CN115348934A - 框架和由其构建的承载结构 - Google Patents

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Abstract

用于模块化地构建离岸框架结构的框架结构(70)和方法,所述离岸框架结构包括框架(50),所述框架具有: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)和用于张紧框架(50)的两个条形体(54)。连接元件(55)布置于杆(51、52)的各个端部处,每个所述连接元件都具有单独的法兰(56),用于将单独的杆(51、52)附接至连接元件(55)。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,以便附接所述柱(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。连接元件(55)相对于杆(51、52)的纵向方向(61)构造为使得在一侧构造有延伸部(62)并且可以在相反侧布置有保持部(66),使得框架(50)的连接元件(55)的延伸部(62)可以与另一个框架(50)的另一个连接元件(55)的保持部(66)连接。

Description

框架和由其构建的承载结构
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,以及用该框架模块化地构建而成的漂浮式二维和三维承载结构(例如作为漂浮平台的承载结构,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承载结构)和用于模块化地构建该承载结构的方法。
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承载结构经常难以操纵或操控,特别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承载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承载结构,该承载结构能够以简单的方式被构建并且成本低廉,由此该承载结构能够被模块化地构造并且是可扩展的。制造和组装作业将减少到最低限度,特别是离岸组装所需的作业。利用根据本发明的承载框架结构,还可以提供在其尺寸和承载能力方面灵活适应的坚固的、漂浮式承载结构。
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。在从属权利要求中指出有利的实施例。通过根据权利要求12、15或16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的实施例。权利要求26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以模块化方式构建的。为了实现目的,权利要求27及其从属权利要求还包括用于连接至少两个根据本发明的框架的方法。
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件
Figure BDA0003859115990000021
分别对角地张紧来保持形状。为了将杆连接至柱和条形件,连接元件布置于杆的端部处,每个杆都具有单独的法兰,用于将连接元件附接至杆。如果第一杆和/或第二杆是由空心体制成的,则法兰能够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法兰焊接到杆上来实现。其他惯常连接(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。在又一实施例中,至少第一杆被设计为不透流体的空心体,连接元件可以附接至其端部。然而,除此之外,第二杆和/或柱也可以被构造为不透流体的空心体;替代地,连接元件能够以不透流体的方式封闭杆和/或柱。
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单元,特别地在陆地上预组装所述单元。在这种情况下,在一个法兰旁边(杆的一端能够通过该法兰附接至连接元件),连接元件具有的接收区,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,这些与杆基本垂直地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,因此也为了保持杆固定在柱上,使用具有张紧装置的条形件。这些条形件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“条形件”包括张紧和捆绑条形件,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。
在优选的实施例中,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件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,构造为条形件的框架支柱可以在张紧装置处分开,并且在每个情况下,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,条形件/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。
在根据本发明的条形件的一个实施例中,在条形件的端部处配置了闩锁装置、夹紧装置或类似的装置,以将条形件凸地或非凸地固定到连接元件。这些装置将条形件固定在可旋转地安装于连接元件中的销中,并且可以是单区段设计。例如,与在销中制作的孔的内径相比,条形件的端部可以具有较大的直径。为了允许条形件的端部被推压通过在销中制作的孔,在条形件的端部设置有槽,以允许在条形件端部被推压通过时条形件端部的弹性变形。在被推压通过之后,条形件端部的弹性变形被逆转,并且例如通过底切而与销形成凸配合。
然而,用于将条形件固定到根据本发明的销上的装置也可以是多区段设计。例如,可以在条形件的端部设置闩锁机构,在条形件已经被推压通过销中的孔之后,该闩锁机构被配对部分锁定,从而确保条形件不掉出。
例如,如果通过作为条形件的张紧条形件来实现张紧,则可旋转地安装在连接元件中的销是非必要的,这是因为条形件的紧固装置被构造为例如套管、眼孔或槽等形式。
在本发明的一个实施例中,虽然柱通过接收区连接至连接元件,但是连接元件或其接收区没有被布置于柱的端部处,而是布置于柱的端部之间。因此,柱的一部分可以在柱的纵向方向上从根据本发明的框架向外突出。可以以多种方式使用柱的突出部分,例如,以固定柱的延伸部中的诸如漂浮物或提升装置的附件。
这样,根据本发明的框架能够简单地通过将柱附接至设置有连接元件的杆,优选地无需工具,以及通过将条形件(可分的)插入衬套,或者通过将框架支柱插入布置于连接元件上的具有横向孔的可旋转销中,仅通过设置于条形件上的张紧装置来保持形状或者保持在一起。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。在优选的实施例中,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附加的漂浮体布置于框架上。
