绳、缓释器、浮标和沉石；

步骤2，将浮标与转环之间、转环与缆绳之间以及转环与沉石之间连接好，并在沉石与最靠近的转环之间增加缓释器，以避免沉石上部的缆绳在外部冲击力作用下被磨损；

步骤3，将连接好的沉石与浮标放入指定的海水区域，中端转环所在的海水深度应为整个水深的0.77倍水深处。

进一步地，所述浮标固定装置连接好之后的总长度与投放的海水区域的深度比为1:1--1.2:1。

进一步地，所述浮标固定装置的长度为(海图基准水深+最大潮差+最大波高)*1.0+5m。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：一种浮标固定装置及其固定方法，在浮标固定装置中，采用超高分子量聚乙烯内芯的缆绳替换了现有浮标固定中采用的锚链，缆绳的超高分子量聚乙烯内芯外包裹放腐蚀的橡胶层，提升了缆绳在海水中的使用寿命。缆绳本身相比于锚链重量更轻，更环保。转环和缓释器全部采用316L不锈钢材质，提升了抗海水腐蚀的能力。采用浮标--上端转环--上端缆绳--中端转环--下端缆绳--下端转环--缓释器--沉石的设置方式，使得重量轻的缆绳能在转环的重量下，产生负浮力，沉入海水中，而缆绳的密度选择为1g/cm³，又能为转环提供一定的正浮力，最终使得本固定装置在海水中形成悬链线的状态，在浮标一端，其富余的长度不会漂浮在海水面上，避免缆绳纠缠出现的妨碍航道；在沉石一端，底部缆绳的正浮力能改善其局部形态，避免缆绳拖底。转环的设置除了为缆绳增加负浮力以外，还可以抵消浮标在风浪流环境下可能引起的剧烈回转，从而降低缆绳自身的转动，最终避免缆绳富余长度的缠绕或局部受力形成的应力集中段。缓释器的增加，可以缓解整个固定装置在受到海水瞬时冲击时产生的巨大冲击力，破坏缆绳抗拉强度，设置在沉石的连接端上，还可以保护底端的缆绳阻断海底沙石对缆绳的磨损。本发明为缆绳替换锚链去连接固定浮标与沉石提供了一套完整的可实现的固定装置。该套固定装置使用寿命长，重量轻、环保、性能良好。本发明还提供了一种浮标的固定方法，通过将中端转环设置在水面深度0.77倍的位置，保证了固定装置在海水中呈现最佳的悬链线状态。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是转环的一种实施例结构示意图。

图3是转环的另一种实施例结构示意图。

图4是缓释器的结构示意图。

图5是缆绳长1.2倍水深，中端转环位于0.35倍水深试验实况。

图6是缆绳长1.2倍水深，中间转环位于0.5倍水深试验实况。

图7是缆绳长1.2倍水深，中间转环位于0.77倍水深试验实况。

其中，1.浮标，2.上端转环，3.中端转环，4.下端转环，5.缆绳，6.缓释器，7.沉石，8.卸扣，9.护套，10.连接套，11.转子，12.旋转腔，13.密封件，14.滚珠，15.U型环，16.螺母，17.螺栓，18.腔体，19.弹簧，20.圆环，21.活塞体，22.左封口，23.右封口，24.柱状凸起，25.出气大孔，26.辅助孔。

具体实施方式

如图1至7所示，一种浮标固定装置，所述浮标固定装置用于沉石7与浮标1之间的连接固定，所述浮标固定装置包括转环、缆绳5和缓释器6，所述转环有3个，3个转环分别是上端转环2、中端转环3和下端转环4；缆绳5有2段，分别是上端缆绳5和下端缆绳5，缓释器6有1个，在竖直方向上，从上往下的设置方式是：浮标1--上端转环2--上端缆绳5--中端转环3--下端缆绳5--下端转环4--缓释器6--沉石7，所述缓释器6用于避免缆绳5在受到外力冲击时的摩擦，所述转环用于避免缆绳5打结。缓释器6的增加，可以缓解整个固定装置在受到海水瞬时冲击时产生的巨大冲击力，设置在沉石7的连接端上，还可以避免缆绳5在海底的摩擦。本发明为缆绳5替换锚链去连接固定浮标1与沉石7提供了一套完整的可实现的固定装置。该套固定装置使用寿命长，重量轻、环保、性能良好。在单一的缆绳5上增加了卸扣8、转环和缓释器6，通过卸扣8、转环和缓释器6的重量改善了缆绳5的正浮力，使得缆绳5能够沉入海水中。缆绳5本身相比于锚链重量更轻，更环保。所述浮标固定装置还可以包括卸扣8，所以卸扣8用于所述上端转环2与浮标1之间、以及所述缓释器6与沉石7之间的连接。卸扣8为现有浮标连接中使用的卸扣8。

