CN114228929A - 一种用于海上光伏发电的张力腿海洋平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于海上光伏发电的张力腿海洋平台。包括张力腿、平台拉索、横向拉索、活动平台、平台浮箱、斜向拉索、中央立柱、弧形撑管、连接节点以及径向拉索组成；弧形撑管与横向拉索、斜向拉索相连接，组成主体张拉整体结构。张力腿一端连接弧形撑管，一端固定于海底，消耗部分剩余浮力构成三棱柱式张紧结构。平台拉索将平台浮箱与底部横向拉索连接，通过剩余浮力将其绷紧并构成张紧结构。中央立柱安装于活动平台，其顶端通过径向拉索与弧形撑管相连接；本发明将张拉整体结构应用于张力腿海洋平台，通过特殊的张紧结构，抵消部分主体张拉整体结构与活动平台的振动，使得平台遭遇风浪时更加稳定，改善了传统张力腿平台易与波频共振的问题。

Description

一种用于海上光伏发电的张力腿海洋平台

技术领域

本发明涉及海洋平台技术领域，具体地说是一种用于海上光伏发电的张力腿海洋平台。

背景技术

随着石油等不可再生资源的不断消耗，海洋资源的开发已经成为国家发展规划中不可或缺的一环。海洋平台包含导管架式平台、重力式平台、半潜式平台、张力腿式平台等，其中张力腿平台是垂直系泊的顺应式平台。张力腿平台主要分为第一代张力腿平台和第二代张力腿平台，其中第二代张力腿平台包括Sea Star、MOSES和ETLP等系列。张力腿平台运动性能良好，可以灵活改变作业海域，其形态结构很大程度上降低了造价，于我国近海区域应用广泛。但其特殊的张紧结构在带来诸多优点的同时，也使得平台在较为恶劣的环境下更容易与波频共振，从而导致平台失稳。

本发明利用张拉整体结构，将主体张拉整体结构与活动平台分为两个相互影响的整体。通过特殊的张紧结构，抵消部分主体张拉整体结构与活动平台的振动，使得平台遭遇风浪时更加稳定，有效地改善了上述问题。该结构通过杆与索的结合，大大降低了该海洋平台的用钢材量。同时，其外形优美，不仅可以应用于海洋工程，还可用作海上展览场馆、海上城市等建筑。

发明内容

本发明的目的是提供全新的用于海上光伏发电的张力腿海洋平台，以扩充、丰富现有张力腿平台的种类，并通过张拉整体结构改善张力腿平台振动频率。

为了达到上述目的，本发明提供了用于海上光伏发电的张力腿海洋平台。其外形优美，呈螺旋状，通过特殊的张紧结构，抵消部分主体张拉整体结构与活动平台间的振动，使得平台遭遇风浪时更加稳定；本发明提供的用于海上光伏发电的张力腿海洋平台包含三条张力腿、数条平台拉索、三根底部横向拉索、活动平台、浮箱、三根斜向拉索、中央立柱、三根弧形撑管、数个连接节点、三根径向拉索、三根顶部横向拉索、数根横向加强拉索、数根纵向加强杆件。

上述的弧形撑管（8）的上下端节点（9）各呈正三角形分布，分别由三根顶部横向拉索（11）和三根底部横向拉索（3）连接，其中各管件上端节点（9）与顺时针方向的临管下端节点（9）对应，并由斜向拉索（6）与临管的下端节点（9）连接，组成螺旋主体张拉整体结构。三根弧形撑管（8）中部至顶部由均匀分布的数根横向加强拉索（12）连接，其中每两根横向加强拉索（12）之间应设置纵向加强杆件（13）。

所述的用于海上光伏发电的张力腿海洋平台需要预应力才能成型并承担外荷载，无预应力的张力腿海洋平台无法承担外部荷载。

所述的弧形撑管（8）为空心管，其水下部分为均匀粗管，自水线面处向上直径逐渐减小为均匀细管，具有一定的剩余浮力。

所述的最低处的横向加强拉索（13）与活动平台（4）留有一段距离。

上述的张力腿（1）顶部与弧形撑管（8）下端节点（9）连接，底部固定于海底，消耗部分剩余浮力构成三棱柱式张紧结构。形成张紧结构消耗的剩余浮力越大，其张紧结构的稳定性越高。其中，每条张力腿由数根系缆组成。

