一种防止倾覆的浮体装置

1.本发明涉及海上浮体领域，具体地说是一种防止倾覆的浮体装置。


背景技术：

2.随着我国全方面的高速发展，我国正逐步从一个海洋大国完成向海洋强国的转变。“海上丝绸之路”的提出表明了我国对于海洋经济、海洋资源、海洋空间的高度重视。对于海上资源的可持续利用与有效开发将成为我国实现海洋强国梦的必经之路。由于海上作业环境存在风浪的影响，极易发生作业船舶与浮体发生碰撞的情况。一旦浮体大面积、不均匀受损，整体浮体将会受到不平衡浮力、海面接触面积减小导致浮力变小所带来的风险，同时风浪流的作用会进一步强化浮体在海水中所受横摇、纵荡的影响，当幅值较大时会致使浮体发生倾覆。因此，如何保证浮体在破损后仍能保持稳定、安全的工作状态是亟待解决的问题。
3.相关技术中，中国专利公开号cn114802623a，公开了一种漂浮式海上风力发电设备用浮体，包括上封板和下封板，且上封板和下封板均设置为圆形；所述上封板和下封板之间固接有一组浮筒；所述浮筒采用大管径塑料管材制成，且多个浮筒呈圆周均布；所述上封板和下封板中部固接有套筒；所述套筒内部贯穿设置有承载柱；所述承载柱顶部安装有风机立柱；所述承载柱底部固接有配重座；相关技术的不足在于该浮体大量采用了大管径塑料管材，不具备一定的抗冲击能力，当浮体破损时，缺失的浮力所导致浮体受力不均匀从而发生不必要的摇晃，重心的大范围改变会使得平台不再具备安全稳定的工作环境。
4.相关技术中，中国专利公开号cn114368456a，公开了一种海上风电平台半潜平台；所述浮台两侧固定安装有浪潮发电机组，两侧的所述浪潮发电机组远离浮台一侧活动设置有若干浮力摆臂，若干所述浮力摆臂远离浪潮发电机组一端均固定安装有浮球；所述摆臂槽两侧均开设有与出气道连通的突出式遮挡孔，两侧的所述突出式遮挡孔均与橡胶挡片活动配合。在海洋风浪发生时自动操动升降杆下降，进而防止风机在恶劣环境下发生倾覆风险，同时浮台两侧还设置有浪潮发电机组，该浪潮发电机组不仅作为发电装置，还作为海面风浪的检测机构，通过浮力摆臂的上下震荡自动完成升降杆的升降操作。相关技术的不足在于该浮体结构虽然能通过操纵升降杆调整重心，但配备了过多的设备自重较大、造价高不适合大量布置与应用。
5.因此，本技术克服上述现有技术中的弊端，在此基础上对浮体在破损后仍能保持稳性安全作业做出了一定的优化，通过气囊的迅速膨胀，启动可展式浮筒和可伸式套筒，同时排出所有最外层浮体，并通过产生的气囊及浮体装置的扩张提供新的稳定的浮力，以解决所述存在问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种防止倾覆的浮体装置，当浮体破损时通过气囊的膨胀排出所有的最外圈浮体，给予整体浮体一个稳定、平衡的新的浮力，通过可伸式套筒、可展式
浮筒、绳杆结构、绳索卷轴的联合作用，降低制作难度与成本便于大面积铺设与应用，提升了内部整体浮体的使用寿命，大大降低了其在海浪作用下倾覆的可能性。
7.本发明提供的一种防止倾覆的浮体装置包含最外圈浮体，浮体装置以及内部浮体；最外圈浮体与浮体装置通过浮体连接器相连接，其连接杆上的突起卡块嵌入带有卡槽的浮体连接器，并由弹性卡爪固定其位置，内部浮体则是通过浮体连接杆与该浮体装置相连。所述的水密盖以及水密封条的布置能有效保证该浮体装置在未给气囊充气时具有很好的水密性能，在具体布置中可以采用线性阵列布置、环状阵列布置的拓扑方式进行布置。
8.所述的气囊组中可展式浮筒与内筒所组成的空间被弧状限位器及环状布置的弹性限位器分成上下左右四个分别对称的气囊室。
9.所述的内筒内布置有气体发生装置，通过出气孔控制气囊的膨胀，内筒中心对称环向布置了滑槽，其内部布置有可在滑槽内滑动的绳杆结构。
10.所述的绳杆结构由张紧的弹性绳、滑杆、固定器、滑槽脱落位以及两侧对称布置的长杆所构成。所述的弹性绳分别固定于对称布置的绳索卷轴处，同时杆件安装于固定器中，其两侧的滑杆金属扣与两侧水密盖的水密盖橡胶钩相扣连接。
