CN216834155U - 具备自适应水位升降和平面定位约束功能的浮式装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具备自适应水位升降和平面定位约束功能的浮式装置，其特征在于，包括安装在浮台上的第一转动件，第一转动件上缠绕设置有第一缆绳，第一缆绳具有一个向外延伸并用于锚固的锚固端，还包括和第一转动件相对地安装在浮台上的第二转动件，第二转动件上缠绕设置有第二缆绳，第二缆绳具有一个向外延伸并用于锚固的锚固端，还包括安装在浮台上的一个自驱动转动机构，第一转动件和第二转动件分别和自驱动转动机构传动连接并依靠自驱动转动机构施加对第一缆绳和第二缆绳的预拉力。本实用新型具有能够使浮式设施可以适应水位升降并能够更好地实现精确定位的优点。

Description

具备自适应水位升降和平面定位约束功能的浮式装置

技术领域

本实用新型涉及水上浮式设施定位技术领域，具体涉及一种具备自适应水位升降和平面定位约束功能的浮式装置。

背景技术

水上浮式设施是开发利用水资源的重要载体，常见的水上浮式设施包含大型海洋平台、水上浮趸船、内河航标、浮桥、浮码头、浮式游乐平台等。水上浮式设施安装时需解决两大问题：水位涨落变化中，如何适应水位变化，自动收放缆；水位叠加风、浪、流等多因素影响下，如何实现自身稳定与精确定位。

大型海洋浮式设施多利用电驱动自控技术，实现海洋平台的收放缆自动调节。内河重要浮式平台多利用电控卷扬机技术，实现内河重要浮式平台的收放缆调节。内河浮式平台一般采用人为调节缆绳长度，实现内河浮式平台的收放缆调节。因此，在不外接外部电源条件下，现有水上浮式设施无法实现自适应水位升降、以及精确定位。接入外接电源及安装机电设备，一方面增加了浮式设施的复杂性和成本，另一方面在某些应用场合不具备外接电源条件。为此，探索在不接入外部电源条件下简便高效的水上浮式设施自适应水位升降与精确约束定位方法，具有重大工程意义。

申请人曾申请过专利《一种锚泊式自适应水位升降防船撞方法》中，曾公开了一种通过锚锭和缆绳连接防撞浮箱，实现浮箱微漂移自定位的方法。但该方式定位的浮箱，虽然能够随水面涨落实现自调整适应水位，但在受到水流冲击时，浮箱仍然会随水流方向产生较大的漂移，无法实现浮箱的精确定位。故如何提供一种能够适应水位升降并能够更好地实现浮式设施精确定位的方案，成为本领域技术人员有待考虑解决的问题。

实用新型内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是：怎样提供一种能够使浮式设施可以适应水位升降并能够更好地实现精确定位的具备自适应水位升降和平面定位约束功能的浮式装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：

一种具备自适应水位升降和平面定位约束功能的浮式装置，其特征在于，包括安装在浮台上的第一转动件，第一转动件上缠绕设置有第一缆绳，第一缆绳具有一个向外延伸的锚固端，还包括和第一转动件相对地安装在浮台上的第二转动件，第二转动件上缠绕设置有第二缆绳，第二缆绳具有一个向外延伸的锚固端，还包括安装在浮台上的一个自驱动转动机构，第一转动件和第二转动件分别和自驱动转动机构传动连接并依靠自驱动转动机构施加对第一缆绳和第二缆绳的预拉力。

这样，本装置使用时，将第一缆绳和第二缆绳的锚固端分别沿水流方向一前一后地锚固在浮台下方，通过自驱动转动机构施加对第一缆绳和第二缆绳的预拉力，使得第一缆绳和第二缆绳处于张紧状态并形成平衡。这样浮台两端受缆绳限制，故平常状态下不会产生移动。而当浮体受水流冲击时，将导致面对作用力方向一侧的缆绳受力增大，另一侧缆绳受力减小，浮体将发生平面位移，缆绳角度及受力也会发生变化。通过自驱动转动机构调节，使浮体平面位移满足不同工程要求的位移偏差，从而实现浮体的精确定位。这样本方法就能够很好地规避风浪(风流水流通常方向一致)影响而实现浮台的精确定位，而且可以根据预估风浪最大冲击力大小来设置预拉力大小，更好地保证浮台定位不受风浪水流的影响。同时因为第一缆绳和第二缆绳缠绕在转动件上，故当水位变化时能够通过转动件的转动产生一定的自适应调整效果，能适应一定的水位波动情况。