所述卸扣8、转环和缓释器6均采用316L不锈钢材质，所述缆绳5采用超高分子量聚乙烯内芯加外包裹防腐蚀橡胶层的组合。缆绳5的结构设计既可以为沉石7提供足够的支承力，又能保证其足够的抗腐蚀性能，提升缆绳5的使用寿命。

所述缆绳5的超高分子量聚乙烯内芯直径为26mm-36mm，所述缆绳5的外包裹防腐蚀橡胶层厚度为5mm±2mm。浮标1与沉石7都是有一定的行业标准要求的，如不同的浮标1结构与用途，需要匹配相应重量的沉石7，而沉石7的重量不同，在海水中缆绳5所承担的支承力也是不同的，本发明的缆绳5通过反复的实验，得出当缆绳5的超高分子量聚乙烯内芯在26mm-36mm时，能够对当下的所有沉石7提供足够的支承力，并且具有一定的使用寿命周期，满足当前行业标准对浮标1固定装置的更换时间要求。防腐蚀橡胶层厚度设计为5mm±2mm，通过沉水浸泡实验，这个厚度的橡胶层可以很好的满足缆绳5在使用寿命周期内其内芯不被海水所侵蚀。缆绳5的内芯是提供支撑力的部分，如果被海水侵蚀，则缆绳5容易断裂。

所述缆绳5的密度选用1g/cm³。

所述浮标固定装置还包括卸扣8，所述卸扣8用于浮标1与转环之间、缓释器6与沉石7之间的连接。

一种浮标固定装置的固定方法，包括以下步骤：

步骤1，准备好卸扣8、转环、缆绳5、缓释器6、浮标1和沉石7；

步骤2，将浮标1与转环之间、转环与缆绳5之间以及转环与沉石7之间均通过卸扣8连接好，并在沉石7与最靠近的转环之间增加缓释器6，以避免沉石7上部的缆绳5在外部冲击力作用下被磨损；

步骤3，将连接好的沉石7与浮标1放入指定的海水区域，中端转环3所在的海水深度应为整个水深的0.77倍水深处。

所述卸扣8、转环、缆绳5、缓释器64个部件连接好之后的总长度与投放的海水区域的深度比为1:1--1.2:1。

所述浮标固定装置的长度为(海图基准水深+最大潮差+最大波高)*1.0+5m，或者是碇系统长度＝1.2*海图基准水深。

以上中端转环的水深设置以及整个浮标固定装置的长度数据均是经过大量的船池实验后而得来，具体的由缆绳实验室浸泡试验；缆绳与不锈钢连接实验室浸泡试验；缆绳在1.0-1.7倍水深长度下的静水试验；缆绳密度大于1、小于1、等于1的沉水实验；转环必要性静水试验；转环布设位置静水试验；固定装置的波浪试验等。

实验结果：

1)缆绳的密度，对于整个系碇系统的影响非常大。试验中采用了两种密度的绳子进行了模拟，一种密度小于1，一种密度大于1，如果没有转环，应用密度小于1的绳子作为系碇缆绳，其富余长度会全部漂浮在水面，易纠缠可能碍航。因为有转环、卸扣及缓释器的加入，整个问题得到缓解，缆绳加上述部件，密度大于1，系碇系统整体会形成悬链线形状，应用密度小的缆绳反而会更好，因为缆绳的浮力能改善局部形态，避免拖底。

2)无论缆绳密度大与小加上转环、卸扣及缓释器后，整个系碇系统密度大于1，会沉于水，无论是缆绳长度静水试验还是波浪试验都证明，缆绳的长度不宜过长，过长会造成富余部分拖底，在沉石处纠缠并易与海底摩擦。对比试验表明，整个系碇系统长度与水深比应限制在1～1.2倍，不宜超过1.2倍。考虑到波高、潮汐以及收放浮标作业(5m富余量)的因素，推荐整个系碇系统长度＝(海图基准水深+最大潮差+最大波高)*1.0+5，或者是碇系统长度＝1.2*海图基准水深。两者相比较取较小者。

3)将项目协作方提供的直径26mm+外包覆涂层缆绳样品段、缆绳+不锈钢连接段浸泡在实验室拖曳水池的淡水中。缆绳样品段漂浮在水面上的，其密度小于1.0。在整个不间断的浸泡过程中，缆绳+不锈钢连接段没有出现开裂、脱胶等现象。

4)所述固定装置中，最关键的因素就是中端转环。中端转环的位置决定了整个固定装置长度一定的情况下，上下段缆绳的长度比例和整个固定装置的姿态。实验室试验结果表明中端转环位于水深0.77倍水深处是三种工况中最理想的。

