CN113613992A - 框架和由其制成的离岸支撑结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种框架(50)，该框架用于以模块化方式组装离岸框架结构，该框架包括：用作漂浮体的第一杆(51)、第二杆(52)、用于基本平行支撑所述杆(51、52)的两个柱(53)和用于张紧框架(50)的两个条形体(54)。连接元件(55)位于杆(51、52)的各个端部处，该连接元件具有凸缘(56)，用于将连接元件(55)连接至杆(51、52)。接收区(57)横向于杆(51、52)的纵向方向(61)布置于连接元件(55)中，以便连接所述柱(53)。此外，连接元件(55)具有紧固装置(58)，用于紧固设置有张紧装置(60)的条形体(54)，使得框架(50)能够通过张紧装置(60)保持形状或对角张紧。

Description

框架和由其制成的离岸支撑结构
技术领域
本发明涉及以基本上平面的方式构造的漂浮式框架，以及用该框架以模块化方式组装而成的漂浮式三维支撑结构，例如作为漂浮平台的支撑结构，例如用于安装太阳能电池板和风力发电站，或者作为波浪发电站的支撑结构。
背景技术
漂浮平台(诸如由漂浮体或浮筒(pontoons)等支撑的平台)在现有技术中是以多种形式已知的。这些结构中的许多在它们的构建方面是复杂的，因此经常在陆地上组装，从而以组装好的状态运输到它们的使用地点。特别地，这限制了此类平台的尺寸。
具有较大表面积的离岸组装的支撑结构经常难以操纵或操控，尤其是当要在开放的大海中(即在海洋中)使用它们时。在这种情况下，离岸的构建尤其需要大量使用辅助资源，从而产生成本，这种成本对于这种广阔的平面状支撑结构而言可能非常高。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种支撑结构，该支撑结构能够以简单的方式构建并且成本低廉，由此该支撑结构在构造上是模块化的并且是可扩展的。制造和组装工作将减少到最低限度，尤其是离岸组装所需的工作。利用根据本发明的承载结构，还可以提供在其尺寸和承载能力方面灵活适应的坚固的、漂浮式支撑结构。
通过根据权利要求1所述的以基本上平面的方式构造的漂浮式框架实现上述目的。在从属权利要求2-7中指出有利的实施例。通过根据权利要求8或9所述的漂浮式框架结构进一步实现根据本发明的目的。在从属权利要求中指出了这些框架结构的优选实施例。为了增大浮力，进一步给出了根据独立权利要求14所述的漂浮体，在其从属权利要求中指出了由此优选的进一步改进例。权利要求21还公开了一种波浪发电站，该发电站是由多个根据本发明的框架结构以模块化方式构建的，而这些框架结构又是由根据本发明的框架结构以模块化方式构建的。上面提到的漂浮体用于将波浪能转化为电能。
根据本发明的基础单元形成用于离岸框架结构的模块化构造的框架，并且基本上呈平面状构造。
根据本发明的框架具有用作漂浮体的第一杆以及第二杆，第一杆和第二杆两者由两个侧柱而相互平行地被支撑。框架能够通过两个条形体(
Figure BDA0003270956250000021
)来保持形状或对角张紧。具有凸缘的连接元件定位在杆的端部处，以将杆连接到柱和条形体。如果第一杆和/或第二杆是由空心体制成的，则凸缘以不透流体的方式将杆封闭，使得封闭于其中的一定体积的空气产生相应的浮力。如果使用金属材料，则这可以通过例如将凸缘焊接到杆上来实现。其他标准连接(例如螺纹连接或粘接)可能带有密封件，也在本发明构思的范围内。在进一步的实施例中，至少第一杆被设计为不透流体的空心体，连接元件可以附接到其端部。
优选地，杆和固定在其端部的连接元件一起形成根据本发明的框架的模块，特别地在陆地上预组装所述模块。在这种情况下，连接元件具有在凸缘旁边的接收区，用于将柱横向于杆的纵向方向连接至杆，以保持杆以平行方式间隔开。优选地，这些与杆以基本垂直方式对齐的侧柱和接收区简单地插在一起。更优选地，这是在不使用工具的情况下完成的，从而所有已知类型的刚性或铰接插件、夹具和夹子连接件都被本发明的概念涵盖，它们适合于在没有工具的情况下将柱附接至连接元件。为了保持本发明的框架的形状，在必要时将其张紧并保持在一起，因此也为了保持杆连接在柱上，使用具有张紧装置的条形体。这些条形体能够附接至连接元件上的紧固装置，并且对角地固定框架，或者将框架保持为大致矩形形状。术语“条形体”包括张紧和捆绑条形体，以及带有张紧装置的支柱，例如具有相关的左/右旋螺纹、绳索等。
在优选实施例中，销横向于杆的纵向方向且横向于柱的纵向方向插入连接元件中，从而销进一步优选地可旋转但通过插在其中的条形体以轴向固定的方式安装在连接元件中。在本发明的一个实施例中，构造为条形体的框架支柱可以在张紧装置处分开，并在每个情况下，在与张紧装置相对的端部具有套环，套环的直径大于安装在连接元件中的销的横向孔的直径。通过张紧装置，条形体/框架支柱在插入连接元件中或插入可旋转销中之后能够相互连接，即相互对角张紧，以此方式使得根据本发明的框架本身牢固地连接起来，并且所有相关的部件都被固定。借助于连接元件中的销的旋转能力，根据本发明的框架是可伸缩的，这是因为当杆和/或柱加长时，它们的角度随着框架的对角线的长度而变化。例如，当由作为条形体的张紧带张紧时，可旋转地安装在连接元件中的销是非必要的，这是因为条形体的紧固装置被构造为例如套管、眼孔或槽等形式。
