模块化超大型浮式平台的制作方法

本发明涉及海洋浮式平台技术领域，特别是涉及一种模块化超大型浮式平台。

背景技术：

随着陆地空间和资源逐渐趋于饱和，各国开始向海洋拓展空间和获取资源。传统的“填海造陆”对海洋生态环境和自然景观造成极大的破坏，并且填海的经济水域在20米以下，限制了深水海域的空间拓展。

从20世纪90年代以来，各国开始将目光投向更环保、更易于建造和拓展、适合水深范围更广、更易于多功能化的海上模块化超大型浮式平台。模块化超大型浮式平台用途广泛，既可以作为海洋资源开发和利用平台、军事基地、海上中转基地、海上机场等，也可以作为沿海城市陆域面积的补充，甚至直接成为海上城市。

模块化超大型浮式平台通常有两种单模块构型：箱式模块和半潜式模块。其中，箱式模块易于建造和维护，但水动力性能较差，适用于海况较好的海域；半潜式模块水线面小，吃水深度大，水动力性能较好，适用于海况恶劣的开阔海域。模块间的连接通常分为刚性连接和柔性连接，其中刚性连接限制了相邻模块间所有自由度的相对位移，使结构承受巨大的内力、变形以及巨大的连接载荷；柔性连接通常释放部分自由度的相对位移，降低了部分方向的连接载荷。

在海况恶劣的深水海域，模块化超大型浮式平台会承受较大的水动力运动响应和巨大的连接载荷，非常不利于平台自身的安全和稳定，容易造成财产损失甚至生命损失。另外，垂荡运动对浮式平台的稳定性的影响较大，需要采取有效手段降低其垂荡运动响应，而通过增加吃水深度的方法来减少浮式平台的垂荡响应需要增大平台垂向的尺度，增加了建造材料，经济性差。

另外，海洋波浪蕴藏着巨大的能量，全球有经济价值的波浪能开采量估计为1～10亿kw，中国波浪能的理论储量为7000万kw左右。波浪能发电装置是将波浪能通过机械传动、气压传动或液压传动等方式转换成机械能，然后通过马达驱动发电机发电，具有相当广阔的发展前景。但是在深水海域独立布设波浪能发电装置成本太高且不便于维修更换，发电效率也不高，因此本发明希望能在模块化超大型浮式平台上集成波浪能发电装置，为超大型浮式平台提供能源补给，提高波浪能的利用效率和降低成本。

技术实现要素：

有鉴于此，提供一种安全稳定并集成波浪能发电装置的模块化超大型浮式平台。

一种模块化超大型浮式平台，包括若干箱式模块、若干半潜式模块以及锚泊所述半潜式模块的锚链系泊系统，相邻的所述半潜式模块可转动地连接，所述若干箱式模块设置于所述若干半潜式模块外围，每一所述箱式模块与相邻的一所述半潜式模块可转动地连接，所述箱式模块上设置有波浪能发电装置，所述波浪能发电装置包括液压发电机构、活塞杆以及液压杆连杆，所述液压发电机构通过所述活塞杆、液压杆连杆分别和所述半潜式模块、箱式模块活动地连接。

进一步地，相邻的所述箱式模块、半潜式模块上分别固定设置有铰支座，所述波浪能发电装置的活塞杆通过圆柱销钉与所述半潜式模块上的铰支座相铰接，所述液压杆连杆通过圆柱销钉与所述箱式模块上的铰支座相铰接。

进一步地，所述液压发电机构包括液压缸、节流阀、液压马达以及发电机，所述液压缸、节流阀和液压马达通过管路连接构成液路，所述发电机与所述液压马达传动连接；所述液压发电机构的液压缸位于所述箱式模块外侧并设置于所述活塞杆、液压杆连杆之间，所述液压发电机除液压缸之外的元件设置于所述箱式模块内。

进一步地，所述液压发电机构还包括第一单向阀，第二单向阀、第三单向阀以及第四单向阀；所述第一单向阀、第四单向阀通过管路顺序串联，所述第二单向阀、第三单向阀通过管路顺序串联；所述第一单向阀、第四单向阀与第二单向阀、第三单向阀并联，并通过管路串联至所述节流阀和液压马达的液路中；所述第一单向阀、第三单向阀的出口连接至所述节流阀的进口；所述液压马达的出口连接至所述第二单向阀、第四单向阀的进口；所述液压缸的两个连接口其中之一接入所述第一单向阀、第四单向阀之间，另一接入所述第二单向阀、第三单向阀之间。

