CN118323373B - 便于运维的海上漂浮式光伏浮体弹性连接结构及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种便于运维的海上漂浮式光伏浮体弹性连接结构，包括阵列分布的若干个浮体，相邻浮体之间均经连接件相连接，所述连接件均为弹性体，且相邻浮体之间均设置有转动限位组件，用以限制相邻浮体之间的相对过大转角。浮体间连接呈有限刚度，在浮体发生相对运动时可弹性变形，起到缓冲作用。相比于完全刚性连接形式，能有效降低浮体所受波浪荷载作用和连接件受力；相比于完全柔性连接形式，又可减小浮体间相对转角；同时设有限位组件限制浮体间的相对转角过大，且可以设置为临时刚性，便于日常运行维护。该连接结构可平衡所受荷载作用及稳定性，具有受力性能好、稳定性好、便于运维和经济性好等优势。

Description

便于运维的海上漂浮式光伏浮体弹性连接结构及其方法

技术领域

本发明涉及一种便于运维的海上漂浮式光伏浮体弹性连接结构及其方法，涉及海上光伏发电技术领域。

背景技术

人们越来越关注太阳能、风能等可再生清洁能源的开发与使用。其中太阳能光伏发电建造成本低且便于安装，近年来蓬勃发展。由于陆上光伏的开发利用不能完全满足日益增长的能源需求，人们逐渐开始在广阔的水域布置光伏系统。目前我国绝大部分水上光伏建在内陆湖泊和水库等水域，海上光伏的应用刚刚开始。海上光伏电站的基础型式分为固定式和漂浮式。固定式光伏电站多采用桩基基础，存在成本较高和适用水深较浅等缺点，而漂浮式光伏电站适用水深范围广，成为当前主要的研究热点和发展方向。

现有海上漂浮式光伏结构大多沿用传统内陆水上多浮筒一体化的结构形式，多浮体间采用设置在四角上的连接耳板和连接插销连接，整体上限制了各浮体间的平动和转动，连接属于刚性连接。分析中一般将连成整体的多浮体视为一个大型刚体平台，整体结构尺寸大，在恶劣的海洋环境中浮体所受波浪力较大，浮体间连接件之间的受力也较大，对结构承载能力和刚度的要求高，为保证结构安全性所需用料多，成本高；另外，该大型刚体平台在海洋环境作用下系泊系统受力较大，因此对系泊系统的承载力要求高，成本也较高。

专利CN 217496489U公布了一种海上漂浮式光伏浮体柔性连接结构，该结构在各浮体上预埋纵横向管道，并通过连接缆绳贯穿预埋管连接各浮体，因此整体为柔性连接形式，相比于传统刚性连接可减小波浪荷载及连接受力。但在使用中发现该结构存在如下问题：浮体上需预制贯通管道，制作工艺相对复杂；各浮体间采用缆绳连接的柔性连接形式，虽可减小受力，但各浮体间相对转角较大，稳定性不好，不利于光伏系统稳定发电及上人检修；浮体间缆绳采用缆绳结限位及橡胶塞缓冲，缆绳结易磨损，存在耐久性不足的问题。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种便于运维的海上漂浮式光伏浮体弹性连接结构及其方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种便于运维的海上漂浮式光伏浮体弹性连接结构，包括阵列分布的若干个浮体，相邻浮体之间均经连接件相连接，所述连接件均为弹性体，且相邻浮体之间均设置有转动限位组件，用以限制相邻浮体之间的相对过大转角。

优选的，所述浮体的上表面均固连有光伏板。

优选的，所述连接件均包括弹性连接板，所述弹性连接板的两相对端侧均固连有弹簧，所述弹簧的另一端均与同侧相对应的浮体的周侧部固连。

优选的，所述浮体的周侧部均开设有凹腔，所述弹性连接板的端部均穿插入同侧的凹腔内部，所述弹簧均位于对应凹腔内部，所述弹性连接板的端部均固设有第一限位凸部，所述凹腔的腔口上均固设有用以阻挡第一限位凸部往外脱出的第二限位凸部，避免弹性连接板的端部脱离凹腔。

