CN113898521A - 一种海上浮式平台立柱减振垂荡板及波浪能收集装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及海上浮式平台技术领域，且公开了一种海上浮式平台立柱减振垂荡板及波浪能收集装置。所述浮式平台由多个立柱、连接撑及系泊缆绳组成。所述立柱由内部固定隔板分隔成上下两个舱室，上部为封闭舱室，可为平台提供浮力，下部为半开放舱室，下部舱室底板中心处开口并设置有上反板，该海上浮式平台立柱减振垂荡板及波浪能收集装置，通过调谐设置振荡弹簧刚度及垂荡板质量，使垂荡板与立柱间形成反向共振，将立柱在波浪作用下的运动能量通过反向共振传递至垂荡板运动，可有效减小浮式平台的运动。垂荡板的运动能量则通过下部舱室内的圆筒型直线发电机组吸收，实现对波浪能的转化利用。

Description

一种海上浮式平台立柱减振垂荡板及波浪能收集装置
技术领域
本发明涉及海上浮式平台技术领域，具体为一种海上浮式平台立柱减振垂荡板及波浪能收集装置。
背景技术
为了更大程度上的开发利用海洋资源，未来海上开发将会向更深的海域发展。但是随着水深的不断增加，固定式海上平台的建造难度极具增大。海上浮式平台能够克服在海床安装基础结构受水深影响的缺点，使海上平台的建设可以向深海区域发展，因此，对于海上浮式平台的研究备受重视。但其作为海上的一种大型浮体结构，不可避免受到海浪的影响而导致其随之发生垂向运动现象（简称垂荡）。在现有的技术方案中，通过安装于海面以下的垂荡板，以增大海上浮式平台在垂直运动方向上的附连水质量（或称附加质量），从而增大该浮式平台的固有垂荡周期，使之避开波浪能量集中的周期范围，同时增大其在发生垂荡时的粘滞阻力，减轻该浮式平台所产生的垂直振荡幅度，以改善海上浮式平台垂荡方向上的振动。
但是，在现有的技术方案中，对于垂荡板的安装设置是固定在立柱下部的，随着立柱同步运动，垂荡板的设置对附加质量及粘滞阻尼的增加较小，浮式平台受到波浪载荷作用产生的运动能量耗散小，减振效果一般。且该部分运动能量如果能被吸收，则既可达到有效减振的目的，又可实现对波浪能的转化利用。故，亟需一种海上浮式平台的垂荡板结构，以有效解决现有垂荡板减振效果一般，且运动能量不能被转化利用的缺点。
发明内容
本发明提供了一种海上浮式平台立柱减振垂荡板及波浪能收集装置，具备有效增加浮式平台的附加质量及粘滞阻尼，从而提高了该垂荡板对于浮式平台的抑振效果、提高了其对于海浪的抵抗能力、稳定性及安全性较高的优点，并且实现了波浪能量的转化利用。解决了在现有的技术方案中，垂荡板安装固定在立柱下部，随着立柱同步运动，附加质量及粘滞阻尼的增加较小、浮式平台受到波浪载荷作用产生的运动能量耗散小，减振效果一般的缺点。同时，使得浮式平台立柱通过反向共振将运动能量传递到垂荡板，并最终通过圆筒型直线发电机组吸收，实现波浪能量的转化利用。
技术方案如下：
本发明提供如下技术方案：一种海上浮式平台立柱减振垂荡板及波浪能收集装置，包括多个立柱、连接撑及系泊缆绳组成，所述立柱由内部固定隔板分隔成上下两个舱室，所述固定隔板的下部通过多个振荡弹簧及圆筒型直线发电机组与下方圆盘连接，所述圆盘通过连接杆与垂荡板相连，并可沿下部舱室内轨道上下滑动，所述上部舱室内设有气泵组，进气管与平台顶部大气相通，出气管与下部舱室相连，所述下部舱室内设有气压监测装置实时监测下部舱室内气压。
优选的，所述固定隔板上部舱室为封闭舱室，可为平台提供浮力，固定隔板下部舱室底板中心处开口并设置有上反板，使舱室内始终保有一定的水封高度，防止下部舱室内气体逸出，为振荡弹簧、圆筒型直线发电机组等提供空间。
优选的，通过调谐设置所述振荡弹簧的刚度及垂荡板的质量，使垂荡板与立柱间形成反向共振，将立柱在波浪载荷作用下的运动能量通过反向共振传递至垂荡板运动，可有效减小浮式平台的运动。
优选的，所述立柱传递至垂荡板的运动能量通过下部舱室内的圆筒型直线发电机组吸收，实现对波浪能的转化利用。
优选的，所述圆盘直径小于立柱内壁直径，立柱内壁设置有可供圆盘上下滑动的轨道，以防止圆盘沿轴向发生旋转。
优选的，当所述下部舱室内气压监测装置监测气压不足时，可通过气泵经进气管及出气管向下部舱室充气增压，使下部舱室保持一定的水封高度。
有益效果：
