基于模块化和混合系泊的超大型浮式平台制造技术

基于模块化和混合系泊的超大型浮式平台，属于海洋能源利用领域，包括中心大平台模块、小平台模块、张力腿系统、锚链系统、振荡浮子式波浪能发电装置、模块连接构件。振荡浮子式波浪能发电装置通过齿轮与齿条传动的方式将浮子的摆动转化为活塞杆的水平运动，驱动双向液压发电系统的马达发电。模块间的连接构件按照连接平台模块的相对尺寸分为两种模式，利用小平台与大平台之间的相对扭转及水平两向运动和利用小平台之间的相对扭转发电，获得能量供给的同时，缓解各模块间的相对运动。本发明专利技术外侧的波浪能装置可利用入射波浪能提供能源补给，有效减弱入射波浪荷载，降低平台运动响应；张力腿系统、锚链系统的混合系泊系统能够保证整个平台的安全性和稳定性。

Super large floating platform based on modularity and mixed mooring

The super large floating platform based on modularization and mooring is the field of marine energy utilization, including central platform module, small platform module, tension leg system, anchorage chain system, oscillating floating wave energy generation device and module connection component. The oscillating floating wave energy generating unit transforms the float's swing into the horizontal motion of the piston rod through the gear and rack transmission, and drives the motor of the two-way hydraulic power generation system to generate electricity. The connection components between modules are divided into two modes according to the relative dimensions of the connection platform module. The relative torsion between the small platform and the large platform and the relative torsion between the small platform and the small platform are used to generate the relative torsion between the small platforms, and the energy supply is obtained, while the phase pair movement between the modules is relieved. The wave energy device on the outside of the invention can provide energy supply by the incident wave, effectively reduce the incident wave load and reduce the motion response of the platform; the mixed mooring system of the tension leg system and the anchor chain system can guarantee the safety and stability of the whole platform.

【技术实现步骤摘要】
基于模块化和混合系泊的超大型浮式平台
本专利技术属于海洋能利用领域，涉及大型海洋浮式结构，尤其涉及一种基于模块化和混合系泊的超大型浮式平台。
技术介绍