进一步地，所述自驱动转动机构包括一个第三转动件，第三转动件上缠绕有吊绳，吊绳下端悬吊设置有配重驱动块，依靠配重驱动块重力转化为转矩并施加对第一缆绳和第二缆绳的预拉力。

这样，采用吊绳缠绕转动构件并悬吊配重驱动块的方式构成自驱动转动机构，不仅仅结构简单，而且重要的是当水位上下波动时，自驱动转动机构中可以通过第三转动件的转动改变配重驱动块的高度实现自适应调节。而且自适应调节后配重驱动块的重力并不会变化，故对缆绳施加的预拉力也不会变化。故采用这种方式能够使得缆绳张紧定位效果不会因为水位的波动变化而产生变化，极大地提高了装置的稳定性和可靠性。另外这种方式可以通过改变转动件的直径大小调整传动比，使得配重驱动块只需较小的高度空间即可适应较大的水位高度变化。当然实施时，作为其他的方案，自驱动转动机构也可以采用弹簧装置(卷簧、板簧)或液压装置等其他方式实现预拉力的施加，但这样在水位波动变化时的自我调整能力有限，整体稳定性较差。

另外，实施时可以不仅仅是两组收放缆机构，可以根据实际应用场景的需要设置多组。

进一步地，装置安装使用时，所施加对第一缆绳和第二缆绳的预拉力大小为浮台受水流最大冲击力在缆绳锚固方向的分力大小。

这样即采用了最小的预拉力最大程度保证了浮台定位效果。浮台受水流最大冲击力可以根据历史经验值或历史实际检测值确定。

作为一种方式，第一转动件、第二转动件和第三转动件异轴设置，第一转动件通过第一传动机构和第三转动件传动连接，第二传动件通过第二传动机构和第三转动件传动连接，第一转动件和第二转动件带动第三转动件转动的方向相同且和吊绳缠绕方向相反。

其中所述的第一传动机构和第二传动机构可以是齿轮、齿条、链条等多种连接方式。这样，结构设置更加灵活可变，且可以通过传动机构进一步调整传动比，使得配重驱动块只需较小的高度空间即可适应较大的水位高度变化。这种方式还可以布置多对第一转动件和第二转动件和一个第三转动件传动连接，使得浮台可以在多个方向对称地布置缆绳，更好地提高定位的稳定性。

这样，第一传动机构和和第二传动机构用于将自驱动转动机构的驱动力传递到第一缆绳和第二缆绳，通过设定传动机构传动比，可以设定不同的驱动力、驱动速度传递系数，以适应艏艉缆的不同抛缆角度。传动结构可以为齿轮传动、链条传动、蜗杆螺杆、皮带传动等多种方式。传动机构一端与自驱动转动机构相连，另一端与艏艉缆驱动机构(对应的转动件和缆绳)相连。利用传动机构可将自驱动转动结构的驱动力传递给艏缆驱动机构(传动比设定为k1)，利用传动机构可将自驱动结构的驱动速度传递给艏缆驱动机构(传动比设定为k1’)。利用传动机构可将自驱动结构的驱动力传递给艉缆驱动机构(传动比设定为k2)，利用传动机构可将自驱动结构的驱动速度传递给艉缆驱动机构(传动比设定为k2’)。第一转动件和对应的第一缆绳以及第二转动件和对应的第二缆绳分别在缆绳下端锚固后形成艏艉缆驱动机构。用于对缆绳施加预拉力，使缆绳在水中始终均为张紧伸直状态，使浮箱(即浮体)漂移移位主要由缆绳内力变化导致的弹性变形产生，从而实现浮箱的平面约束定位。主要包括系缆盘与支座。自驱动机构的驱动力通过传动机构传递至艏艉缆驱动机构，使系缆盘具有一定的转动力矩，转动力矩形成艏艉缆的缆绳拉力。自驱动机构的驱动速度通过传动机构传递至艏艉缆驱动机构，使系缆盘按照一定的收放缆的速度进行收放缆绳。通过缆盘转动，实现艏艉缆的收放缆。