本发明具备以下有益效果：
1、该海上浮式平台立柱减振垂荡板及波浪能收集装置，通过将垂荡板与立柱分离，增加更大的附加质量及粘滞阻尼，并通过调谐（有调节协调的意思，采用的是调谐质量阻尼器的说法）的振荡弹簧及垂荡板质量，使立柱的运动通过反向共振现象传递到垂荡板的运动，达到有效减小平台运动的效果。
2、该海上浮式平台立柱减振垂荡板及波浪能收集装置，立柱下部舱室内设有圆筒型直线发电机组装置，可将由反向共振现象传递到垂荡板的运动能量吸收，达到波浪能转化利用的效果。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明结构图1的A处放大示意图；
图3为本发明结构在波峰时的示意简图；
图4为本发明结构在波谷时的示意简图；
图中：1、立柱；2、连接撑；3、系泊缆绳；4、固定隔板；5、下部舱室底板；6、上反板；7、振荡弹簧；8、圆筒型直线发电机组；9、圆盘；10、连接杆；11、垂荡板；12、轨道；13、气泵组；14、进气管；15、出气管；16、气压监测装置；P、海浪波线；W、下部舱室内气水界面线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，一种海上浮式平台立柱减振垂荡板及波浪能收集装置，包括多个立柱1，立柱1通过连接撑2组成浮式平台，立柱侧方通过系泊缆绳3与海床底部连接，以限制浮式平台在某一区域的海域范围内。立柱1由内部固定隔板4分隔成上下两个舱室，上部舱室为封闭舱室，为平台提供浮力，下部舱室为半开放舱室，下部舱室底板5中心处开口直径略大于连接杆直径，并设置有上反板6。固定隔板4的下部通过多个振荡弹簧7及圆筒型直线发电机组8与下方圆盘9连接，圆盘9通过连接杆10与垂荡板11相连，并可沿舱室内部轨道12上下滑动。上部舱室内设有气泵组13，通过进气管14与平台顶部大气相通，出气管15与下部舱室相连，所述下部舱室内设有气压监测装置16实时监测下部舱室内气压。
本技术方案中，立柱1由内部固定隔板4分隔成上下两个舱室， 上部舱室内部可以设置部分隔断，以增加结构强度、刚度及破舱稳性。下部舱室底板5中心处开口直径略大于连接杆12的直径，减小下部舱室开口大小，并在开口处设置有上反板6，使得立柱1在大角度倾斜时依然能够保有一定的水封（水体密封）高度的存在，即气水界面线W的稳定，可有效防止下部舱室内气体逸出，为振荡弹簧7及圆筒型直线发电机组8、圆盘9等提供空间。
本技术方案中，振荡弹簧7的刚度、垂荡板11的质量的设置，使得垂荡板11的上下振动频率与浮式平台固有垂荡频率接近，在垂荡板11与立柱1间形成反向共振现象，将立柱1在波浪载荷作用下的运动能量通过反向共振传递至垂荡板11运动。
其中，非固定式垂荡板11的设置，使得垂荡板11与立柱1分离，垂荡板11及立柱1底部附加质量及粘滞阻尼大幅增加，以有效提高其对于海上浮式平台的抑振效果，同时，使得该浮式海上平台可以抵抗较大的海浪影响，稳定性及安全性较高。
如图2所示，本技术方案中，圆筒型直线发电机组8的定轴安装在固定隔板4下方，圆筒型直线发电机组8的动轴安装在圆盘9上方，振荡弹簧7安装在固定隔板4及圆盘9之间。
其中，立柱1通过振荡弹簧7与垂荡板11发生反向共振，带动圆盘9上下运动，圆盘7上部的圆筒型直线发电机组8动轴切割固定隔板4下部的圆筒型直线发电机组8的定轴内磁感应线，进而产生感应电流实现对波浪能的收集动作，使得该浮式海上平台上的垂荡板结构不但具有良好的抑振效果，而且可以实现对波浪能的转化利用。
本技术方案中，圆盘9直径小于立柱1内壁直径，立柱1内壁设置有可供圆盘9上下滑动的轨道12，以防止圆盘9沿轴向发生旋转，保证圆筒型直线发电机组8的稳定运行。
本技术方案中，对于气泵组13的设置，气泵组进气管14与平台顶部大气相通，并通过出气管15与下部舱室相连，如气压实时监测装置16监测到漏气发生，则启动气泵组13通过进气管14及出气管15向下舱室内充气增压，使下舱室底部保证一定的水封（水体密封）高度，即下部舱室气水界面线W高度保持一定，可以避免内部结构及装置受到海水的腐蚀而发生损坏的现象。
本实施例的使用方法和工作原理：
