CN114084282A - 悬垂式自适应锚固系统及方法 - Google Patents

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杨忱
卢胜
刘儒涛
罗勇
陈世强
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何凯
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Abstract

本发明公开一种悬垂式自适应锚固系统及方法，涉及水面漂浮体锚定技术领域，包括水面列阵浮体和多个固定的水下锚固装置，水面列阵浮体上连接有多个上锚固装置，上锚固装置包括定滑轮和悬垂活动锚块，水面列阵浮体的边缘连接有定滑轮浮体，定滑轮浮体和水面列阵浮体之间通过刚性连接件连接，刚性连接件两端分别与定滑轮浮体和水面列阵浮体铰接连接，定滑轮浮体上连接有定滑轮支架，定滑轮连接在定滑轮支架上，水下锚固装置固定连接牵引绳一端，牵引绳另一端绕过定滑轮与悬垂活动锚块连接。本发明采用固定的下锚固点和动态的上锚固点，同时上下锚固点均设在水面列阵浮体投影区域之外，形成更加稳定的锚固体现，保证水面列阵浮体的安全。

Description

悬垂式自适应锚固系统及方法
本申请是母案名称为“悬垂式自适应锚固系统”的发明专利的分案申请；母案申请的申请号为：CN201911045428.7；母案申请的申请日为：2019.10.30。
技术领域
本发明涉及水面漂浮体锚定技术领域，具体涉及一种用于水面漂浮光伏发电整列锚固的悬垂式自适应锚固系统及方法。
背景技术
水上光伏电站是利用水上基台将光伏组件漂浮在水面进行发电。特点在于不占用土地资源，水体对光伏组件有冷却效应，可以抑制组件表面温度上升，从而获得更高的发电量。此外，将太阳能电池板覆盖在水面上，还可以减少水面蒸发量，抑制藻类繁殖，保护水资源。由于水面漂浮光伏具有以上特点，近年得以广泛的应用。但由于水域内，水位涨落的的变化，传统的水面漂浮光伏列阵的锚固方式不适于这种具有水位涨落变化的水域。于是产生了能适于水位涨落变化的锚固系统。
如CN201820606148公开的一种水上光伏电站锚固装置，该专利包括水上滑轮、水下滑轮、柔性连接以及收紧装置。柔性连接通过水上滑轮以及水下滑轮将漂浮方阵与水下锚点连接为一体；收紧装置包括收紧装置手柄、收紧装置支架以及收紧装置转筒，收紧装置手柄固定在收紧装置转筒上，收紧装置转筒固定在收紧装置支架上并可转动。柔性连接缠绕在收紧装置转筒，并通过转动收紧装置转筒实现柔性连接的收紧。收紧装置转筒的转动采用电机控制。该锚固系统虽然能过实现漂浮光伏方阵随谁位的涨落实现调节升降；但由于采用电动或手动方式调节柔性连接的收放，存在不能及时依据水位变化实施收放，光伏方阵不能与水位涨落随动，造成光伏方阵被浸没的风险。同时，由于具有水下滑轮，存在水下滑轮被水草，淤泥缠绕淤堵，造成水下滑轮失效，致使锚固体统调节失灵。
又如CN 109263817 A公开了一种用于水电工程大水位差的漂浮光伏电站系统。它具有自适应锚固系统，侧向自适应活动锚固机构包括钢绞线和含有滑轨的自适应滑锚组件，所述的滑轨沿边坡走向成对的布置在库区两侧的边坡上，所述钢绞线的一端分别与连接为一个整体的各件所述浮箱基座中的最外侧处的那一件浮箱基座连接，所述钢绞线的另一端分别与库区两侧滑轨上的自适应滑锚组件连接；水面升降过程中，连接为一个整体的各件所述的浮箱基座通过所述的钢绞线在所述自适应滑锚组件的配合下沿所述的滑轨随水面升降；自适应滑锚组件还包括滑动装置和收放线驱动装置，所述钢绞线的另一端绕过所述的滑动装置与对应侧的所述收放线驱动装置连接，所述的滑动装置在所述收放线驱动装置和连接为一个整体的各件所述的浮箱基座的配合下可沿所述的滑轨往复移动。该系统只能适用于水域两侧具有边坡的场景，同时，其自适应锚固系统结构复杂，施工安装难度大，工程造价高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种悬垂式自适应锚固系统及方法，适于广泛水域内光伏列阵自动适应水位涨落变化，安全稳定。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