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单元,并且可以被带走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载框架结构。在另一个实施例中,离岸承载框架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以不透流体的方式密封的空心体,或者将第一杆构造为不透流体的空心体(其可以附接至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。本发明的概念涵盖以下事实:除了第一杆之外,第二杆和/或柱也具有圆形横截面和/或被构造为空心体。可以将附加的浮力体暂时或永久地附接到第一杆或第二杆或柱,例如以增大根据本发明的框架的浮力。
如果第二杆和/或柱具有不透流体的腔或被连接元件以不透流体的方式封闭,则第二杆和/或柱可以用作除了第一杆之外的漂浮体并且对根据本发明的框架的浮力做出贡献。
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,这是因为第二杆经常不必贡献浮力,尽管这是可以被想到的。在根据本发明的框架在承载结构中垂直地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,不需要为两种杆使用相同的材料,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(特别是盐水)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。
在这种情况下,可以由金属材料、塑料、非弯曲的弹性材料或复合材料制成杆、柱、连接元件、连接元件的一部分和/或条形件,从而应该由最能满足部件要求的材料来形成各个部件。
为了进一步增大浮力,在根据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,如果要将框架布置为平行于例如水面,则也可以与框架的平面平行地安装漂浮体。无论根据本发明的框架位置如何,都可以将漂浮体布置在框架和水面之间。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,因为在框架上布置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。
除了漂浮体之外或者代替漂浮体,也可以将例如用于太阳能电池板或风力涡轮机的安装架的一部分、或用于平台或提升装置的保持部的一部分布置于根据本发明的框架上。取决于根据本发明的框架的安装位置,这些附件要么与根据本发明的框架的平面平行地固定,要么例如固定于柱中的一者的延伸部中。
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或也平行地相互连接或者接合形成三维结构,在连接元件的一侧形成延伸部,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。
在优选的实施例中,连接元件在设计中是不对称的,并且因此可以形成于根据本发明的所有角点处,这是因为两个框架的两个相邻的连接元件始终可以以凹凸配合的方式相互连接。这使得利用最少数量的部件连接两个框架变得特别容易。
除了连接元件的不对称构造之外,本发明概念还涵盖以下事实:连接元件是对称地形成的,即连接元件的延伸部和保持部被设计为基本相同的。例如,在对称的连接元件的情况下,根据本发明提供适配器部分,该适配器部分与一个连接元件的保持部形成凹凸连接,同时又与另一个连接元件的延伸部同样以凹凸配合的方式接合。因此,总而言之,不对称地构建的连接元件-其延伸部或其保持部被根据本发明的适配器部分延伸-也可以被视为不对称的连接元件,该连接元件与其他连接元件接合,后者相对于适配器部分是镜像翻转的。
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,连接销又可以被插入到该延伸部中。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并且在某些实施例中附加地沿径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。
在本发明的优选的实施例中,至少第一杆的提升力与重量之比是可变的。例如,可以设置溢流装置,可以通过该溢流装置将第一杆充满水或排空水。另外或替代地,可以使用配重装置,该配重装置能够(可拆卸地)附接至第一杆,并且增大或减小第一杆的重量和/或浮力。在根据本发明的框架的该实施例中,第二杆优选地也是可漂浮的。
根据本发明,要么形成为空心体的第一杆,要么布置于杆上的连接元件中的至少一个连接元件可以具有开口,可以通过该开口将第一杆充满水或排空水。本领域技术人员将选择开口的位置以适合应用。例如,可以优选地将开口布置于要排空的空心体的最低点,这是因为这使得借助水自身的重量从空心体中移除所有水变得特别容易。在这种情况下,可能有必要在开口处设置类似于通气管或软管的装置,以便能够通过该装置从水面到达开口。优选地,可以以不透水的方式封闭开口,例如可以利用能够插入或拧入开口中的插头。本领域技术人员知道的以不透流体的方式封闭开口的其他方法或装置(例如在密封帽上焊接,粘合或插入或施加可固化的密封剂)都被包含在本发明概念中。
此外,如果对于溢流或排空过程而言有必要,则也可以在杆上布置若干开口。例如,可以设置处于顶侧的开口和处于杆的底侧的开口。例如,水可以通过底部的开口进入或泵入杆中,从而使被水取代的空气可以通过顶部的开口逸出。例如,在相反的情况下,当水通过底部的开口被吸出杆时,空气可以经由顶部的开口流入杆中。当然,本领域技术人员将选择开口的数量和排布方式,以及以适合应用的方式进行溢流和排空的装置和工具。例如,可以使用另一种气体来代替空气,或者以其他液体来代替(海)水。本发明概念也包含完全不同的材料,例如可固化的泡沫。
例如,在本发明的一个实施例中,如果两个杆(即,第一杆和第二杆)都是可漂浮的,则根据本发明的框架也可以用作水体上漂浮平台,该漂浮平台将被部署为用于浮力平台的一种浮筒、漂浮框架或漂浮桁架。
例如,可以根据本发明的许多框架在水面上构建棋盘状离岸框架结构漂浮平台。为此目的,将若干框架布置于水面上,即平行于水面对齐,并通过布置于框架的角部的连接元件连接。这创建了沿着水面延伸的棋盘状结构,其中,交替地布置框架和“自由”空间。在又一实施例中,根据本发明的框架的杆和柱都被设计为可漂浮的。然而,也可能的是,并非根据本发明的框架的所有元件都是可漂浮的,这取决于需要由框架产生多大浮力。
更优选地,在棋盘状离岸框架结构的自由空间中,在布置于对角地对置的角部中的连接元件之间,设置有张紧装置的条形件被张紧。根据本发明的条形件与用于对角地张紧根据本发明的框架的条形件在结构上相似或相同。这意味着例如可以通过以各种惯常方式设计张紧装置或条形件的端部。通过用条形件对角地张紧空间,这些(自由)空间的稳定性以及因此整个平面结构抵抗外部施加的变形(例如波浪)的稳定性和阻力会增大。
