海上漂浮式光伏支架结构的制作方法

1.本发明属于光伏支架技术领域，具体涉及海上漂浮式光伏支架结构。


背景技术：

2.海上光伏支架分为固定式及漂浮式，其中漂浮式光伏支架主要应用于非沿海及非浅海区域，能够规避传统陆地光伏占用土地资源的特点，并且海上无遮挡，光伏板受日照时间长，使得海上漂浮式光伏式支架具备非常广泛的应用前景，能够为我国新能源产业发展起到强力支撑作用。
3.海上光伏支架在使用过程中会处于复合受力变形状态，主要由上下振动变形-水平振动变形-整体扭转变形组成，故对于海上光伏支架的整体力学模型动态研究也是该类构件的研究工作重点之一，我国目前对新型海上光伏支架的研究也较为薄弱。目前，海上光伏支架主要由浮体结构、系泊及锚固结构组成，其中浮体结构上部用于铺设或连接光伏板，而浮体结构下部直接通过系泊连接至锚固部位，该种简单的结构形式使得浮体结构在对抗波浪的过程中耗能能力弱，即浮体受波浪影响容易发生较大位置偏移，该过程中容易导致光伏板及浮体隐裂，极大削弱光伏发电量。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供海上漂浮式光伏支架结构，解决了海上光伏受波浪影响导致光伏板及浮体隐裂的问题。
5.本发明所采用的技术方案是，海上漂浮式光伏支架结构，包括用于支撑平铺式光伏板的第一浮体，第一浮体外周通过轴承连接第一环形外圈，第一浮体正下方设置环形内圈，第一环形外圈通过多个斜拉段连接环形内圈，多个斜拉段之间交错设置多层环形段，多个斜拉段与多层环形段形成编制状结构，还包括多个穿过环形段的横向连杆，横向连杆两端分别连接一个受波浪圆盘，环形内圈外周通过轴承连接第二环形外圈。
6.本发明的特定还在于：
7.每个横向连杆中部且位于第一浮体正下方穿接第二浮体。
8.多个横向连杆位于环形段外的部分通过橡胶串联带连接。
9.斜拉段与环形段结构均由合金支撑体外包覆耐摩擦橡胶材料构成。
10.每个斜拉段与第一环形外圈、环形内圈通过端部连接件连接。
11.端部连接件包括底板，底板上连接两个竖板，斜拉段连接于两个竖板之间，还包括穿过两个竖板的螺栓，通过螺栓连接于第一环形外圈、环形内圈上。
12.横向连杆与环形段之间通过嵌合件连接。
13.嵌合件包括两个边板，两个边板之间连接两个连接板，环形段采用两个半圆环状结构构成，两个半圆环状结构连接在两个边板之间，并通过螺栓连接固定，横向连杆垂直穿过两个边板。
14.第二环形外圈的外周向连接有多个系泊缆，系泊缆另一端通过锚固件与桩基础固
接。
15.第一环形外圈的上表面呈圆形阵列连接多个支撑柱，每个支撑柱上连接一个斜向光伏板。
16.本发明的有益效果是：
17.本发明海上漂浮式光伏支架结构，将波浪及海风作用引起支架机构扭转的趋势转化成环形段与斜拉段的相对转动摩擦耗能，可以有效减小波浪及海风水平作用对第一浮体的影响；而第二浮体除了可以直接抵挡部分波浪在竖直方向作用时的冲击，避免海浪直接大面积冲击第一浮体，第二浮体还可以进一步利用自身受冲击的过程带动环形段与斜拉段摩擦耗能，进而解决浮体受波浪影响容易发生较大位置偏移的问题。
附图说明
18.图1为本发明海上漂浮式光伏支架结构的结构示意图；
19.图2为本发明海上漂浮式光伏支架结构的另一结构示意图；
20.图3为本发明海上漂浮式光伏支架结构中部耗能区域的结构示意图；
21.图4为本发明海上漂浮式光伏支架结构中部耗能区域的俯视图；
22.图5为本发明结构中斜拉段与环形段的位置关系示意图；
23.图6为本发明结构中嵌合件连接环形段的结构示意图；
24.图7为本发明结构中固定座连接斜拉段的结构示意图。