作为另一种方式，第一转动件、第二转动件和第三转动件同轴固设在同一转轴上并实现传动，第一缆绳和第二缆绳缠绕方向相同且和吊绳缠绕方向相反。

这样，第一转动件、第二转动件和第三转动件位于同一根转轴上刚性传动，结构简单，实施方便。

作为其他方式，还可以是第一转动件和第二转动件同轴固定在一根转轴上，但第三转动件异轴设置，转轴和第三转动件传动连接。这种方式也可以布置多对第一转动件和第二转动件和一个第三转动件传动连接，使得浮台可以在多个方向对称地布置缆绳，更好地提高定位的稳定性。

进一步地，第一转动件和第二转动件的下方浮台上各安装有一个定滑轮，第一缆绳和第二缆绳各自绕过对应的定滑轮后向上和第一转动件和第二转动件缠绕连接。

这样，通过定滑轮转向，将缆绳斜向的拉力转变为竖直方向的力，保证转动件受力更加平衡稳定。

进一步地，定滑轮安装在一个可水平转动的定滑轮座上。

这样，方便缆绳可以张开呈一定角度，以更好地保持平衡和稳定。

进一步地，定滑轮上方还设置有竖向的软套管，第一缆绳和第二缆绳分别穿过对应软套管和上方的第一转动件和第二转动件相连。

这样，可以更好地保护缆绳。

进一步地，第一转动件和第二转动件等径设置且直径大于第三转动件。

这样可以通过各转动件的直径比例变化实现缆绳的收放长度距离比例调整，减小配重驱动块所需吊绳的长度。当然实施时，第一转动件和第二转动件也可以为不同的直径大小，以适应缆绳可以布置为不同的抛缆角度。

进一步地，浮台上设置有吊舱，配重驱动块悬吊于吊舱内。

这样，配重驱动块自身不会受水流冲击影响受力平衡，也更加方便检修维护。当然实施时，也可以将配重驱动块悬吊在浮台下方水体内，但这样容易受水流冲击影响，且不利于检修。

进一步地，第一转动件、第二转动件和第三转动件均通过轴承可转动地安装在支撑架上，支撑架固定在浮台上。

这样结构简单，方便安装。

进一步地，第一转动件、第二转动件上依靠花键各自设置有一个可轴向滑动的滑动套，第一缆绳和第二缆绳缠绕在对应的滑动套上。

这样，在随水位变化自动收放缆绳的时候，可以通过滑动套的轴向滑动自动调节，保持缆绳和转轴接触侧边位置始终位于定滑轮的正上方位置，避免缆绳倾斜对受力平衡造成影响，更好地保证平衡受力系统的稳定性和可靠性。

实施时，浮台定位装置具有两套，两套浮台定位装置的转轴水平并列间隔设置，两套浮台自定位系统中各自的第一缆绳和第二缆绳分别连接在两个转轴的相对一侧或相背一侧。

这样是因为单套浮台自定位系统在第一缆绳受水流冲击时，第一缆绳和第二缆绳受力大小不一样，这样转轴前后方向的同向侧面受力不同会产生在水平方向的转矩，导致转轴旋转，进而使得浮台产生旋转。故上述改进后，可以使得两套浮台自定位系统产生的转矩恰好可以相互抵消，更好地保证了浮台的稳定性。

进一步地，第一缆绳和第二缆绳下端分别固定在水底对应的锚锭上。

这样，方便固定且方便控制收放。

故本实用新型的方案能够实现水上浮式设施不同水位、不同流速下的平面约束定位。背景技术所述申请人之前申请专利方案中，采用滑轮吊重物的方式，由于缆绳的拉力始终不变，所以浮式设施必须通过移位产生角度变化来抵消水流力，所以之前专利方案通过合理设置重物重量，仅可实现微漂移，但无法实现精确定位。而本申请方案，是通过缆绳的弹性变形与内力调整来抵消水流力，所以只要两根缆绳均有缆力，浮式设施就可实现精确定位的要求。同时本实用新型能实现超大水位变幅下的缆绳自动收放。申请人之前申请专利方案中采用滑轮吊重物的方式，无法对缆绳进行比例缩短收放，且重物块需置于水中，增大太多不确定性。本申请方案中通过大小轴的方式，实现了缆绳的比例缩短收放，且重物块置于箱体内，方便更换与检修。