首先，多个立柱1与连接撑2组成浮式平台，通过系泊缆绳3将该浮式平台结构锚固在海床上，以限制浮式平台在某一区域的海域范围内。在振荡弹簧7的刚度、垂荡板11的质量的设置过程中，应使得垂荡板11的上下振动频率接近浮式平台固有垂荡频率。
如图3所示，当浮式平台立柱1处于波峰作用时，立柱1浮力增大发生向上运动由于垂荡板11的惯性和振荡弹簧7所产生的回复力产生与立柱1结构反向的共振行为，在振动过程中，作用在立柱1结构上的能量转化为垂荡板11的动能及振荡弹簧7的弹性势能，部分能量通过立柱1底部和垂荡板11的粘滞阻尼耗散，部分能量通过垂荡板11运动带动固定在圆盘9上的圆筒型直线发电机组8的动轴切割固定隔板4下部的定轴内磁感应线，进而产生感应电流实现对波浪能的收集动作。在立柱1发生向上运动的过程中，由于重力及系泊缆绳3的作用，立柱1的底板5并不会露出海浪波线P，下部舱室内始终保有一定的水封高度，即舱室内气水界面线W高度保持一定。
如图4所示，当浮式平台立柱1处于波谷作用时，立柱1浮力减小发生向下运动，由于垂荡板11的惯性和振荡弹簧7所产生的回复力产生与立柱1结构反向的共振行为，在振动过程中，作用在立柱1结构上的能量转化为垂荡板11的动能及振荡弹簧7的弹性势能，部分能量通过立柱1底部和垂荡板11的粘滞阻尼耗散，部分能量通过垂荡板11运动带动固定在圆盘9上的圆筒型直线发电机组8的动轴切割固定隔板4下部的定轴内磁感应线，进而产生感应电流实现对波浪能的收集动作。在立柱1发生向下运动的过程中，由于下部舱室内气压的存在，舱室内始终保有一定的水封高度，即舱室内气水界面线W高度保持一定。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种海上浮式平台立柱减振垂荡板及波浪能收集装置，包括多个立柱（1）、连接撑（2）及系泊缆绳（3）组成，其特征在于：所述立柱（1）由内部固定隔板（4）分隔成上下两个舱室，下部舱室底板（5）中心处开口并设置有上反板（6），所述固定隔板（4）的下部通过多个振荡弹簧（7）及圆筒型直线发电机组（8）与下方圆盘（9）连接，所述圆盘（9）通过连接杆（10）与垂荡板（11）相连，并可沿舱室内部轨道（12）上下滑动，所述上部舱室内设有气泵组（13），气泵组进气管（14）与平台顶部大气相通，并通过出气管（15）与下部舱室相连，所述下部舱室内设有气压监测装置（16）实时监测下部舱室内气压。
2.根据权利要求1所述的一种海上浮式平台立柱减振垂荡板及波浪能收集装置，其特征在于：所述固定隔板（4）上部舱室为封闭舱室，可为平台提供浮力；固定隔板（4）下部舱室为半开放舱室，下部舱室底板（5）中心处开口直径略大于连接杆的直径，并设置有上反板（6），使舱室内始终保有一定的水封高度，防止下部舱室内气体逸出，为振荡弹簧（7）及圆筒型直线发电机组（8）提供空间。
3.根据权利要求1所述的一种海上浮式平台立柱减振垂荡板及波浪能收集装置，其特征在于：通过调谐设置振荡弹簧（7）刚度及垂荡板（11）质量，使垂荡板（11）与立柱（1）间形成反向共振，立柱（1）在波浪作用下的运动能量将通过反向共振传递至垂荡板（11）运动。
4.根据权利要求1所述的一种海上浮式平台立柱减振垂荡板及波浪能收集装置，其特征在于：所述立柱（1）传递至垂荡板（11）的运动能量通过下部舱室内的圆筒型直线发电机组（8）吸收，实现对波浪能的转化利用。
5.根据权利要求4所述的一种海上浮式平台立柱减振垂荡板及波浪能收集装置，其特征在于：所述圆筒型直线发电机组（8）的定轴安装在固定隔板（4）下方，圆筒型直线发电机组（8）的动轴安装在圆盘（9）上方，振荡弹簧（7）安装在固定隔板（4）与圆盘（9）之间。
6.根据权利要求1所述的一种海上浮式平台立柱减振垂荡板及波浪能收集装置，其特征在于：所述圆盘（9）直径小于立柱内壁直径，立柱（1）内壁设置有可供圆盘（9）上下滑动的轨道（12），以防止圆盘（9）沿轴向发生旋转。
7.根据权利要求1所述的一种海上浮式平台立柱减振垂荡板及波浪能收集装置，其特征在于：当所述下部舱室内气压监测装置（16）监测气压不足时，可通过上部舱室内气泵组（13）经进气管（14）及出气管（15）向下部舱室充气增压使下部舱室保持一定的水封高度。
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