连接元件或适配器部件或连接元件的一部分(通过它们将棋盘状离岸框架结构的框架保持在一起)可以被设计为可弹性变形的,即,在通常在离岸框架结构的操作期间发生力在力的影响下表现出弹性材料响应。如果两个相邻的框架彼此进行相对运动,例如由于在离岸框架结构下的波浪倾斜,则可以通过连接元件的材料的弹性变形来补偿该相对运动,而不会导致离岸框架结构的部件的塑性变形,更没有材料失效。在某些应用中,将设计连接元件的仅一部分(例如保持部)设计为可弹性变形的可能是足够的,或者甚至是必要的。可以选择各种可弹性变形的材料或材料组合,例如弹性体、塑料或纤维增强塑料。如以上已经解释的,必须始终根据框架结构的操作期间施加的力来评估“可弹性变形”的规范。
如上所述,根据本发明的框架自身可以是可漂浮的,必要时作为前文提及的二维的、地毯状、高于二维的结构的替代,还可以组装以形成漂浮式三维离岸框架结构模块,该模块呈采用合适的连接元件的直三棱柱或直四棱柱或多棱柱的形式。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础单元的根据本发明的这种框架结构模块的侧表面,所述基础单元进而用作用于根据本发明的离岸框架结构的单元。
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三维框架结构的模块化基体)例如用于构建广阔的离岸框架结构,可以在陆地和离岸组装,因为框架本身是刚性的且张紧的,所以它们比它们的单独的部件本身更容易运输、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。
一种由三个根据本发明的框架形成的框架结构构成了最小的框架结构模块-直三棱柱。第一杆横跨大致三角形底面,而第二杆横跨全等的三角形顶面。由于在这种情况下三个根据本发明的框架以垂直方式布置,所以这种三棱柱的侧边由两个相邻的框架的两个侧杆(柱)形成。框架之间通过连接元件相连。具体地,如以上所阐述的,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,由相邻的框架的两个侧向杆/柱形成竖直侧边。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的框架彼此相连。
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,以便将框架结构模块夹持在一起,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。
在由根据本发明的框架构建呈多棱柱形状的框架结构的情况下,可以在底面或顶面的中心或者空间体积的中心处布置由连接元件构建的中心元件。中心元件通过连接器连接至布置于基面和/或顶面的角部中的连接元件。这具有如下优势:多个连接元件可以经由连接器连接至一个中心元件,这样获得根据本发明的框架结构的特别良好的刚性,并且允许框架被灵活地布置,例如呈星形。
如果根据本发明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或星形棱柱,则可以形成广阔的平面承载框架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载框架结构,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持/支撑装置。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承载结构,或用作跳水运动的装置平台或休息平台。然而,根据本发明的离岸承载框架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载框架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上、上方或下方附接附加的浮力体。为此目的,能够想到例如在柱的延伸部中布置对应的接收装置,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布置四个漂浮体,尽管例如可以被4整除的更多数量的漂浮体也在可能的范围内。当然,装置也可以被安装在杆中的一个或更多个杆上。
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,以便在其上附接用于保持装置的其他结构元件。这种保持装置(在下文中也称为“附件保持装置”)可以用于例如固定附件,该附件是安装于漂浮式离岸框架结构上的诸如太阳能电池板、桅杆、风力涡轮机、起重机或参照附件。
根据本发明,一个或更多个支撑结构可以布置于第二杆所横跨的顶面中,和/或布置于第一杆所横跨的底面中,和/或布置于顶面和底面之间的中间平面中。在这种情况下,支撑结构被支撑于对置的第一杆或第二杆和/或连接器上,以使诸如平台、光伏模块等上层结构可以被支撑于支撑结构上。这样,支撑结构使杆之间的区或区域能够被利用。本发明概念包括支撑结构的惯常设计,例如呈横梁的形式,该横梁适合分配待支撑的载荷,该横梁被放置于杆上并且附接在那里。
支撑结构还可以具有轨状路径,托架状或篮状运输装置在框架结构的杆之间移动。优选地,将这种构造用在根据本发明的框架结构的顶面中,例如在第二杆之间,以便允许人的移动或在框架结构的顶面中的工具的运输。
在根据本发明的框架结构的一个实施例中,第一杆和/或第二杆的封闭的不透流体的腔可以通过软管而彼此相连,该软管连接至杆中的和/或连接元件中的开口,由此形成流体管道系统。例如,通过泵送或抽吸装置,可以将冷却液体泵送通过由杆和软管组成的管道系统。这种冷却流体管道可以用于例如从电子部件、光伏模块或布置于光伏模块中或上的其他需要冷却的部件中吸收废热,并至少经由漂浮在水中或水上的第一杆(其用作散热器)将废热散发或排放到水中。改善热传导的措施(例如使用附加的热交换器以增大传导面积)属于本领域的技术。
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承载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,漂浮体可以以这样的方式可移动地安装:使得它们能够通过承载结构/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被布置于可移动的提升棒中,该提升棒与柱平行地对齐并且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。附接在这些漂浮体上的提升棒将这种竖直振荡运动传递至例如线性发电机。这些发电机的驱动轴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、整流并潜在地临时储存并且传输到陆地。
在以直三棱柱形式示出的框架结构的简化实施例中,例如,三个可移动地布置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,在波浪穿过这种广阔的承载结构的同时,这种平面结构的离岸承载结构能相对稳定地漂浮在水体的表面上。还可以想到的是,广阔的平面状承载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,使得可移动地布置的漂浮体仅被波浪的力偏转,而不必施加任何浮力来保持承载结构。
根据本发明,一种用于连接至少两个框架的方法包括如下步骤:
在第一步骤a)中,将根据本发明的框架布置于水体的表面上,其深度至少对应于第一杆和相应的第二杆之间的距离。第一杆和第二杆都被设计为可漂浮的,这就是框架漂浮在水面并且与之平行地对齐的原因。