综上所述，本实用新型具有能够使浮式设施可以适应水位升降并能够更好地实现精确定位的优点。

附图说明

图1为实施例1的具备自适应水位升降和平面定位约束功能的浮式装置安装好后的平面结构示意图，图中虚线部分表示缆绳呈八字形时的方式，图中箭头表示水流方向。

图2为图1的正视图，图中以实线显示浮台内部结构。

图3为图1的左视图，图中以实线显示浮台内部结构。

图4为图1中表示滑动套的结构示意图。

图5为实施例2的具备自适应水位升降和平面定位约束功能的浮式装置安装好后的平面结构示意图，图中虚线部分表示缆绳呈八字形时的方式，图中箭头表示水流方向。

图6为图5的正视图。

图7为实施例3的具备自适应水位升降和平面定位约束功能的浮式装置安装好后的平面结构示意图，图中虚线部分表示缆绳呈八字形时的方式，图中箭头表示水流方向。

图8为图7的正视图。

图9为本发明的自定位浮式设施在静水状态下的受力分析原理示意图。

图10为本发明的自定位浮式设施在水流作用状态下的受力分析原理示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

实施例1：参见图1-4，一种具备自适应水位升降和平面定位约束功能的浮式装置，包括安装在浮台1上的第一转动件，第一转动件上缠绕设置有第一缆绳2，第一缆绳2具有一个向外延伸的锚固端，还包括和第一转动件相对地安装在浮台上的第二转动件，第二转动件上缠绕设置有第二缆绳3，第二缆绳3具有一个向外延伸的锚固端，还包括安装在浮台上的一个自驱动转动机构，第一转动件和第二转动件分别和自驱动转动机构传动连接并依靠自驱动转动机构施加对第一缆绳和第二缆绳的预拉力。

这样，本装置使用时，将第一缆绳和第二缆绳的锚固端分别沿水流方向一前一后地锚固在浮台下方，通过自驱动转动机构施加对第一缆绳和第二缆绳的预拉力，使得第一缆绳和第二缆绳处于张紧状态并形成平衡。这样浮台两端受缆绳限制，故平常状态下不会产生移动。而当浮体受水流冲击时，将导致面对作用力方向一侧的缆绳受力增大，另一侧缆绳受力减小，浮体将发生平面位移，缆绳角度及受力也会发生变化。通过自驱动转动机构调节，使浮体平面位移满足不同工程要求的位移偏差，从而实现浮体的精确定位。这样本方法就能够很好地规避风浪(风流水流通常方向一致)影响而实现浮台的精确定位，而且可以根据预估风浪最大冲击力大小来设置预拉力大小，更好地保证浮台定位不受风浪水流的影响。同时因为第一缆绳和第二缆绳缠绕在转动件上，故当水位变化时能够通过转动件的转动产生一定的自适应调整效果，能适应一定的水位波动情况。

所述自驱动转动机构包括一个第三转动件，第三转动件上缠绕有吊绳5，吊绳5下端悬吊设置有配重驱动块6，依靠配重驱动块6重力转化为转矩并施加对第一缆绳和第二缆绳的预拉力。

这样，采用吊绳缠绕转动构件并悬吊配重驱动块的方式构成自驱动转动机构，不仅仅结构简单，而且重要的是当水位上下波动时，自驱动转动机构中可以通过第三转动件的转动改变配重驱动块的高度实现自适应调节。而且自适应调节后配重驱动块的重力并不会变化，故对缆绳施加的预拉力也不会变化。故采用这种方式能够使得缆绳张紧定位效果不会因为水位的波动变化而产生变化，极大地提高了装置的稳定性和可靠性。另外这种方式可以通过改变转动件的直径大小调整传动比，使得配重驱动块只需较小的高度空间即可适应较大的水位高度变化。当然实施时，作为其他的方案，自驱动转动机构也可以采用弹簧装置(卷簧、板簧)或液压装置等其他方式实现预拉力的施加，但这样在水位波动变化时的自我调整能力有限，整体稳定性较差。另外，实施时可以不仅仅是两组收放缆机构，可以根据实际应用场景的需要设置多组。

