一種可移動海洋漂浮式主體模塊結構的製作方法

2023-05-06 07:22:36 1

專利名稱：一種可移動海洋漂浮式主體模塊結構的製作方法
技術領域：
本發明一種可移動海洋漂浮式主體模塊結構涉及的是主體結構造型、基材優化、構件合成、壓強理化測驗、浮力計算、固定件配置等重大核心技術，屬於一種可移動海洋漂浮式主體模塊結構技術領域。
背景技術：
眾所周知，海洋面積佔整個地球表面積的71%。海洋資源的開發，由於其特殊性，難度較大。目前比較普遍的已得到利用的也僅限於漁業捕撈、油氣開 採、旅遊業及極少量的風力發電。而無論是漁業捕撈、油氣開採、風力發電、旅遊度假等都離不開可移動的工具和固定的平臺，特別是在軍事領域的利用價值那更是不言自明的。目前可供人類隨時移動的工具由千噸級到萬噸級，甚至超過十萬噸級，而既可移動又可長期紮根的作業工具少之又少。在面對隨時變化的天氣和惡劣環境，選擇優秀的基礎平臺尤為重要。以風力發電來說，由於近海離岸1000米內，深海5000米以上時，海洋面上特有的寬廣度，無障礙，具有持久的風力可供人類採集用以發電。但是由於缺乏足夠完備的機械裝備、運輸能力差、施工難度高、電力輸送難，其投資甚至超過岸基風力發電的3到5倍。目前海上風電僅僅限於開發獨杆三葉片水平軸風力機型的小規模試驗。如何設計製造出具有成本低、易製造、易運輸、易安裝、可供大規模應用、免維護的特殊海基平臺已經擺到國人面前，本發明完全符合發改委「十二五計劃」中所規劃的要求「海上風電場建設關鍵技術研究與裝備研製」，也是人類社會必需要攻克的重大課題。經檢索和對社會調查，未見與本發明完全一致或相類似的專家文獻及專利報告。

發明內容
本發明的目的是針對國內、外已知和預知的市場，特別是對海洋探索而嚴重缺乏專有平臺作為支撐的現實，提供一種可移動海洋漂浮式主體模塊結構。本發明最大的特點之一是製造易、選材廣。採用國內易購的鋼筋、水泥、沙石就可製作。徹底解決核心技術、主材需依賴進口的難題；特點之二是造型獨特、效率傑出。採用上正六邊形平面基臺、下倒扣杯型耦合上閉室腔體的雙庫室優化合成造型，並在環向增加固定翼，提高海浪來襲時的穩定性，徹底解決了抗壓、上浮、拼接、連體組合等一系列重大難題；特點之三是應用領域廣，使用壽命長，免維護。由於上述兩大特點的存在，必然產生第三特點，本發明不但應用在風力發電上可作為基臺使用，而且在軍事領域可作為不沉的航空母艦使用。加上特有的閉式腔室，可作為儲藏室使用，徹底解決一次補足給養，數月不愁的難題。而且，由於其特殊的單體多模塊組合結構，外力對其不易達到整體破壞的目的；特點之四是功能巨大，可變性強，遷徙轉場方便。在自身無動力情況下可採用在平衡翼上加裝尾舵和人孔插入帆杆來安裝風帆的方式，利用風能達到自動運輸轉場到達目的地。充分發揮自身足夠的浮力和抗風浪能力，徹底解決重量巨大物件海上運輸轉場難題。本發明一種可移動海洋漂浮式主體模塊結構是採用以下技術方案實現的一種可移動海洋漂浮式主體模塊結構包括桶底、輪轂式防護環、內防水層、基礎臺面、平衡翼、夕卜防水層、圓形筒體、拉索、固定錘、人孔、封蓋、連接件、基臺飾面、防護牆、連接件孔、螺釘、螺帽和支架。