一种自适应调节浮式光伏系泊张力的保护装置的制作方法

一种自适应调节浮式光伏系泊张力的保护装置
1.技术邻域
2.本发明涉及浮式光伏系泊系统设计技术，具体地说是一种自适应调节浮式光伏系泊张力的保护装置。


背景技术：

3.浮式光伏系统安装于水生环境可实现大规模光伏发电，同时水生环境的低温特点也使光伏电板在高温下进行快速冷却，进而提高了浮式光伏的发电效率。当前浮式光伏技术已逐渐从内陆湖泊等水域发展至近海甚至深海水域，因海上环境载荷较为复杂，故对浮式光伏平台的设计提出了更高要求。然而系泊系统作为浮式光伏平台的重要组成部分，其设计要求将更为复杂。
4.相关技术中，中国专利授权公开号cn108945326b，一种系泊系统，其技术方案要点是包括浮力件、自系泊缆、外系泊缆以及纵向泊缆，所述浮力件漂浮于水面上，且其底部设置有带通孔的挂件；所述自系泊缆的第一端锚固于水底的第一区域；所述外系泊缆的第一端锚固于水底的第二区域，所述外系泊缆的第二端穿过所述挂件上的通孔，并且所述外系泊缆的第二端与所述自系泊缆的第二端通过一弹簧机构相连；所述纵向系泊缆的第一端固定连接在所述挂件上，另一端固定连接在待系泊固定的浮体上，相关技术的不足在于：在波浪中所述的自系泊缆，外系泊缆和纵向泊缆共同作用下可实现浮式光伏平台系泊稳定。然而遭遇大浪，拉力传感器来不及适应，使得所述自系泊缆，外系泊缆和纵向泊缆其中一个或多个系泊缆绳会因强大的系泊张力作用而被破断。
5.因此，有必要提供一种自适应调节浮式光伏系泊张力的保护装置解决上述问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种自适应调节浮式光伏系泊张力的保护装置，通过调节浮式光伏系统系泊张力以防止系泊缆绳破断，利用滑道伸缩装置和螺旋状伸缩装置的双重保护实现每根系泊缆绳伸长和缩短。
7.为了达到上述目的，本发明提供了一种自适应调节浮式光伏系泊张力的保护装置，包括正六边形光伏支撑平台，所述的光伏支撑平台在六个角下部都安装有圆柱形浮筒，所述的每个圆柱形浮筒侧面都安装有滑道伸缩装置，系泊缆绳系于滑道伸缩装置中的滑块安装平台上，沿着线性轨道以拉伸滑块实现系泊张力的自动调节，所述的系泊缆绳中部区域安装有螺旋状伸缩装置，螺旋状伸缩装置分为上部和下部，使得系泊缆绳被分成上段和下段，所述的螺旋状伸缩装置可自动实现系泊缆绳的伸长和缩短。还包括光伏组件和护栏，所述的若干光伏组件固定于光伏支撑平台上部，且与支撑平台上部平面成一倾斜角度，光伏支撑平台外侧安装有护栏，可防止施工及维护人员掉落，平台其余空地区域可作为走道以便于光伏组件的施工及维护。
8.所述的圆柱形浮筒被波浪顶起，系泊缆绳也从松弛状态被逐渐拉紧，若系泊张力达到并超过一定值，系泊缆绳会拉着滑块安装平台向浮筒底部方向进行滑动，此时系泊缆
绳张力得到一定程度减小，若系泊张力继续增大至一定危险值或者遭遇偶然大浪的侵袭，位于系泊缆绳中部螺旋状伸缩装置将通过发条弹簧的拉紧运动使得系泊缆绳被拉伸一定长度，进而再次减小了系泊张力，当系泊缆绳从拉紧逐渐变为松弛，因作用于滑道伸缩装置和螺旋状伸缩装置上的强大张力逐渐消失，故滑道伸缩装置中的弹簧装置和螺旋状伸缩装置中的发条弹簧会逐渐恢复原长，以至于系泊缆绳也逐渐被缩回原长。