25.图中：1.支撑柱，2.斜向光伏板，3.第一浮体，4.第一环形外圈，5.平铺式光伏板，6.系泊缆，7.第二环形外圈，8.环形内圈，91.斜拉段，911.底板，912.竖板，92.环形段，93.横向连杆，94.第二浮体，95.嵌合件，951.边板，952.连接板，10.受波浪圆盘，11.橡胶串联带。
具体实施方式
26.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
27.本发明海上漂浮式光伏支架结构，如图1、图2、图3所示，包括用于支撑平铺式光伏板5的第一浮体3，第一浮体3外周通过轴承连接第一环形外圈4，第一浮体3正下方设置环形内圈8，第一环形外圈4通过多个斜拉段91连接环形内圈8，多个斜拉段91呈圆环式布置，环形内圈8为钢制品、钢筋混凝土、钢筋混凝土外套钢板结构中的一种，其功能是具备较大质量，使得环形内圈8与第一环形外圈4之间的多个斜拉段91被拉直，如图4、图5所示，多个斜拉段91之间交错设置多层环形段92，多个斜拉段91与多层环形段92形成编制状结构，整体性极强且自重轻，并且当第一环形外圈4转动时斜拉段91产生同样旋转趋势时受水阻碍面积小；如图3所示，还包括多个穿过环形段92的横向连杆93，横向连杆93两端分别连接一个受波浪圆盘10，环形内圈8外周通过大直径轴承或法兰及轴承过渡连接第二环形外圈7，环形内圈8的外径小于第一环形外圈4的外径。
28.其中，使用的多个斜拉段91整体结构呈倒置圆台形，即顶面较小的一端向下。
29.安装时，需注意斜拉段91与环形段92的布置方式，既要使得斜拉段91与环形段92可以顺利反复摩擦耗能，又能保证斜拉段91与环形段92组成的编制结构具有较强的耗能能力。
30.多个斜拉段91之间留有两处较大间隙，这两处间隙大小相同且满足横向连杆93的转动幅度。
31.多层横向连杆93伸出环形段92的长度相同，即多层横向连杆93的端部连线相对多个环形段92边缘为平行线。
32.每个横向连杆93的两端连接设置有圆盘形的受波浪圆盘10，受波浪圆盘10的端面与多根横向连杆93所在平面重合。受波浪圆盘10的作用是承受波浪给予本技术支架结构的扭转变形趋势，并传递给横向连杆93，使得与横向连杆93相连的环形段92产生绕着多个斜拉段91围成区域中轴线的转动趋势，即带动环形段92与斜拉段91摩擦耗能。
33.如图3所示，每个横向连杆93中部且位于第一浮体3正下方穿接第二浮体94。
34.第二浮体94呈圆柱体，上下端面水平，且多个第二浮体94的端面面积自上层横向连杆93至下层横向连杆93逐渐减小。这样设计的目的是为了当海上波浪给予本技术支架结构上下变形趋势时起到缓冲作用，减少第一浮体3受到的冲击作用，同时第二浮体94可以为其所在层的环形段92提供上浮运动趋势，可以加强环形段92与斜拉段91之间的编织嵌固作用，更有利二者摩擦耗能。
35.相邻斜拉段91之间也应留有间隙，保证水流的冲击作用可以通过斜拉段91与环形段92间间隙直接影响第二浮体94。
36.多个横向连杆93位于环形段92外的部分通过橡胶串联带11连接，橡胶串联带11的作用是协调多根横向连杆93的转动趋势。
37.在海洋中，随着深度变深，水流的速度会更快。对于本技术支架结构而言，上层横向连杆93受水流影响产生的转动趋势会大于下层横向连杆93受水流影响产生的转动趋势。但是上层横向连杆93的转动幅度也会大于下层横向连杆93的转动幅度，通过设置橡胶串联带11可以加强多根横向连杆93的整体性，最大化所有横向连杆93的转动趋势，使得带动环形段92与斜拉段91摩擦耗能最大化。