在下一步骤b)中,第一杆的浮力与重量之比减小到这样的程度:使第一杆可以淹没在水面之下,并且框架利用第二杆而保持漂浮在水面上。在此,浮力与重量之比是浮力与重量的商。因此,它将第一杆所提供的浮力与第一杆的重量相关联。较高的浮力与重量之比使得第一杆提供的浮力显著地大于它自身的重量漂浮在水面上所需的浮力。在浮力与重量之比为1的情况下,第一杆提供的浮力与平衡自身的重量并因此漂浮在水面上所需的浮力恰好一样大。如果浮力与重量之比小于1,则第一杆将下沉。在步骤b)中将第一杆的浮力与重量之比减小至如下程度:当本发明的框架基本上对齐水面时,根据本发明的框架是可漂浮的,其中,第二杆持续漂浮在水面处或水面上。对要连接的所有框架执行该步骤b),以使所有框架以相同的对齐方式(即,基本上垂直于水面)漂浮在水中。
在进一步的步骤c)中,布置于要连接的两个框架各自的第二杆上的连接元件相互连接,以便在水面处的柱的上端处创建第一节点,并且两个框架通过该节点来相互固定。
由于步骤c)之后的这种状态,特别是两个框架相对于彼此的位置仅由第一节点处的固定情况来确定;在后续的步骤d)中,稳定装置附接至相连的框架,使得两个框架的相邻的柱保持基本上相互平行。这样防止两个框架或框架的两个相邻的柱改变它们相对于彼此的位置,或者在该方法的进一步期间分开,例如,这可能导致形成第一节点的连接元件损坏。
在要相互连接的框架的位置已经被锁定之后,在后续的步骤e)中,第一杆的浮力与重量之比增大,使得框架在保持它们彼此的取向的同时升高,直到第一杆恰好漂浮在水面下、水面处或水面上。在这种情况下,要连接的框架仍然基本上垂直于水面对齐,从而至少稳定两个相邻的柱的相对位置。
在最后的步骤f)中,布置于相邻的第一杆上的连接元件现在相互连接。这在两个框架被保持在一起的柱的底部处产生第二节点。
因此,根据本发明的方法的结果是:从俯视图中看,由两个框架组成的成角度形状的离岸框架结构现在可以连接至已经存在的根据本发明的离岸框架结构,或者可以为构建根据本发明的离岸框架结构提供基础。
为了减小根据步骤b)的第一杆的浮力与重量之比,根据本发明,配重装置能够可拆卸地附接至第一杆,使得它们可以被再次移除。替代地,可以将软管或通气管附接到第一杆或用于将水引入第一杆中。如前文所述,可以在第一杆本身和附接至第一杆的连接元件两者设置应用软管的开口。
根据本发明,例如,如果期望浮力与重量之比特别快速地变化,则可以使用配重装置和软管两者。为了增大第一杆的浮力与重量之比,要么移除配重装置,和/或附接浮力装置,和/或使用例如压缩空气单元,或使用泵,将水从杆中再次移除;例如吹出、抽出或吸出,并且将空气或其他气体引入杆中。本领域技术人员熟悉各种可能的方案,以去除容纳于第一杆中的水,或者用空气或气体代替它。当实施根据本发明的方案时,必须小心以确保例如当第一杆布置于水面之下时仍然可以到达配重装置或软管,这是因为作为根据本发明的框架结构的组件的一部分,第一杆的浮力与重量之比已经变化,并且第一杆已经降低至水面之下。
根据本发明,竖直地漂浮在水中的多于两个的框架也可以被组合,以形成框架结构,该框架结构的第二杆漂浮在水面上,并且该框架结构的第一杆在执行步骤e)和f)之前已经降低至水面之下。本领域技术人员将选择要在步骤d)和e)中连接的框架的数量,这取决于例如所要形成的离岸框架结构的期望尺寸。
在组装期间,根据步骤b)至f)中的一个步骤,可以在两个框架之间附件保持装置,以使从上方观察到的两个框架之间的预定角度保持恒定。该预定角度优选地从俯视图中看呈L形,即基本上是直角的;当建造具有矩形底座的结构时,该预定角度不是通过连接节点来限定的,只要待连接的框架不形成在俯视图中封闭的轮廓(例如三角形或多边形)即可。优选地,这些节点允许绕平行于框架的柱的轴线旋转的自由度。因此,在组装期间,可能优选的是保持两个框架之间的角度恒定,这是因为这有利于例如根据本发明的若干框架或框架结构次级单元连接在一起。虽然固定装置可以被设计为在步骤d)中安装的稳定装置的附加部件,但是也可以形成功能单元,其中,将稳定装置作为一个部件。对惯常方案的使用没有限制。
根据本发明,在步骤d)中附接的稳定装置优选地附接至两个框架的柱上,使它们可以在柱的纵向方向移动。这样,当第二杆已经漂浮在水面处或水面上时,可以将稳定装置附接至柱。然后,稳定装置可以沿着柱朝向水底下降,例如,降低稳定装置必须提供的杠杆作用,以保持两个框架之间的倾斜角度。在另一个实施例中,在根据步骤e)的框架上升期间,稳定装置可以沿着柱滑动或被引导。
根据步骤b)至f)中的一个步骤,在提供了附件保持装置以将附件部分(例如漂浮体、光伏模块、风力涡轮机或平台)紧固至柱和/或第一杆的情况下,优选地将这些装置安装在第一杆上方或下方和/或位于第一杆的端部处的连接元件上。在该方法的优选的实施例中,在组装附件保持装置之前,将根据步骤f)连接在一起的框架将移动至较浅的水中,使得附件保持装置能够至少部分地由一个或更多个立在地上的组装人员组装。此外,框架的浮力与重量之比以及因此框架漂浮在水上的高度可以改变,使得附件和附件保持装置可以被安装在方便作业高度处。
优选地,在步骤e)中增大了浮力与重量之比之后,将软管(如果使用过)移除,并且以不透水的方式密封第一杆、或连接元件、或对应的开口。
以这种方式连接的根据本发明的框架已经在第一杆的水平和第二杆的水平相互连接,可以以漂浮状态连接至先前连接的框架,或添加至漂浮式离岸框架结构或类似装置。
在将用于组件群(诸如提升棒、桅杆、起重机等)的杆状部件整合到根据本发明构建的离岸框架结构中的情况下,这些部件可以以简单的方式以一端从水面之下通过拉动装置穿过连接元件之间横跨的区域沿着柱的进入到水面之下的基本竖直的位置并且基本上平行于柱。为此目的,可能优选的是安装起重机装置,例如在第二杆的平面中,然后通过将杆状部件从水面之下向上拉。
为了增大非漂浮部件的浮力,可以使用可附接且可拆卸的漂浮辅助器或筏装置,以便可以将部件运输和/或漂浮在水面上或水面处组装。这样,当由多个根据本发明的框架构建大型连贯的框架结构时,还可以通过漂浮辅助器或筏装置将部件传送到框架结构的内部,以便在使用的地方将它们整合到框架结构上,其中,对于大型运输船而言,无法进入该框架结构,甚至无法通过大型起重机到达该框架结构。
为此目的,可以将起重机装置进一步附接至第二杆所横跨的顶面;利用起重机装置,漂浮辅助器、筏装置、附件保持装置和/或附件能够被多个起重机装置从水面提升至所述顶面上,或提升至所述顶面和水面之间的中间平面内。这样,可以用很少的劳动使根据本发明的框架结构实质性地逐渐漂浮在水体中,这是因为此目的所需的部件被漂浮辅助件和起重机带到组装现场,以便将框架结构竖立在其使用地点的区域附近以及安装/装配期望的设施。
附图说明
在基于优选的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承载结构中的组装件,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元件;
图4:用于将相邻的框架的两个连接元件连接的实施例;
图5:用于将相邻的框架的两个连接元件连接的替代性实施例;
图6:根据本发明的框架结构模块的透视图;
图7:由多个框架结构模块组成的承载结构的透视图;
图8:根据本发明的模块化承载结构的又一实施例的透视图;
图9:根据本发明的离岸承载结构的透视图,具有根据图8的多个根据本发明的框架结构模块;