由于陆地资源开发逐渐趋于饱和，各国开始把发展目光投向海洋，海洋中蕴含着各种丰富的资源等待开发，为了促进海洋资源的开采和利用，研究人员提出了超大型浮式结构(VLFS)的概念，并投入了大量的研究，VLFS是一种特殊的海洋平台结构，具有面积宽广、易于多功能化、综合性能强等特点，不仅能作为海洋资源开发的平台，还可用作城市拓建、海上军事基地等。但由于VLFS尺寸巨大，且要承受巨大的海洋荷载，它必定要进行模块化，由若干种基本离散的模型拼接而成，并采用简单而高效的系泊系统系泊，以便于在保障VLFS的结构安全和稳定的前提下能不断拓展和完善VLFS结构。因此VLFS的模块化和系泊方式具有十分重要的研究意义。现有技术中，VLFS主要有箱式、半潜式等，其中箱式适用于较平静的海域，而半潜式便于模块化，减弱海况对VLFS的整体影响，可适用于海况相对恶劣的海域。VLFS模块之间的连接方式主要有刚性连接，柔性连接等，其中刚性连接可以有效控制模块之间的相对运动，但连接器承受荷载巨大，而柔性连接器允许模块之间有相对运动，以此减弱作用于连接器上的荷载。波浪能发电装置种类繁多，各有千秋，包括点头鸭式、振荡水柱式、推摆式、收缩波道式、波力发电船式、环礁式、整流器式等多种。现有技术的不足是：VLFS对防浪墙或天然屏障如岛屿的依赖性比较强，对没有屏障的深海载荷抵御能力差。VLFS设计方案大多采用锚链系泊，其相关混合系泊系统及消波策略的研究还非常有限。而且大多数VLFS模块连接构件的设计存在设计载荷较大，限制模块相对运动的效果差等问题。大多数波浪能发电装置在实际应用中成本较高，能量转化效率较低。目前还缺少能够结合利用波浪能发电装置和模块连接构件进行能源补给及减弱波浪力荷载的VLFS。
技术实现思路
本专利技术目的在于提出一种基于模块化和混合系泊的超大型浮式平台，采用模块化连接器与波浪能装置相结合的方式，在减弱深海波浪荷载对超大型浮式平台的作用的同时，提高海洋波浪能的利用效率并降低发电成本，并为其提出了张力腿与锚链混合系泊系统以改善VLFS的运动响应。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案为：基于模块化和混合系泊的超大型浮式平台包括中心大平台模块1、若干小平台模块2、张力腿系统3、锚链系统4、盖板5、振荡浮子式波浪能发电装置、模块连接构件、橡胶防撞装置22。小平台模块2分布于中心大平台模块1周围。所述张力腿系统3包含若干呈对称分布的张力腿，其上端与中心大平台模块1、小平台模块2的下方铰接，下端固定在海底，用于限制中心大平台模块1、小平台模块2的平面外扭转运动。每个平台模块都采用张力腿系统，结合波浪能发电装置、模块连接构件及平台模块的水动力载荷特征，根据平台模块尺寸、选址地点的水深及地址条件，优化设计张力腿的数量和截面尺寸，使各小平台模块有一定的自稳定性，减弱其对中心大平台的依赖性，减缓中心大平台的载荷效应，利于进行平台模块的功能性及规模化拓展。所述锚链系统4包含若干呈对称分布的锚链，其上端锚固在中心大平台模块1的四个端角处，下端固定在海底，用于系泊中心大平台模块，限制超大型浮式平台1的整体水平位移。锚链系统4和张力腿系统3共同保证超大型浮式平台的安全性和稳定性。所述盖板5搭设于相邻平台模块之间(盖板一端固定于一平台上，另一端搭接在另一相邻平台上)，用于连通相邻平台模块，提高超大型浮式平台的整体性。所述振荡浮子式波浪能发电装置布置于最外层平台模块的侧面，浮在海面上，利用该波浪能发电装置获取波浪能，同时减弱入射波浪对浮式平台的载荷作用。所述振荡浮子式波浪能发电装置包括圆柱体浮子6、连杆结构7、齿轮传动装置、双向液压发电装置，双向液压发电装置布设于各个平台模块内部，同一个平台模块内双向液压发电装置可酌情并行设计。所述的齿轮传动装置包括齿轮结构9、固定轴10、齿条11、水平活塞杆12。所述双向液压发电装置包括液压缸13、第一单向入流阀14、节流阀15、液压马达16、发电装置17、第一单向出流阀18、第二单向入流阀19、第二单向出流阀20、储能器21。所述圆柱体浮子6通过连杆结构7与齿轮结构9固接，齿轮结构9可以绕着固定轴10转动，并与齿条11啮合连接，固定轴10固定于小平台模块2内；齿条11固定在水平活塞杆12的一端，水平活塞杆12的另一端深入水平向液压系统的液压缸13中。