一种浮体结构的多体连接和防撞装置

本发明属于海上漂浮式光伏基础结构，特别是涉及一种浮体结构的多体连接和防撞装置的设计。

背景技术：

1、光伏资源是一种可再生的清洁能源，是实现未来“双碳”目标的重要的能源分支，具有传统化石燃料等不可替代的优势。目前陆上光伏技术已经走向成熟，我国亟待拓展海上光伏的发展空间，拓展已有的光伏布局，完善我国能源结构，满足我国逐渐增加的能源需求。

2、国内主要以地面光伏结构为主，集中在新疆和西北等地区，光伏装机容量的增大受到电网消纳和资源分配的影响，目前内陆的光伏资源不能得到很好得利用和发展。沿海地区的用电需要更大，陆上光伏会占用较多的土地资源，性价比较低，而水上漂浮式光伏可以节约土地资源，并与水产养殖和旅游开发等产业相结合的优势，越来越受到光伏项目开发者和技术人员的青睐，是国内外光伏电站发展的热门方向。

3、经目前各国研究与实践，在漂浮式光伏结构日益增长的要求下，单个光伏发电单位的面积和体型逐渐增大，单个支撑结构带来了结构可靠性和运输的挑战，而模块化的单元成为更好的方案。但模块化的集合安装过程中，各个浮体件容易发生碰撞造成结构损伤，增加故障率，降低了海上光伏机组的稳定性。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种浮体结构的多体连接和防撞装置，本发明提供适用于多种形状和连接方式的选择，可拆卸的方式也方便后期的回收和运维；同时考虑到漂浮式结构的运动复杂性，也装有可拓展性的防撞装置，满足各类尺寸和连接方式的要求，较少因结构碰撞造成的结构损伤，减低故障率，提高光伏机组运行稳定性。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种浮体结构的多体连接和防撞装置，所述浮体结构由若干个浮管构成，包括浮管防撞装置、钢丝缆结构、端部防撞装置；

4、所述浮管防撞装置和钢丝缆结构用于浮管并排相连的情形；所述端部防撞装置用于各浮管通过浮管端部相连的情形；

5、所述浮管防撞装置包括浮管防撞垫和金属固定环；

6、所述浮管防撞垫由弹性材料制成，由浮管防撞球、浮管防撞格栅、钢丝导线槽和防撞缓冲层组成；

7、所述浮管防撞球一体设置于浮管防撞垫表面，为实心和/或空心结构；浮管防撞格栅布置在浮管防撞垫的内层，直接与浮管接触，以增大摩擦约束浮管防撞垫沿着浮管轴向的转动位移；钢丝导线槽设置于浮管防撞垫上，用于固定钢丝缆绳；所述防撞缓冲层设置于在浮管防撞垫的中间；

8、所述金属固定环用于可拆卸的连接浮管防撞垫和浮管，金属固定环上设有金属固定卡槽和钢丝导线孔；浮管防撞垫包裹浮管后通过两个金属固定环对接固定，并通过固定件和金属固定卡槽实现紧固，钢丝导线孔用于钢丝缆绳的连接，钢丝导线孔的四周设有倒角，以使钢丝导线孔过渡平滑，在运行过程中减少对钢丝缆绳的磨损；

9、所述的钢丝缆结构包括钢丝缆绳、钢丝缆垫层和钢丝缆卡扣，所述钢丝缆垫层设置于钢丝导线槽内，通过所述钢丝缆绳和钢丝缆卡扣实现将两个包覆有浮管防撞装置的浮管并排相连；

10、所述端部防撞装置包括端部防撞垫、端部防撞球和端部防撞导线孔，所述端部防撞球一体设置于端部防撞垫上，所述端部防撞导线孔均匀分布于端部防撞垫上，并在端部防撞导线孔内设置包裹在端部防撞垫上的金属卡环；使用时，将所述端部防撞垫固定于需要相连的两个浮管的端部，并通过端部防撞导线孔和钢丝缆绳将两个浮管端部可拆卸的连接。

11、进一步的，所述的钢丝缆绳根据浮体大小和实际海况选用不同规格；钢丝缆垫层用于防止受拉力影响对浮管结构造成磨损和变形。

12、进一步的，所述端部防撞垫包括两种型式，第一种端部防撞垫是带有底板的中空圆柱体结构，该端部防撞垫的底板外侧设有所述端部防撞球，端部防撞垫的中空圆柱体内壁一体设有防撞格栅，用于包裹浮管端部，增大摩擦限制端部防撞装置的轴向转动；另一种端部防撞垫是圆形结构，通过螺栓可拆卸的安装于浮管的端部。

13、进一步的，所述浮管防撞垫和端部防撞垫均为橡胶材质。

14、进一步的，所述的端部防撞球采用实心和/或空心结构，用于吸收浮管端部撞击时的能量；所述端部防撞球设置有若干层，每层内的端部防撞球均匀布置，从中心向外每层的端部防撞球数量规律依次为3、9、15…。

15、进一步的，各浮管通过浮管端部进行相连时，在浮管内部的两端处设有密封板。

16、进一步的，浮管的端部内壁设有加强肋。

17、与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

18、1.本发明具有可拆卸的优势，可以回收二次利用，也可以让漂浮式光伏结构在运维的过程中进行拆检，单个浮体的单元化加强也变得便捷，不影响整体漂浮式阵列的工作稳定性。同时，结构的丰富拓展性也让漂浮式光伏结构的大面积作业成为可能。