这样，根据本发明的框架能够仅通过简单的、优选地无需工具的杆的附件来保持形状或者保持在一起，其中，杆设置有连接元件，其连接至柱，并插入(可分的)具有横向孔的可旋转销中的衬套或框架支柱中的条形体中。结果，需要最少地使用辅助资源来构建根据本发明的框架。根据本发明，第一杆是可漂浮的或者用作漂浮体。这样，它们产生浮力，该浮力减少、平衡甚至超过它们在水中的自身重力。在优选实施例中，第一杆的浮力如此之高，以至于框架可以保持漂浮在水面上，而在其他实施例中，第一杆的浮力较低，并且可以例如在柱的延伸部中将额外的漂浮体放置在框架上。
因此，优选地，根据本发明的框架可以例如在陆地上被构建为模块，并且可以被创建以形成陆地或离岸的框架结构，或者可以被带到离岸以扩展承重结构。在另一个实施例中，离岸承重结构模块可以从若干根据本发明的框架在陆地上或海岸附近组装，并且例如通过拖船将其带到它的使用地点，在那里它可以连接至其他离岸框架结构模块。更多详细信息请参见下文。
如上所述，通过利用连接元件将第一杆构造为不透流体的空心体，或者将第一杆构造为不透流体的空心体(其可以附接到根据本发明的连接元件)，可以确保根据本发明的框架的浮力。在根据本发明的框架中，第一杆和第二杆可以具有不同的横截面或直径，或者由不同的材料制成，这是因为第二杆不必贡献浮力，尽管这是可以被想到的。在根据本发明的框架在支撑结构中以垂直方式对齐的应用中尤其如此，例如，利用第一杆形成下部杆。在这种情况下，漂浮在水面上或刚好在水面下的第一杆是产生浮力的关键因素。因此，能够想到例如为了减轻重量，可以使第一杆的直径比另一个第二杆的直径大得多。然而，由于经济的原因，也可以将两个杆设计为相同的部件，这是因为每个框架中安装了四个连接元件，所以也可以将连接元件构造为相同的部件，而不需要转接件。然后，可能需要在柱的延伸部中或在杆上定位附加的漂浮体，以便产生足够高的浮力。此外，根据本发明，不需要为杆使用相同的材料，因此，例如产生浮力的第一杆可以由例如塑料或塑性复合材料制成，而另一个平行的(上部)第二杆可以由金属材料制成，例如具有双T型梁的横截面形状，还可以由例如耐海水的铝制成。
原则上，可以使用通常能够用于产生浮力的任何材料，例如空心体和密度低于水(尤其是盐水)的材料。这里也可以考虑泡沫材料，例如围绕棒的实心芯，这例如由于强度的原因是必要的。
为了进一步增大浮力，在本发明的另一个实施例中，可以在框架上(例如在柱的延伸部中，柱将两个相互平行的杆隔开)附接漂浮体。然而，在两个连接元件之间固定漂浮体同样属于本发明构思所涵盖的范围，因为在框架上定位两个或更多个漂浮体、以及将漂浮体彼此叠置也是同样的；根据本发明，框架本身优选地是可漂浮的。
为了使根据本发明的框架能够与它们的表面延伸部倾斜地或横向地相互连接或者接合形成三维结构，连接元件具有相对于杆的纵向方向不对称的形状，从而在一侧形成延伸部，并且在相反侧形成保持部，以此方式使得第一框架的连接元件的延伸部能够被另一个第二框架的另一个连接元件的保持部连接。这意味着根据本发明的框架的各个角点处的连接元件可以被构造为相同的部件，这是因为两个框架的两个相邻连接元件总是可以以公母连接的方式连接。
本发明的一个实施例在连接元件上具有延伸部，连接孔眼插入该延伸部中，连接销又可以被放入到该延伸部中。为了固定这种连接销，在与连接孔相对的连接元件一侧设置有用于保持部的螺纹点，可以将相应的连接销沿轴向方向固定在相邻的连接元件的连接孔眼中。因此，根据本发明，可以使用相同的部件作为连接元件，既可以将根据本发明的框架本身固定在一起，也可以通过这些连接元件将多个根据本发明的框架相互连接起来。连接孔眼的精确构造(必要时带有增强插口)以及连接销的精确构造(优选地具有锥形端部)以及用于接收和锁定连接销的保持元件在技术上是不受限制的。下面参考附图更详细地描述特定实施例。
如上所述，根据本发明的能够自身漂浮的框架可以组合成漂浮式三维离岸框架结构，特别是根据本发明的三维框架结构模块通过合适的连接元件形成直三棱柱或直四棱柱或多棱柱。这种直棱柱的特征在于它们的底面和顶面是全等的。根据本发明，上述框架形成作为基本模块的根据本发明的离岸框架结构模块的侧表面。
根据本发明，优选的是，根据本发明的离岸框架结构模块中的框架以垂直方式(即垂直于水面)定向，其中，第一杆漂浮在水中或水上。这些框架结构模块(特别是形成用于平面承重结构的模块化基体)例如用于构建广阔的框架结构，可以在陆地和离岸组装，因为框架自身是刚性的且张紧的，使它们比单独的零件更容易运输、组装和操作。这也特别适用于要将框架以膨胀的方式连接在一起的情况。
由三个根据本发明的框架形成的框架结构构成了最小的模块-直三棱柱。第一杆横跨约底面，而第二杆横跨全等的三角形顶面。由于在这种情况下三个框架以垂直方式定位，所以这种三棱柱的侧边由两个相邻框架的两个侧杆形成。框架之间通过连接元件相连。具体地，如以上所解释的，例如在具有连接孔眼的连接元件上形成的通孔延伸部，连接销可以插入其中，这些销被保持部保持，例如，保持部可以拧到相邻的连接元件上。由于直三棱柱结构，所以这样的模块本质上是稳定的并且不需要在相应的底面或顶面中进行任何张紧，尽管这是可以想到的。
如果根据本发明的四个框架彼此连接，每个框架都竖直站立，则结果是基本上长方体的侧向结构，从而在每个情况下，由相邻框架的两个侧向杆形成竖直侧边。在此，第一杆和第二杆分别形成大致矩形底面或顶面。在此，也通过如上所述的连接元件将相邻框架彼此相连。
此外，各个连接元件的连接销可以具有横向孔，设置有装有张紧装置的连接器可以插入所述横向孔中，以便将框架夹持在一起，例如在底面处和中顶面处。如果横向角孔被设计为对角孔，则连接器也可以连接在空间对角线上，即从底面中的连接点到顶面中的连接点，该连接点不属于同一框架的一部分。再次，连接销优选地可旋转地安装在连接元件中，使得由优选的可扩展的框架构成的三维离岸框架结构模块也可扩展。