38.斜拉段91与环形段92结构均由合金支撑体外包覆耐摩擦橡胶材料构成，且制作时应注意倒角，尽量减少应力集中。同时，合金材料与高摩擦橡胶材料之间应采取合金材料外侧设置密肋或铆钉连接的形式，尽量减少合金材料与高摩擦橡胶材料之间发生的滑移。这样制作的斜拉段91与环形段92弹性好、韧性高、强度高，容易加工成编织结构，二者之间具有较强摩擦力。另外，斜拉段91还应能够承受横向连杆93的多次反复碰撞。
39.如图6所示，横向连杆93与环形段92之间通过嵌合件95连接。
40.嵌合件95包括两个边板951，两个边板951之间连接两个连接板952，环形段92采用两个半圆环状结构构成，两个半圆环状结构连接在两个边板之间，并通过螺栓连接固定，以使得环形段92整体呈环形。横向连杆93垂直穿过两个边板951。
41.每个斜拉段91与第一环形外圈4、环形内圈8通过端部连接件连接。
42.如图7所示，端部连接件包括底板911，底板911上连接两个竖板912，斜拉段91连接于两个竖板912之间，还包括穿过两个竖板912的螺栓，通过螺栓连接于第一环形外圈4、环形内圈8上。
43.第二环形外圈7的外周向连接有多个系泊缆6，系泊缆6另一端通过锚固件与桩基础固接。
44.第一环形外圈4的上表面呈圆形阵列连接多个支撑柱1，每个支撑柱1上连接一个
斜向光伏板2，斜向光伏板2除了具有受太阳光发电的功能，还要承受海面上风荷载，使得第一环形外圈4产生绕着第一浮体3转动的趋势。
45.本发明中海上漂浮式光伏支架结构的结构特征决定了最上层横向连杆93的旋转角度会大于下层横向连杆93的旋转角度，由于多个横向连杆93会整体协调发生转动，多个横向连杆93都可能会碰撞到斜拉段91。由于斜拉段91属于柔性结构，若多个横向连杆93都碰撞到斜拉段91，说明多个横向连杆93的转动趋势大于第一环形外圈4的转动趋势。1)若这种状态持续时间较短，此时被横向连杆93撞击的宽度较大的斜拉段91容易发生局部平面外扭转，即被横向连杆93持续撞击的斜拉段91在多个斜拉段91转动的方向上的平面投影会变大，发生平面外扭转的斜拉段91受到海水的阻力就会增大，也有利于耗散波浪能量。2)若这种状态持续时间较长，该种工况主要对应海上局部漩涡，此时环形内圈8及第二环形外圈7的浮力会增大，二者会产生较小向上运动的趋势，此时斜拉段91会处于放松状态，多个斜拉段91在这种状态下更容易发生平面外扭转，增大了多个斜拉段91受到海水的阻力，同样有利于耗散波浪的能量。
46.本发明中海上漂浮式光伏支架结构耗散波浪冲击能量原理为：
47.斜拉段91与环形段92可以组成编织结构，二者整体性强，通过接触摩擦耗能。环形内圈8中部为圆形洞口，可以有效减小受到波浪向上冲击的作用，故可以配合具有较大浮力的第一浮体3将斜拉段91拉紧，第二浮体94自身的浮力也会带动横向连杆93产生向上运动的趋势，而环形段92自身变形受材料及斜拉段91限制，故可以使得斜拉段91与环形段92处于紧密状态。海面上的风荷载会使得第一环形外圈4产生旋转趋势，海面下的受波浪圆盘10也会受到波浪作用使得多个横向连杆93产生旋转趋势，而第一环形外圈4引起斜拉段91旋转的角度与多个横向连杆93引起环形段92转动的角度如果不同，斜拉段91与环形段92即会摩擦耗能，耗散波浪冲击能量。现实工程中，波浪考虑海风作用对支架结构的水平向作用并非沿着支架结构竖向对称轴严格对称，那么就一定会引起结构本身的反复扭转趋势，即斜拉段91与与环形段92就会反复产生摩擦耗能的趋势。另外，波浪本身对支架结构的竖向作用会直接使得多个第二浮体94在竖直方向反复震荡，即环形段92相对斜拉段91就会产生上下往复摩擦耗能的运动趋势。
48.本发明中海上漂浮式光伏支架结构，将波浪及海风作用引起支架机构扭转的趋势转化成环形段92与斜拉段91的相对转动摩擦耗能，可以有效减小波浪及海风水平作用对第一浮体3的影响；而第二浮体94除了可以直接抵挡部分波浪在竖直方向作用时的冲击，避免海浪直接大面积冲击第一浮体3，第二浮体94还可以进一步利用自身受冲击的过程带动环形段92与斜拉段91摩擦耗能。