进一步地，所述液压发电机构还包括与所述发电机连接的高压蓄能器和低压蓄能器。

进一步地，相邻的所述半潜式模块通过铰链连接装置相铰接，所述铰链连接装置包括两个底座以及与所述两个底座相铰接的圆柱销钉，所述两个底座分别安装在相邻的所述半潜式模块的侧面；相邻的所述箱式模块和半潜式模块通过铰链连接装置相铰接，所述铰链连接装置包括两个底座以及与所述两个底座相铰接的圆柱销钉，所述两个底座分别安装在相邻的所述箱式模块和半潜式模块的侧面。

进一步地，所述半潜式模块包括平台、立柱、下浮体以及可调谐垂荡装置，使用时所述平台漂浮于海平面之上、所述下浮体浸没于海平面之下，所述平台和下浮体之间通过所述立柱连接，所述可调谐垂荡装置包括垂荡板和将所述垂荡板连接至所述下浮体的正下方的杆件，所述杆件伸出所述下浮体的长度可调节以调整所述下浮体的水下深度。

进一步地，所述锚链系泊系统包括若干锚链，所述若干半潜式模块作为整体的四个端角处分别连接有至少一所述锚链，所述若干半潜式模块作为整体与波浪的主要浪向垂直的两侧分别连接有至少一所述锚链且该锚链与波浪的主要浪向平行，所述若干半潜式模块作为整体与波浪的主要浪向平行的一侧不设置所述锚链。

进一步地，所述若干箱式模块环绕所述若干半潜式模块呈∏分布，所述若干半潜式模块作为整体与波浪的主要浪向平行的一侧不设置所述箱式模块，用于船舶停靠和物资运输。

进一步地，相邻的所述半潜式模块的邻边上搭设有盖板，相邻的所述半潜式模块和箱式模块的邻边上搭设有盖板。

相较于现有技术，本发明模块化超大型浮式平台采用半潜式模块和箱式模块共同构成，相邻模块间活动连接，外侧的箱式模块可以作为浮式防波堤具有一定的消波功能，使得整个模块化超大型浮式平台安全稳定，并且具有可拓展性和部署灵活性；外侧箱式模块和内侧半潜式模块之间的相对运动能驱动波浪能发电装置进行发电，既能降低模块化超大型浮式平台在深海波浪作用下的水动力响应，又能提高波浪能的利用效率和降低利用成本。

附图说明

图1是本发明模块化超大型浮式平台的正视图，其中，虚线代表海平面。

图2是图1所示模块化超大型浮式平台的俯视图。

图3是图1所示模块化超大型浮式平台去除盖板的俯视图。

图4是图1所示模块化超大型浮式平台的半潜式模块通过连接装置相互连接的正视图。

图5是图4去除盖板的俯视图。

图6是图1所示模块化超大型浮式平台的箱式模块、半潜式模块通过连接装置相互连接的正视图。

图7是图6去除盖板的俯视图。

图8是图1所示模块化超大型浮式平台的可调谐垂荡装置的正视图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中示例性地给出了本发明的一个或多个实施例，以使得本发明所公开的技术方案的理解更为准确、透彻。但是，应当理解的是，本发明可以以多种不同的形式来实现，并不限于以下所描述的实施例。

如图1-3所示，本发明模块化超大型浮式平台包括若干半潜式模块10、若干箱式模块20、锚链系泊系统30、连接装置40以及波浪能发电装置50。

所述半潜式模块10位于整个超大型浮式平台的中央，各个半潜式模块10相互之间通过连接装置40活动连接。结合实际工程需求，半潜式模块10的数量和尺寸可进行优化调整。每一所述半潜式模块10包括平台12、立柱14、下浮体16以及可调谐垂荡装置18。所述平台12漂浮于海平面之上，下浮体16浸没于海平面之下，平台12和下浮体16之间通过立柱14连接。所述立柱14较佳地为中空圆柱结构，内部可以设置电梯间、观光区等，另外也可以作为从平台12到下浮体16的通道，或者也可以用于安放物资和设备。应当理解地，立柱14的尺寸及数量可以结合实际工程需求进行优化调整，不以图示实施例为限。类似地，下浮体16可以是中空结构，可以作为水下观光区，也可以用于物资和设备储存等。

如图8所示，所述可调谐垂荡装置18包括垂荡板180和将垂荡板180连接至下浮体16的正下方的杆件182。垂荡板180为方形，与下浮体16的底面尺寸大致相当，具体尺寸可根据实际工程需要和所处海洋环境进行优化调整。垂荡板180与下浮体16的底面相平行，可有效增加附加质量并提供额外水动力阻尼，降低半潜式模块10的垂荡响应，改善其运动性能。杆件182为可调结构，通过调节杆件182伸出下浮体16的长度可以对垂荡板180的水下深度进行优化。如，在浅水海域，可适当减小杆件182伸出的长度、降低垂荡板180的水下深度，以免垂荡板180触底；在深水海域，可适当增加杆件182伸出的长度、加大垂荡板180的水下深度；在拖航时，可以将垂荡板180上升到与下浮体16底面相接触，减小拖航时的阻尼。

