海洋坐底式安装平台及其浮力调节方法与流程

1.本发明涉及一种海洋坐底式安装平台及其浮力调节方法。


背景技术：

2.海上坐底安装起重平台(船)，以其抗风浪能力强、甲板面积大、甲板可变载荷大、装载量大、适应水深范围大、人员居住舱室多等优点，成为超大型起重机的最佳载体。海上风电安装起重平台(船)一般具有调遣航行、起重作业、风暴自存等多种工况，其特殊的作业功能需求对下沉上浮浮力调节系统的设计提出了较高的要求。
3.现有的海上坐底安装起重平台(船)一般为下船体坐底于水下泥层面上，由泥层和下船体承载船的重量并依靠下船体与泥层的摩擦力以及同时插入泥中的无桩靴的小桩保持水平方向的稳定。但是海上坐底安装起重平台(船)在作业时仅仅依靠船体重量和下船体与海底的摩擦力维持平衡还是不够的，因此还需要利用浮筒调节浮力来保证安装起重平台(船)的上浮、下潜的稳定，即提高平台作业的稳性和承受风浪的能力。
4.传统的浮筒调节浮力的方法是通过一系列机械传动改变执行部件(一般是活塞)的位置来改变装置内的空间体积，从而改变船体浮力。但是这种传动过程中容易因机械磨损而导致了整个装置的能量利用率低下，能量浪费严重，调节效率低下。并且在深海环境下提供高精度可往复浮力调节的技术尚未成熟，并且由于受重量和体积的限制，自身携带的能源极为有限，所以控制坐底船在深海往复上浮下沉的过程中也是比较困难。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是：提供一种浮力调节快速方便的海洋坐底式安装平台。
6.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种海洋坐底式安装平台，包括甲板、至少两根立柱、至少一个浮筒和下浮体，立柱固定设置于下浮体上，甲板固定架设于立柱上部；浮筒设置在下浮体上；
7.浮筒包括与下浮体连接的浮筒底座，浮筒底座上设有绕浮筒底座的竖向中心轴转动的环形转动座，环形转动座上设有一对竖向设置的导向杆，浮筒底座上设有驱动环形转动座旋转的驱动装置；导向杆上活动套设有安装环，两个安装环之间设有旋转盘，旋转盘与浮筒底座之间设有若干支撑环，相邻的支撑环之间、旋转盘与支撑环之间、浮筒底座之间铰接有若干支架杆，支撑环之间、旋转盘与支撑环之间、浮筒底座之间在若干支架杆外周蒙有浮筒皮，旋转盘与浮筒皮以及浮筒底座之间围成内容积可变的浮筒腔；
8.作为一种优选的方案，所述旋转盘上通有排气孔；旋转盘上在排气孔孔口处设有排气管，排气管的长度满足排气管的上管口始终高于海平面；浮筒底座下设有与海水连通的进水口。
9.作为一种优选的方案，所述驱动装置包括浮筒底座上设置的与浮筒底座的竖向中心轴重合的驱动齿圈，所述环形转动座上设有主电机，主电机的出力轴上设有与所述驱动
齿圈相配合的驱动齿轮。
10.作为一种优选的方案，所述环形转动座上还设有副电机，副电机的出力轴上也设有与所述驱动齿圈相配合的驱动齿轮。
11.作为一种优选的方案，所述支撑杆为橡胶支撑杆。
12.本发明另一个所要解决的技术问题是：提供一种上述海洋坐底式安装平台的浮力调节方法。
13.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：海洋坐底式安装平台的浮力调节方法，包括如下过程：
14.(一)平台坐底，浮筒需要进水调节，具体包括如下步骤：
15.s1：关闭旋转盘上的排气口，使得浮筒内在液面上部形成密封结构；
16.s2：启动驱动装置，进而驱动旋转盘逆时针转动；
17.s3：支架杆在安装环的链接下随着环形转动座及旋转盘转动，进而使得浮筒撑展开，浮筒的高度及浮筒内部腔室空间体积不断增大；同时，浮筒内部气体压力随着浮筒体积的增大而不断减小，使得浮筒内部气压小于浮筒外部海水水压，海水通过浮筒底座下的进水口进入浮筒内部，平台自身整体重力逐渐增大，直至实现平台下沉坐底；
18.(二)平台上浮，浮筒需要排水调节，具体包括如下步骤：
19.s：打开旋转盘上的排气口，使得浮筒内部气压与外部大气压相同；
20.s2：启动驱动装置，带动旋转盘顺时针转动；
21.s3：支架杆在安装环的链接下随着旋转盘转动，进而使得浮筒被折叠下压，浮筒的高度及浮筒内部腔室空间体积不断减小；同时，海水在大气压作用下排出浮筒，平台整体重力逐渐减小，直至平台实现上浮。
22.本发明的有益效果是：
23.1、本发明的浮筒设置为螺旋折叠式浮筒，不仅可以调节浮力大小，而且使浮筒具有更高的抗撞性，具有更佳的吸能效果，增加了坐底船的安全性能，提高平台作业的稳性和承受风浪的能力。
24.2、利用大气压强自然地将海水注入和排出浮筒，以达到传统机械浮力调节所达不到的浮力调节效果，克服了现有技术中因机械磨损而导致整个浮力调节装置能量利用率低下，能量浪费严重的缺点，具有浮力调节方式简便，调节效率高，耗能低的优点。