优选的，所述转动限位组件均包括限位挡板，所述限位挡板固定在其中一个浮体的周侧部，并与所相邻的浮体的周侧部之间存在间距。

优选的，所述限位挡板的限位外端面上均固设有橡胶垫，所述橡胶垫与所相邻的浮体的周侧部之间存在间距。

优选的，所述转动限位组件中的限位挡板的数量具有若干个并分布在弹性连接板的两侧。

优选的，所述转动限位组件中的限位挡板的数量为偶数个，其中半数的限位挡板沿弹性连接板对称固定在其中一浮体的上周侧部，另外半数的限位挡板沿弹性连接板对称固定在所相邻的浮体的下周侧部，相邻浮体之间的限位挡板呈上下一一对应，且这些上下一一对应的限位挡板之间均插设有可拆卸的插销；所述限位挡板上均开设有销孔，所述销孔的孔壁上均开设有径向延伸的槽缝，所述插销的顶部均固设有插销头，底部周侧均固设有用以插销拔插时穿过槽缝的卡凸部。

优选的，所述浮体的形状为长方形，所述连接件设置在浮体每个周侧部的中间位置，所述转动限位组件在浮体每个相邻周侧部均有设置，且限位挡板均设置在该相邻周侧部中靠近方形拐角的位置。

一种便于运维的海上漂浮式光伏浮体弹性连接结构的工作方法，按以下步骤进行：（1）在海洋环境荷载作用下，浮体间相对水平运动使浮体间连接件内部的弹簧产生拉伸和压缩变形，浮体间产生一定的相对水平位移；同时，浮体间相对转动也包括浮体间连接件中部的弹性连接板弯曲变形，浮体间也会产生一定的相对转角位移；（2）相邻浮体间分别设有上部和下部的限位挡板，当拔除插销时，分别限制相反方向的浮体间相对转角；限位挡板端部均设有橡胶垫，削减浮体间在限位挡板上发生碰撞时的冲击力；当插设插销时，插销穿过上、下限位挡板固定相邻两浮体，形成临时刚性的整体结构，便于上人检修维护作业。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：浮体间连接呈有限刚度，在浮体发生相对运动时可弹性变形，起到缓冲作用。相比于完全刚性连接形式，能有效降低浮体所受波浪荷载作用和连接件受力；相比于完全柔性连接形式，又可减小浮体间相对转角；同时设有限位限制浮体间的相对转角过大，便于日常运行维护。该连接结构可平衡所受荷载作用及稳定性，具有受力性能好、稳定性好、便于运维和经济性好等优势。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

附图说明

图1为本发明实施例的俯视图。

图2为相邻浮体之间连接件与转动限位组件的连接示意图。

图3为相邻浮体之间连接件的构造示意图一。

图4为相邻浮体之间连接件的构造示意图二。

图5为插销的构造示意图。

图6为插销的工作状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1~6所示，本实施例提供了一种便于运维的海上漂浮式光伏浮体弹性连接结构，包括阵列分布的若干个浮体1，各浮体尺寸一致，浮体漂浮于水面上，相邻浮体之间均经连接件2相连接，所述连接件均为弹性体，且相邻浮体之间均设置有转动限位组件3，通过浮体转动到一定程度发生碰撞，用以限制相邻浮体之间的相对过大转角。

在本发明实施例中，所述浮体的上表面均固连有光伏板4。单个浮体上布置4块光伏板，光伏组件采用单晶硅双玻光伏组件，光伏组件通过设置于四边的压条固定到浮体上。压条使用高密度聚乙烯制成，除了固定组件外，还可遮盖接线盒、电缆等，避免其暴露于阳光下，降低其失效的风险，延长使用寿命。

在本发明实施例中，所述连接件均包括弹性连接板5，所述弹性连接板的两相对端侧均固连有弹簧6，所述弹簧的另一端均与同侧相对应的浮体的周侧部固连。

在本发明实施例中，所述浮体的周侧部均开设有凹腔7，所述弹性连接板的端部均穿插入同侧的凹腔内部，所述弹簧均位于对应凹腔内部，所述弹性连接板的端部均固设有第一限位凸部8，所述凹腔的腔口上均固设有用以阻挡第一限位凸部往外脱出的第二限位凸部9，避免弹性连接板的端部脱离凹腔。

在本发明实施例中，所述弹簧采用不锈钢弹簧，所述不锈钢弹簧的刚度可在工厂预制控制，两端分别与连接件外壳17、弹性连接板相连，连接件中一排间隔设置有多个不锈钢弹簧，可随浮体间相对运动而拉伸或压缩，对浮体间水平向运动起到缓冲作用；连接件外壳固定在凹腔的腔壁上。