通过将根据本发明的框架连接起来，形成直三棱柱或直四棱柱或直多棱柱，可以形成广阔的平面承重结构的离岸框架结构模块。然后，这些三维三角形、长方体或多边形结构能够用于建造单独设计的承重结构，这具体取决于应用，该应用可以是可再生能源或维护平台、或者风力涡轮机或钻井平台的平台或支撑设施。当然，能够想到的是，根据本发明的框架也能够用于休闲沐浴平台的支撑结构，或用作跳水运动的设备平台或休息平台。根据本发明的离岸承重结构的应用领域不限于这些可能性，因此还可以想到浮桥等。如果由根据本发明的框架形成的离岸承重结构的固有浮力不足以满足相应的应用需求，则可以在为浮力而设置的第一杆的上方或下方附接额外的浮力体。为此目的，能够想到例如在柱的延伸部中定位对应的安装装置，以用于漂浮体的保持杆或保持孔，由此可以在相应的连接点/节点处支撑框架结构。在优选的实施例中，例如，可以在长方体框架结构上的矩形底面的相应的四个角处以这种方式定位四个漂浮体，尽管可以被4整除的更多数量的漂浮体也在可能的范围内。
类似地，也可以在框架结构模块的上部节点或角点上附接保持杆，以便在其上附接保持装置的其他结构元件。
根据本发明，优选使用漂浮体，该漂浮体具有由类环面段的(torus-segment-like)浮筒组成的类环面的(torus-like)结构。这样的类环面的漂浮体优选地具有出多个相似的类环面段的浮筒。这些环面段中的每一个都在其基本平坦/平面状侧表面上具有连接装置，构造成蛋糕切片状的浮筒能够通过该连接装置以正型配合(positive-fitting)方式彼此轴向和/或径向连接。根据本发明优选的连接类型是舌状部和凹槽连接的构造。因此，根据本发明优选使用的漂浮体以蛋糕切片状的方式组装，其中，在环面(torus)中心处(即，在环面孔眼(torus eye)中)形成接收区，以便提供连接部件，例如用于连接到框架结构节点的连接元件。各个浮筒的外侧圆周上设置有保持装置，通过这些保持装置将各个段状浮筒保持在一起，使得它们固定，以防止它们漂散。在简单的实施例中，这些是接合在环面段的周向凹槽中的带，从而防止环面段漂散。
同样根据本发明，环面是由封闭轮廓形成的主体，该封闭轮廓基本上由凸线形成，该凸线围绕与其间隔开的环面旋转轴线旋转。在最简单的情况下，例如，由凸线构成的轮廓是圆-在这种特殊情况下，它会产生“甜甜圈”形状。然而，根据本发明，也可以使用任何其他具有凹面区域的轮廓，该轮廓围绕与其相距一定距离处的环面旋转轴线旋转以形成中心环面孔。因此，除非另有说明，下文中给出的方向(例如轴向、径向或圆周方向)均是相对于环面旋转轴线而言的。
根据本发明，浮筒形成这种环面的环面段，即，由多个这种类环面段的浮筒构成完整的类环面的漂浮体。形成完整的类环面的漂浮体所需的类环面段的浮筒的数量与发明构思无关。在此，每个浮筒都是独立漂浮的，并且例如构成封闭的空心体。
为了组装类环面的漂浮体，根据本发明的漂浮式类环面段的浮筒在基本平坦的侧表面上具有合适的连接装置，用于与相邻浮筒正型配合，轴向、径向和/斜径向连接。根据本发明，这里优选的是平坦侧表面，通过这种方式可以实现相邻浮筒的良好正型配合和力配合连接，特别是在轴向环面旋转轴线方向上。
此外，本发明提供位于浮筒径向外侧表面上的保持装置，以在环面的周向和/或在径向方向上将相邻浮筒相连。利用根据本发明的连接装置在侧表面上的定位以及在浮筒径向外侧表面上的保持装置，各个类环面段的浮筒可以组装形成根据本发明的漂浮体，该漂浮体具有中心环面孔眼。这样，能够通过在径向方向上拆卸的可能性来拆卸单个类环面段的浮筒，而不必拆卸整个漂浮体。附接在浮筒径向外侧表面上的保持装置特别防止各个类环面段的浮筒径向漂散。在简单而稳健的实施例中，这些保持装置可以是环，特别是金属环，或者也可以是带，例如环形带，它们可以插入/卡入浮筒周围的保持装置中。
进一步根据本发明，根据本发明的类环面段的浮筒中浮筒径向内侧表面上具有接收区，其中，可以将其他部件(例如浮筒承载部)安装在环面孔眼中。根据本发明，浮筒承载部优选地与各个浮筒局部正型配合，因此也与整个漂浮体以平面方式配合，使得作用在这种环面旋转轴线的轴向方向上的力能构被有效地传递。特别地，浮筒承载部连接至环面孔眼，以此方式使得作用在漂浮体上的力不会在特定点处传递到各个浮筒。波浪发电站的功能可能需要的其他配件，例如提升棒，其可以以惯常方式附接至这种浮筒承载部。
综上所述，根据本发明的类环面段的浮筒可以简单组装成类环面的漂浮体，其具有紧凑的形状和结构。紧凑的形状赋予类环面的漂浮体高度的稳定性和稳健性。此外，如果单个类环面的段(即，一个浮筒)损坏，则只需更换损坏的浮筒即可修复这种类环面的漂浮体。在这种情况下，不需要完全更换漂浮体。例如，这还允许在水上简单维护，而无需拆卸框架结构模块的完整主体以便在船上或陆地上进行维修。
根据本发明，根据本发明的类环面段的浮筒由塑料通过旋转熔化、挤出吹塑或RIM工艺来生产，从而所有三种工艺都允许生产具有内腔的部件。在RIM工艺的情况下，也可以想到生产实心漂浮体。这产生用于生产根据本发明的类环面段的浮筒的成本有效的方法，其具有相对简单的基本形状，使得可以在循环过程中连续地生产大量浮筒。上述制造工艺是本领域技术人员所熟悉的工业上成熟的工艺，在本发明的说明书的上下文中无需对其进行更详细的解释。这些过程保证了高度的可重复性，使得能够以低公差偏差生产大量根据本发明的浮筒。由于旋转熔化、挤出吹塑和RIM工艺是工业上成熟的大规模工艺，所以它们在成本方面也具有成本效益，例如相对于单段漂浮体的单独生产而言。