所述波浪能发电装置中，圆柱体浮子6的摆动带动齿轮结构9绕固定轴10旋转，固定轴10与平台固接，再通过与齿轮结构9啮合的齿条11驱动水平活塞杆12拉压往复运动；当水平活塞杆12做压缩运动时，带动液压缸13内的液体经第一单向入流阀14和节流阀15进入液压马达16，驱动其旋转，从而带动发电装置17发电，最终液体经第一单向出流阀18回流至液压缸13；当水平活塞杆12做拉伸运动时，带动液压缸13内的液体经第二单向入流阀19和节流阀15进入液压马达16驱动其旋转，从而带动发电装置17发电，最终液体经第二单向出流阀20回流至液压缸13内；节流阀15和储能器21主要起到稳定液压系统压力及保护液压系统安全的目的。所述模块连接构件包括模块连接杆8、齿轮传动装置、双向液压发电装置。该双向液压发电装置的结构及发电原理与振荡浮子式波浪能发电装置中的双向液压发电装置相同。所述模块连接杆8用于连接相邻平台模块，位于盖板5下方。模块连接构件按照连接平台的相对尺寸分为两种方式，结合波浪能发电装置及平台模块的水动力荷载特征，根据浮式平台模块尺寸和间距、消波效果、发电功率要求等，优化设计模块连接构件各部件的主要参数，使其有效约束平台模块之间的相对运动，并尽可能利用其相对运动发电，有效减弱作用于模块连接构件上的载荷。两种方式具体为：第一种为小平台模块2与中心大平台模块1之间的连接，利用小平台模块2与中心大平台模块1之间的相对扭转及水平两向运动进行发电：模块连接杆8一端与齿轮传动装置的齿轮结构9固接，齿轮结构9设置于小平台模块2内，记为A端；模块连接杆8另一端深入中心大平台模块1内的大型的双向液压发电装置中，记为C端，当小平台模块2与中心大平台模块1发生相对运动时，不仅能通过模块连接杆8带动A端齿轮结构9绕固定轴10旋转，以此通过齿轮齿条传动方式驱动固定于小平台模块2内部的双向液压发电装置发电(原理同波浪能发电装置)，还能够通过模块连接杆8在C端中心大平台大型双向液压发电系统液压缸中的拉压往复运动驱动其发电。第二种为小平台模块2与小平台模块2之间的连接，利用小平台模块2之间的相对扭转进行发电：模块连接杆8一端与齿轮传动装置的齿轮结构9固接，齿轮结构9设置于其中一个小平台模块2内，记为A端；模块连接杆8另一端固定于另一个小平台模块2内部，记为B端；当两个相邻的小平台模块2发生相对摆动运动时，通过模块连接杆8带动A端齿轮结构9绕固定轴10旋转，以此通过齿轮齿条传动方式驱动固定于小平台模块2内部的双向液压发电装置发电(原理同波浪能发电装置)。所述橡胶防撞装置22以模块连接杆为轴对称分布设置于平台模块A端，固定于平台内，用于防止极端情况下模块连接杆与平台内部的剧烈碰撞。本专利技术基于模块化和混本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于模块化和混合系泊的超大型浮式平台，其特征在于，所述的超大型浮式平台包括中心大平台模块(1)、若干小平台模块(2)、张力腿系统(3)、锚链系统(4)、盖板(5)、振荡浮子式波浪能发电装置、模块连接构件；小平台模块(2)分布于中心大平台模块(1)周围；所述张力腿系统(3)包含若干呈对称分布的张力腿，用于限制中心大平台模块(1)、小平台模块(2)的平面外扭转运动；所述锚链系统(4)包含若干呈对称分布的锚链，其上端锚固在中心大平台模块(1)的四个端角处，下端固定在海底，用于系泊中心大平台模块(1)；所述盖板(5)搭设于相邻平台模块之间，用于连通相邻平台模块，提高超大型浮式平台的整体性；所述振荡浮子式波浪能发电装置布置于最外层平台模块的侧面，浮在海面上，利用该波浪能发电装置获取波浪能，同时减弱入射波浪对浮式平台的载荷作用；所述振荡浮子式波浪能发电装置包括圆柱体浮子(6)、连杆结构(7)、齿轮传动装置、双向液压发电装置，双向液压发电装置布设于各个平台模块内部；所述的齿轮传动装置包括齿轮结构(9)、固定轴(10)、齿条(11)、水平活塞杆(12)；所述圆柱体浮子(6)通过连杆结构(7)与齿轮结构(9)固接；齿轮结构(9)固定在小平台模块(2)内部，能够绕固定轴(10)转动，并与齿条(11)啮合连接，固定轴(10)固定于小平台模块(2)内；齿条(11)固定在水平活塞杆(12)的一端，水平活塞杆(12)的另一端深入水平向液压系统的液压缸(13)中；所述圆柱体浮子(6)的摆动带动齿轮结构(9)绕固定轴(10)旋转，再通过与齿轮结构(9)啮合的齿条