9.所述的滑道伸缩装置包括滑杆，线性轨道，滑块，滑块安装平台，弹簧装置，弹簧固定平台和滑道固定支座，所述的滑道固定支座固定于圆柱形浮筒侧面且与之连为一体，所述的滑杆平置于滑道固定支座顶部，滑杆两端设置有触发停止结构且其与滑块安装平台位于同一高度，滑块与线性轨道构成一滑轨，分别平行固定于滑杆两侧的中部位置，滑杆两侧的滑块顶部安装有滑块安装平台，以至于两侧的滑块能够同时进行滑移运动。
10.所述的弹簧装置一端固定于滑杆上端的触发停止结构，另一端则固定于滑块安装平台底部的弹簧固定平台，弹簧装置与滑杆底部平面有一微小距离，而弹簧固定平台与两侧滑块均有微小距离，以至于滑道伸缩装置能够正常工作。
11.所述的滑道伸缩装置工作时，在强大的系泊张力作用下，滑块安装平台会拉着滑杆两侧滑块且沿着两侧平行的线性轨道进行滑移运动，同时触发弹簧固定平台处的弹簧装置一端进行缓慢拉伸运动，直至滑移至线性轨道的某一位置，此时系泊张力不再变大且逐渐变为松弛状态，当强大的系泊张力逐渐消失，滑块安装平台和滑杆两侧滑块会在弹簧装置作用下逐渐拉回原来位置，若装置滑移至线性轨道下部，位于滑杆下端的触发停止结构将停止装置继续下滑。
12.所述的滑块安装平台和滑杆两侧滑块滑移至线性轨道下部，若张力继续增大至一危险值会触发系泊缆绳中部的螺旋状伸缩装置工作，该危险值远大于触发滑道工作所需的张力，此外遭遇偶然大浪时，因系泊张力特别大，故螺旋状伸缩装置也会被触发工作；
13.所述的螺旋状伸缩装置包括上部圆盘外壳，下部圆盘外壳，发条弹簧，圆柱固定结构，上端出口，下端出口和螺旋状系泊缆绳，螺旋状伸缩装置的上部和下部结构相同，所述的上部圆盘外壳和下部圆盘外壳通过中间的圆柱固定结构紧密的连接在一起，螺旋状系泊缆绳和发条弹簧位于圆盘外壳内部，螺旋状伸缩装置的工作原理类似卷尺的伸缩原理。
14.所述的螺旋状伸缩装置工作时，一端固定于圆柱固定结构的发条弹簧被拉紧，紧密固定于发条弹簧另一端的螺旋状系泊缆绳将沿上端出口和下端出口拉伸出一定长度以降低系泊张力，当特别强大的系泊张力消失，发条弹簧会因外力的消失而逐渐恢复原长，原先被拉伸的螺旋状系泊缆绳也逐渐被发条弹簧拉回伸缩装置内。
15.所述的线性轨道长度选取，以及弹簧装置和发条弹簧的弹性模量选取，需保证海浪中系泊缆绳未被破断的同时，还可有效降低浮式光伏系统发生倾覆的概率，此外滑道伸缩装置和螺旋状伸缩装置所使用的材质需保证各自结构正常工作，同时还可保障整个浮式系统浮筒和系泊缆绳工作正常工作。
16.与相关技术相比，本发明有益效果如下：
17.(1)所述的系泊缆绳经过伸长和缩短实现了系泊张力的调节，可实现各个系泊缆绳的独立调节，保证六边形光伏支撑平台和光伏组件不被倾覆的同时，有效降低了浮筒侧面系泊缆绳破断的概率。最终，浮式光伏系统组成的阵列能够安全且最大程度利用太阳能发电；
18.(2)所述的滑道伸缩装置和螺旋状伸缩装置分别安装有弹簧装置和发条弹簧，当大浪荷载触发两种装置工作，两种装置会分别在弹簧装置和发条弹簧作用下进行自动的伸缩运动，进而调节系泊张力，故滑道伸缩装置和螺旋状伸缩装置也被称之为自适应调节系泊张力的装置；
19.(3)所述的滑道伸缩装置和螺旋状伸缩装置构造简单，且施工方便，其中滑道伸缩装置可防止第一重大浪荷载而造成的系泊缆绳破断，螺旋状伸缩装置则可防止第二重大浪荷载而造成的系泊缆绳破断，第二重大浪荷载远大于第一重大浪荷载，螺旋状伸缩装置需达到第二重波浪荷载才可触发其工作，故发条弹簧弹性模量远大于弹簧装置弹性模量；
20.(4)大浪荷载作用下，所述的弹簧装置和发条弹簧被拉紧后可有效延缓圆柱形浮筒向上顶起，进而有效阻止了光伏支撑平台和光伏组件被倾覆。
附图说明