11.所述的绳索卷轴由带有橡胶垫圈、主动轮、旋钮、壳体橡胶钩、对称布置的绳索缆器以及限位杆的外部壳体和带有与绳索缆器、对应布置的从动轮以及盖板金属扣的盖板组成；所述内部弹性缆绳的头部固定于其内部限位杆上，弹性缆绳的两头分别以顺时针与逆时针旋转方向环绕的方式收缩在绳索缆器的绳槽中，两侧从动轮的齿轮分别与主动轮齿轮相扣，通过主动轮中心装有的旋钮控制联动运转，达到松紧弹性缆绳的作用；内部的弹性缆绳分别穿过绳索卷轴外部壳体的弹性孔并以“8”字环绕的方式分别穿过位于可展式浮筒内的线性布置的半球形系绳孔内。
12.所述的可展式浮筒由两瓣空心半圆形结构以及两侧水密盖组成，通过半圆形浮筒连接处的水密封条、水密盖橡胶垫圈以及绳杆结构两侧杆件端处的滑杆金属扣与水密盖橡胶钩相扣连接构成了一个水密结构，其中两瓣空心半圆形浮筒通过上垫片与下垫片周向布置了一定数量的缓震弹簧；同时，在一侧空心半圆形浮筒中心位置处固定了可伸式套筒，并将其穿过弧状限位器。
13.所述的可伸式套筒的外套筒固定安装于可展式浮筒的一侧，其下端环状布置滑轨为推杆提供移动轨迹，在滑轨脱离处带有八个锯齿状凸起，推杆的上部环状布置有八个突起分别与外套筒的滑槽相对应，在其头部有八个锯齿状突起为线性运动转化为旋转运动提供基础；凸轮细长杆处安置于推杆空心位置处，四个锯齿凸起与推杆的八个锯齿状突起相互间隔对应，均朝向推杆方向；外推杆同样安置于凸轮的空心位置处，并在其外圈套上伸缩弹簧；可伸式套筒的顶部布置有限位套筒，该限位套筒与浮体连接器相连。
14.该浮体装置的出现，能很好地解决了当浮体受到大面积、不规律浮体破损时遭受不平衡浮力作用下容易横摇、纵荡甚至是倾覆的情况，提升了内部整体浮体的使用寿命，同时也具备了造价低、便于制造、可大面积应用的特点。
15.与相关技术相比，本发明有益效果如下：所述的可展式浮筒在受到冲击时，压力传感器可同时启动气体发生器使气囊膨胀，在可伸式套筒的作用下能够同时排出所有最外圈浮体，使得整体浮体能够不受局部位置大量浮力损失所带来的不平衡力的作用，减少其受到横摇、纵荡的影响。
16.所述的可展式浮筒可扩展成四个气囊室，气囊的迅速膨胀使其不会受海水波浪浸润的危险。可展式结构的运用更好地为结构提供更多的浮力，均匀合理地布置该装置可在排出最外圈浮体后仍能为其提供新的稳定平衡的浮力，以适应海上复杂的环境。
17.所述的浮体装置由几个简单的结构，即可展式浮筒，可伸式套筒，绳杆结构及绳索卷轴构成，原理清晰，用料简单，适合大面积布置与应用。
附图说明
18.图1为本发明的三维示意图；图2为本发明应用场景示意图；图3为连接最外圈浮体与浮体装置的连接装置的示意图；图4为本发明的闭合时的示意图；图5为本发明的展开后的示意图；图6为本发明的可展式浮筒的三维示意图；图7为图6中水密盖的三维示意图；图8为本发明的内筒的三维示意图；图9为本发明的绳杆结构的三维示意图；图10为图9的局部放大图；图11为本发明的绳索卷轴的三维示意图；图12为图11中外部壳体的三维示意图；图13为图11中盖板的三维示意图；图14为本发明的可伸式套筒的三维示意图；图15为图14的局部放大图。
19.图中标记如下：1-最外圈浮体，2-内部浮体，3-浮体装置，4-浮体连接器，401-弹性卡爪，402-突起卡块，5-浮体连接杆，6-水密盖，601-水密盖橡胶钩，602-水密盖橡胶垫圈，7-水密封条，8-限位套筒，9-可展式浮筒，10-内筒，11-可伸式套筒，1101-外套筒，1102-推杆，1103-凸轮，1104-外推杆，1105-伸缩弹簧，12-弧状限位器，13-弹性限位器，14-绳杆结构，1401-滑槽，1402-弹性绳，1403-长杆，1404-滑槽脱落位，1405-滑杆金属扣，1406-固定器，1407-滑杆，15-绳索卷轴，1501-外部壳体，1502-盖板，1503-弹性缆绳，1504-橡胶垫圈，1505-主动轮，1506-从动轮，1507-旋钮，1508-壳体橡胶钩，1509-盖板金属扣，1510-绳索缆器，1511-限位杆，1512-弹性孔，16-缓震弹簧，17-上垫片，18-下垫片，19-半球形系绳孔，20-出气孔；