(11)驱动水平活塞杆(12)做拉伸、压缩往复运动，带动双向液压发电装置中的发电装置(17)发电；所述模块连接构件包括模块连接杆(8)、齿轮传动装置、双向液压发电装置，该双向液压发电装置的结构及发电原理与振荡浮子式波浪能发电装置中的双向液压发电装置相同；所述模块连接杆(8)用于连接相邻平台模块，位于盖板(5)下方；模块连接构件包括两种方式：第一种为小平台模块(2)与中心大平台模块(1)之间的连接，利用小平台模块(2)与中心大平台模块(1)之间的相对扭转及水平两向运动进行发电：模块连接杆(8)一端与齿轮传动装置的齿轮结构(9)固接，齿轮结构(9)设置于小平台模块(2)内，记为A端；模块连接杆(8)另一端深入中心大平台模块(1)内的大型的双向液压发电装置中，记为C端，当小平台模块(2)与中心大平台模块(1)发生相对运动时，不仅能通过模块连接杆(8)带动A端齿轮结构(9)绕固定轴(10)旋转，以此通过齿轮齿条传动方式驱动固定于小平台模块(2)内部的双向液压发电装置发电，还能够通过模块连接杆(8)在C端中心大平台大型双向液压发电系统液压缸中的拉压往复运动驱动其发电；第二种为小平台模块(2)与小平台模块(2)之间的连接，利用小平台模块(2)之间的相对扭转进行发电：模块连接杆(8)一端与齿轮传动装置的齿轮结构(9)固接，齿轮结构(9)设置于其中一个小平台模块(2)内，记为A端；模块连接杆(8)另一端固定于另一个小平台模块(2)内部，记为B端；当两个相邻的小平台模块(2)发生相对摆动运动时，通过模块连接杆(8)带动A端齿轮结构(9)绕固定轴(10)旋转，以此通过齿轮齿条传动方式驱动固定于小平台模块(2)内部的双向液压发电装置发电。...

【技术特征摘要】
1.一种基于模块化和混合系泊的超大型浮式平台，其特征在于，所述的超大型浮式平台包括中心大平台模块(1)、若干小平台模块(2)、张力腿系统(3)、锚链系统(4)、盖板(5)、振荡浮子式波浪能发电装置、模块连接构件；小平台模块(2)分布于中心大平台模块(1)周围；所述张力腿系统(3)包含若干呈对称分布的张力腿，用于限制中心大平台模块(1)、小平台模块(2)的平面外扭转运动；所述锚链系统(4)包含若干呈对称分布的锚链，其上端锚固在中心大平台模块(1)的四个端角处，下端固定在海底，用于系泊中心大平台模块(1)；所述盖板(5)搭设于相邻平台模块之间，用于连通相邻平台模块，提高超大型浮式平台的整体性；所述振荡浮子式波浪能发电装置布置于最外层平台模块的侧面，浮在海面上，利用该波浪能发电装置获取波浪能，同时减弱入射波浪对浮式平台的载荷作用；所述振荡浮子式波浪能发电装置包括圆柱体浮子(6)、连杆结构(7)、齿轮传动装置、双向液压发电装置，双向液压发电装置布设于各个平台模块内部；所述的齿轮传动装置包括齿轮结构(9)、固定轴(10)、齿条(11)、水平活塞杆(12)；所述圆柱体浮子(6)通过连杆结构(7)与齿轮结构(9)固接；齿轮结构(9)固定在小平台模块(2)内部，能够绕固定轴(10)转动，并与齿条(11)啮合连接，固定轴(10)固定于小平台模块(2)内；齿条(11)固定在水平活塞杆(12)的一端，水平活塞杆(12)的另一端深入水平向液压系统的液压缸(13)中；所述圆柱体浮子(6)的摆动带动齿轮结构(9)绕固定轴(10)旋转，再通过与齿轮结构(9)啮合的齿条(11)驱动水平活塞杆(12)做拉伸、压缩往复运动，带动双向液压发电装置中的发电装置(17)发电；所述模块连接构件包括模块连接杆(8)、齿轮传动装置、双向液压发电装置，该双向液压发电装置的结构及发电原理与振荡浮子式波浪能发电装置中的双向液压发电装置相同；所述模块连接杆(8)用于连接相邻平台模块，位于盖板(5)下方；模块连接构件包括两种方式：第一种为小平台模块(2)与中心大平台模块(1)之间的连接，利用小平台模块(2)与中心大平台模块(1)之间的相对扭转及水平两向运动进行发电：模块连接杆(8)一端与齿轮传动装置的齿轮结构(9)固接，齿轮结构(9)设置于小平台模块(2)内，记为A端；模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：任年鑫，马哲，吴鸿博，万岭，欧进萍，宁德志，翟钢军，周道成，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21