本装置安装使用时，所施加对第一缆绳和第二缆绳的预拉力大小为浮台受水流最大冲击力在缆绳锚固方向的分力大小。

这样即采用了最小的预拉力最大程度保证了浮台定位效果。浮台受水流最大冲击力可以根据历史经验值或历史实际检测值确定。

本实施例中，第一转动件、第二转动件和第三转动件同轴固设在同一转轴4上并实现传动，第一缆绳2和第二缆绳3缠绕方向相同且和吊绳5缠绕方向相反。

这样，第一转动件、第二转动件和第三转动件位于同一根转轴上刚性传动，结构简单，实施方便。

其中，第一转动件和第二转动件的下方浮台上各安装有一个定滑轮7，第一缆绳和第二缆绳各自绕过对应的定滑轮后向上和第一转动件和第二转动件缠绕连接。

这样，通过定滑轮转向，将缆绳斜向的拉力转变为竖直方向的力，保证转动件受力更加平衡稳定。

其中，定滑轮7安装在一个可水平转动的定滑轮座上。

这样，方便缆绳可以张开呈一定角度，以更好地保持平衡和稳定。

其中，定滑轮7上方还设置有竖向的软套管8，第一缆绳和第二缆绳分别穿过对应软套管8和上方的第一转动件和第二转动件相连。

这样，可以更好地保护缆绳。

其中，第一转动件和第二转动件等径设置且直径大于第三转动件。

这样可以通过各转动件的直径比例变化实现缆绳的收放长度距离比例调整，减小配重驱动块所需吊绳的长度。

其中，浮台上设置有吊舱，配重驱动块6悬吊于吊舱内。

这样，配重驱动块自身不会受水流冲击影响受力平衡，也更加方便检修维护。当然实施时，也可以将配重驱动块悬吊在浮台下方水体内，但这样容易受水流冲击影响，且不利于检修。

其中，第一转动件、第二转动件和第三转动件均通过轴承可转动地安装在支撑架9上，支撑架9固定在浮台1上。

这样结构简单，方便安装。

其中，第一转动件、第二转动件上依靠花键各自设置有一个可轴向滑动的滑动套10，第一缆绳和第二缆绳缠绕在对应的滑动套10上。

这样，在随水位变化自动收放缆绳的时候，可以通过滑动套的轴向滑动自动调节，保持缆绳和转轴接触侧边位置始终位于定滑轮的正上方位置，避免缆绳倾斜对受力平衡造成影响，更好地保证平衡受力系统的稳定性和可靠性。

实施时，浮台定位装置具有两套，两套浮台定位装置的转轴水平并列间隔设置，两套浮台自定位系统中各自的第一缆绳和第二缆绳分别连接在两个转轴的相对一侧或相背一侧。

这样是因为单套浮台自定位系统在第一缆绳受水流冲击时，第一缆绳和第二缆绳受力大小不一样，这样转轴前后方向的同向侧面受力不同会产生在水平方向的转矩，导致转轴旋转，进而使得浮台产生旋转。故上述改进后，可以使得两套浮台自定位系统产生的转矩恰好可以相互抵消，更好地保证了浮台的稳定性。

实施时，第一缆绳2和第二缆绳3下端分别固定在水底对应的锚锭11上。

这样，方便固定且方便控制收放。

实施例2，参见图5-6所示，本实施例2中结构和实施例1的区别之处在于，第一转动件21、第二转动件22和第三转动件23异轴设置，第一转动件21通过第一传动机构24和第三转动件23传动连接，第二传动件22通过第二传动机构25和第三转动件23传动连接，第一转动件21和第二转动件22带动第三转动件23转动的方向相同且和吊绳缠绕方向相反。

其中所述的第一传动机构和第二传动机构可以是齿轮、齿条、链条等多种连接方式。这样，结构设置更加灵活可变，且可以通过传动机构进一步调整传动比，使得配重驱动块只需较小的高度空间即可适应较大的水位高度变化。这种方式还可以布置多组第一转动件和第二转动件和一个第三转动件传动连接，使得浮台可以在多个方向对称地布置缆绳，更好地提高定位的稳定性。

这种方式中自驱动转动机构单位行程引起的第一转动件与第二转动件收放缆速度可通过设定传动比，而灵活设置，同时结合各转动件的转动轴为变直径，可以更好地适应收放缆的不同抛缆角度。

本实施例中其余局部细节结构和功能均可以实施例1相同，不在此累述。

实施例3：参见图7-8所示，本实施例中，还可以是第一转动件31和第二转动件32同轴固定在一根转轴33上，但第三转动件34异轴设置，转轴33和第三转动件34通过一对锥齿轮35传动连接(或者也可以是其他传动结构传动连接)。这种方式也可以如图所示，布置两对(或多对)第一转动件和第二转动件和一个第三转动件传动连接。这样可以实现四个方向上的受力自适应平衡调整，使得整个承力体系的平衡稳定性更好，装置整体稳定性更好。本实施例中其余局部细节结构和功能均可以实施例1相同，不在此累述。