图10:根据本发明的棋盘状框架结构;
图11:根据本发明的第二棋盘状框架结构;
图12:用于波浪发电站的框架结构模块;
图13:由根据本发明的方法连接的两个框架;
图14:由多个框架结构模块组成的波浪发电站的透视图。
图15:由多个根据本发明的框架结构模块组成的根据本发明的离岸承载框架。
具体实施方式
图1示出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保持为间隔开的,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布置于第一杆51和第二杆52的两端,从而连接元件55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例如以这样的方式挂/钩/安装在连接元件55中,使得其在框架中心的方向上被锁定。在另一个优选的实施例中,条形体54安装在具有横向孔的可旋转销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的连接元件55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通过法兰56连接至连接元件55。此外,还可以看到销59,该销59插入连接元件55的孔58中,并且保持形成为条状体(Band)的框架支柱54。在连接元件55的一侧,延伸部62被示出为内部形成有连接孔眼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67可以通过保持部66锁定(参见图4),该保持部66可以在延伸部62的相反侧的螺纹点65处附接至连接元件55。
图3示出使用中的连接元件55,例如,当组装根据本发明的单独的框架时,每个框架四次。在右手侧,法兰56被示出为用于将连接元件55以可能的不透流体的方式附接至杆51或52的一端,以及用于附接柱53的接收区57,例如通过插入或塞入。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(参见图4)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50的相邻的连接元件55的连接孔眼64中的连接销67可以被接收、对中并最终固定。在相反侧,可以看到上部延伸部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如何连接以形成节点80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模块70或离岸承载结构模块80时,就会出现这种连接情况。在图4中,保持部66被使用,其呈近似三角形的形状。能够通过漏斗形开口71接收和锁定具有渐缩的/锥形的端部72的连接销67。为此目的,保持部66能够例如通过螺栓(未示出)沿着螺纹点65的轴线73引导逐渐会聚在一起。这样,当组装两个根据本发明的框架50时,两个保持部66可以被预先固定,例如,距离大于连接销67的轴向长度。当使得保持部66彼此靠近并且它们的漏斗形开口71彼此面对时,插入连接孔眼64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的漏斗形接收区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,以张紧框架结构模块70。该横向孔68在图4中对齐在杆51、52的纵向方向61所横跨的平面中,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,则横向孔也可以与其成一定角度。
图5示出图4所示的节点81的替代实施例。节点81具有两个连接元件55,每个连接元件55都包括法兰56,杆51、52连接至该法兰。两个连接元件55通过保持部66和延伸部62相互连接。在此,保持部66在与延伸部62相联合/结合的状态下在轴向方向和径向方向上固定连接销67。这些连接销67可以具有接收区,例如用于其他部件的横向孔68。在此示出的实施例中,保持部66从上方看时具有几乎正方形的形状。然而,与其他部件一样,本领域技术人员通常会利用他们的设计自由度来实现保持部66的技术结构,以使根据本发明所需的部件适应特定的要求,例如现场。
连接元件55还提供用于柱53的接收区57以及孔58,销59可以插入所述孔中。节点81还包含两个其他连接元件55,它们以简化的形状为特征,因为它们没有法兰56。这些附加的连接元件55可以用于例如接收附接部件保持装置96。节点81是例如根据本发明的承载框架80的角部节点82,其中,可以更简单地构造未附接的连接元件55(没有连接杆51、52),例如,以便节约材料并因此节约生产成本。然而,通过这些附加的连接元件55,也可以与框架50的柱53平行地锁定附加的柱53,以便能够在柱53的角点或角边缘中如对布置于承载框架80内部的节点84之间可能的那样提供相同的功能。这些附加的连接元件55可以类似地转用到T节点83。
图6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。顶面(由第二杆52基本上呈矩形横跨)由位于相应侧边中的每一个上的彼此平行地间隔开的两个柱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7示出以平面方式构造的离岸承载框架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形成基础单元。本领域技术人员将认识到,在图7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被布置成用于在所形成的六个顶面和六个底面中的每一个中进一步张紧承载框架80。
图8示出框架模块70的示例,其上的漂浮体100布置于第一杆51上或柱53的延伸区域中。这些漂浮体100布置于相邻的框架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(Torus-segmentartigen)浮筒组成,每个浮筒1本身是可漂浮的。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100的较低的故障可能性。如果在操作期间类环面段的浮筒中的一个泄漏,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和体积远小于漂浮体100的总重量和总体积,从而便于组装。
图9示出由根据图8的六个框架结构模块70组成的离岸承载框架结构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。承载框架结构模块70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10示出根据本发明的离岸承载框架80的又一实施例,其示出棋盘状(schachbrettartigen)结构,该结构在水面上以基本上平面的方式延伸。这种棋盘状承载框架80也由根据本发明的、用作基本建造块的框架50构建而成。在这些框架50中,第一杆51和第二杆52以及柱53都可以被设计为空心体,它们中的每一个都被连接元件55以不透流体的方式封闭。这样,单独的框架50可以被放置或漂浮在水面上,而杆51、52和可能的柱53提供的浮力比根据本发明的框架50的重量所需的浮力大。根据本发明的框架50例如此处通过三个进一步的框架50而延伸,其通过连接元件55、更精确地说是通过连接元件的保持部66和延伸部62连接至所述进一步的框架,以这种方式创建棋盘状图案,其中,框架50和“空的”空间交替地布置。所示出的框架50中的两个框架还具有支撑结构90,该支撑结构被支撑于柱53上,或者,在其他实施例中,附加地或替代地位于杆51、52上。支撑结构90可以用作太阳能模块、容器,地板或其他附接部件95的安装装置
