CN216887146U - 自动开合的抱柱式水上浮体固定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自动开合的抱柱式水上浮体固定装置，为了解决一般固定浮体方法存在的“漂浮移动范围大、水面利用率低，浮体上承载设备之间摆动距离大、不易连接，以及波浪冲击大、撞击频次高、浮体上负载设备震动大、容易损坏、耐久性差”问题；本实用新型通过设置L梁、顶块、浮降框构、限位预紧螺栓、预压弹簧,通过将L梁通过顶块与浮降框构相连，浮降框构与浮体连接，L梁与固定柱接触连接，通过限位预紧螺栓、预压弹簧实现装置适时自动压回，实现松开紧抱固定柱，使抱柱装置内口尺寸相对宽松，达到减小摩擦力使浮体上浮的原理，解决浮体上浮同时固定柱约束浮体的问题。

Description

自动开合的抱柱式水上浮体固定装置

技术领域

本实用新型涉及一种水上浮体固定结构，具体涉及一种自动开合的抱柱式水上浮体固定装置。

背景技术

目前，国内外公知的水上光伏、海上风电等的浮体固定一般采用水下锚定缆索的固定方式，该方式存在漂浮移动范围大，水面利用率低，浮体上承载设备之间摆动距离大、不易连接，造价成本较高等缺陷。

有人尝试采用桩柱直接与浮体连接的方式进行固定，但是存在波浪冲击大、撞击频次高，浮体上负载设备震动大、容易损坏、耐久性差等缺陷。

在急需大力发展新能源的今天，现有水上光伏、海上风电固定浮体的装置满足不了现有需求，现在需要有一种固定装置能够使光伏发电设备的浮体移动范围小、提高耐震性和耐久性。

实用新型内容

为了克服现有技术中缆索固定漂移大、桩柱固定的浮体受波浪冲击大、撞击频次高，浮体上负载设备震动大、容易损坏、耐久性差等缺陷。

本实用新型提供一种自动开合的抱柱式水上浮体固定装置，包括固定柱、固定支架、固定拉索、浮体、抱柱装置，所述固定柱底部通过固定拉索固定于水底，固定柱通过抱柱装置连接固定支架，所述固定支架连接浮体，还包括浮降框构、浮降框构槽钢缀板、浮降框构连板，所述抱柱装置包括L梁、顶块、限位预紧螺栓、弹簧座杯、预压弹簧；

所述浮降框构为矩形的框型结构，所述浮降框构中心设有固定柱，所述浮降框构上下为沟槽向内且平行设立的两根槽钢，所述上下两根槽钢外侧通过浮降框构槽钢缀板相连接；

所述L梁短边外侧设有凸起，所述L梁短边内侧与浮降框构槽钢缀板对应位置设有弹簧座杯，所述弹簧座杯内通过限位预紧螺栓设有预压弹簧；所述L梁长边端部设有球面转铰，所述球面转铰铰接顶块，所述顶块底部通过浮降框构连板与浮降框构连接；

所述L梁上方对应浮降框构位置设有L梁顶护板，所述L梁顶护板与L梁不接触且连接至浮降框构；

所述L梁短边外侧凸起与固定柱接触连接；

所述浮降框构槽钢缀板与浮降框构连板连接固定支架。

所述L梁上方在L梁顶护板侧面设有防脱突块。

所述浮降框构上设有的抱柱装置数量是可成对增减的。

所述L梁短边外侧凸起与固定柱接触边为圆形或矩形。

本实用新型的优点是：

通过浮降框构上设置的弹簧机构，使浮降框构与固定柱弹性连接，产生抱柱固定效果，避免了浮降框构在受到水平力(风力、水流冲力)作用下与固定柱发生撞击。同时，利用L梁与固定柱之间摩擦力作用，在浮体需要上浮时，L梁压回弹簧、减小弹簧对固定柱压力进而减小上浮摩擦力，使浮降框构带动浮体顺利上浮。解决了浮降框构与固定柱之间，即要有效的弹性连接又要不影响浮体浮降的矛盾。

通过使用本实用新型固定的浮体受波浪冲击小、撞击频次低，浮体上负载设备震动小、不易损坏、耐久性高等优点。

附图说明

图1为本实用新型安装示意图；

图2为本实用新型结构示意图；

图3为图1部分俯视图；

图4为本实用新型工作原理分析图；

附图标记说明：1-固定柱；2-固定支架；3-固定拉索；4-浮体；5-L梁；6-L梁顶护板；7-防脱突块；8-球面转铰；9-顶块；10-浮降框构连板；11-浮降框构槽钢缀板；12-限位预紧螺栓；13-槽钢；14-弹簧座杯；15-浮降框构；16-预压弹簧。