具体实施方式
20.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
21.如图1-3所示，本发明提供了一种防止倾覆的浮体装置，最外圈浮体1浮体装置3通过浮体连接器4相连接，其连接杆上的突起卡块402嵌入带有卡槽的浮体连接器4，并在弹性卡爪401的作用下在风浪中保持相对静止稳定，内部浮体2则是通过浮体连接杆5与该浮体装置3相连。同时水密盖6以及水密封条7的布置能有效保证该浮体装置在未给气囊充气时
具有良好的水密性能。在具体布置中可以采用线性阵列布置、环状阵列布置的拓扑方式进行布置，以达到在最外圈浮体1破损时，将所有最外圈浮体1排出以获得新的稳定且平衡的浮力。当压力传感器感知到危险行为时，压力传感器将触发点火器引爆点火剂，产生化学反应：2nan3=2na+3n2↑
。将大量氮气通过布置在内筒10上的出气孔20迅速冲入各自气囊室的气囊中。
22.如图4-5所示，初始状态时该浮体装置呈闭合水密状态，当内部四个气囊室中的气囊膨胀后，水密盖6将分别从两侧脱落，可展式浮筒9也将沿中心对称位置撑开，可伸式套筒11内的弹簧在被限位套筒8压缩后将会伸长并主动推出连接在浮体连接器4内的最外圈浮体1，浮体连接杆5将持续保持浮体装置3与内部浮体2的连接。
23.如图6-7所示，该气囊组中可展式浮筒9与内筒10所组成的空间被弧状限位器12及环状布置的弹性限位器13分成上下左右四个分别对称的气囊室，其开合主要是由内筒10，可展式浮筒9，水密盖6，绳杆结构14以及绳索卷轴15在气囊膨胀后所产生的相互联动作用所产生。当最外圈浮体1受到冲击时，经由出气孔20输送气体后，气囊迅速膨胀，推动内筒10中心位置处的绳杆结构14，张紧的弹性绳1402将产生向下的拉力解开对于绳索卷轴15的束缚并释放储存于绳索卷轴15内的余量弹性缆绳1503，同时气囊对可伸式套筒11挤压产生的推力将会使其内部的弹簧受到限位套筒8的压缩，产生位移余量并推出最外圈浮体1。四个气囊室的气囊膨胀的盈余量也会将水密盖6从两侧推出，产生新的浮力的同时保证了该浮体装置3的形状稳定。同时按一定规律周向布置的缓震弹簧16、上垫片17以及下垫片18能降低冲击对该浮体装置3的破坏。
24.如图8-10所示，所述内筒10内部由内筒10中心处布置有滑槽1401，以便于气囊膨胀后推动滑杆1407，并带动与其相连接的固定器1406内部长杆1403的移动，使滑杆金属扣1405摆脱水密盖橡胶钩601的束缚。随着气囊不断膨胀，当长杆1403运动到横截面积突变处的滑槽脱落位1404后将脱离滑槽1401；同时初始张紧的弹性绳1402在产生位移后其增大的张力将给予绳索卷轴15向下的拉力，并解开其对于内部余量绳子的束缚；上下对称的气囊膨胀将带动弹性缆绳1503.的伸长即上下气囊室的容积增大，随着左右对称布置的气囊的增大，水密盖橡胶垫圈602也将脱离可展式浮筒9即水密盖6脱落。
25.如图11-13所示，所述绳索卷轴15由带有橡胶垫圈1504，主动轮1505，旋钮1507，壳体橡胶钩1508，对称布置的绳索缆器1510以及限位杆1511的外部壳体1501和带有与绳索缆器1510对应布置的从动轮1506以及盖板金属扣1509的盖板1502组成。其内部弹性缆绳1503的头部固定于其内部限位杆1511上，弹性缆绳1503的两头分别以顺时针与逆时针旋转方向环绕的方式收缩在绳索缆器1510的绳槽中。