19、2.本发明的防撞缓冲层布置在每一个浮管防撞垫中间，弹性材料可以很方便地进行槽口设置与调整，让防撞球撞击防撞垫的时候不会把力直接传递到钢板上，中间的夹层设计起到很好的缓冲吸能作用。

20、3.本发明的防撞装置和钢丝缆结构提高整体结构的强度和受力稳定性，只需要在浮管端部设置较少的肘板就可以提高端部的抗拉强度。在浮管上设置有分舱，钢丝缆结构可以直接安装在每个舱室的隔板外侧，利用浮体自身强度富余，浮管结构不需要进行额外改变仍然可以满足强度设计要求。

21、4.本发明的防撞球、导线孔、钢丝缆、防撞缓冲层和螺栓都可以根据实际浮体的体量和作业海域的海况进行调整，在安装前经过模拟计算和试验研究可以得到准确的撞击能量和拉力极值，设置带有一定安全余量的防撞球和钢丝缆可以在满足要求的同时，节约施工成本。配合可拆卸的优势，二次利用改进后也能用于其他浮体结构。

22、5、本发明可以在岸上和船坞内就完成防撞装置的安装，只需要预留好对接的钢丝缆即可，在指定作业海域能够快速完成安装连接，短时间内实现大面积的扩展，大大缩短施工周期，降低海上作业风险性。后期运维过程中，灵活的连接方式让施工作业变得更加便捷，可以将每个浮体单元单独拖回检修，不影响其余浮体单元的正常发电。同时，也可以直接替换故障浮体单元，由拖船带来一个全新的浮体单元，替换完故障单元后，重新并网发电，有利于大面积浮体结构的更新完善。

23、6、本发明的尺寸可以进行更改，适用于任何采取类似浮管和浮筒的漂浮式结构，为海上新能源的发展提供一种新的解决方案，在小浮体领域可以为漂浮式光伏结构和波浪能发电装置提供方案，在大浮体领域为海上风电和海洋养殖场提供解决方案。同时，在多能源互补的时代，可以解决大小浮体之间的连接拓展，保证作业的稳定性。

24、7、本发明虽然用于多浮体之间的连接和防撞，但是在单独使用期间，布置在浮体的外围，还可以对自身起到保护作用，防撞船舶和各类海洋生物的撞击，提供浮体结构的作业安全性，降低故障率。

技术特征：

1.一种浮体结构的多体连接和防撞装置，所述浮体结构由若干个浮管构成，其特征在于，包括浮管防撞装置、钢丝缆结构、端部防撞装置；

2.根据权利要求1所述一种浮体结构的多体连接和防撞装置，其特征在于，所述的钢丝缆绳根据浮体大小和实际海况选用不同规格；钢丝缆垫层用于防止受拉力影响对浮管结构造成磨损和变形。

3.根据权利要求1所述一种浮体结构的多体连接和防撞装置，其特征在于，所述端部防撞垫包括两种型式，第一种端部防撞垫是带有底板的中空圆柱体结构，该端部防撞垫的底板外侧设有所述端部防撞球，端部防撞垫的中空圆柱体内壁一体设有防撞格栅，用于包裹浮管端部，增大摩擦限制端部防撞装置的轴向转动；另一种端部防撞垫是圆形结构，通过螺栓可拆卸的安装于浮管的端部。

4.根据权利要求1所述一种浮体结构的多体连接和防撞装置，其特征在于，所述浮管防撞垫和端部防撞垫均为橡胶材质。

5.根据权利要求1或3所述一种浮体结构的多体连接和防撞装置，其特征在于，所述的端部防撞球采用实心和/或空心结构，用于吸收浮管端部撞击时的能量；所述端部防撞球设置有若干层，每层内的端部防撞球均匀布置，从中心向外每层的端部防撞球数量规律依次为3、9、15…。

6.根据权利要求1所述一种浮体结构的多体连接和防撞装置，其特征在于，各浮管通过浮管端部进行相连时，在浮管内部的两端处设有密封板。

7.根据权利要求1所述一种浮体结构的多体连接和防撞装置，其特征在于，所述浮管的端部内壁设有加强肋。

技术总结本发明公开一种浮体结构的多体连接和防撞装置，浮体结构由若干个浮管构成，包括浮管防撞装置、钢丝缆结构、端部防撞装置；浮管防撞装置和钢丝缆结构用于浮管并排相连的情形；端部防撞装置用于各浮管通过浮管端部相连的情形；浮管防撞装置包括浮管防撞垫和金属固定环；浮管防撞垫由弹性材料制成，由浮管防撞球、浮管防撞格栅、钢丝导线槽和防撞缓冲层组成；浮管防撞球一体设置于浮管防撞垫表面；浮管防撞格栅布置在浮管防撞垫的内层；钢丝导线槽设置于浮管防撞垫的上部和下部，用于固定钢丝缆绳；防撞缓冲层设置于在浮管防撞垫的中间；金属固定环用于可拆卸的连接浮管防撞垫和浮管；端部防撞装置包括端部防撞垫、端部防撞球和端部防撞导线孔。技术研发人员：王海军,杨宇航,练继建受保护的技术使用者：天津大学技术研发日：技术公布日：2024/4/22