21.图1为本发明一种自适应调节浮式光伏系泊张力保护装置的三维示意图；
22.图2为本发明一种自适应调节浮式光伏系泊张力保护装置的局部三维示意图；
23.图3为本发明滑道伸缩装置的结构示意图；
24.图4为本发明滑道伸缩装置部分结构的剖视图；
25.图5为本发明螺旋状伸缩装置三维示意图；
26.图6为本发明螺旋状伸缩装置上部结构剖视图；
27.图中标记如下：
28.1-光伏支撑平台，2-圆柱形浮筒，3-滑道伸缩装置，4-系泊缆绳，5-螺旋状伸缩装置，6-光伏组件，7-护栏，301-滑杆，302-线性轨道，303-滑块，304-滑块安装平台，305-弹簧装置，306-弹簧固定平台，307-滑道固定支座，501-上部圆盘外壳，502-下部圆盘外壳，503-发条弹簧，504-圆柱固定结构，505-上端出口，506-下端出口，507-螺旋状系泊缆绳。
具体实施方式
29.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。
30.如图1-2所示，一种自适应调节浮式光伏系泊张力的保护装置包括正六边形光伏支撑平台1，圆柱形浮筒2，滑道伸缩装置3，系泊缆绳4，螺旋状伸缩装置5，光伏组件6和护栏7，光伏支撑平台1在六个角下部都安装有圆柱形浮筒2，每个圆柱形浮筒2侧面都安装有滑道伸缩装置3，系泊缆绳4系于滑道伸缩装置3中的滑块安装平台304上表面，沿着线性轨道302以拉伸滑块303实现系泊张力的自动调节，系泊缆绳4中部区域安装有螺旋状伸缩装置5，螺旋状伸缩装置5分为上部和下部，使得系泊缆绳4被分成上段和下段，螺旋状伸缩装置5可自动实现系泊缆绳4的伸长和缩短。若干光伏组件6固定于光伏支撑平台1上部，且与支撑平台1上部平面成一倾斜角度，光伏支撑平台1外侧安装有护栏7，可防止施工及维护人员掉落，平台其余空地区域可作为走道以便于光伏组件6的施工及维护。圆柱形浮筒2被波浪顶起，系泊缆绳4也从松弛状态被逐渐拉紧，若系泊张力达到并超过一定值，系泊缆绳4会拉着滑块安装平台304向浮筒2底部方向进行滑动，此时系泊缆绳4张力得到一定程度减小，若系泊张力继续增大至一定危险值，位于系泊缆绳4中部螺旋状伸缩装置5将通过发条弹簧503
的拉紧运动使得系泊缆绳4被拉伸一定长度，进而减小系泊张力，当系泊缆绳4从拉紧逐渐变为松弛，因作用于滑道伸缩装置3和螺旋状伸缩装置5上的强大张力逐渐消失，故滑道伸缩装置3中的弹簧装置305和螺旋状伸缩装置5中的发条弹簧502会逐渐恢复原长，以至于系泊缆绳4也逐渐被缩回原长。
31.如图3-4所示，滑道伸缩装置3包括滑杆301，线性轨道302，滑块303，滑块安装平台304，弹簧装置305，弹簧固定平台306和滑道固定支座307，滑道固定支座307固定于圆柱形浮筒2侧面且与之连为一体，滑杆301平置于滑道固定支座307顶部，滑杆301两端设置有触发停止结构且其与滑块安装平台304位于同一高度，滑块303与线性轨道302构成一滑轨，分别平行固定于滑杆301两侧的中部位置，滑杆301两侧的滑块303顶部安装有滑块安装平台304，以便两侧的滑块303能够同时进行滑移运动，弹簧装置305一端固定于滑杆301上端的触发停止结构，另一端则固定于滑块安装平台304底部的弹簧固定平台306，弹簧装置305与滑杆301底部平面有一微小距离，而弹簧固定平台306与两侧滑块303均有微小距离，以便滑道系统能够正常工作。