桶底設置在圓形筒體自上往下中間段或三分之一處；圓形筒體頂部設置有基礎臺面，形成閉式腔室；圓形筒體下部敞口，輪轂式防護環成環向設置在圓形筒體內壁上；圓形筒體上部內壁面上設置有內防水層，而外防水層設置在圓形筒體中段以上外壁面上；桶底上層和下層均設置有防水層；人孔設置在基礎檯面上，並透過基臺飾面層；封蓋設置在人孔開口處；平衡翼設置在圓形筒體外側面的環向，可起到平衡浪湧現象的作用；平衡翼上設置有連接件孔；每單元主體模塊的平衡翼與相鄰主體模塊的平衡翼之間通過連接件構成彈性連接，形成整體；基礎飾面設置在基礎檯面上；防護牆設置在基臺飾面上部邊沿環向，提高防護海浪衝擊的同時，還可起到保護工程人員作業時的安全；拉索一頭連接在每一主體模塊底部敞口處輪轂式防護環上，另一頭連接在固定錘上；固定錘設置在海床上，避免隨風漂移；螺釘、螺帽設置在連接件上；支架設置在平衡翼環向合適位置，有利安裝尾舵及拖拉時固定纜繩。通過各組件的拼裝，從而形成一套完整的一種可移 動海洋漂浮式主體模塊結構。所述的基礎臺面可採用正三角形、正方形、正六邊形圖形，形成蜂窩狀逐一對主體模塊拼接，提高系統整體強度。所述的圓形筒體是採用鋼筋混凝土整件灌制，特徵是上部為閉式正六邊形基礎臺面，圓形筒體中部或三分之一處設置有桶底，而再往下底部為敞口，形成一個疊壓雙層的腔室。上層腔室封閉，下層腔室敞口，類似倒扣的杯子形狀。所述的圓形筒體是採用市售的不飽和樹脂/玻璃纖維或玻璃纖維/環氧材料，選擇在低溫下有更高的結構阻尼和更好的抗疲勞、耐腐蝕特性的高分子複合材料
也是一種可行的選擇。所述的外防水層採用市售玻璃纖維/環氧材料進行飾面，也可採用噴塑或噴膠作為防水材料。而選用抗疲勞、耐腐蝕特性的高分子複合材料是一種更加可行的選擇。所述的平衡翼採用與圓形筒體相同材料，翼展長度1-5米，厚0.2-0. 5米，平衡翼環向設置有可供連接件和支架安裝時用的孔，孔徑30-200毫米。所述的基臺飾面採用市售的鋼筋、水泥、黃沙材料組合成鋼筋混凝土，特徵是灌制時與基礎臺面連接一體，厚度300-1000毫米。更可根據工程設計需要製作厚度。所述的人孔採用與基礎檯面上的人孔貫通一致並設置有直徑1-2米的孔蓋，有利物資存儲與密封。所述的連接件採用玻璃纖維/環氧材料預製成雙C形卡口狀，C形與C形背部作柔性固定連接，可有效調整連接間距，也可採用金屬扣件作為連接件。所述的固定錘採用鋼筋混凝土製成100-500噸重的實心體，或採用網箱加塊石的方式。工作原理
主體模塊結構製作完成後，敞口朝下沉入海水中，由於圓形筒體下腔室內上部存留的空氣被海水密閉在其中，不會被排出。因此，下腔室內的空氣對整個模塊有較強的浮力，浮力等同於空氣底部水壓在整個空氣上部平面上的壓力。而水壓隨著水位下降而增加很快，所以空氣越多，水壓越大。整個模塊下面的空氣有足夠的浮力來支撐模塊不至於下沉。當遇到風雨、海浪的時候，設置在圓形筒體環向的平衡翼能及時分流海水衝撞並可起到平穩基臺的有效作用。而固定錘通過拉索和圓形筒體敞口處的輪轂式防護環連接後起到就地彈性固定作用，避免了隨風漂移的不穩定狀態。每一主體模塊結構與相鄰的主體模塊結構通過連接件連接後，可形成規模相當的海上平臺，承載能力也可有幾千噸到幾萬噸。


通過下面結合附圖的詳細描述，本發明前述的和其他 目的、特徵和優點將變得更為清晰。圖I是本發明一種可移動海洋漂浮式主體模塊結構組合主視 圖2是本發明一種可移動海洋漂浮式主體模塊結構單體主視 圖3是本發明一種可移動海洋漂浮式主體模塊結構單體剖面圖。圖中序號1、連接件；2、圓形筒體；3、固定錘；4、人孔；5、基礎臺面；6、防護牆；7、基臺飾面；8、拉索；9、平衡翼；10、連接件孔；11、輪轂式防護環；12、外防水層；13、內防水層；14、封蓋；15、桶底。