更加具体地说，本发明的自定位浮式设施，其平面约束定位原理为：

通过调节配重驱动块重量，实现水流作用下，浮体平面位移在所需要的约束定位精度范围内。浮体平面位移约束定位精度控制指标为δ_max，δ_max越小，平面约束定位精度越高。根据浮体平衡方程及约束方程，得到配重驱动块的最小重量，以使水流作用下浮体平面位移量满足要求。

具体参见图9-图10，图中以及下述公式中标号表示为G₁-浮体重力(除配重驱动块外其它构件)，G₂-配重驱动块重力，F_f-浮体浮力，F₁-水流作用力，T₁-浮体艏部缆绳拉力，T₂-浮体艉部缆绳拉力，α₁-艏部缆绳抛缆角度，α₂-艉部缆绳抛缆角度，L₁-艏部缆绳抛缆长度，L₂-艉部缆绳抛缆长度，δ-浮体水流作用下平面平移，r-第三转动件半径，R₁-第一转动件半径，R₂-第二转动件半径，δ_max-浮体平面约束定位精度。

参见图9，当无水流冲击作用力时，根据受力平衡关系可得：

F_f＝G₁+G₂+T₁cosα₁+T₂cosα₂

T₂sinα₂＝T₁sinα₁

同时，根据浮体内部配重驱动块力矩平衡方程可得：

G₂r＝T₁R₁+T₂R₂。

参见图10，当有水流作用力时，浮体顺水流方向发生δ的位移变化，同样根据受力平衡及力矩平衡可得：

F_f′＝G₁+G₂+T₁′cosα₁′+T₂′cosα₂′

F₁+T₂′sinα₂′＝T₁′sinα₁′

G₂r＝T₁′R₁+T₂′R₂

浮体平面位移量较小情况下，浮体有效排水体积没有发生较大变化，可以认为F_f＝F_f′，则：

T₁cosα₁+T₂cosα₂＝T₁′cosα₁′+T₂′cosα₂′

根据几何关系，得到水流作用前后，浮体艏部缆绳张角变化θ₁、艉部缆绳张角变化θ₂为：

θ₁＝α₁′-α₁

θ₂＝α₂-α₂′

浮体平面位移较小情况下，浮体平面位移δ、艏部缆绳张角变化θ₁、艉部缆绳张角变化θ₂均较小，则可得：

δ≈θ₁L₁＝(α₁′-α₁)L₁

δ≈θ₂L₂＝(α₂-α₂′)L₂

浮体平面约束定位精度为δ_max，即水流作用下，浮体平面位移不超过δ_max。根据上述方程，建立浮体平面约束定位精度最优化确定方程组如下：

式中r、R₁、R₂、α₁、α₂、L₁、L₂已知，水流作用力F₁可根据实测值或经验值确定，α₁′、α₂′、T₁′、T₂′未知，采用最优化方法，根据上述方程组，得到G₂ ⁰。即将配重驱动块重量设定为G₂ ⁰，可保证浮体平面位移约束变化不超过δ_max。(实际当水位不变时，艏艉缆缆绳的长度的变化是由于缆绳拉力变化引起的，而缆绳拉力变化引起的伸长量是与缆绳的刚度有关的，所以还需引入缆绳伸长量与缆绳弹性模量的等式。)

对于自定位浮式设施如何实现自适应水位升降，可通过调节第一转动件与第三转动件、第二转动件与第三转动件异径比，适应水位变幅。下面结合公式具体阐述，公式中符合表示为：r-第三转动件半径，R₁-第一转动件半径，R₂-第二转动件半径，H-水位变幅，L₁-低水位时浮体艏部缆绳抛缆长度，L₂-低水位时浮体艉部缆绳抛缆长度，L₁′-高水位时浮体艏端缆绳长度，L₂′-高水位时浮体艉端缆绳长度，根据余弦定理，得到：