根据本发明，进一步优选地由塑料制造根据本发明的浮筒，这特别暗示了使用挤出吹塑和RIM工艺。通过旋转熔化以及挤出吹塑，可以将根据本发明的浮筒被制成中空体，这增大了它们的浮力。通过旋转熔化(如果必要的话)，根据本发明的浮筒也可以由铝制成，但这需要在海水中使用的特殊铝合金。另一方面，塑料更能抵抗海水，正如环境问题所遗憾地显示的那样-因此，优选地用于根据本发明的类环面段的浮筒。塑料的另一个优选特征是它们在弹性、断裂伸长率、缺口冲击强度等方面的性能比其他材料(诸如木材、金属和纺织品)可以更好地适应各自的应用要求。
在根据本发明的浮筒的优选实施例中，大致径向、轴向或倾斜地在径向方向上延伸的至少一个凹槽位于侧表面上，作为连接至相邻浮筒的侧表面的装置，所述凹槽能够与相邻浮筒的平坦连接面上相对的、基本互补的舌状部卡合，以便实现两个相邻浮筒之间的形式配合。因此，对于单个浮筒而言，其结果是在一侧表面上形成至少一个在径向或轴向上倾斜地延伸的凹槽，并在同一浮筒的另一侧表面上形成与其相对的基本上互补的舌状部。这种必要性源于类环面的漂浮体的概念性完成，使得所有的各个浮筒能够通过侧表面的舌状部和凹槽接头而相互连接。
对于本领域技术人员而言，舌状部和凹槽对只需是互补的，浮筒就可以互锁或者推压在一起。然而，特别是凹槽的径向长度也可以比待安装在其中的舌状部的径向长度更长。唯一的要求是舌状部不能径向较长，否则无法安装。因此，基本上互补是指凹槽和舌状部的几何构造使得它们至少在轴向环面方向上相对于螺纹的方向上可以彼此正型地配合。
在组成(即漂浮体的结构)方面、各个环面段(即浮筒)是否能够在轴向方向或在径向方向或在倾斜方向上能够被推压在一起，都是无关紧要的。本领域技术人员已知的是，各个单独的舌状部和凹槽接头可以具有有助于完成环面(即漂浮体)的止挡件。例如，可以通过凹槽的径向向内和/或径向向外的限制部来实现这种止动件。然而，从侧表面突出的凸耳或突起部也可以形成这样的止挡部。对于径向外侧，虽然舌状部和凹槽连接不需要这样的限制，但是这种径向向外作用的限制可以在必要时方便漂浮体的组装或预组装。
在另一个优选实施例中，根据本发明的浮筒基本上是对称的，其中，每个侧表面具有至少一个凹槽和一个舌状部。在这种情况下，这样的浮筒关于环面的赤道面是对称的，因此位于一侧表面的顶部的凹槽被定位在另一侧表面的底部。这类似地适用于相反的、基本上互补地构造的舌状部。浮筒的这种对称构造潜在地有利于组装，因为在插入或组装漂浮体时不必注意浮筒的方向。
根据本发明的浮筒在浮筒径向外侧表面上还具有保持装置，利用该保持装置可以在环面的周向方向上(即，在漂浮体的周向方向上)将相邻浮筒保持在一起。同时，这些保持装置可以在环面孔眼或环面旋转轴线方向上施加径向向内的力，因此也在径向方向上将浮筒固定。在示例性实施例中，这些保持装置被构造为位于径向外侧环面表面上的周向凹槽的形式，例如，由金属或纺织品或弹性体制成的环可以插入或卡入所述周向凹槽中。本领域技术人员熟悉关于如何在周向方向上进行这种固定的多种可能性，因此所有可能性都包含在本发明构思中。其他示例还有张紧装置，诸如与张紧凸耳卡合的张紧支架；张紧带，例如经常用于运输目的的带；弹性和/或橡胶状环；或绳索等。然而，当选择用于此目的的材料时，可能有必要考虑公海的恶劣环境条件。
进一步优选地，根据本发明的浮筒在顶部和/或底部具有眼孔，用于运输、储存和/或紧固各个浮筒或由多个浮筒构成的漂浮体。这些眼孔也可以定位在可展开的漂浮体的下侧，以便将紧固装置(诸如绑扎带或其他-也可能是弹性的-连接装置)连接至这些眼孔上。例如，当浮筒关于环面的赤道面对称时，可以在顶部和底部都设置用于运输或用于紧固带或其他连接装置的眼孔。
还可以在内侧浮筒表面设置接收区，例如将浮筒承载部安装在环面孔眼中，由此可以将漂浮体附接或紧固至例如保持杆或波浪发电站的提升棒。通过这样的系统，例如通过安装在环面孔眼中的浮筒承载部和附接于其上的提升棒，特别是波浪通过期间的漂浮体的振荡运动可以被传输到波浪发电站的其他设备(参见DE 10 2008 048 730 B4)。
外侧浮筒表面上的保持装置和内侧浮筒表面上的接收区都可以从浮筒的一侧表面延伸到浮筒的另一侧，例如作为沿圆周方向形成的凹槽或槽。在由多个根据本发明的浮筒组装成根据本发明的漂浮体之后，可以在漂浮体周围以圆周方式将带插入外侧浮筒表面上的这种凹槽中，然后，所述带能够通过合适的张紧装置或捆扎装置在周向方向上被张紧，从而多个浮筒可以在径向和周向方向上固定。如果同时将浮筒承载部定位在漂浮体的环面孔眼中，则这也能够通过保持装置固定在漂浮体的外侧圆周上，特别是如果该浮筒承载部安装在槽状接收区的话。在另一个优选实施例中，以槽状方式构造径向内侧接收区，使得浮筒承载部的紧固元件-优选地具有板状或盘状形状-可以插入接收区中，并且以这种方式可以在浮筒承载部与各个浮筒之间沿轴向环面旋转轴线方向进行平面力传递。
在另一个优选实施例中，根据本发明的浮筒具有用于至少部分地填充和排空浮筒的腔体的目的的阀装置。
利用根据本发明的浮筒，可以由多个根据本发明的浮筒以简单的方式构建成带有包含环面旋转轴线的环面孔眼的类环面的漂浮体，其中，相邻浮筒的侧表面上的凹槽和舌状部互锁，以实现轴向和/或径向固定的目的，例如，外侧浮筒表面上的夹持装置将浮筒在径向和周向方向上相互固定。总而言之，由多个根据本发明的浮筒组成的紧凑漂浮体可以以这种方式组装：其能够以坚固和稳健的方式承受非常大量的负载变化，特别是通过即使在恶劣的环境条件下(例如在公海发生的环境条件下)也能够通过力配合连接支撑的正型配合连接。