滑道伸缩装置3工作时，在强大的系泊张力作用下，滑块安装平台304会拉着滑杆301两侧滑块303且沿着两侧平行的线性轨道302进行滑移运动，同时触发弹簧固定平台306处的弹簧装置305一端进行缓慢拉伸运动，直至滑移至线性轨道302的某一位置，此时系泊张力不再变大且逐渐变为松弛状态，当强大的系泊张力逐渐消失，滑块安装平台304和滑杆301两侧滑块303会在弹簧装置305作用下逐渐拉回原来位置，若装置滑移至线性轨道302下部，位于滑杆301下端的触发停止结构将停止装置继续下滑。而张力继续增大至一危险值会触发系泊缆绳4中部的螺旋状伸缩装置5工作，该危险值远大于触发滑道伸缩装置3工作所需的张力，此外遭遇偶然大浪，因系泊张力特别大，以至于螺旋状伸缩装置5也会被触发工作；
32.如图5-6所示，螺旋状伸缩装置5包括上部圆盘外壳501，下部圆盘外壳502，发条弹簧503，圆柱固定结构504，上端出口505，下端出口506和螺旋状系泊缆绳507，螺旋状伸缩装置5的上部和下部结构相同，上部圆盘外壳501和下部圆盘外壳502通过中间的圆柱固定结构504紧密的连接在一起，螺旋状系泊缆绳507和发条弹簧503位于圆盘外壳内部，螺旋状伸缩装置5的工作原理类似卷尺的伸缩原理，螺旋状伸缩装置5工作时，一端固定于圆柱固定结构504的发条弹簧503被拉紧，紧密固定于发条弹簧503另一端的螺旋状系泊缆绳507将沿上端出口505和下端出口506拉伸出一定长度以降低系泊张力，当特别强大的系泊张力消失，发条弹簧503会因外力的消失而逐渐恢复原长，原先被拉伸的螺旋状系泊缆绳507也逐渐被发条弹簧503拉回螺旋状伸缩装置5内。
33.如图1-6所示，线性轨道302长度选取，以及弹簧装置305和发条弹簧503的弹性模量选取，需保证海浪中系泊缆绳4未被破断的同时，还可有效降低浮式光伏系统发生倾覆的概率，此外滑道伸缩装置3和螺旋状伸缩装置5所使用的材质需保证各自结构正常工作，同时还可保障整个浮式系统浮筒2和系泊缆绳4正常工作。
34.在本实施方案中，滑道伸缩装置3和螺旋状伸缩装置5分别安装有弹簧装置305和发条弹簧503，大浪荷载作用时，两种装置会分别在弹簧装置305和发条弹簧503作用下进行自动的伸缩运动，进而调节系泊张力，故滑道伸缩装置3和螺旋状伸缩装置5也被称之为自适应调节系泊张力的装置，滑道伸缩装置3和螺旋状伸缩装置5构造简单，且施工方便，滑道伸缩装置3可防止第一重大浪荷载而造成的系泊缆绳4破断，螺旋状伸缩装置5则可防止第
二重大浪荷载而造成的系泊缆绳4破断，第二重大浪荷载远大于第一重大浪荷载，螺旋状伸缩装置5需达到第二重波浪荷载才可触发其工作，故发条弹簧503弹性模量远大于弹簧装置305，大浪荷载作用下，弹簧装置305和发条弹簧503被拉紧后还可有效延缓圆柱形浮筒2向上顶起，进而有效阻止了光伏支撑平台1和光伏组件6被倾覆，系泊缆绳4经过伸长和缩短实现了系泊张力的调节，还可有效降低浮筒2侧面系泊缆绳4破断的概率。最终，浮式光伏系统组成的阵列能够安全且最大程度利用太阳能发电。
35.一种自适应调节浮式光伏系泊张力的保护装置调节系泊张力如图1-6所示，包括以下步骤：
36.步骤a，第一重大浪荷载作用下，弹簧装置305感受到强大的系泊张力作用，触发弹簧装置305进行拉伸，弹簧固定平台306向滑杆301下端推动的同时，滑块安装平台304和滑块303也沿着线性轨道302进行滑移，进而减小系泊张力，达到防止系泊缆绳4破断。