两侧从动轮1506的齿轮分别与主动轮1505齿轮相扣，通过主动轮1505中心装有的旋钮1507控制联动运转，达到松紧弹性缆绳1503的作用；内部的弹性缆绳1503分别穿过绳索卷轴15外部壳体1501的弹性孔1512并以“8”字环绕的方式分别穿过位于可展式浮筒9内线性布置的半球形系绳孔19内；可通过旋转旋钮1507张紧弹性缆绳1503，达到初始水密的效果；当气囊膨胀时，盖板1502将受到斜向下的拉力，盖板1502将摆脱橡胶垫圈1504以及环状布置的壳体橡胶钩1508和盖板金属扣1509相扣的约束并脱落，从动轮1506的脱落将释放收缩在绳索缆器1510的弹性缆绳1503，使得该浮体装置3达到体积膨胀的效果以便提供更多的浮力。
26.如图14-15，所述可伸式套筒11的外套筒1101固定安装于可展式浮筒9的一侧，其
下端环状布置滑轨为推杆1102提供移动轨迹并在滑轨脱离处带有八个锯齿状凸起，推杆1102的上部环状布置有八个突起分别与外套筒1101的滑槽相对应，在其头部有八个锯齿状突起为将线性运动转化为旋转运动提供基础；凸轮1103细长杆处安置于推杆1102空心位置处，四个锯齿凸起与推杆1102的八个锯齿状突起相互间隔对应，均朝向推杆1102方向；外推杆1104同样安置于凸轮1103的空心位置处，并在其外圈套上伸缩弹簧1105；可伸式套筒11的顶部布置有限位套筒8该限位套筒8与外套筒1101与浮体连接器4相连。当气囊迅速膨胀时其压力推动推杆1102，推杆1102的凸起滑入外套筒1101滑槽内的既定轨道中，带动外推杆1104向上移动，伸缩弹簧1105在限位套筒8的约束下发生收缩，所产生的位移余量使凸轮1103到达外套筒1101滑轨边缘处的锯齿突起处，随着位移余量的增加，凸轮1103便划入了推杆1102的齿轮突起处，旋转幅度将增大，达到了伸长外推杆1104推出固定于浮体连接器4处的最外圈浮体1的作用。
27.在本实施方案中所述，浮体装置在压力传感器触发点火引爆气体后，通过气囊的膨胀将联合带动绳杆结构，绳索卷轴，可伸式套筒，可展式浮筒推出受损的最外圈浮体以提供新的稳定而又平衡的浮力，保证内部浮体及其施工作业的有序、安全、稳定地进行，使得整体结构不会因局部大量的浮力损失在海浪作用下发生横摇、纵荡甚至是倾覆的现象。
28.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，上述说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
29.本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：
1.一种防止倾覆的浮体装置，其特征在于：包含最外圈浮体（1），内部浮体（2）、浮体装置（3）、浮体连接器（4）、浮体连接杆（5）、水密盖（6）、水密封条（7）、限位套筒（8）、可展式浮筒（9）、内筒（10）、可伸式套筒（11）、弧状限位器（12）、弹性限位器（13）、绳杆结构（14）、绳索卷轴（15）、缓震弹簧（16）、上垫片（17）、下垫片（18）、半球形系绳孔（19）以及出气孔（20）；所述最外圈浮体（1）与浮体装置（3）通过浮体连接器（4）相连接，其连接杆上的突起卡块（402）嵌入带有卡槽的浮体连接器（4），并由弹性卡爪（401）固定其位置，内部浮体（2）则是通过浮体连接杆（5）与该浮体装置（3）相连；所述的水密盖（6）以及水密封条（7）的布置能有效保证该浮体装置在未给气囊充气时具有很好的水密性能，在具体布置中可以采用线性阵列布置、环状阵列布置的拓扑方式进行布置。2.如权利要求1所述的一种防止倾覆的浮体装置，其特征在于：所述的可展式浮筒（9）与内筒（10）所组成的空间被弧状限位器（12）及环状布置的弹性限位器（13）分成上下左右四个分别对称的气囊室。3.如权利要求2所述的一种防止倾覆的浮体装置，其特征在于：所述的内筒（10）内布置有气体发生装置，通过出气孔（20）控制气囊的膨胀，内筒（10）中心对称环向布置了滑槽（1401），其内部布置有可在滑槽（1401）内滑动的绳杆结构（14）。