在另一个实施例中，漂浮体的浮筒相对于环面段角度(即，横跨环面段的角度或环面段所包围的角度)具有不同的尺寸。可以想到的是，所使用的浮筒的环面段角度之和小于360°，并且以例如支柱桥接一个或多个剩余间隙。这种支柱可以用作其他部件的紧固元件，诸如测量装置或类似物。在这种情况下，还可以想到的是，不仅环面段的张角彼此不同，而且它们的轴向高度/长度也彼此不同。例如，当使用堆叠的漂浮体时，虽然可以采用这样的实施例，但是暴露于横向力的区域将减少或分解。总而言之，本发明提供一种易于组装、运输和维护，并且通过制造根据本发明的各个浮筒能够以具有成本效益的方式组装、储存和运输的漂浮体。此外，如果环或带被周向地用作保持装置，则这也提供了将多个根据本发明的浮筒保持在一起作为紧凑的漂浮体的廉价、简单和稳健的装置。
如上所示，基本上旋转对称的浮筒承载部位于环面孔眼中，其旋转轴线与环面旋转轴线对齐。浮筒承载部优选地具有与内侧浮筒表面上的接收区相互作用的盘形支撑元件。此外，浮筒承载部优选地具有与环面轴线同心的基本旋转对称的支撑环，浮筒能够在作用在其上的载荷和力矩的作用下而被支撑在该支撑环上。
为了对根据本发明的浮筒在浮筒承载部上的额外支撑，当组装根据本发明的漂浮体时，后者可以具有额外的基本上径向对齐的附接腹板，这些附接腹板与各个浮筒的侧表面接触。这种附接腹板优选地定位在支撑元件的与支撑环相反的一侧。
通过支撑元件、支撑环和附接腹板之间的相互作用，连同位于其上的浮筒，提供一种紧凑的漂浮体，即使当力作用于环面旋转轴线之外时，漂浮体也表现出封闭的力分布并且足够稳定以便能够承受离岸的不利条件。
优选地，浮筒承载部还具有附加的紧固元件，该紧固元件基本上平行于其旋转轴线定位并且因此也平行于环面轴线，可以为漂浮体紧固与环面孔眼中的环面轴线平行对齐的保持装置，由此进而可以使其张紧，例如在根据本发明的框架、根据本发明的离岸框架结构或浮力岛的平台上。
根据本发明的框架结构还能够通过形成由多个框架结构组成的平面支撑结构来构造如上所述的波浪发电站。在离岸框架结构模块的相应侧边处，此前描述的类环面的漂浮体可以以这样的方式可移动地安装：使得它们能够通过支撑结构/波浪发电站在竖直方向跟随波浪的通过。这意味着各个漂浮体在振荡运动中上下竖直移动，这取决于它们当前是在波峰上还是在波谷中。提升棒附接在这些类环面的漂浮体上，优选地是在环面孔眼中，它将这种竖直振荡运动传递至直线发电机。它们通过振荡运动而旋转，并根据发电机的原理产生电能，通过适当的装置将电能积累、整流并传输到陆地。
在以直三棱柱形式示出的框架结构的简化实施例中，例如，三个可移动地定位的漂浮体可以以这种方式进行这种上下运动。以模块化方式扩展，因此容易理解的是，由一百个或更多个这样的三角形框架结构模块的构成的平面状结构可以提供多个可移动的漂浮体进行能量转换，从而形成波浪发电站。
如果想象边长为一百米或更长的长方体表面结构，它由根据本发明的框架构成，其中，杆长度例如为10m-例如10×10长方体框架结构模块-可以容易地理解的是，即使当波浪穿过这种广阔的支撑结构时，这种平面结构的离岸支撑结构也能相对稳定地漂浮在某个表面上。还可以想到的是，广阔的平面状支撑结构的重量以这样的方式被平衡：一方面，它具有抵抗波浪偏转的高惯性；另一方面，它提供足够的固有浮力，使得可移动地定位的漂浮体仅被波浪的力偏转，而不必施加任何浮力来保持支撑结构。
附图说明
在基于优选实施例的附图中示出根据本发明的框架以及根据本发明的模块化框架结构及其组装到以平面方式延伸的支撑结构中的组装件，附图或其中所示的实施例不限制本发明构思。以下示出：
图1：根据本发明的框架；
图2：用于构建根据本发明的框架的连接元件的透视图；
图3：根据本发明的框架的连接点；
图4：用于将相邻框架的两个连接元件连接实施例；
图5：根据本发明的框架结构模块的透视图；
图6：由多个框架结构模块组成的支撑结构的透视图；
图7：根据本发明的模块化支撑结构的透视图；
图8：在根据本发明的又一实施例中，根据图6的框架结构；
图9：用于波浪发电站的模块；
图10：根据本发明的漂浮体的横截面
图11：由多个框架结构模块组成的波浪发电站。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的漂浮式框架50，该框架50具有第一杆51和第二杆52，它们各自的纵向轴线61相互平行。两个杆51和52由柱53保持就位，该柱53安装在连接元件55中。柱53的纵向方向63垂直于杆51和52的纵向方向61。连接元件55位于第一杆51和第二杆52的两端，并通过具有张紧装置60的条形体54张紧在一起。这形成了稳定的框架50，该框架50通过条形体54对角张紧。条形体54钩在连接元件55中，例如以这样的方式在框架中心的方向上将它们锁定。在另一个优选实施例中，条形体54安装在具有横向孔68的可旋转销59中(参见图2)，以此方式使得它们连接至张紧装置60并且可以对角张紧框架50。
虽然图1所示的框架50的两个杆51、52的直径大致相同，但是如上所述，这不是强制性的。侧向柱53和条形体54可以是例如金属材料制成的管或实心杆。然而，如果框架50打算在海中离岸使用，则在选择材料时应该选择耐盐水合金。这当然也适用于连接元件55。