具体实施方式

为了克服目前水上新能源浮体绳索固定产生的漂浮移动范围大的问题，以及避免固定柱1固定浮体4这种方式带来的浮体4与固定柱1之间撞击冲击大、设备易损坏、紧固抱柱方式浮体浮降易受影响等问题。

如图1、图2、图3所示：本实用新型设计了一种自动开合的抱柱式水上浮体固定装置，包括固定柱1、固定支架2、固定拉索3、浮体4、抱柱装置，所述固定柱1底部通过固定拉索3固定于水底，固定柱1通过抱柱装置连接固定支架2，所述固定支架2连接浮体4，还包括浮降框构15、浮降框构槽钢缀板11、浮降框构连板10，所述抱柱装置包括L梁5、顶块9、限位预紧螺栓12、弹簧座杯14、预压弹簧16；

所述浮降框构15为矩形的框型结构，所述浮降框构15中心设有固定柱1，所述浮降框构15上下为沟槽向内且平行设立的两根槽钢13，所述上下两根槽钢13外侧通过浮降框构槽钢缀板16相连接；

所述L梁5短边外侧设有凸起，所述L梁5短边内侧与浮降框构槽钢缀板11对应位置设有弹簧座杯14，所述弹簧座杯14内通过限位预紧螺栓12设有预压弹簧16；所述L梁5长边端部设有球面转铰8，所述球面转铰8铰接顶块9，所述顶块9底部通过浮降框构连板10与浮降框构15连接；

所述L梁5上方对应浮降框构15位置设有L梁顶护板6，所述L梁顶护板6与L梁5不接触且连接至浮降框构15；

所述L梁5短边外侧凸起与固定柱1接触连接；

所述浮降框构槽钢缀板11与浮降框构连板10连接固定支架2。

所述L梁5上方在L梁顶护板6侧面设有防脱突块7。

所述浮降框构15上设有的抱柱装置数量是可成对增减的。

所述L梁5短边外侧凸起与固定柱1接触边为圆形或矩形。

本实用新型采用的技术方案是通过自动开合的抱柱方式，解决三种不同工况条件下浮体4与固定柱1的连接，各工况下的具体实施方式为：

工况一、浮体4漂浮在水面、有风及侧向水流冲击状态；

1水平扭矩解决方案

考虑风及侧向水流冲击力相对浮体4会有偏心，产生水平旋转的扭矩，本工况条件下，对浮体4绕单柱旋转不做要求的可采用单个固定柱1方案；对浮体4绕单柱旋转有控制要求的采用两个以上固定柱1按照一定间距布置的方案，利用各固定柱1抗侧向力形成的抗扭力偶，抵抗浮体绕定点旋转的扭矩。

2自动开合的抱柱式水上浮体固定结构方案实施方式

首先，设置固定柱1与水下固定物连接，由浮降框构15套入固定柱1，同时浮降框构15与浮体4的固定支架2刚性连接，由于固定柱1被预压弹簧16顶紧，也就是固定柱1约束了抱柱装置，因抱柱装置与浮体4刚性连接，风及侧向水流对浮体4产生的水平力传递到抱柱装置并通过预压弹簧16传到固定柱1，完成固定柱1对浮体4的固定。

由于周围抱柱装置始终与固定柱1预压顶紧，风及侧向水流产生的脉动附加力，仅使抱柱装置产生脉动压缩，不会产生撞击，也不会产生因强力撞击产生强力震动。同时抱柱装置压缩范围活动范围较小，达到小间隙固定的目的。

工况二、浮体4漂浮在水面、遇有水面下降、有风及侧向水流冲击状态；

本工作状况比工况一增加了水面下降产生的自重向下力，由于自重力远大于抱柱装置与固定柱1间摩擦力，抱柱装置靠浮体4自身重力沿固定柱1向下滑移，直至达到平衡。期间，风及侧向水流产生的脉动附加力解决方式同工况一。