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和/或使得在根据本发明的框架结构上的移动成为可能。此处示出的支撑结构90特别适应载荷,所述载荷例如由附件95(例如太阳能电池板)或它们上面的风载荷等引起。这意味着支撑结构90的结构被设计为:在由太阳能模块引起的部件载荷最大的情况下,它是最耐用的。根据应用的不同,还可以想到支撑结构90的其他设计。支撑结构90可以直接支撑于杆51、52和/或柱53上,或者它们可以被附件保持装置96保持到位。
为了稳定图10所示的四个根据本发明的框架50相对于彼此的位置,可以使用固定装置92(未示出),或者可以将自由连接元件55中的一些连接元件连接至其他杆510、520或其他柱530,从而创建大致矩形的整体结构,该结构自身是扭转刚性的。图11示出基于两个根据本发明的框架50的正方形实施例中的这种承载框架80,该框架被其他杆510、520或设置有根据本发明的连接元件55的柱530延伸。在该实施例中,第一杆510、第二杆520和柱530可以是相同的部件,使得它们能够根据期望而互换。在其他实施例中,仅附加的第一杆510和第二杆520在构造上是彼此相同的,并且在构造上与第一杆51和第二杆52相同。虽然柱53和530在构造上也可以是相同的,但是与例如第一杆51、510第二杆52、520在长度、直径或浮力上不同。可以由如图11所示的漂浮体100来额外地增大这种具有延伸部的棋盘状结构80的浮力。
此外,设置有连接元件55的、附加地分别插入的柱530和杆510和520通过条形体54连接至根据本发明的框架50,以便进一步增大承载框架80的刚性。在承载框架80下面或者在承载框架80与水面之间固定漂浮体100增大了布置于承载框架80上的附件95与水面之间的距离,从而降低了附件95在浪涌(Wellengang)和/或强烈的风的情况下被水浸湿或者甚至被淹没的风险。附加的漂浮辅助器99附接至一些柱53或杆51、52,以进一步增大离岸承载框架80的浮力。
图12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70中,根据本发明的相应框架50的第一杆51和第二杆52之间布置有漂浮体100。漂浮体100的分段构造使得能够由单个漂浮体段组装漂浮体,并且将它们整合到框架结构模块70中,即使框架结构模块70已经被组装。然而,同样,例如,如果有必要在组装过程中产生附加的浮力,则在组装过程开始时,漂浮体100也可以附接至框架结构模块70。漂浮体100可以沿着柱53振荡,从而沿着提升棒的纵向轴线27上下线性移动提升棒25。这些提升棒25与线性发电机110连接在一起,使线性发电机90将提升棒25的升降运动转化为发电机90的驱动轴的旋转运动,从而根据发电机原理将波浪能转化为电能。
图13示出两个框架50,它们通过布置于杆51、52上的连接元件55的保持部66和延伸部62而相互连接。为此目的,两个框架50最初被布置在水面上。在第一杆51的重量增加之后,或者第一杆51的浮力已经减小之后,框架50在水中与水面垂直对准地漂浮。在此,漂浮的第二杆52和布置于第二杆上的连接元件仍然在水面处或水面上,并且因此容易达到。通过将布置在两个第二杆52处的两个连接元件55连接以形成上部节点81,创建从俯视图呈三角形的结构。
为了在离岸安装期间和在浪涌期间也确保安装于上部节点81下方的两个柱53保持它们彼此的相对位置,至少一个稳定装置91被附接至框架50,优选地直接附接至待稳定的柱53。优选地,虽然这些稳定装置91可以沿着柱53滑动,使它们能够在水面上被安装,但是然后朝水底下沉,以便稳定保持扭矩的杠杆臂随着稳定装置靠近下部节点81而增加。
在本发明的又一实施例中,可以提供固定装置92,以临时锁定从上方看到的框架50的平面之间的角度。这些固定装置92优选地安装在第二杆52之间,其从水面容易到达。这是防止从上方看到的两个框架50之间的角度变化的简单方法。与其他框架结构模块或离岸承载框架相比,这显著地有利于由两个根据本发明的框架50组成的单元的定位,因此也有利于延伸的框架结构的组装。
根据本发明,第一杆51的浮力与重量之比随后再次增大,在顶部连接的两个框架50保持它们的取向并朝着水面上升(即,大致垂直地),直到第一杆51漂浮在水面上。由于第一杆51的连接元件55现在也容易到达以用于组装目的,所以可以通过在第二下部节点81处布置于第一杆51上的连接元件55以简单的方式连接两个框架。由于稳定装置91,柱53相对于彼此的位置已经相对精确地确定,即,柱53已经相互平行地对齐。这消除了对布置于第一杆51上的连接元件55在长距离上进行耗时的定位的需求。因此,在此方法步骤中,仅需要进行微调。
不言而喻,进一步的漂浮体100可以在第一杆51下方布置于根据图12的离岸框架结构模块70的下端,例如图14所示。图14示出波浪发电站200,该波浪发电站200由六个根据图12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81至84处设置有附加的漂浮体100,以便给予波浪发电站更大的浮力。
布置于第一杆51与第二杆52之间的漂浮体100可以随着波浪的通过而沿着侧柱53以振荡方式移动。这使提升棒25升高和降低,并驱动线性发电机110的轴将波浪能转换为电能。本领域技术人员很容易理解的是,这样的波浪发电站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,从而离岸框架结构70或承载框架结构80的自稳定性随着波浪发电站20的平面扩展的增加而增加,使得波浪能够穿过波浪发电站200或者穿过承载框架80,从而整体结构不跟随波浪移动。
图15示出由多个离岸承载框架结构模块70构建的漂浮式离岸承载框架结构80。承载框架80由四个框架结构模块70组成,这些框架模块已经通过连接元件55连接在一起以形成承载框架复合件80。在框架模块70的一些角点82上,漂浮体100被可移动地布置-例如根据图12所示的实施例-或者也以与承载结构80一起固定静止的方式布置,这取决于是否要通过漂浮体的运动来挖掘波浪的能量,或者仅意图增大承载结构80的浮力。根据图15的离岸承载框架80具有多个再生能源发生器,例如光伏模块、风力涡轮机和用于转换波浪能量的点吸收器,其中一些作为附件95可移动地附接至离岸承载框架80。此外,还示出托架97,该托架用作在框架结构上用于运输工具、部件或人员等的装置。在此,托架状运输装置97可以在由支撑结构90提供的轨道上滑动,从而例如托架97在光伏模块上滑动。例如在支撑装置90上的悬挂式篮状设备也是可以想到的实施例。这种离岸承载框架结构80可以通过系泊系统93连接至水底,并且这样可以用作一种用于电能产生、存储和分配的浮岛。