图2示出根据本发明的框架50的连接点/节点的详细视图；在此可以看到，柱53安装在杆连接元件55的接收区57中，并且杆51、52通过凸缘56连接到连接元件55。此外，还可以看到销59，该销59插入连接元件55的孔58中，并且保持框架支柱54呈支架的形式。在连接元件55的一侧，突出部62被示出为其中形成有连接孔眼64，例如连接销67可以插入该连接孔眼64中(参见图4)。连接销可以通过保持部66锁定，该保持部66可以在延伸部62的相反侧的螺纹点65处附接到连接元件55。
图3示出使用中的连接元件，例如，当组装根据本发明的单个框架时，每个框架四次。在右手侧，凸缘56被示出为用于将连接元件55的可能的不透流体部附接至杆51或52的一端，以及用于附接柱53的接收区57。在接收区57上方示出孔58，用于保持条形体54的销59可以插入该孔58中。在孔58上方，示出两个螺纹点65，保持部66可以被拧到所述螺纹点上以固定连接销。此处，螺纹点65的轴线73可以用于引导保持部66，使得例如安装在另一个框架的相邻连接元件的连接孔眼中的连接销67可以被接收、对中并最终固定。在相反侧，具有上部延伸部62，其具有对应的连接孔眼64，用于插入连接销67(此处未示出；参见图4)。
图4示出两个连接元件55以及两个连接元件55如何连接的实施例。例如，当根据本发明的两个框架50彼此连接以构建框架结构70或离岸框架结构模块70时，就会出现这种连接情况。在图4中，保持部66被使用，其具有近似三角形的形状并且能够通过漏斗形开口71接收和锁定具有渐缩的端部72的连接销67。为此，保持部能够通过螺钉逐渐会聚在一起，例如沿着螺纹点65的轴线73引导，使得当组装两个根据本发明的框架50时，两个保持部66被预先固定，例如距离大于连接销67的轴向长度。当使得保持部彼此靠近并且它们的漏斗状开口彼此面对时，插入连接孔眼中的连接销67被接收在两个保持部66之间。当两个保持部66相互靠近时，连接销67被接收在保持部66的漏斗状接收区71中，从而对中并最终固定。
图4还示出连接销67中的横向孔68，连接器69可以插入其中，以张紧框架模块70。在图4中，该横向孔68在杆的纵向方向61所横跨的平面中对齐，如上所述，如果要在框架模块70的空间对角线的方向上实施张紧，则杆的也可以与其成一定角度。
图5示出框架结构模块70，也称为框架模块70，其由四个根据本发明的框架50构成。在这种情况下，第一杆51分别形成大致矩形的底部区域。由第二杆52基本上呈矩形横跨的顶面由位于彼此平行地间隔开的相应侧边中的每一个上的两个柱53支撑。根据本发明的框架50通过条形体54张紧，条形体54支撑在相应框架50的“外表面”上。各个框架50通过连接元件55保持在一起，例如图4所示，并由连接器69张紧，连接器69在底面或顶面对角地延伸。各个连接器69和条形体54各自具有张紧装置60，例如用于连接和张紧连接器69和条形体54。
图6示出以平面方式构造的支撑结构80，其由若干框架结构模块70组成，其中，根据本发明的框架50形成基本模块。本领域技术人员将认识到，在图6的实施例中，根据本发明的17个独立的框架彼此连接，由此对角支柱69被定位用于进一步张紧六个顶部中的每一个中的支撑结构80。形成的表面和六个底面。
图7示出框架模块70的示例，其上的漂浮体100位于第一杆51上或柱53的延伸部中。这些漂浮体100位于相邻框架50的第一杆51的相应连接点处，框架50由独立的类环面段的浮筒1组成，每个浮筒1本身是可漂浮的。这些类环面段的浮筒1由位于其侧表面的连接装置插接在一起，并由圆周面上的保持装置30固定在一起。在最简单的情况下，这些保持装置30由张紧带24组成，张紧带24在类环面段的浮筒周围张紧。优先采用这种构造类型的漂浮体100，一是为了减小漂浮体的运输体积，二是为了保证漂浮体的较低的故障可能性。如果在操作器件类环面段的浮筒1中的一个泄漏，则可以单独地更换；不必更换整个漂浮体100。这种类环面段的结构的另一个优点是单个段的重量远小于漂浮体100的总重量。
图8示出由根据图7的六个模块组成的支撑结构80。此处还可以看出，每个模块70由四个根据本发明的框架50形成，相邻的模块具有共用的框架50。支撑/承重结构80的外侧边上的双柱53是其特征。两个内部节点相应地具有四个竖直柱53。在侧表面上形成T节点的连接相应地具有三个竖直柱53。
图9示出长方体框架结构模块70，其形成波浪发电站的一部分。在所示的该示例性模块中，根据本发明的相应框架50的第一杆51和第二杆52之间设置有漂浮体100。漂浮体100可以沿着柱53振荡，从而沿着环面旋转轴线2上下直线移动提升棒25。这些提升棒25与直线发电机90连接在一起，使直线发电机90将提升棒25的升降运动转化为发电机90的旋转运动，从而根据发电机原理将波浪能转化为电能。根据本发明使用的漂浮体100的横截面如图10所示，其描绘了沿着图9中的平面A-A的截面。
图10示出相对于环面旋转轴线2对称设置的两个浮筒1。在此，在图10的右手侧所示的浮筒1上，可以看到浮筒侧面积9上的舌状部14被构造为大致扁平的，所述舌状部能够卡合到凹槽12中，这可以在图10中的左手侧所示的浮筒1的侧表面9上看到。由此可见，每个浮筒1在其一侧表面9上设置有舌状部14，并且在另一侧表面9上设置有凹槽12；当组装漂浮体100时，每一个都形成与相邻浮筒1的舌状部和凹槽连接，同时参见图9中左手侧的前部漂浮体100。通过这样的舌状部和凹槽的连接，浮筒1被固定在环面旋转轴线2的轴向上。通过插入周向凹槽20中的夹持装置24将浮筒固定，以防止浮筒在逆着浮筒导向部15的径向方向上漂散。提升棒25在环面旋转轴线2的方向上附接到浮筒承载部15，当漂浮体偏转(例如被波浪偏转)时，提升棒25可以在竖直方向上移动。可以看出根据本发明的框架结构模块的柱53平行于提升棒25，漂浮体100的浮筒承载部15可以沿其滑动，或者竖直地引导浮筒承载部15。浮筒承载部15通过呈板33的形式的支撑元件32经由接收区30以正型配合方式安装在浮筒1的径向内侧。优选地，支撑元件32具有在其顶部或底部的附接腹板/杆35，该附接腹板/杆35径向地对齐，并且为各个浮筒1提供额外的周向支撑，使得作用在各个浮筒100上的周向力从浮筒部15传递到柱53，从而保持提升棒25基本上没有旋转力。