具體實施例方式結合圖I至圖3所示，本發明一種可移動海洋漂浮式主體模塊結構是採取以下技術方案實現的
一種可移動海洋漂浮式主體模塊結構由桶底15、輪轂式防護環11、內防水層13、基礎臺面5、平衡翼9、外防水層12、圓形筒體2、拉索8、固定錘3、人孔4、封蓋14、連接件I、基臺飾面7、防護牆6、連接件孔10、螺釘、螺帽、支架組成。桶底15設置在圓形筒體2自上往下中間段或三分之一處；圓形筒體2頂部設置有基礎臺面5，形成閉式腔室；圓形筒體2下部敞口，輪轂式防護環11成環向設置在圓形筒體2內壁上；圓形筒體2上部內壁面上設置有內防水層13，而外防水層12設置在圓形筒體2中段以上外壁面上；桶底15上層和下層均設置有防水層；人孔4設置在基礎臺面5上，並透過基臺飾7面層；封蓋14設置在人孔4開口處；平衡翼9設置在圓形筒體2外側面的環向，可起到平衡浪湧現象的作用；平衡翼9上設置有連接件孔10 ;每單元主體模塊的平衡翼9與相鄰主體模塊的平衡翼9之間通過連接件I構成彈性連接，形成整體；基礎飾面7設置在基礎臺面5上；防護牆6設置在基臺飾面7上部邊沿環向，提高防護海浪衝擊的同時，還可起到保護工程人員作業時的安全；拉索8 一頭連接在每一主體模塊底部敞口處輪轂式防護環11上，另一頭連接在固定錘3上；固定錘設置在海床上，避免隨風漂移；螺釘、螺帽設置在連接件I上；支架設置在平衡翼9環向合適位置，有利安裝尾舵及拖拉時固定纜繩。通過各組件的拼裝，從而形成一套完整的一種可移動海洋漂浮式主體模塊結構。所述的基礎臺面5可採用正三角形、正方形、正六邊形圖形，形成蜂窩狀逐一對主體模塊拼接，提高系統整體強度。所述的圓形筒體2是採用鋼筋混凝土整件灌制，特徵是上部為閉式正六邊形基礎臺面5，圓形筒體2中部或三分之一處設置有桶底15，而再往下底部為敞口，形成一個疊壓雙層的腔室。上層腔室封閉，下層腔室敞口，類似倒扣的杯子形狀。
所述的圓形筒體2是採用市售的不飽和樹脂/玻璃纖維或玻璃纖維/環氧材料，選擇在低溫下有更高的結構阻尼和更好的抗疲勞、耐腐蝕特性的高分子複合材料也是一種可行的選擇。所述的外防水層12採用市售玻璃纖維/環氧材料進行飾面，也可採用噴塑或噴膠作為防水材料。而選用抗疲勞、耐腐蝕特性的高分子複合材料是一種更加可行的選擇。所述的平衡翼9採用與圓形筒體2相同材料，翼展長度1-5米，厚0. 2-0. 5米，平衡翼9環向設置有可供連接件I和支架安裝時用的孔，孔徑30-200毫米。所述的基臺飾面7採用市售的鋼筋、水泥、黃沙材料組 合成鋼筋混凝土，特徵是灌制時與基礎臺面5連接一體，厚度300-1000毫米。更可根據工程設計需要製作厚度。所述的人孔4採用與基礎臺面5上的人孔4貫通一致並設置有直徑1-2米的孔蓋，有利物資存儲與密封。所述的連接件I採用玻璃纖維/環氧材料預製成雙C形卡口狀，C形與C形背部作柔性固定連接，可有效調整連接間距，也可採用金屬扣件作為連接件I。所述的固定錘3採用鋼筋混凝土製成100-500噸重的實心體，或採用網箱加塊石的方式。本發明一種可移動海洋漂浮式主體模塊結構具有顯著的技術特徵和較高的應用價值，具體如下