本申请的转环实施例1，包括护套9、连接套10、转子11、旋转腔12及密封件13。护套9下端开有孔，护套9上端与连接套10下端通过螺纹固定后焊接。连接套10上端开有孔，旋转腔12内有可供转子11水平部旋转的空腔且下部开有孔，旋转腔12下部的孔可以使转子11的垂直部穿过但不能使转子11的水平部穿过。转子11的垂直部外侧和连接套10上的孔的内侧有互相配套使用的螺纹。转子11的垂直部从旋转腔12上部穿入空腔后与连接套10上端的孔螺纹固定后焊接。密封件13下部外侧与旋转腔12上部内侧均设有互相配套使用的螺纹，密封件13下部外侧与旋转腔12上部通过螺纹固定后焊接，密封件13的上部开有圆孔。转子11水平部的顶部有凸起，旋转腔12与转子11水平部下方接触的位置开有一圈凹槽，凹槽内有滚珠14。护套9上端与连接套10下端开有大小相同且位置对应的通孔，螺栓17穿过护套9的孔和连接套10的孔后与螺母16固定。

护套9、连接套10、转子11、旋转腔12、密封件13、滚珠14、螺栓17、螺母16均采用316L不锈钢材质，可以有效避免海水的锈蚀。

在使用时，缆绳5通过护套9下端的圆孔与护套9相连。密封件13通过其上边的孔与其他结构相连，具体的，在本申请的技术中，如通过卸扣8与浮标1连接，或者直接与缓释器6连接。使用中，浮标1在波浪的带动下转动，缆绳5也会跟着转动，因为转子11在旋转腔12内可以旋转，故会化解缆绳5上的旋转的力，起到保护缆绳5的目的。

本申请的转环实施例2，包括护套9、连接套10、U型环15、螺母16及螺栓17。护套9左端开有固定和保护缆绳5的孔，护套9右端与连接套10左端套在一起后固定连接，连接套10内有空腔且右端开有孔，U型环15的U形底部向外具有柱状凸起24，柱状凸起24的外侧有与螺母16对应的螺纹，U型环15的柱状凸起24穿过连接套10右端的孔后与螺母16固定。连接套10右端的孔可以是圆形或者正方形。不管连接套10右端的孔是什么形状，都需要满足U型环15柱状凸起24对应的螺母16的对角长度大于连接套10右端的孔的最大的宽度，这样才能保证螺母16不能通过连接套10右端的孔。U型环15的两个平行的面上对应的开有孔，螺栓17穿过U型环15的两个平行面上的孔后与螺母16固定。所述左端与右端是以本申请的附图3为对象，面对附图的左边即为左端，右边即为右端。

护套9右端与连接套10左端开有大小相同且位置对应的通孔，螺栓17穿过护套9的孔和连接套10的孔后与螺母16固定。柱状凸起24穿过连接套10右端的孔与螺母16固定后再进行焊接处理。护套9、连接套10、U型环15、螺栓17、螺母16均采用316L不锈钢材质，可以有效避免海水的锈蚀。

在使用时，缆绳5通过护套9左端的孔与护套9相连。U型环15右端与其他结构相连，具体的，在本申请的技术中，如通过卸扣8与浮标1连接，或者直接与缓释器6连接。使用中，浮标1在波浪的带动下转动，缆绳5也会跟着转动，因为U型环15与连接套10可以旋转，故会化解缆绳5上的旋转的力，起到保护缆绳5的目的。

本申请的缓释器6包括腔体18、弹簧19、圆环20、活塞体21、左封口22、右封口2323，腔体18内部有一个空腔，腔体18左端与左封口22固定连接，活塞体21包括竿部与塞部，塞部截面比空腔截面略小，左封口22有一个可容活塞体21的竿部出入但不能使活塞体21的塞部出入的孔，活塞体21的竿部外部套有弹簧19，弹簧19位于腔体18内，活塞体21竿部穿过左封口22的孔后与圆环20固定连接，腔体18右端与右封口2323固定连接，右封口23具有圆环部。

腔体18左端内侧与左封口22右端外侧有对应的螺纹，通过螺纹固定后再进行焊接固定。腔体18右端内侧与右封口23左端外侧有对应的螺纹，通过螺纹固定后再进行焊接固定。圆环20可以直接与竿部焊接在一起，也可以在圆环20的环体上开有一个与竿部大小对应的孔，竿部外侧与圆环20的孔内侧均有对应的螺纹，通过螺纹固定后再进行焊接固定。腔体18侧壁上靠近右封口23处有出气大孔25，腔体18侧壁上靠近左封口22处和左封口22上至少开有一个辅助孔26。腔体18、弹簧19、圆环20、活塞体21、左封口22、右封口23均采用316L不锈钢材质，可以有效避免海水的锈蚀。