得到艏端缆绳及艉端缆绳的伸长量分别为：

ΔL₁＝L₁′-L₁

ΔL₂＝L₂′-L₂

对应的浮体内部配重驱动块的位移为ΔP，由于第一、二、三转动件转动角度相等，则：

设浮体内部配重驱动块的最大位移高度为ΔP_max，则：

上式即为第一转动件与第三转动件异径比

第二转动件与第三转动件异径比

的限定条件。通过设定满足该条件的异径比，实现第三转动件小位移条件下，浮体对大水位变幅的适应能力。

另外，本发明实施时，如果是单向水流流速较小时，可采用单轴工作模式，即顺水流方向前后各只设置一根缆绳并拉紧。而当单向水流流速较大时，可设置多套单轴系统来抵御水流作用。在顺水流方向前后各设置两根或多根缆绳并拉紧。

其中单轴系统仅能适应单向流速的条件，即艏艉缆与流速方向同平面，当存在横向流或者多向流时，若仍为单轴系统，就无法抵御横向流作用，在横向流组偶用下就会发生横向移位。故为了抵御横向流作用，还可以通过设置多个独立的单轴系统，并通过缆绳外八字布置(例如图1中虚线所示缆绳)或者交叉缆布置(即图1中虚线所示缆绳可以改为交叉布置的方式)提高抵御微小横流的作用。

另外，当面对水流为多向流时，仅通过设置缆绳的布置方式已无法保持其自身稳定，即可以通过将多轴之间进行联动(即图7所示方式)，以抵御多向流作用。

Claims (10)

1.一种具备自适应水位升降和平面定位约束功能的浮式装置，其特征在于，包括安装在浮台上的第一转动件，第一转动件上缠绕设置有第一缆绳，第一缆绳具有一个向外延伸并用于锚固的锚固端，还包括和第一转动件相对地安装在浮台上的第二转动件，第二转动件上缠绕设置有第二缆绳，第二缆绳具有一个向外延伸并用于锚固的锚固端，还包括安装在浮台上的一个自驱动转动机构，第一转动件和第二转动件分别和自驱动转动机构传动连接并依靠自驱动转动机构施加对第一缆绳和第二缆绳的预拉力。

2.如权利要求1所述的具备自适应水位升降和平面定位约束功能的浮式装置，其特征在于，所述自驱动转动机构包括一个第三转动件，第三转动件上缠绕有吊绳，吊绳下端悬吊设置有配重驱动块，依靠配重驱动块重力转化为转矩并施加对第一缆绳和第二缆绳的预拉力。

3.如权利要求2所述的具备自适应水位升降和平面定位约束功能的浮式装置，其特征在于，第一转动件、第二转动件和第三转动件异轴设置，第一转动件通过第一传动机构和第三转动件传动连接，第二传动件通过第二传动机构和第三转动件传动连接，第一转动件和第二转动件带动第三转动件转动的方向相同且和吊绳缠绕方向相反。

4.如权利要求2所述的具备自适应水位升降和平面定位约束功能的浮式装置，其特征在于，第一转动件、第二转动件和第三转动件同轴固设在同一转轴上并实现传动，第一缆绳和第二缆绳缠绕方向相同且和吊绳缠绕方向相反。

5.如权利要求2所述的具备自适应水位升降和平面定位约束功能的浮式装置，其特征在于，第一转动件和第二转动件的下方浮台上各安装有一个定滑轮，第一缆绳和第二缆绳各自绕过对应的定滑轮后向上和第一转动件和第二转动件缠绕连接；

定滑轮安装在一个可水平转动的定滑轮座上。

6.如权利要求5所述的具备自适应水位升降和平面定位约束功能的浮式装置，其特征在于，定滑轮上方还设置有竖向的软套管，第一缆绳和第二缆绳分别穿过对应软套管和上方的第一转动件和第二转动件相连。

7.如权利要求2所述的具备自适应水位升降和平面定位约束功能的浮式装置，其特征在于，第一转动件和第二转动件等径设置且直径大于第三转动件。

8.如权利要求2所述的具备自适应水位升降和平面定位约束功能的浮式装置，其特征在于，浮台上设置有吊舱，配重驱动块悬吊于吊舱内。

9.如权利要求2所述的具备自适应水位升降和平面定位约束功能的浮式装置，其特征在于，第一转动件、第二转动件和第三转动件均通过轴承可转动地安装在支撑架上，支撑架固定在浮台上。

10.如权利要求2所述的具备自适应水位升降和平面定位约束功能的浮式装置，其特征在于，第一转动件、第二转动件上依靠花键各自设置有一个可轴向滑动的滑动套，第一缆绳和第二缆绳缠绕在对应的滑动套上。

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