本发明提供一种悬垂式自适应锚固系统，包括水面列阵浮体和多个固定的水下锚固装置，所述水面列阵浮体上连接有多个上锚固装置，所述上锚固装置包括定滑轮和悬垂活动锚块，所述水面列阵浮体的边缘连接有定滑轮浮体，所述定滑轮浮体和所述水面列阵浮体之间通过刚性连接件连接，所述刚性连接件两端分别与所述定滑轮浮体和所述水面列阵浮体铰接连接，所述定滑轮浮体上连接有定滑轮支架，所述定滑轮连接在所述定滑轮支架上，所述水下锚固装置固定连接牵引绳的一端，所述牵引绳的另一端绕过所述定滑轮与所述悬垂活动锚块连接。
上述技术方案中，水下锚固装置通过牵引绳绕过定滑轮与悬垂活动锚块连接，在水位涨落时，利用悬垂活动锚块的重量、水面列阵浮体的重量和水的浮力，涨水时，水面列阵浮体上升，定滑轮与固定的水下锚固装置之间的牵引绳拉长，提升悬垂活动锚块，实现锚固系统动态平衡；当水位下降时，水面列阵浮体下降，在悬垂活动锚块的重量作用下，悬垂活动锚块下降，拉动牵引绳，使定滑轮与固定的水下锚固装置之间的牵引绳缩短，实现锚固系统动态平衡。刚性连接件两端分别与定滑轮浮体和水面列阵浮体铰接连接，在发生水位变化时，定滑轮浮体与水面列阵浮体随水位的升降而升降，定滑轮浮体带动定滑轮同步升降，从而使得定滑轮与固定的水下锚固装置之间的牵引绳伸出或缩短，实现锚固系统动态平衡，采用刚性连接件铰接连接的方式，能够降低定滑轮浮体与水面列阵浮体之间彼此之间的影响，而且，牵引绳通过定滑轮作用于定滑轮浮体上的力会被水体分散，基本上不会传递到水面列阵浮体上，从而保证了水面列阵浮体随水位变化而升降的稳定性。
优选地，所述定滑轮设置在所述水面列阵浮体四周边缘，所述水下锚固装置固定在所述水面列阵浮体投影区域之外的水下，所述悬垂活动锚块悬垂在所述水面列阵浮体四周边缘的水中。将悬垂活动锚块悬垂在水面列阵浮体四周边缘的水中，实现下固定锚点和上活动锚点均设在水面列阵浮体投影区域之外，形成更加稳定的锚固体现，保证水面列阵浮体的安全。
优选地，所述悬垂活动锚块均匀地悬垂在所述水面列阵浮体四周边缘的水中，进一步提高锚固的稳定性。
优选地，所述定滑轮浮体包括间隔的两个浮体，两个所述浮体之间连接浮体连接板，所述定滑轮支架设在所述浮体连接板和/或两个所述浮体上。定滑轮设在独立的浮体上，对定滑轮形成稳定的支撑，同时，采用两个间隔的浮体，有利于牵引绳的穿过。
优选地，所述水面列阵浮体为矩形，所述悬垂活动锚块设置于所述水面列阵浮体的四角。使得水面列阵浮体自适应锚固时更加稳定。
优选地，所述刚性连接件与所述定滑轮浮体和所述水面列阵浮体均是通过钢环铰接连接。结构简单，便于进行安装。
优选地，所述牵引绳从两个所述浮体之间的空隙穿过并绕过所述定滑轮。便于牵引绳的连接，牵引绳通过定滑轮作用于两个浮体的作用力更加均匀，在水位发生变化时，使得浮体能够更加稳定的漂浮于水面上。
优选地，自适应锚固的最低水位hmin需满足：
Figure BDA0003436100980000041
式中：H是水域的最高水位，S是设定的全阶段控制位移。避免在使用时上锚固装置和悬垂活动锚块浮动锚固功能失效。
本发明还提供一种基于以上所述悬垂式自适应锚固系统的锚固方法：
系统的锚固分为三个阶段：
(1)当水位处于悬垂活动锚块沉底水位范围时，锚固系统处于固定锚固阶段，通过下锚固装置和悬垂活动锚块双点锚固方式进行锚固；