上述的活动平台（4）下方设置有圆柱状浮箱（5）。该浮箱（5）具有足够的剩余浮力使活动平台高于海平面，其底部通过平台拉索（2）与底部横向拉索（3）相连接，并消耗部分储备浮力将平台拉索（2）绷紧，形成张紧结构。该张紧结构的平台拉索（2）在绷紧的同时，使得主体张拉整体结构的底部横向拉索（3）也收紧，大大增加了其结构强度。

上述的中央立柱（7）安装于活动平台（4）中央，其顶部通过径向拉索（10）与弧形撑管（8）顶部相连接；所述顶部横向拉索（11）与所述弧形撑管（8）构成的平面用于固定光伏发电板。所述的中央立柱（7）为空心管状结构物，可作为活动平台上层建筑的承载柱，同时增加了活动平台的稳定性。

与相关技术相比，本发明有益效果如下：

（1）平台外部为三杆张拉整体结构，该结构具有一定的刚性与弹性。相对于一般的钢制框架，该结构可以对外部冲击起到很好的缓冲作用。并且该结构中，杆与索的结合保证了一定的强度，降低了用钢量，节约了大量资源。

（2）弧形撑管具有一定弹性，为张拉整体结构提供部分预应力。其下端直径较大，可提供部分储备浮力。其弧形结构为平台提供更大的上部空间，相对于一般的主体结构具有更高的经济效益。

（3）外部的张拉整体结构与活动平台采用柔性连接，使得二者拥有各自的振动频率。在一定条件下，两种频率可达到相互抵消的效果，其原理类似阻尼器和球鼻艏的机理。

用于海上光伏发电的张力腿海洋平台的出现，丰富了现有张力腿海洋平台的类型，拓宽了张拉整体结构的应用范围。具体优点包括：钢材消耗低、结构稳定、外观精美、适用于大型水面建筑或海洋工程结构（如水上游乐场、水上酒店、海上城市、海上展览场馆等）。

附图说明

图1为本发明的三维简图。

图2为本发明曲面形状的生成示意图。

图3为本发明的侧视图。

图4为本发明的俯视图。

图5为本发明的另实施方案。

图中标记如下：1-张力腿,2-平台拉索,3-底部横向拉索,4-活动平台,5-浮箱,6-斜向拉索,7-中央立柱,8-弧形撑管,9-数个连接节点,10-径向拉索,11-顶部横向拉索,12-横向加强拉索,13-纵向加强杆件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

如图1、图2、图3、图4、所示，本发明提供的用于海上光伏发电的张力腿海洋平台包含三条张力腿（1）、平台拉索（2）、三根底部横向拉索（3）、活动平台（4）、浮箱（5）、三根斜向拉索（6）、中央立柱（7）、三根弧形撑管（8）、数个连接节点（9）、三根径向拉索（10）、三根顶部横向拉索（11）、数根横向加强拉索（12）、数根纵向加强杆件（13）；

如图1、图3、图4所示，弧形撑管（8）的上下端节点（9）各呈正三角形分布，分别由三根顶部横向拉索（11）和三根底部横向拉索（3）连接，其中各管件上端节点（9）与顺时针方向的临管下端节点（9）对应，并由斜向拉索（6）与临管的下端节点（9）连接，组成螺旋状主体张拉整体结构。所述的顶部横向拉索（11）的长度小于底部横向拉索（3）长度，使主体张拉整体结构呈上端开口小、下端开口大的螺旋收缩结构，具体长短由具体施工和承载要求决定。所述的主体张拉整体结构需要预应力才能成型并承担外荷载，无预应力的张力腿海洋平台无法承担外部荷载。

如图2所示，所述的弧形撑管（8）中部至顶部由均匀分布的数根横向加强拉索（12）连接，最低处的横向加强拉索（13）与活动平台（4）留有一段距离。其中每两根或数根横向加强拉索（12）之间应设置数根纵向加强杆件（13），以保证结构的曲面具有足够强度。