在使用时，圆环20与右封口23上的圆环20部分别与其他结构相连，具体的，在本申请中，所述缓释器6的两端分别与下端转环4和卸扣8连接。由于腔体18内的活塞体21上套有弹簧19，并且腔体18侧壁上开有孔。当遇到风浪巨大的恶劣天气时，在腔体18两边会产生拉力。遇到拉力时，圆环20会拉动活塞体21向左移动，弹簧19会被压缩，海水也可以被压缩通过出气大孔25排出腔体18。活塞体21在遇到更大拉力时，塞部在遮盖住出气大孔25后与腔体18、左封口22形成相对密闭的空间。由于腔体18侧壁上靠近左封口22处和左封口22上至少开有一个辅助孔26，这样海水会通过腔体18侧壁上靠近左封口22处或者左封口22上的辅助孔26继续排除海水。由于孔比较小，故水压比较大，这样在弹簧19以及海水的共同作用下，起到了更好的减压缓冲作用。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种浮标固定装置，所述浮标固定装置用于沉石与浮标之间的连接固定，其特征在于：所述浮标固定装置包括转环、缆绳和缓释器，所述转环有3个，3个转环分别是上端转环、中端转环和下端转环；缆绳有2段，分别是上端缆绳和下端缆绳，缓释器有1个，在竖直方向上，从上往下的设置方式是：浮标--上端转环--上端缆绳--中端转环--下端缆绳--下端转环--缓释器--沉石，所述缓释器用于避免缆绳在受到外力冲击时的摩擦，所述转环用于避免缆绳打结。

2.根据权利要求1所述的浮标固定装置，其特征在于：所述转环和缓释器均采用316L不锈钢材质，所述缆绳采用超高分子量聚乙烯内芯加外包裹防腐蚀橡胶层的组合。

3.根据权利要求2所述的浮标固定装置，其特征在于：所述缆绳的超高分子量聚乙烯内芯直径为26mm-36mm，所述缆绳的外包裹防腐蚀橡胶层厚度为5mm±2mm。

4.根据权利要求3所述的浮标固定装置，其特征在于：所述缆绳的密度选用1g/cm³。

5.根据权利要求4所述的浮标固定装置，其特征在于：所述转环包括护套、连接套、转子、旋转腔及密封件，所述护套下端开有孔，护套上端与连接套下端固定连接，连接套上端开有孔，转子包括水平部和垂直部，旋转腔内有可供转子水平部旋转的空腔且下部开有孔，旋转腔下部的孔可以使转子的垂直部穿过但不能使转子的水平部穿过，转子的垂直部从旋转腔上部穿入空腔后插入连接套上端的孔与连接套上部固定连接，密封件下部与旋转腔上部的开口固定连接，密封件上部开有圆孔，转子水平部的顶部有凸起，旋转腔与转子水平部下方接触的位置开有一圈凹槽，凹槽内有滚珠。

6.根据权利要求4所述的浮标固定装置，其特征在于：所述转环包括护套、连接套、U型环、螺母及螺栓，所述护套左端开有孔，护套右端与连接套左端固定连接，连接套内有空腔且右端开有孔，U型环的U形底部向外延伸具有柱状凸起，柱状凸起穿过连接套右端的孔后与螺母固定连接，柱状凸起对应的螺母的对角长度大于连接套右端的孔的最大的宽度，U型环的两个平行的面上对应的开有孔，螺栓穿过U型环的两个平行面上的孔后与螺母固定。

7.根据权利要求5或6所述的浮标固定装置，其特征在于：所述浮标固定装置还包括卸扣，所述卸扣用于浮标与转环之间、缓释器与沉石之间的连接。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的浮标固定装置的固定方法，包括以下步骤：

步骤1，准备好卸扣、转环、缆绳、缓释器、浮标和沉石；

步骤2，将浮标与转环之间、转环与缆绳之间以及转环与沉石之间连接好，并在沉石与最靠近的转环之间增加缓释器，以避免沉石上部的缆绳在外部冲击力作用下被磨损；

步骤3，将连接好的沉石与浮标放入指定的海水区域，中端转环所在的海水深度应为整个水深的0.77倍水深处。

9.根据权利要求6所述的浮标固定装置的固定方法，其特征在于：所述浮标固定装置连接好之后的总长度与投放的海水区域的深度比为1:1--1.2:1。

10.根据权利要求6所述的浮标固定装置的固定方法，其特征在于：所述浮标固定装置的长度为(海图基准水深+最大潮差+最大波高)*1.0+5m。

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