(2)当水位大于悬垂活动锚块沉底水位，小于牵引绳活动端调节长度开始耗尽水位时，锚固系统处于活动锚固阶段，悬垂活动锚块随水位变化和外部载荷作用在水中适应性浮动变化锚固；
(3)当水位处于将牵引绳活动端调节长度开始耗尽至水位达到绳长L时，锚固系统处于固定绳长阶段，随着水位增大，达到极限绳长所需的荷载值减小，水平位移极限值减小，水位达到绳长L时系统水平位移为0m。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
1)拓宽水面漂浮式光伏电站建设条件
锚固系统通过自动调节锚固绳长(牵引绳)能够在水位变化较大时依旧保持对漂浮的限位功能，大幅增加了漂浮电站建设的允许水位变化范围，为水库建设光伏电站创造条件。
2)优化水面光伏布置方案，增加水面利用率
将该系统应用到定长锚固方阵中能适当减少考虑碰撞所需避开的光伏方阵间距，节省了漂浮光伏电站的水面占用面积，增加了水面利用率。
3)改进市场上已建成漂浮电站，优化运维
自适应锚固系统应用于低变化水位电站能减少运维人员工作量，当水位变化时无需人工调整钢缆长度，发电站应用该技改方案可减少一定运维成本。
4)锚固系统安全性高
由于采用上下两个锚固点，下锚固点是固定的，上锚固点是动态的，同时上下锚固点均设在水面列阵浮体投影区域之外，形成更加稳定的锚固体现，保证水面列阵浮体的安全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为悬垂式自适应锚固系统主视示意图；
图2为悬垂式自适应锚固系统上锚固点俯视示意图；
图3为图1中A处放大示意图；
图4为图1中B处放大示意图；
图5为上锚固点滑轮结构示意图Ⅰ；
图6为上锚固点滑轮结构示意图Ⅱ；
图7为悬垂式自适应锚固系统原理示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-图2所示，本实施例提供一种悬垂式自适应锚固系统，水面列阵浮体100上设有光伏电池列阵101，水面列阵浮体100的边缘设有上锚固装置200(上锚固点)，水下设有下锚固装置201(下锚固点)，下锚固装置201固定在水底，实现下固定点，下锚固装置201可以但不局限于是下锚固块，下锚固桩等形式。上锚固装置200包括定滑轮210和悬垂活动锚块240，牵引绳220一端与下锚固装置201(下锚固块)固定，牵引绳220的另一端绕过定滑轮210与悬垂活动锚块240连接，悬垂活动锚块240悬垂在水面列阵浮体100四周边缘的水中，定滑轮210设置在水面列阵浮体100四周边缘，下锚固装置201固定在水面列阵浮体100投影区域之外的水下，悬垂活动锚块240均匀的悬垂在水面列阵浮体100四周边缘的水中，形成更加稳定的锚固体现，保证水面列阵浮体的安全。本实施例中水面列阵浮体100为矩形，悬垂活动锚块240设在水面列阵浮体100的四角，提高水面列阵浮体100的自适应锚固时的稳定性。
如图3所示，刚性连接件202的两端分别与上锚固装置200和水面列阵浮体100铰接连接，如采用钢环203铰接，降低上锚固装置200与水面列阵浮体100之间彼此之间的影响。
如图4-图6所示，上锚固装置200还包括定滑轮浮体，定滑轮浮体上连接有定滑轮支架213，定滑轮210连接在定滑轮支架213上。
定滑轮浮体包括间隔的两个浮体211，浮体211采用浮筒，两个浮体211之间连接浮体连接板212，可采用焊接连接，定滑轮支架213设在浮体连接板212上。牵引绳220从两个浮体211之间的空隙214穿过并绕过定滑轮210。
本发明的技术方案的进一步特点还提出为避免上锚固装置悬垂活动锚块浮动失效的技术方案。
如图7所示为调节系统运行示意图，系统的调节状态分为以下三个阶段。
1.固定锚固阶段