4.如权利要求3所述的一种防止倾覆的浮体装置，其特征在于：所述的绳杆结构（14）由张紧的弹性绳（1402）、滑杆（1407）、固定器（1406）、滑槽脱落位（1404）以及两侧对称布置的长杆（1403）所构成；所述的弹性绳（1402）分别固定于对称布置的绳索卷轴（15）处，同时杆件安装于固定器（1406）中，其两侧的滑杆金属扣（1405）与两侧水密盖（6）的水密盖橡胶钩（601）相扣连接。5.如权利要求 4 所述的一种防止倾覆的浮体装置，其特征在于：所述的绳索卷轴（15）由弹性缆绳（1503）、橡胶垫圈（1504）、主动轮（1505）、旋钮（1507）、壳体橡胶钩（1508）、对称布置的绳索缆器（1510）以及限位杆（1511）的外部壳体（1501）和带有与绳索缆器（1510）对应布置的从动轮（1506）以及盖板金属扣（1509）的盖板（1502）组成；所述弹性缆绳（1503）的头部固定于其内部限位杆（1511）上，弹性缆绳（1503）的两头分别以顺时针与逆时针旋转方向环绕的方式收缩在绳索缆器（1510）的绳槽中，两侧从动轮（1506）的齿轮分别与主动轮（1505）齿轮相扣，通过主动轮（1505）中心装有的旋钮（1507）控制联动运转，达到松紧弹性缆绳（1503）的作用；内部的弹性缆绳（1503）分别穿过绳索卷轴（15）外部壳体（1501）的弹性孔（1512）并以“8”字环绕的方式分别穿过位于可展式浮筒（9）内的线性布置的半球形系绳孔（19）内。6.如权利要求5所述的一种防止倾覆的浮体装置，其特征在于：所述的可展式浮筒（9）由两瓣空心半圆形结构以及两侧水密盖（6）组成，通过半圆形浮筒连接处的水密封条（7）、水密盖橡胶垫圈（602）以及绳杆结构（14）两侧杆件端处的滑杆金属扣（1405）与水密盖橡胶钩（601）相扣连接构成了一个水密结构，其中两瓣空心半圆形浮筒通过上垫片（17）与下垫片（18）周向布置了一定数量的缓震弹簧（16）；同时，在一侧空心半圆形浮筒中心位置处固定了可伸式套筒（11），并将其穿过弧状限位器（12）。7.如权利要求6所述的一种防止倾覆的浮体装置，其特征在于：所述的可伸式套筒（11）的外套筒（1101）固定安装于可展式浮筒（9）的一侧，其下端环
状布置滑轨为推杆（1102）提供移动轨迹，在滑轨脱离处带有八个锯齿状凸起，推杆（1102）的上部环状布置有八个突起分别与外套筒（1101）的滑槽相对应，在其头部有八个锯齿状突起为线性运动转化为旋转运动提供基础；凸轮（1103）细长杆处安置于推杆（1102）空心位置处，四个锯齿凸起与推杆（1102）的八个锯齿状突起相互间隔对应，均朝向推杆（1102）方向；外推杆（1104）同样安置于凸轮的空心位置处，并在其外圈套上伸缩弹簧（1105）；可伸式套筒（11）的顶部布置有限位套筒（8），该限位套筒（8）与浮体连接器（4）相连。

技术总结
本发明公开了一种防止倾覆的浮体装置，该装置主要由可展式浮筒、可伸式套筒以及气囊组所组成；可展式浮筒包括了布置有中心对称滑轨的内筒，按一定规律排布的缓震弹簧，环状分布的弹性限位器，两侧对称布置的水密盖，上下对称布置的弹性绳索卷轴及控制可展运动的绳杆结构；可伸式套筒安装于可展式外筒的一侧，包括了承受气囊膨胀带来压力从而启动装置的内推杆，为内推杆提供滑动轨迹的套筒，产生位移余量的弹簧，可嵌入套筒的旋转凸轮以及推出最外圈浮体的外推杆；气囊组在限位器的作用下分为了4个气囊室，为启动可伸式套筒提供一定的推力并为受损的浮体结构提供新的稳定平衡浮力。力。力。


技术研发人员：何彧韬 郭佳民 史旦达 赵宇 彭黄华 李骞 郑现振 陈伟刚 马维泽
受保护的技术使用者：上海海事大学
技术研发日：2023.04.07
技术公布日：2023/5/10