在本发明实施例中，所述弹性连接板呈一定刚度，刚度大小可通过改变材料属性在工厂预制控制，两端上下均设有第一限位凸部用于限位，防止弹性连接板在浮体间相对运动脱落。

弹性连接板材质为具有一定弹性和刚度的橡胶板。

在本发明实施例中，所述转动限位组件均包括限位挡板10，所述限位挡板固定在其中一个浮体的周侧部，并与所相邻的浮体的周侧部之间存在间距。可通过确定限位挡板的长度控制所需的浮体间相对转角限值。

在本发明实施例中，所述限位挡板的限位外端面上均固设有橡胶垫11，所述橡胶垫与所相邻的浮体的周侧部之间存在间距。

在本发明实施例中，所述转动限位组件中的限位挡板的数量具有若干个并分布在弹性连接板的两侧。

在本发明实施例中，所述转动限位组件中的限位挡板的数量为偶数个，其中半数的限位挡板沿弹性连接板对称固定在其中一浮体的上周侧部，另外半数的限位挡板沿弹性连接板对称固定在所相邻的浮体的下周侧部，相邻浮体之间的限位挡板呈上下一一对应，且这些上下一一对应的限位挡板之间均插设有可拆卸的插销12；所述限位挡板上均开设有销孔13，所述销孔的孔壁上均开设有径向延伸的槽缝14，所述插销的顶部均固设有插销头15，底部周侧均固设有用以插销拔插时穿过槽缝的卡凸部16。当插入到位的插销的卡凸部在周向与槽缝错位后，可防止插销脱落。

可在需要对漂浮式光伏结构进行检修维护时将插销插入相邻两浮体的上下限位挡板的销孔中固定浮体阵列，将其变为临时刚性，便于上人检修维护。

在本发明实施例中，所述浮体的形状为长方形，所述连接件设置在浮体每个周侧部的中间位置，所述转动限位组件在浮体每个相邻周侧部均有设置，且限位挡板均设置在该相邻周侧部中靠近方形拐角的位置。

在本发明实施例中，所述浮体为长方体形的高密度聚乙烯材质薄壁浮体，整体强度较高、耐腐蚀性较强，浮体内底部填充有高性能混凝土压载，以降低浮体重心，提高结构稳定性，具体重心位置可通过调整压载的密度和分布根据需求设定，浮体上表面倾斜角度可根据需要预制，以得到光伏板最佳倾角。受益于光伏板在浮体上表面的平铺安装，舍弃了金属支架，减小了水面以上的结构尺寸，从而有效减小了结构所受的风荷载，提高了结构整体的安全性和稳定性。

在本发明实施例中，所述限位挡板材质可与浮体相同，采用高密度聚乙烯，也可采用其它材料。限位挡板长度可依据所需设置的浮体间转角限值通过计算得到，相邻两浮体分别设置上部限位挡板和下部限位挡板，分别用于限制相反两个方向的浮体间相对转角。限位挡板端部设有橡胶垫，可削减浮体间相互碰撞的冲击力。

在本发明实施例中，所述插销材质可与浮体相同，采用高密度聚乙烯，也可采用其它材料。

一种便于运维的海上漂浮式光伏浮体弹性连接结构的工作方法，按以下步骤进行：（1）在海洋环境荷载作用下，浮体间相对水平运动使浮体间连接件内部的弹簧产生拉伸和压缩变形，浮体间产生一定的相对水平位移；同时，浮体间相对转动也包括浮体间连接件中部的弹性连接板弯曲变形，浮体间也会产生一定的相对转角位移；通过预制具有合适刚度的弹性连接板和不锈钢弹簧的该弹性连接形式，一方面相比于完全刚性连接可以削减浮体所受波浪荷载作用引起的浮体及连接件受力，另一方面相比于柔性连接又可增强浮体间相对运动的约束作用。再者，通过在浮体四周设置了限位挡板，其进一步限制浮体间的相对运动，提高整体结构稳定性，从而提高光伏发电效率。（2）相邻浮体间分别设有上部和下部的限位挡板，当拔除插销时，分别用于限制相反方向的浮体间相对转角；限位挡板端部均设有橡胶垫，削减浮体间在限位挡板上发生碰撞时的冲击力；当插设插销时，插销穿过上、下限位挡板固定相邻两浮体，形成临时刚性的整体结构，便于上人检修维护作业，保证了工作人员的安全高效作业。