附图说明
25.图1为本发明坐底平台的整体侧视图；
26.图2为本发明浮力调节浮筒立体结构示意图；
27.图3为本发明环形活动座与导向杆的连接结构示意图；
28.图4为本发明浮力调节浮筒整体结构的主视图；
29.图5为本发明浮力调节浮筒侧视图；
30.图6为本发明浮力调节浮筒旋转完全结构工况示意图；
31.图7为本发明浮力调节浮筒分段衔接结构框架剖面示意图；
32.图8为本发明浮力调节浮筒体积变化量与旋转角度大小的关系示意图；
33.图9为本发明浮力调节浮筒的浮筒高度随旋转角度变化的曲线示意图。
34.图中：
35.1排气管、2旋转盘、3主电机、4导向杆、5浮筒底座、6支架杆、7支撑环、8安装环、9环形转动座、10驱动齿圈、11副电机、12驱动齿轮。
具体实施方式
36.下面结合附图，详细描述本发明的具体实施方案。
37.如图1-9所示，一种海洋坐底式安装平台，包括甲板、四根立柱、四个浮筒和下浮体，立柱固定设置于下浮体上，甲板固定架设于立柱上部；浮筒设置在下浮体上；
38.浮筒包括与下浮体连接的浮筒底座5，浮筒底座5上设有绕浮筒底座5的竖向中心轴转动的环形转动座9，环形转动座9上设有一对竖向设置的导向杆4，浮筒底座5上设有驱动环形转动座9旋转的驱动装置；驱动装置包括浮筒底座5上设置的与浮筒底座5的竖向中心轴重合的驱动齿圈10，环形转动座9上设有主电机3，主电机3的出力轴上设有与所述驱动齿圈相配合的驱动齿轮12。环形转动座9上还设有副电机11，副电机11的出力轴上也设有与所述驱动齿圈相配合的驱动齿轮12。
39.导向杆4上活动套设有安装环8，两个安装环8之间设有旋转盘2，旋转盘2与浮筒底座5之间设有若干橡胶支撑环7，相邻的支撑环7之间、旋转盘2与支撑环7之间、浮筒底座5之间铰接有若干支架杆6，支撑环7之间、旋转盘2与支撑环7之间、浮筒底座5之间在若干支架杆6外周蒙有浮筒皮，旋转盘2与浮筒皮以及浮筒底座5之间围成内容积可变的浮筒腔；
40.旋转盘2上通有排气孔；旋转盘2上在排气孔孔口处设有排气管1，排气管1的长度满足排气管1的上管口始终高于海平面；浮筒底座5下设有与海水连通的进水口。
41.如图5-图7所示，所述浮筒，支架杆6旋转一定角度α，在旋转后浮筒每一节腔室的高度为h1，浮筒总高度为h1。旋转完全时，支架杆6旋转至角度β，每一节腔室的高度变化为h2，浮筒总高度变为h2。腔室高度变化差为h
2-h1，浮筒高度变化差为h
2-h1。
42.图7所示，所述浮筒旋转完全后，浮筒体积进水产生的浮力f
水浮
＝ρgv
max
，浮筒和水总重量为g，那么浮筒所受的静水浮力f
浮
＝f
水浮-g。(上述物理量单位：高度h、h(m)，体积v(m3)，边长a(m)，浮力f(n)，密度ρ(kg/m3)，g＝9.8m/s
2，
重力g(n))
43.如图8-图9所示，图8为体积变化量与旋转角度大小的关系示意图。通过拟合旋转角度和浮筒体积的关系，我们可以发现随着旋转角度变化量的增大，浮筒的体积变化量也在增大，两者呈线性增长，斜率k保持不变。图9为浮力调节浮筒的浮筒高度随旋转角度变化的曲线示意图，通过旋转角度和浮筒高度的关系，我们可以发现随着角度的增大，浮筒的高度呈现增大趋势，且增长逐渐平缓，斜率k逐渐减小。
44.上述海洋坐底式安装平台的浮力调节方法，包括如下过程：
45.(一)平台坐底，浮筒需要进水调节，具体包括如下步骤：
46.s1：关闭旋转盘2上的排气口，使得浮筒内在液面上部形成密封结构；
47.s2：启动驱动装置的主电机，主电机损坏时启动副电机，进而驱动旋转盘2逆时针转动；
48.s3：支架杆6在安装环8的链接下随着环形转动座9及旋转盘2转动，进而使得浮筒撑展开，浮筒的高度及浮筒内部腔室空间体积不断增大；同时，浮筒内部气体压力随着浮筒
体积的增大而不断减小，使得浮筒内部气压小于浮筒外部海水水压，海水通过浮筒底座5下的进水口进入浮筒内部，平台自身整体重力逐渐增大，直至实现平台下沉坐底；
49.(二)平台上浮，浮筒需要排水调节，具体包括如下步骤：
50.s：打开旋转盘2上的排气口，使得浮筒内部气压与外部大气压相同；
51.s2：启动驱动装置的主电机，主电机损坏时启动副电机，带动旋转盘2顺时针转动；
52.s3：支架杆6在安装环8的链接下随着旋转盘2转动，进而使得浮筒被折叠下压，浮筒的高度及浮筒内部腔室空间体积不断减小；同时，海水在大气压作用下排出浮筒，平台整体重力逐渐减小，直至平台实现上浮。
53.上述的实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本发明；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。