通过第一杆51中的开口75以及通过可以连接至开口75的管道,可以在第一杆51和/或第二杆52的、被连接元件55封闭的腔之间建立流体连接。这形成了流体管道系统,例如,冷却液可以在该流体管道系统中循环。通过这种安装,来自需要冷却的附件95的废热(这些附件布置于离岸承载框架80中或上)可以有效地消散到水体(根据本发明的承载框架80漂浮在其上)上。
总而言之,根据本发明的漂浮式框架50可以为较大范围的离岸应用提供多种可能的承载结构70或承载框架80,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,所有根据本发明的承载结构80都能够通过根据本发明的框架50的基础单元以模块化方式进行扩展并以此方式进行放大。此外,框架50和承载结构模块70的简单设计以及漂浮体100的模块化构造使得根据本发明允许容易的组装,这在以后减少了维护,因为损坏的单元可以很容易地以模块化方式更换。
附图标记列表
25 提升棒 73 螺纹点的轴线
27 提升棒-纵向轴线 75 开口
50 框架 80 承载框架
51、510 第一杆 81 节点
52、520 第二杆 82 角部节点
53、530 柱 83 T节点
54 条形件 84 内节点
55 连接元件
56 法兰 90 支撑结构
57 接收区 91 稳定装置
58 孔 92 固定装置
59 销 93 系泊系统
60 张紧装置
61 杆的纵向方向 95 附件
62 延伸部 96 附件保持装置
63 柱的纵向方向
64 连接孔眼 97 运输装置
65 螺纹点 99 漂浮辅助器
66 保持部
67 连接销 100 漂浮体
68 横向孔
69 连接器 110 线性发电机
70 框架结构模块
71 漏斗形接收区域 200 波浪发电站
72 锥形端

Claims (38)

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,在每个所述杆(51、52)的端部处都布置有连接元件(55),所述连接元件包括:
-单独的法兰(56),其用于将仅一个杆(51、52)在所述杆的纵向方向(61)上连接至所述连接元件(55);
-接收区(57),其用于将所述柱(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),其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)保持形状或者说被对角地张紧,
其特征在于,所述连接元件(55)相对于所述杆(51、52)的纵向方向(61)被构建为在一侧构造有延伸部(62)并且在相反侧能够布置有保持部(66),使得框架(50)的连接元件(55)的所述延伸部(62)能够被其他框架(50)的另一个连接元件(55)的保持部(66)连接。
2.根据权利要求1所述的框架(50),其中,所述连接元件(55)具有横向于所述杆(51、52)的纵向方向(61)的孔(58),销(59)能够插入所述孔中,其中,所述条形体(54)能够插入设置于所述销(59)中的横向孔中,例如借助于形成于所述条形体(54)的端部的闩锁装置。
3.根据权利要求1或2所述的框架(50),其中,所述连接元件的所述延伸部(62)具有连接孔眼,连接销(67)能够插入所述连接孔眼中,并且其中,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,在所述板在所述柱的纵向方向(61)上被朝向彼此地引导时,所述连接销(67)的形成为锥形的端部能够被所述漏斗形凹部接收、对中和固定。
4.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)和/或所述第二杆(52)和/或所述柱(53)具有圆形横截面和/或被设计为空心体和/或设置有浮力体。
5.根据前述权利要求中任一项所述的框架(50),其中,所述法兰(56)和所述杆(51、52)的端部被构造为使得所述法兰(56)以不透流体的方式密封所述第一杆(51)的一端和/或所述第二杆(52)的一端。
6.根据前述权利要求中任一项所述的框架(50),其中,除了所述第一杆(51)之外,所述第二杆(52)和/或所述柱(53)也起到漂浮体的作用。
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(53)、所述连接元件(55)、所述连接元件(55)的部分和/或所述条形体(54)由金属材料、塑料、非刚性的弹性材料、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),所述框架能够仅通过所述第一杆(51)的浮力而漂浮。
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(53)中的至少一个柱的延伸侧或者与所述框架(50)的平面平行地布置有漂浮体(100)、例如用于太阳能设施或风力设施的安装装置的一部分、或用于平台或提升装置的保持部的一部分。
10.根据前述权利要求中任一项所述的框架(50),其中,至少所述第一杆(51)的浮力与重量之比是可变的,例如通过溢流装置或通过配重装置,所述第一杆(51)能够通过所述溢流装置而充满水或排空水,所述配重装置可拆卸地附接至所述第一杆(51)并且所述配重装置增大或减小所述第一杆(51)的重量和/或浮力,并且其中,所述第二杆(52)也是可漂浮的。
11.根据权利要求4至10中任一项所述的框架(50),其中,所述第一杆(51)形成为空心体,并且所述第一杆(51)或附接至所述第一杆的所述连接元件(55)中的一个连接元件具有开口(75),至少所述第一杆(51)能够通过所述开口(75)被充水或被排空水,并且所述开口(75)能够以不透水的方式封闭。
12.一种由至少两个根据权利要求4至11中任一项所述的框架(50)形成的离岸承载框架(80),其中,所述框架(50)被布置为基本上漂浮在水面上并且通过布置于所述框架(50)的角部处的连接元件(55)以棋盘状方式连接以形成沿着水面延伸的结构。
13.根据权利要求12所述的离岸承载框架(80),其中,在棋盘状离岸结构(80)的自由空间中,能够固定到所述连接元件(55)的固定装置(58)并且设置有张紧装置(60)的条形体(54)能够被张紧,使得所述自由空间通过所述张紧装置(60)而被保持形状或对角地张紧。
14.根据权利要求12或13中任一项所述的离岸承载框架(80),其中,当两个相邻的框架(50)经历相对于彼此的相对运动时,所述连接元件(55)、所述连接元件(55)的一部分、或将两个连接元件(55)相互连接的保持部(66)能够弹性地变形。
15.一种框架结构模块(70),所述框架结构模块由三个根据权利要求1至11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,并且两个相邻的框架(50)的两个柱(53)分别形成侧边。
16.一种框架结构模块(70),所述框架结构模块由四个或更多个根据权利要求1至11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,并且两个相邻的框架(50)的两个柱(53)分别形成侧边,其中,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,以便将所述框架结构模块(70)的两个框架(50)在不相邻的端部处彼此连接。