所述箱式模块20位于整个超大型浮式平台的外侧，环绕半潜式模块10设置。箱式模块20的顶面露出至海平面之上、底面浸没于海平面之下。每一箱式模块20与相邻的半潜式模块10通过连接装置40活动连接。较佳地，本发明超大型浮式平台与波浪的主要浪向平行的一侧(如图2所示方向的下侧)不设置箱式模块20，箱式模块20环绕半潜式模块10呈∏分布，便于船舶停靠和货物运输等。箱式模块20设置于半潜式模块10外侧，可以起到浮式防波堤的作用，即有效降低作用于内侧半潜式模块10的波浪载荷，提升半潜式模块10的安全性及稳定性；同时，外侧箱式模块20与内侧半潜式模块10间的相对纵摇运动能驱动波浪能发电装置50发电，为本发明模块化超大型浮式平台提供能源供给。

所述锚链系泊系统30用于锚泊相互铰接在一起的半潜式模块10，限制其水平位移。通常，锚链系泊系统30包含多根锚链32，锚链32对称分布以保证整个半潜式模块10受力均衡。锚链32的材料、数量、长度、锚泊位置等需要结合实际工程和海洋环境条件进行优化设计，以保证锚链系泊系统30的有效性。每根锚链32的下端固定在海底、上端连接至最外围的半潜式模块10的下浮体16上，如图示中连接至下浮体16的顶面靠近箱式模块20的侧缘。较佳地，半潜式模块10整体上的四个端角处分别连接有锚链32，以在四角定位。较佳地，本发明模块化超大型浮式平台与波浪的主要浪向平行的一侧(即图2所示方向的下侧)不设置锚链32，便于船舶的停靠；与波浪的主要浪向垂直的两侧(即图2所示方向的左右两侧)的半潜式模块10上的锚链32与波浪的主要浪向平行，优化半潜式模块10的受力。

较佳地，相邻的两个半潜式模块10的邻边上方搭设有盖板60，相邻的半潜式模块10和箱式模块20的邻边上方搭设有盖板60。盖板60一般为方形，可作为相邻模块之间人员、物资等来往的通道。根据半潜式模块10之间的间隔宽度以及半潜式模块10和箱式模块20之间的间隔宽度的不同，盖板60可以有多种不同的尺寸。

如图4-7所示，所述连接装置40连接于相邻的半潜式模块10之间以及连接于相邻的半潜式模块10和箱式模块20之间。相邻的两个半潜式模块10之间可结合实际工程需求设置单个或多个连接装置40，半潜式模块10之间的连接装置40的尺寸和位置等参数的确定主要考虑水动力响应和连接器载荷两者之间的平衡。相邻的箱式模块20与半潜式模块10之间可结合实际工程需求设置单个或多个连接装置40，两者之间的连接装置40的尺寸和位置等参数的确定需要综合考虑两种模块浮体的间距、波浪能装置的发电要求以及箱式模块20作为浮式防波堤的效果等，并进行优化，使得水动力响应、连接器载荷和波浪能发电效率三者能达到较好的平衡。

连接装置40较佳地为铰接连接装置，每一连接装置40包括两个底座42和圆柱销钉44。两个底座42分别固定在相邻的两个半潜式模块10的平台12的侧面，或者分别固定在相邻的箱式模块20和半潜式模块10的平台12的侧面，圆柱销钉44竖直设置并穿设至相对应的两个底座42中，将两个底座42铰接起来，仅允许所连接的两个半潜式模块10绕着圆柱销钉44作相对转动，或者仅允许所连接的半潜式模块10和箱式模块20绕着圆柱销钉44作相对转动。

如图4和图5所示，所述波浪能发电装置50包括活塞杆54、液压杆连杆56以及液压发电机构58。所述活塞杆54、液压杆连杆56分别通过一圆柱销钉53与一铰支座52相铰接，两个铰支座52分别固定于相邻的箱式模块20和半潜式模块10的平台12上。其中，箱式模块20上的铰支座52通过圆柱销钉53与液压杆连杆56相铰接，半潜式模块10的平台12上的铰支座52通过圆柱销钉53与活塞杆54相铰接。

所述的液压发电机构58包括发电机580、液压缸581、第一单向阀582，第二单向阀583、第三单向阀584、第四单向阀585、节流阀586、高压蓄能器587、低压蓄能器588、液压马达589。其中，液压发电机构58的液压缸581设置于箱式模块20上方、连接于活塞杆54和液压杆连杆56之间；液压发电机构58的其它元件设置于箱式模块20内部，图5-6中这部分标记为a。本发明将液压发电机构58除液压缸581以外的部分a集成于箱式模块20内，当波浪能发电装置50发生故障，可以直接把外围相应的箱式模块20拆卸下来，对位于其上的液压发电机构58进行维修，或者进行整体更换，极大地方便了更换和维修。