工况三、浮体4遇有涨水水面上升、有风及侧向水流冲击状态；

当水面上升浮体4相对下沉时，通过浮力和摩擦力的作用压回预压弹簧16，松开紧抱固定柱1的抱柱装置，使抱柱装置内口尺寸相对宽松，达到减小摩擦力同时浮体4上浮的目的。

工况三的具体实施方式。构件布置同工况一；工况三原理见图4。当水面上升初始阶段，受到抱柱装置与固定柱1顶紧的压力、风及侧向水流产生的水平脉动附加力影响，抱柱装置与固定柱1之间的摩擦力阻碍浮体沿固定柱1向上滑移浮升，摩擦力F1＝f×P,其中，f为L梁5的凸起与固定柱1的摩擦系数，P为水平合力，即P＝Σ抱柱装置与固定柱1顶紧预压力+风及侧向水流产生的水平脉动附加力，其中风及侧向水流产生的水平脉动附加力具有瞬间某个时段为零的特性，计算摩擦力时认为脉动水平力为零，P＝抱柱装置与固定柱1顶紧预压力。当浮体4下沉额外获得的浮力小于阻碍浮体4上浮的摩擦力阈值时，L梁5受到摩擦力的反力作用，其方向向下、大小与额外获得的浮力ΔF相等，与此同时，L梁5有绕B点转动的趋势，对预压弹簧16产生压力P1，P1＝额外获得的浮力ΔF×L/H；此时水平合力P＝抱柱装置与固定柱1顶紧预压力-P1，如果摩擦力F1＝f×P大于额外上浮力ΔF，水面升高浮体4继续相对下沉。随着浮体4继续下沉，P1增大，合力P减小，摩擦力F1＝f×P减小，当摩擦力小于上浮力，甚至当P1挤压预压弹簧16使合力P＝0顶紧装置脱离固定柱1时，摩擦力F1＝0，浮体4下沉额外获得的浮力ΔF大于摩擦力F1，浮体4上浮，L梁5的凸起沿固定柱1向上滑移，直至达到平衡状态，完成浮体4浮升过程。至此，解决了浮体4上浮同时固定柱1约束浮体4的问题。

本实用新型中浮降框构15通过连接抱柱装置、L梁5和浮体4的固定支架2将整个机构连成一体，在所有运动机构中起到骨架连接作用；预压弹簧16将预加的弹簧压力通过L梁5作用在固定柱1上，形成抱柱固定，起到固定约束浮体水平移动的作用；L梁5在正常情况时只传递预压弹簧16的压力至固定柱1形成抱柱状态，当水位上涨需要打开抱柱装置减小上浮摩擦力时，L梁5通过与固定柱1的摩擦力感知上浮状态，并压缩预压弹簧16打开抱柱装置，上浮过程完成后摩擦力消失机构自动恢复到抱柱状态，在整个过程中L梁5起到感知和自动开合抱柱装置的作用。

Claims (4)

1.一种自动开合的抱柱式水上浮体固定装置，包括固定柱(1)、固定支架(2)、固定拉索(3)、浮体(4)、抱柱装置，所述固定柱(1)底部通过固定拉索(3)固定于水底，固定柱(1)通过抱柱装置连接固定支架(2)，所述固定支架(2)连接浮体(4)，其特征在于：还包括浮降框构(15)、浮降框构槽钢缀板(11)、浮降框构连板(10)，所述抱柱装置包括L梁(5)、顶块(9)、限位预紧螺栓(12)、弹簧座杯(14)、预压弹簧(16)；

所述浮降框构(15)为矩形的框型结构，所述浮降框构(15)中心设有固定柱(1)，所述浮降框构(15)上下为沟槽向内且平行设立的两根槽钢(13)，所述上下两根槽钢(13)外侧通过浮降框构槽钢缀板(11)相连接；

所述L梁(5)短边外侧设有凸起，所述L梁(5)短边内侧与浮降框构槽钢缀板(11)对应位置设有弹簧座杯(14)，所述弹簧座杯(14)内通过限位预紧螺栓(12)设有预压弹簧(16)；所述L梁(5)长边端部设有球面转铰(8)，所述球面转铰(8)铰接顶块(9)，所述顶块(9)底部通过浮降框构连板(10)与浮降框构(15)连接；

所述L梁(5)上方对应浮降框构(15)位置设有L梁顶护板(6)，所述L梁顶护板(6)与L梁(5)不接触且连接至浮降框构(15)；

所述L梁(5)短边外侧凸起与固定柱(1)接触连接；

所述浮降框构槽钢缀板(11)与浮降框构连板(10)连接固定支架(2)。

2.如权利要求1所述的一种自动开合的抱柱式水上浮体固定装置，其特征在于：所述L梁(5)上方在L梁顶护板(6)侧面设有防脱突块(7)。

3.如权利要求1所述的一种自动开合的抱柱式水上浮体固定装置，其特征在于：所述浮降框构(15)上设有的抱柱装置数量是可成对增减的。

4.如权利要求1所述的一种自动开合的抱柱式水上浮体固定装置，其特征在于：所述L梁(5)短边外侧凸起与固定柱(1)接触边为圆形或矩形。

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