I、製造容易，基材選購面廣。本發明的主體模塊構件可採用鋼筒結構，通過焊接獲得，也可採用市售玻璃纖維/環氧材料製成複合體，更可以採用類似於跨海大橋橋樁的鋼筋混凝土材料，混搭筒體飾面複合材料，材料易採購。具有建築工地一年以上工作經驗和玻璃鋼製作工作經驗的個人或企業均可製造，操作人員只需經短期專業培訓即可上崗。特別是施工場地可以直接建立在靠海近的岸基上，將製造好的主體模塊直接安放在海水中，省略了堆放場地和運輸成本，近海岸的黃沙又完全是可用之材，製造成本可大幅下降。2、造型獨特，效益傑出。根據幾何學平面鑲嵌原理若要將一個平面鋪滿同一種正多邊形時，所能採用的圖形僅僅有正三角形、正方形和正六邊形這三種方法。而同樣面積的這三種圖形中正六邊形的內切圓面積最大。本發明在此基礎上，採用蜂窩狀的正六邊形結構作為主體模塊浮臺甲板，同時耦合抗壓強、阻力小、流暢快的圓筒形作為主體模塊的浮筒體，並在浮筒體內中段或三分之一處設置桶底阻隔，促使分出上腔室和下腔室，從而形成一種雙腔疊壓狀。當下腔室敞口往下沉入海水中時，恰似一個倒扣的杯子。根據氣體等溫壓縮過程中，壓強與體積成反比的原理，而根據阿基米德定律，浮力和物體排開水的重力相等，由於浮臺不能沉沒，所以浮力又等於整個浮臺的重力這些原理計算，本發明採用的主體模塊若以鋼筋混凝土灌制，直徑10米，高度20米時，主體模塊自重約600噸左右，浮力需要水中部分的氣柱有9米，其氣壓接近兩個大氣壓。在這種情況下，就算在主體模塊甲板上放置60噸的物件，整個模塊僅僅下壓I米左右。而浮臺高出水面的部分還有很大的空間。因此不難看出本發明設計和構思的獨特性，應用時的穩定性，遇風浪時的抗撞擊能力等顯著優點。3、應用領域廣,使用壽命長,免維護。由於優選採用鋼筋混凝土作為主體模塊的主材料，其材料特性決定了其長壽命，耐腐蝕，抗壓、抗撞擊能力強，免維護等特點。特別是將多組主體模塊進行模塊化安裝固定在一起時，可組成巨大的方陣式主體甲板。無論是遠洋設置，還是離島設置都可帶來巨大的社會效益和經濟效益。種植，養殖，風力發電機組安裝，海上渡假旅遊，油氣勘察作業，軍事基地建立，航標、氣象、雷達站設立，直升機，軍民航空飛行器跑道，靶位目標等等，一切相關的海上作業均可發揮本發明主體模塊壽命長、免維護、投資少、成本低、作用大的優勢。4、功能巨大，可變性強，遷徙轉場方便。本發明特有的疊壓式雙層腔室中的上腔室為閉式腔，可以作為宿營、倉儲使用，一次補足物資可數月不愁，有利於長期居守作業。在戰時又可作為彈藥庫、油庫及食品補充站。即使遇到惡劣天氣和外力破壞，也不會整體沉沒，維修也 較容易。由於是主體模塊化結構，根據目標客戶需要可任意組合。在一個由37個主體模塊組合的120米直徑的甲板上，即使安放2200噸重物，仍能抗擊六米的巨浪。如果貨物存儲在上腔室內時，只需關閉人孔封蓋，便可做到萬無一失。本發明主體模塊特有的轉場便利更是一絕，無論自帶動力、外給予動力、利用風力自主轉場均可達到駕輕就熟的效果。綜上所述，不難看出本發明獨特的構思，嚴密的構件結構，科學合理的整體布局方法和無與倫比的市場前景，必將對軍民兩用海上作業起到積極作用，為深海作業帶來極大的便利和作出典範。
權利要求
1.一種可移動海洋漂浮式主體模塊結構，其特徵在於包括桶底、輪轂式防護環、內防水層、基礎臺面、平衡翼、外防水層、圓形筒體、拉索、固定錘、人孔、封蓋、連接件、基臺飾面、防護牆、連接件孔、螺釘、螺帽和支架；桶底設置在圓形筒體自上往下中間段或三分之一處；圓形筒體頂部設置有基礎臺面，形成閉式腔室；圓形筒體下部敞口，輪轂式防護環成環向設置在圓形筒體內壁上；圓形筒體上部內壁面上設置有內防水層，而外防水層設置在圓形筒體中段以上外壁面上；桶底上層和下層均設置有防水層；人孔設置在基礎檯面上，並透過基臺飾面層；封蓋設置在人孔開口處；平衡翼設置在圓形筒體外側面的環向；平衡翼上設置有連接件孔；每單