当然，另外的漂浮体100可以定位在第一杆51下方的离岸框架结构模块70的下端，例如图11所示。图11示出波浪发电站200，该波浪发电站200由六个根据图9的框架结构模块70构成。在此，框架结构模块70的框架50(根据本发明，它本身是可漂浮的)在各个节点处设置有额外的漂浮体100，以便给予波浪发电站更大的浮力。
位于第一杆51与第二杆52之间的波浪体100可以随着波浪的通过而沿着侧杆53以振荡方式移动。这使提升棒25升高和降低，并驱动直线发电机90将波浪能转换为电能。本领域技术人员很容易理解的是，这样的波形发电站200也可以被设计为更大的尺寸，具有多个可移动的漂浮体100，从而框架结构或支撑结构80的自稳定性随着波浪发电站200的平面扩展的增加而增加。
总而言之，根据本发明的漂浮式框架50可以为一系列不同的离岸应用提供多种可能的支撑结构，其中，所示的用于波浪发电站200的应用只是众多示例中的一个。出于本发明的目的，所有根据本发明的支撑结构80都能够通过根据本发明的框架50的基本模块以模块化方式进行扩展并以此方式进行放大。此外，框架50和支撑结构模块70的模块化设计以及漂浮体100的模块化设计使得组装容易并且减少维护，因为损坏的元件可以很容易地以模块化方式更换。
附图标记列表
1 浮筒 50 框架
2 环面旋转轴线 51 第一杆
3 环面的赤道面 52 第二杆
4 环面孔眼 53 柱
5 内侧浮筒表面 54 条形体
6 浮筒顶 55 连接元件
7 外侧浮筒表面 56 凸缘
8 浮筒底 57 接收区
9 侧面 58 孔
10 连接装置 59 销
60 张紧装置
12 凹槽 61 杆的纵向方向
62 突起部/延伸部
14 舌状部 63 柱的纵向方向
15 浮筒承载部 64 连接孔眼
65 螺纹点
17 眼孔 66 保持部
67 连接销
20 保持装置/周向凹槽 68 横向孔
22 张紧装置 69 对角支柱
70 框架结构模块
24 张紧带/环 71 漏斗形开口
25 保持装置/提升棒 72 锥形端
73 轴线-螺纹点
30 接收元件 80 支撑结构
82 角节点
32 支撑元件 83 T节点
33 板 84 内节点
35 附接腹板/杆 90 直线发电机
100 漂浮体
37 支撑环 200 波浪发电站
40 阀装置
45 阀致动器

Claims (24)

1.一种用于模块化地构建离岸框架结构的框架(50)，包括：用作漂浮体的第一杆(51)、第二杆(52)、用于基本上平行地支撑所述杆(51、52)的两个柱(53)、以及用于张紧所述框架(50)的两个条形体(54)，其中，连接元件定位在每个所述杆(51、52)的端部处，所述连接元件包括：
-凸缘(56)，用于将所述连接元件(55)在所述杆的纵向方向(61)上连接至所述杆(51、52)；
-接收区(57)，用于将所述柱(53)横向于所述杆(51、52)的纵向方向(61)地连接至所述杆(51、52)；
-紧固装置(58)，用于紧固设置有张紧装置(60)的条形体(54)，使得所述框架(50)能够通过所述张紧装置(60)被保持形状或被对角地张紧。
2.根据权利要求1所述的框架(50)，其中，所述连接元件(55)相对于所述杆(51、52)的纵向方向(61)非对称地构建，从而在一例配置有延伸部(62)，并且在相反侧配置有保持部(66)，使得框架(50)的连接元件(55)的所述延伸部(62)能够被另一个框架(50)的另一个连接元件(55)的保持部(66)连接。
3.根据权利要求2所述的框架(50)，其中，所述延伸部(62)具有连接孔眼，连接销(67)能够被放入到所述连接孔眼中，其中，所述条形体(54)能够安装在设置于所述连接销(67)中的横向孔(68)中。
4.根据权利要求3所述的框架(50)，其中，所述保持部(66)包括两个板，所述两个板包括彼此面对的漏斗形凹部，所述连接销(67)的渐缩的端部在所述板在所述柱的纵向方向(61)上被朝向彼此地引导时能够被所述漏斗形凹部接收、对中和固定。
5.根据前述权利要求中任一项所述的框架(50)，其中，所述连接元件(55)的凸缘(56)和所述杆(51、52)的端部被构造为使得所述凸缘(56)以不透流体的方式至少密封所述第一杆(51、52)的端部。
6.根据前述权利要求中任一项所述的框架(50)，其中，所述第一杆(51、52)包括圆形横截面和/或被构造为空心体。
7.根据前述权利要求中任一项所述的框架(50)，其中，所述杆(51、52)、所述柱、所述连接元件(55)和/或所述条形体(54)由金属材料、塑料或复合材料制成。
8.根据前述权利要求中任一项所述的框架(50)，该框架仅由于所述第一杆(51)的浮力而能够漂浮。
9.根据前述权利要求中任一项所述的框架(50)，其中，在所述柱中的至少一个柱的延伸部中布置有：漂浮体(100)，特别是根据权利要求14至20中任一项所述的漂浮体(100)，例如用于太阳能发电站或风力涡轮机的安装装置的一部分，或用于平台的保持部。