如图1、图3所示，所述的张力腿（1）顶部与弧形撑管（8）下端节点（9）连接，底部固定于海底，消耗部分剩余浮力构成三棱柱式张紧结构。形成张紧结构消耗的剩余浮力越大，其张紧结构的稳定性越高。其中，每条张力腿由数根系缆组成。活动平台（4）下方设置有圆柱状浮箱（5），其底部通过平台拉索（2）与底部横向拉索（3）相连接，并消耗部分储备浮力将平台拉索（2）绷紧，形成张紧结构。该张紧结构的平台拉索（2）在绷紧的同时，使得主体张拉整体结构的底部横向拉索（3）也收紧，大大增加了其结构强度。所述的平台拉索（2）每一侧布置多根（图中表示为一根），以保证拉索具有足够的强度。

本实施方案中，主体张拉整体结构呈上端开口小、下端开口大的螺旋收缩结构，重心位置较低，具有更好的抗风性能。由于主体张拉整体结构下端开口大，因此可以设置较大的活动平台，且张力腿布置间距较大，拥有良好的抗扭性能。

作为本发明的另实施方式，如图5所示，在其他实施方式不变的前提下，顶部横向拉索（11）的长度大于底部横向拉索（3）的长度，使主体张拉整体结构呈上端开口大、下端开口小的螺旋结构，增加了上部的空间大小，采光效果良好。

本发明的原理如下：当来流或遇风时，由于活动平台与外部主体张拉整体结构的水线面面积、受风面积不同，它们的振动频率也不相同。但是二者由平台拉索与径向拉索连接，振动时将产生相互影响的反作用力，从而抵消部分风浪的影响，使得平台更加稳定并降低与风浪共振的几率。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，上述说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种用于海上光伏发电的张力腿海洋平台，其特征在于：包含三条张力腿（1）、数根平台拉索（2）、三根底部横向拉索（3）、活动平台（4）、浮箱（5）、三根斜向拉索（6）、中央立柱（7）、三根弧形撑管（8）、数个连接节点（9）、三根径向拉索（10）、三根顶部横向拉索（11）、数根横向加强拉索（12）、数根纵向加强杆件（13）；所述弧形撑管（8）的上下端节点（9）呈正三角形分布，分别由三根顶部横向拉索（11）和三根底部横向拉索（3）连接，其中各管件上端节点（9）与顺时针方向的临管下端节点（9）对应，并由斜向拉索（6）与临管的下端节点（9）连接，组成螺旋状主体张拉整体结构；三根弧形撑管（8）中部至顶部由均匀分布的数根横向加强拉索（12）连接，其中每两根或数根横向加强拉索（12）之间应设置数根纵向加强杆件（13）。

2.如权利要求1所述的一种用于海上光伏发电的张力腿海洋平台，其特征在于，所述弧形撑管（8）为空心管，该管水下部分为均匀粗管，其直径自水线面处向上逐渐减小为均匀细管。

3.如权利要求2所述的一种用于海上光伏发电的张力腿海洋平台，其特征在于，所述最低处的横向加强拉索（13）与活动平台（4）留有一段距离。

4.如权利要求1所述的一种用于海上光伏发电的张力腿海洋平台，其特征在于，张力腿（1）顶部与弧形撑管（8）下端节点（9）连接，底部固定于海底，消耗部分剩余浮力构成三棱柱式张紧结构；其中，每根张力腿由数根系缆组成。

5.如权利要求1所述的一种用于海上光伏发电的张力腿海洋平台，其特征在于，活动平台（4）下方设置有圆柱状浮箱（5）；该浮箱（5）具有足够的剩余浮力使活动平台高于海平面，其底部通过平台拉索（2）与底部横向拉索（3）相连接，并消耗部分储备浮力将平台拉索（2）绷紧，形成张紧结构。

6.如权利要求1所述的一种用于海上光伏发电的张力腿海洋平台，其特征在于，中央立柱（7）安装于活动平台（4）中央，其顶部通过径向拉索（10）与弧形撑管（8）顶部相连接；所述顶部横向拉索（11）与所述弧形撑管（8）构成的平面用于固定光伏发电板。

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