此时由于水位太低，活动锚块沉底，导致系统转变为固定锚固系统，此阶段锚固效果为双点椭圆锚固方式，采用双点椭圆锚固方式对水面列阵浮体100进行锚固，提高了水面列阵浮体100的锚固稳定性；为了保证固定锚固阶段的最大位移不超过全阶段控制位移S(定义见下文)，需对可适应最低水位hmin作出限制：
Figure BDA0003436100980000061
其中，H是水域的最高水位，S是设定的全阶段控制位移。S也就是最大荷载(风载)作用下的水面列阵浮体漂浮不允许超出的水平位移(m)。
2.活动锚固阶段
当水位大于活动锚块沉底水位，小于锚固绳长耗尽阶段，此阶段活动锚块处于水中浮动姿态，随水位变化和外部荷载作用，锚固绳活动端作适应性变化。
3.固定绳长阶段
此阶段，最大荷载已将活动端调节长度耗尽，随着水位增大，达到极限绳长所需的荷载值减小，水平位移极限值减小，水位达到绳长L时系统水平位移为0m。
因此，本发明在满足hmin后，这个体系才能正常运行。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种悬垂式自适应锚固系统，其特征在于：包括水面列阵浮体和多个固定的水下锚固装置，所述水面列阵浮体上连接有多个上锚固装置，所述上锚固装置包括定滑轮和悬垂活动锚块，所述水面列阵浮体的边缘连接有定滑轮浮体，所述定滑轮浮体和所述水面列阵浮体之间通过刚性连接件连接，所述刚性连接件两端分别与所述定滑轮浮体和所述水面列阵浮体铰接连接，所述定滑轮浮体上连接有定滑轮支架，所述定滑轮连接在所述定滑轮支架上，所述水下锚固装置固定连接牵引绳的一端，所述牵引绳的另一端绕过所述定滑轮与所述悬垂活动锚块连接。
2.如权利要求1所述悬垂式自适应锚固系统，其特征在于：所述定滑轮设置在所述水面列阵浮体四周边缘，所述水下锚固装置固定在所述水面列阵浮体投影区域之外的水下，所述悬垂活动锚块悬垂在所述水面列阵浮体四周边缘的水中。
3.如权利要求1或2所述悬垂式自适应锚固系统，其特征在于：所述悬垂活动锚块均匀地悬垂在所述水面列阵浮体四周边缘的水中。
4.如权利要求1所述悬垂式自适应锚固系统，其特征在于：所述定滑轮浮体包括间隔的两个浮体，两个所述浮体之间连接浮体连接板，所述定滑轮支架设在所述浮体连接板和/或两个所述浮体上。
5.如权利要求1所述悬垂式自适应锚固系统，其特征在于：所述水面列阵浮体为矩形，所述悬垂活动锚块设置于所述水面列阵浮体的四角。
6.如权利要求1所述悬垂式自适应锚固系统，其特征在于：所述刚性连接件与所述定滑轮浮体和所述水面列阵浮体均是通过钢环铰接连接。
7.如权利要求4所述悬垂式自适应锚固系统，其特征在于：所述牵引绳从两个所述浮体之间的空隙穿过并绕过所述定滑轮。
8.如权利要求1所述悬垂式自适应锚固系统，其特征在于：自适应锚固的最低水位hmin需满足：
Figure FDA0003436100970000011
式中：H是水域的最高水位，S是设定的全阶段控制位移。
9.一种基于权利要求1～8中任意一项所述悬垂式自适应锚固系统的锚固方法，其特征在于：
系统的锚固分为三个阶段：
(1)当水位处于悬垂活动锚块沉底水位范围时，锚固系统处于固定锚固阶段，通过下锚固装置和悬垂活动锚块双点锚固方式进行锚固；
(2)当水位大于悬垂活动锚块沉底水位，小于牵引绳活动端调节长度开始耗尽水位时，锚固系统处于活动锚固阶段，悬垂活动锚块随水位变化和外部载荷作用在水中适应性浮动变化锚固；
(3)当水位处于将牵引绳活动端调节长度开始耗尽至水位达到绳长L时，锚固系统处于固定绳长阶段，随着水位增大，达到极限绳长所需的荷载值减小，水平位移极限值减小，水位达到绳长L时系统水平位移为0m。
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