10.一种离岸框架结构(70)，该离岸框架结构由三个根据权利要求1至9中任一项所述的框架(50)形成，所述框架通过所述连接元件(55)连接以形成直三棱柱结构，其中，用作漂浮体的所述第一杆(51)横跨大致三角形的底面，所述第二杆(52)横跨与所述底面全等的大致三角形的顶面，并且两个相邻框架(50)的两个柱(53)分别形成侧边。
11.一种离岸框架结构(70)，该离岸框架结构由四个或更多个根据权利要求1至9中任一项所述的框架(50)形成，所述框架通过所述连接元件(55)被连接以形成直矩形棱柱结构或多边形棱柱结构，其中，用作漂浮体的所述第一杆(51)横跨大致矩形的或多边形的底面，所述第二杆(52)横跨与所述底面全等的大致矩形的或多边形的顶面，并且两个相邻框架(50)的两个柱(53)分别形成侧边，各个框架(50)的连接元件(55)包括紧固装置，设置有张紧装置(60)的连接器(69)能够固定到所述紧固装置，以便将所述离岸框架结构(70)的两个框架(50)在不相邻的端部处彼此连接。
12.根据权利要求11所述的框架结构(70)，其中，所述连接器(69)基本上在所述底面和/或顶面平面内延伸，和/或沿着空间对角线延伸。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的框架结构(70)，该框架结构仅由于所述第一杆(51)的浮力而能够漂浮。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的框架结构(70)，其中，一个或多个漂浮体(100)，特别是根据权利要求17至23中任一项所述的漂浮体(100)，或安装装置、保持装置、平台或类似物能够附接在所述侧边中的一个或多个侧边的延伸部中，和/或能够附接至所述杆(51、52)中的一个或多个杆。
15.根据权利要求9至13中任一项所述的框架结构(70)，其中，在所述侧边的一个或多个侧边处，在所述第一杆(51)与所述第二杆(52)之间，漂浮体(100)，特别是根据权利要求17至23中任一项所述的漂浮体(100)，在竖直方向上可移动地定位。
16.一种以模块化方式构建的漂浮式离岸支撑结构(80)，其用于漂浮式地支撑用于太阳能发电站、风力涡轮机或类似物的保持装置、平台、上层结构、安装装置，所述漂浮式离岸支撑结构包括多个根据权利要求10至15中任一项所述的离岸框架结构(70)。
17.一种具有环面孔眼(4)的类环面的漂浮体(100)，所述环面孔眼包含环面旋转轴线(2)，所述漂浮体由多个类环面段的浮筒(1)构成，其中，所述浮筒(1)具有：
-位于基本平坦的侧表面(9)上的连接装置(10)，其被设计为使得相邻浮筒(1)能够在轴向和/或径向方向上以正型配合方式相连；
-位于浮筒径向内侧表面(5)上的接收区(30)，其用于将连接部件(15)安装在所述环面孔眼(4)中；
-位于浮筒径向外侧表面(7)上的保持装置(20)，其用于将相邻浮筒(1)在环面周向方向上保持在一起，并在所述环面孔眼(4)的方向上固定所述浮筒(1)；
其中，所述浮筒(1)由塑料制成，并且是通过旋转熔化、挤出吹塑或RIM工艺来制造的。
18.根据权利要求17所述的漂浮体(100)，其中，所述连接装置(10)在所述侧表面(9)中的一个侧表面上被构造为基本上径向地、轴向地或在所述径向方向上倾斜地延伸的至少一个凹槽(12)，并且在另一个侧表面(9)上被构造为与所述凹槽(12)相对的至少一个基本上互补的舌状部(14)。
19.根据权利要求17或18所述的漂浮体(100)，其中，所述保持装置(20)是周向环或带或张紧装置(22)，其在周向方向上将各个浮筒(1)保持在一起。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的漂浮体(100)，其中，限定各个类环面段的浮筒(1)的尺寸的角度彼此不同，所述漂浮体(100)从所述各个类环面段的浮筒构造而成，和/或，其中，各个类环面段的浮筒(1)的轴向长度彼此不同，所述漂浮体(100)从所述各个类环面段的浮筒构造而成。
21.根据权利要求17至20中任一项所述的漂浮体(100)，所述漂浮体具有阀致动器(45)，所述阀致动器(45)能够用于致动浮筒(1)的至少一个阀装置(40)，以用于至少部分地填充或排空所述浮筒(1)。
22.根据权利要求17至21中任一项所述的漂浮体(100)，其中，至少一个浮筒(1)在顶部和/或底部上具有眼孔(17)，以用于运输所述浮筒(1)和/或所述漂浮体(100)。
23.根据权利要求17至22中任一项所述的漂浮体(100)，其中，基本上旋转对称的浮筒承载部(15)通过所述接收区(30)安装在所述环面孔眼(4)中，所述浮筒承载部(15)的旋转轴线对应于所述环面旋转轴线，并且，与所述环面旋转轴线基本平行地对准的提升棒(25)能够附接到所述浮筒承载部(15)，以用于传递所述漂浮体(100)的振荡运动。
24.一种波浪发电站(200)，其由多个根据权利要求12所述的框架结构(70)以模块化方式构建而成，并且具有多个根据权利要求20所述的漂浮体(100)，其中，提升棒(25)操作地连接到抵靠所述提升棒(25)被弹性地预施加应力的线性发电机(90)的驱动轴，从而所述提升棒(25)的振荡运动使所述直线发电机(90)的驱动轴旋转。
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