技术特征：
1.海上漂浮式光伏支架结构，包括用于支撑平铺式光伏板(5)的第一浮体(3)，其特征在于，所述第一浮体(3)外周通过轴承连接第一环形外圈(4)，所述第一浮体(3)正下方设置环形内圈(8)，所述第一环形外圈(4)通过多个斜拉段(91)连接环形内圈(8)，多个所述斜拉段(91)之间交错设置多层环形段(92)，多个所述斜拉段(91)与多层环形段(92)形成编制状结构，还包括多个穿过环形段(92)的横向连杆(93)，所述横向连杆(93)两端分别连接一个受波浪圆盘(10)，所述环形内圈(8)外周通过轴承连接第二环形外圈(7)。2.根据权利要求1所述海上漂浮式光伏支架结构，其特征在于，每个所述横向连杆(93)中部且位于第一浮体(3)正下方穿接第二浮体(94)。3.根据权利要求1所述海上漂浮式光伏支架结构，其特征在于，多个所述横向连杆(93)位于环形段(92)外的部分通过橡胶串联带(11)连接。4.根据权利要求1所述海上漂浮式光伏支架结构，其特征在于，所述斜拉段(91)与环形段(92)结构均由合金支撑体外包覆耐摩擦橡胶材料构成。5.根据权利要求1所述海上漂浮式光伏支架结构，其特征在于，每个所述斜拉段(91)与第一环形外圈(4)、环形内圈(8)通过端部连接件连接。6.根据权利要求5所述海上漂浮式光伏支架结构，其特征在于，所述端部连接件包括底板(911)，所述底板(911)上连接两个竖板(912)，所述斜拉段(91)连接于两个竖板(912)之间，还包括穿过两个竖板(912)的螺栓，通过螺栓连接于第一环形外圈(4)、环形内圈(8)上。7.根据权利要求1所述海上漂浮式光伏支架结构，其特征在于，所述横向连杆(93)与环形段(92)之间通过嵌合件(95)连接。8.根据权利要求1所述海上漂浮式光伏支架结构，其特征在于，所述嵌合件(95)包括两个边板(951)，两个边板(951)之间连接两个连接板(952)，所述环形段(92)采用两个半圆环状结构构成，两个半圆环状结构连接在两个边板之间，并通过螺栓连接固定，所述横向连杆(93)垂直穿过两个边板(951)。9.根据权利要求1所述海上漂浮式光伏支架结构，其特征在于，所述第二环形外圈(7)的外周向连接有多个系泊缆(6)，所述系泊缆(6)另一端通过锚固件与桩基础固接。10.根据权利要求1所述海上漂浮式光伏支架结构，其特征在于，所述第一环形外圈(4)的上表面呈圆形阵列连接多个支撑柱(1)，每个所述支撑柱(1)上连接一个斜向光伏板(2)。

技术总结
本发明海上漂浮式光伏支架结构，包括第一浮体，第一浮体外周通过轴承连接第一环形外圈，第一浮体正下方设置环形内圈，第一环形外圈通过多个斜拉段连接环形内圈，多个斜拉段之间交错设置多层环形段，还包括多个穿过环形段的横向连杆，横向连杆两端分别连接一个受波浪圆盘，环形内圈外周通过轴承连接第二环形外圈；将波浪及海风作用引起支架机构扭转的趋势转化成环形段与斜拉段的相对转动摩擦耗能，有效减小波浪及海风水平作用对第一浮体的影响；而第二浮体直接抵挡部分波浪在竖直方向作用时的冲击，还能利用自身受冲击的过程带动环形段与斜拉段摩擦耗能，进而解决浮体受波浪影响容易发生较大位置偏移的问题。容易发生较大位置偏移的问题。容易发生较大位置偏移的问题。


技术研发人员：刘雨洁 韩毅 刘军涛 曹旭 李传峰 苏新刚
受保护的技术使用者：中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司
技术研发日：2023.02.09
技术公布日：2023/7/4