元主體模塊的平衡翼與相鄰主體模塊的平衡翼之間通過連接件構成彈性連接，形成整體；基礎飾面設置在基礎檯面上；防護牆設置在基臺飾面上部邊沿環向，提高防護海浪衝擊的同時，起到保護工程人員作業時的安全；拉索一頭連接在每一主體模塊底部敞口處輪轂式防護環上，另一頭連接在固定錘上；固定錘設置在海床上，避免隨風漂移；螺釘、螺帽設置在連接件上；支架設置在平衡翼環向合適位置，有利安裝尾舵及拖拉時固定纜繩；通過各組件的拼裝，從而形成一套完整的一種可移動海洋漂浮式主體模塊結構。
2.根據權利要求I所述的一種可移動海洋漂浮式主體模塊結構，其特徵在於所述的基礎臺面採用正三角形、正方形、正六邊形圖形，形成蜂窩狀逐一對主體模塊拼接，提高系統整體強度。
3.根據權利要求I所述的一種可移動海洋漂浮式主體模塊結構，其特徵在於所述的圓形筒體是採用鋼筋混凝土整件灌制，特徵是上部為閉式正六邊形基礎臺面，圓形筒體中部或三分之一處設置有桶底，而再往下底部為敞口，形成一個疊壓雙層的腔室，上層腔室封閉，下層腔室敞口，類似倒扣的杯子形狀。
4.根據權利要求I所述的一種可移動海洋漂浮式主體模塊結構，其特徵在於所述的圓形筒體是採用不飽和樹脂/玻璃纖維或玻璃纖維/環氧材料。
5.根據權利要求I所述的一種可移動海洋漂浮式主體模塊結構，其特徵在於所述的外防水層採用玻璃纖維/環氧材料進行飾面，或採用噴塑或噴膠作為防水材料。
6.根據權利要求I所述的一種可移動海洋漂浮式主體模塊結構，其特徵在於所述的平衡翼採用與圓形筒體相同材料，翼展長度1-5米，厚0. 2-0. 5米，平衡翼環向設置有供連接件和支架安裝時用的孔，孔徑30-200毫米。
7.根據權利要求I所述的一種可移動海洋漂浮式主體模塊結構，其特徵在於所述的基臺飾面採用鋼筋、水泥、黃沙材料組合成鋼筋混凝土，灌制時與基礎臺面連接一體，厚度300-1000 毫米。
8.根據權利要求I所述的一種可移動海洋漂浮式主體模塊結構，其特徵在於所述的人孔採用與基礎檯面上的人孔貫通一致並設置有直徑1-2米的孔蓋。
9.根據權利要求I所述的一種可移動海洋漂浮式主體模塊結構，其特徵在於所述的連接件採用金屬扣件作為連接件或採用玻璃纖維/環氧材料預製成雙C形卡口狀，C形與C形背部作柔性固定連接，有效調整連接間距。
10.根據權利要求I所述的一種可移動海洋漂浮式主體模塊結構，其特徵在於所述的固定錘採用鋼筋混凝土製成100-500噸重的實心體，或採用網箱加塊石的方式。
全文摘要
本發明一種可移動海洋漂浮式主體模塊結構涉及的是主體結構造型、基材優化、構件合成、壓強理化測驗、浮力計算、固定件配置等重大核心技術。包括桶底、輪轂式防護環、內防水層、基礎臺面、平衡翼、外防水層、圓形筒體、拉索、固定錘、人孔、封蓋、連接件、基臺飾面、防護牆、連接件孔、螺釘、螺帽和支架；桶底設置在圓形筒體自上往下中間段或三分之一處；圓形筒體頂部設置有基礎臺面；封蓋設置在人孔開口處；平衡翼設置在圓形筒體外側面的環向；基礎飾面設置在基礎檯面上；防護牆設置在基臺飾面上部邊沿環向；拉索一頭連接在輪轂式防護環上，另一頭連接在固定錘上；通過各組件的拼裝，從而形成一套完整的一種可移動海洋漂浮式主體模塊結構。
文檔編號B63B35/44GK102765467SQ201210282909
公開日2012年11月7日 申請日期2012年8月10日 優先權日2012年8月10日
發明者姚伯龍, 張紅旭, 李勇強, 楊偉濤, 謝玉琪 申請人:江蘇中蘊風電科技有限公司