第一单向阀582、第四单向阀585通过管路顺序串联，第二单向阀583、第三单向阀584通过管路顺序串联。第一、第四单向阀582、585与第二、第三单向阀583、584并联，然后通过管路串联至节流阀586和液压马达589的液路中，其中第一、第三单向阀582、584的出口连接至节流阀586的进口，液压马达589的出口连接至第二、第四单向阀583、585的进口。节流阀586起到节流加速等作用，可以控制液路中液体的流量。液压缸581的两个连接口其中之一接入第一单向阀582、第四单向阀585之间，另一接入第二单向阀583、第三单向阀584之间。液压马达589和发电机580传动连接，驱动发电机580发电；发电机580与高压蓄能器587和低压蓄能器588连接，高、低压蓄能器587、588可以起到储存电能、消除脉冲、稳定压力变化的作用。

波浪的作用使箱式模块20和半潜式模块10之间产生相对纵摇运动，驱动活塞杆54在液压缸581内做水平方向的往复运动，带动液体在管路中流动，液体流过马达589使其驱动发电机580发电。具体地，当活塞杆54在液压缸581内作拉伸运动时，液压缸581内的液体相继经过第一单向阀582、节流阀586流向液压马达589，液压马达589在液体的压力下做连续的回转运动，并带动发电机580发电，之后液体通过第二单向阀583回到液压缸581；当活塞杆54在液压缸581内作压缩运动时，液压缸581内的液体相继经过第三单向阀584、节流阀586流向液压马达589，液压马达589作旋转运动并带动发电机580发电，之后液体通过第四单向阀585回到液压缸581，如此往复循环持续发电。

本发明模块化超大型浮式平台具体建造、安装、施工流程如下：

在造船厂将半潜式模块10和箱式模块20建造好，包括固定在半潜式模块10、箱式模块20上的连接装置40的底座42、安装波浪能发电装置50的铰支座52等，将除液压缸581之外的液压发电机构58安装在箱式模块20的内部，将液压缸581连同活塞杆54、液压杆连杆56一起连接在箱式模块20的铰支座52上；

依照锚链系泊系统30的施工工艺，在选定的超大型浮式平台地址处布置好锚链32；利用拖船将内部的半潜式模块10移动到指定位置，再按由内向外的顺序，依次将相邻模块(包括半潜式模块10和箱式模块20)移动到指定位置并利用圆形销钉44将模块上相对应的底座42相铰接；以及，完成所有的模块的连接后，进行锚链32的连接、盖板60的铺设、活塞杆54和半潜式模块10上的铰支座52的连接，这样就基本上完成了与本发明相关部分的建造、安装、施工等内容。

本发明模块化超大型浮式平台采用半潜式模块10和箱式模块20共同构成，模块间采用标准化铰接连接装置40进行连接，整个浮式平台的构建、安装更为灵活、方便。其中，内侧的半潜式模块10的下浮体16正下方的可调谐垂荡板180装置可以降低半潜式模块10的垂荡运动响应，水动力性能较好；外侧的箱式模块20可以作为浮式防波堤具有一定的消波功能，使得整个模块化超大型浮式平台更为安全稳定，且具有可拓展性和部署灵活性；外侧箱式模块20和内侧半潜式模块10之间的相对运动能驱动波浪能发电装置50进行发电，既能降低模块化超大型浮式平台在深海波浪作用下的水动力响应，又能提高波浪能的利用效率和降低利用成本。所以箱式模块20和半潜式模块10的数量和尺寸可以根据具体功能需求和所处的具体海洋环境来进行调整，重点要考虑浮式平台的运动响应、连接载荷、消波功能以及波浪能发电装置50的发电效率。

本发明模块化超大型浮式平台中，半潜式模块10作为整个浮式平台的主模块，具有更佳的水动力性能，对恶劣海况的适应性更强；可调谐垂荡板装置18能有效改善内侧半潜式模块10的垂荡运动响应，提高浮式平台的稳定性；模块10、20间采用铰链连接装置40连接，能有效释放模块10、20间的弯矩载荷传递，降低模块10、20间的连接装置40的弯矩载荷，便于此浮式平台的拓展；锚链系泊系统30易于安装及撤除，便于此浮式平台的拓展；外侧箱式模块20对内侧半潜式模块10可以起到浮式防波堤的作用，并且外侧箱式模块20与内侧半潜式模块10间的相对运动可以驱动波浪能发电装置50发电，为本发明浮式平台提供能源供给。本发明模块化超大型浮式平台采用标准化模块以及标准化模块连接装置，具有建造便捷、易维护、易拓展等优点。

需要说明的是，本发明并不局限于上述实施方式，根据本发明的创造精神，本领域技术人员还可以做出其他变化，这些依据本发明的创造精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。