本发明区别于传统浮体间的完全刚性或完全柔性连接形式，弹性连接形式具有一定刚度，承载后会产生弹性变形且具有吸收能量的作用，浮体间采用由不锈钢弹簧和弹性连接板等组成的连接件连接相邻浮体。相比于完全刚性连接，该连接件通过一定刚度的弹簧拉伸和压缩变形，削减了浮体间相对水平运动产生的冲击荷载，通过弹性连接板的变形，削减了浮体间相对转动引起的弯矩荷载，提高浮体阵列的安全性；相比于完全柔性连接，该连接件的一定刚性又可在一定程度上减小浮体间相对转角，提高浮体阵列的稳定性。因此，通过选取合适刚度的连接件，可使浮体间连接件受力较小且相对运动的约束较好，该弹性连接形式平衡了漂浮式光伏平台结构的受力性能和稳定性，具有较好的安全性、稳定性和经济性，整体水动力性能较好。

受益于浮体上的转动限位组件限制了浮体间的相对转角，可避免浮体间发生较大的相对转角位移而影响整体稳定性，提高了整体结构的稳定性，从而保证了光伏的发电效率，且在后期上人检修维护时可以通过插入插销的方式将结构转变为临时刚性结构，利于工作人员的安全高效作业。

受益于单个浮体上布置4块光伏板，光伏板密度较大，相同面积的漂浮式光伏电站，装机容量大，经济性好。

受益于限位挡板端部的橡胶垫，可有效缓冲浮体间碰撞的冲击力，提高结构的耐久性。

受益于浮体、连接件和限位挡板均为工厂预制，安装后整体性强，从而可在陆上完成大部分平台施工工作，减少海上作业时间，施工周期短，安装便利。

因此，本发明兼顾了结构的安全性和稳定性，结构整体性强，施工安装维修便利，经济性好。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (2)

1.一种便于运维的海上漂浮式光伏浮体弹性连接结构，其特征在于：包括阵列分布的若干个浮体，相邻浮体之间均经连接件相连接，所述连接件均为弹性体，且相邻浮体之间均设置有转动限位组件，用以限制相邻浮体之间的相对过大转角；所述浮体的上表面均固连有光伏板；所述连接件均包括弹性连接板，所述弹性连接板的两相对端侧均固连有弹簧，所述弹簧的另一端均与同侧相对应的浮体的周侧部固连；所述浮体的周侧部均开设有凹腔，所述弹性连接板的端部均穿插入同侧的凹腔内部，所述弹簧均位于对应凹腔内部，所述弹性连接板的端部均固设有第一限位凸部，所述凹腔的腔口上均固设有用以阻挡第一限位凸部往外脱出的第二限位凸部，避免弹性连接板的端部脱离凹腔；所述转动限位组件均包括限位挡板，所述限位挡板固定在其中一个浮体的周侧部，并与所相邻的浮体的周侧部之间存在间距；所述限位挡板的限位外端面上均固设有橡胶垫，所述橡胶垫与所相邻的浮体的周侧部之间存在间距；所述转动限位组件中的限位挡板的数量具有若干个并分布在弹性连接板的两侧；所述转动限位组件中的限位挡板的数量为偶数个，其中半数的限位挡板沿弹性连接板对称固定在其中一浮体的上周侧部，另外半数的限位挡板沿弹性连接板对称固定在所相邻的浮体的下周侧部，相邻浮体之间的限位挡板呈上下一一对应，且这些上下一一对应的限位挡板之间均插设有可拆卸的插销；所述限位挡板上均开设有销孔，所述销孔的孔壁上均开设有径向延伸的槽缝，所述插销的顶部均固设有插销头，底部周侧均固设有用以插销拔插时穿过槽缝的卡凸部；所述浮体的形状为长方形，所述连接件设置在浮体每个周侧部的中间位置，所述转动限位组件在浮体每个相邻周侧部均有设置，且限位挡板均设置在该相邻周侧部中靠近方形拐角的位置。

2.一种如权利要求1所述的便于运维的海上漂浮式光伏浮体弹性连接结构的工作方法，其特征在于，按以下步骤进行：（1）在海洋环境荷载作用下，浮体间相对水平运动使浮体间连接件内部的弹簧产生拉伸和压缩变形，浮体间产生一定的相对水平位移；同时，浮体间相对转动也包括浮体间连接件中部的弹性连接板弯曲变形，浮体间也会产生一定的相对转角位移；（2）相邻浮体间分别设有上部和下部的限位挡板，当拔除插销时，分别限制相反方向的浮体间相对转角；限位挡板端部均设有橡胶垫，削减浮体间在限位挡板上发生碰撞时的冲击力；当插设插销时，插销穿过上、下限位挡板固定相邻两浮体，形成临时刚性的整体结构，便于上人检修维护作业。