17.根据权利要求15或16所述的框架结构模块(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,并且所述连接器(69)优选地能够被收纳于形成在连接销(67)中的横向孔(68)中,例如借助于形成于所述连接器(69)的端部的闩锁装置。
18.根据权利要求17所述的框架结构模块(70),其中,由连接元件(55)组成的中心元件形成于所述底面和/或顶面平面的中心、和/或所述空间体积的中心,所述中心元件通过连接器(69)连接至所述杆(51、52)之间的连接元件(55)。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的框架结构模块(70),所述框架结构模块能够仅通过所述第一杆(51)的浮力而漂浮。
20.根据权利要求15至19中任一项所述的框架结构模块(70)或者根据权利要求12至14中任一项所述的离岸承载框架(80),其中,一个或更多个漂浮体(100),或安装装置、附件保持装置(96)、平台、风力涡轮机、起重机或类似物能够附接至由所述连接元件(55)形成的节点(81、82、83、84)中的一个,和/或能够附接至所述第一杆(51)和所述第二杆(52)中的一个或更多个。
21.根据权利要求15至20中任一项所述的框架结构模块(70),其中,一个或更多个支撑结构(90)布置于所述第二杆(52)所横跨的顶面中,和/或布置于所述第一杆(51)所横跨的顶面中,和/或布置于中间平面中,从而所述支撑结构(90)被支撑于对置的第一杆(51)或第二杆(52)上,和/或被支撑于所述连接器(69)上,使得诸如平台、光伏模块或类似物的上部构造能够被支撑于所述支撑结构(90)上。
22.根据权利要求21所述的框架结构模块(70),其中,所述一个或更多个支撑结构(90)包括轨状路径,托架状或篮状运输装置(97)能够通过所述轨状路径在所述框架结构模块(70)的所述第一杆(51)或所述第二杆(52)之间移动。
23.根据权利要求至15至22中任一项所述的框架结构模块(70),其中,在所述侧边中的一个或更多个侧边处,在所述第一杆(51)与所述第二杆(52)之间,漂浮体(100)在竖直方向上可移动地布置。
24.根据权利要求至15至23中任一项所述的框架结构模块(70),其包括多个根据权利要求11所述的框架(50),并且其中,以不透水的方式封闭的所述空心体中的至少一些空心体通过设置于所述杆(51、52)或所述连接元件(55)中的所述开口(75)连接起来,以形成流体通道系统。
25.一种由多个根据权利要求15至24中任一项所述的框架结构模块(70)以模块化方式构建的漂浮式离岸承载框架(80),或者一种以以模块化方式构建的根据权利要求12至14中任一项所述的离岸承载框架(80),其用于漂浮式地支撑保持装置、平台、上部构造或用于太阳能设施、风力设施或类似物的安装装置。
26.一种波浪发电站(200),其由多个根据权利要求20至24中任一项所述的框架结构模块(70)以模块化方式构建而成,其中,布置于所述第一杆(51)和第二杆(52)之间的所述漂浮体(100)被布置于可移动的提升棒(25)上,所述提升棒平行于所述柱(53)并且操作性地连接至线性发电机(110)的驱动轴,从而所述提升棒(25)的振荡运动使所述线性发电机(110)的驱动轴旋转。
27.一种用于连接至少两个根据权利要求10或11中任一项所述的框架(50)的方法,包括以下步骤:
a)将所述框架(50)布置于水体的表面上,其深度至少对应于所述第一杆(51)和相应的第二杆(52)之间的距离;
b)减小所述第一杆(51)的浮力与重量之比,使得所述第一杆(51)淹没在水面之下,直到所述框架(50)基本上垂直于水面,从而使所述第二杆(52)继续漂浮于水面处或水面上;
c)将两个第二杆(51)各自的连接元件(55)的一个连接元件(55)相互连接,以便将两个框架(50)在第一节点(81)处连接;
d)将至少一个稳定装置(91)附接至在步骤c)中连接的两个框架(50)上,使得所述两个框架(50)的相邻的柱(53)被保持为基本上相互平行;
e)增大所述第一杆(51)的浮力与重量之比,使得所述框架(50)上升,同时保持它们相对彼此的取向并且保持基本上垂直于水面,直到所述第一杆(51)漂浮于水面处或水面上;
f)将各自布置于相邻的第一杆上(51)上的连接元件(55)相互连接。
28.根据权利要求27所述的方法,其中,为了减小所述第一杆(51)的浮力与重量之比,配重装置被可拆卸地附接至所述第一杆,或者应用软管,通过所述软管将水引入所述第一杆中,并且其中,为了增大所述第一杆(51)的浮力与重量之比,所述配重装置被移除,和/或将水从所述杆中移除。
29.根据权利要求27或28所述的方法,在进行步骤e)和f)之前,将其他的框架(50)连接至先前根据步骤c)和d)连接的框架(50)上。
30.根据权利要求27至29中任一项所述的方法,其中,在步骤b)至f)中的任意一个步骤之后,将固定装置(92)附接在两个框架(50)之间,使得所述两个框架(50)之间的预定角度保持固定。
31.根据权利要求27至30中任一项所述的方法,其中,在步骤d)中被附接的稳定装置(91)被附接至所述两个框架的柱(53),使得所述稳定装置在柱(53)的纵向方向上是可移动的。
32.根据权利要求27至31中任一项所述的方法(53),其中,在步骤b)至f)中任意一个步骤之后,将用于固定附件(95)-例如漂浮体(100)-的附件保持装置(96)安装在所述柱(53)和/或在所述第一杆(51)上方或所述第一杆(51)下方安装在所述第一杆(51)上、和/或安装在位于所述第一杆(51)的端部的所述连接元件(55)上。
33.根据权利要求32所述的方法,其中,在步骤f)之后相互连接的所述框架(50)在安装所述附件保持装置(96)之前被移动至较浅的水中,使得所述附件保持装置(96)能够至少部分地由一个或更多个站立在地上的组装人员组装。
34.根据权利要求27至33中任一项所述的方法,在步骤e)之后,将所述软管移除,并且以不透水的方式封闭所述第一杆(51)。
35.根据权利要求27至34中任一项所述的方法,其中,所述被连接的框架(50)通过连接元件(55)被以漂浮的方式连接至先前连接的框架(50)、根据权利要求15至24中任一项所述的漂浮式框架结构模块(70)、根据权利要求12至14或25所述的离岸承载框架、或者根据权利要求26所述的波浪发电站(200)。
36.根据权利要求35所述的方法,其中,用于组装单元的杆状部件-例如提升棒、桅杆或类似物-以一端从水面以下被提升或牵拉装置沿着根据权利要求15至24中任一项所述的框架结构模块(70)的柱(53)穿过横跨所述连接元件(55)之间的区域移动至平行于所述柱(53)的基本竖直的位置。
37.根据权利要求27至36中任一项所述的方法,其中,使用可附接且可拆卸的漂浮辅助器(99)和/或筏装置来增大非漂浮部件的浮力,以使它们能够漂浮在水面上或水面处而被运输和/或安装。
38.根据权利要求37所述的方法,其中,所述第二杆(52)横跨顶面,并且所述漂浮辅助器(99)、筏装置、附件保持装置(96)和/或附件(95)能够被多个起重机装置从水面提升至所述顶面上,或提升至所述顶面和水面之间的中间平面内,所述多个起重机装置附接在所述顶面的连接元件(55)上或者附接在所述顶面的连接元件(55)之间。
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