37.步骤b，第二重大浪荷载作用下，滑道伸缩装置3已无法保障系泊缆绳4未被破断，螺旋状伸缩装置5的工作被触发，发条弹簧503被拉紧，使得螺旋状系泊缆绳507分别从上端出口505和下端出口506拉出一段长度，最终实现系泊缆绳4伸长，减小了系泊张力。
38.步骤c，第一重或者第二重波浪荷载消失后，系泊缆绳4在弹簧装置305和发条弹簧503作用下会缓慢且沿原路拉回原来位置。
39.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。
40.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：
1.一种自适应调节浮式光伏系泊张力的保护装置，其特征在于：包括正六边形光伏支撑平台(1)，所述的光伏支撑平台(1)在六个角下部各安装有圆柱形浮筒(2)，每个所述的圆柱形浮筒(2)侧面安装有滑道伸缩装置(3)，系泊缆绳(4)系于滑道伸缩装置(3)中的滑块安装平台(304)上，沿着线性轨道(302)以拉伸滑块(303)实现系泊张力的自动调节，所述的系泊缆绳(4)中部区域安装有螺旋状伸缩装置(5)，所述的螺旋状伸缩装置(5)分为上部和下部，使得系泊缆绳(4)被分成上段和下段，所述的螺旋状伸缩装置(5)可自动实现系泊缆绳(4)的伸长和缩短；还包括光伏组件(6)和护栏(7)，所述的若干光伏组件(6)固定于光伏支撑平台(1)上部，且与支撑平台(1)上部平面成一倾斜角度，光伏支撑平台(1)外侧安装有护栏(7)，可防止施工及维护人员掉落，平台其余空地区域可作为走道以便于光伏组件(6)的施工及维护；所述的圆柱形浮筒(2)被波浪顶起，系泊缆绳(4)也从松弛状态被逐渐拉紧，若系泊张力达到并超过一定值，系泊缆绳(4)会拉着滑块安装平台(304)向浮筒(2)底部方向进行滑动，此时系泊缆绳(4)张力得到一定程度减小，若系泊张力继续增大至一定危险值或者遭遇偶然大浪的侵袭，位于系泊缆绳(4)中部螺旋状伸缩装置(5)将通过上部圆盘外壳(501)和下部圆盘外壳(502)内部发条弹簧(503)的拉紧运动使得系泊缆绳(4)被拉伸一定长度，进而减小系泊张力，当系泊缆绳(4)从拉紧逐渐变为松弛，因作用于滑道伸缩装置(3)和螺旋状伸缩装置(5)上的强大张力逐渐消失，故滑道伸缩装置(3)中的弹簧装置(305)和螺旋状伸缩装置(5)中的发条弹簧(502)会逐渐恢复原长，以至于系泊缆绳(4)也逐渐被缩回原长。2.如权利1所述的自适应调节浮式光伏系泊张力保护装置，其特征在于：所述的滑道伸缩装置(3)包括滑杆(301)，线性轨道(302)，滑块(303)，滑块安装平台(304)，弹簧装置(305)，弹簧固定平台(306)和滑道固定支座(307)，所述的滑道固定支座(307)固定于圆柱形浮筒(2)侧面且与之连为一体，所述的滑杆(301)平置于滑道固定支座(307)顶部，滑杆(301)两端设置有触发停止结构且其与滑块安装平台(304)位于同一高度，滑块(303)与线性轨道(302)构成一滑轨，分别平行固定于滑杆(301)两侧的中部位置，滑杆(301)两侧的滑块(303)顶部安装有滑块安装平台(304)，以至于两侧的滑块(303)能够同时进行滑移运动，所述的弹簧装置(305)一端固定于滑杆(301)上端的触发停止结构，另一端则固定于滑块安装平台(304)底部的弹簧固定平台(306)，弹簧装置(305)与滑杆(301)底部平面有一微小距离，而弹簧固定平台(306)与两侧滑块(303)均有微小距离，以至于滑道系统能够正常工作；所述的滑道伸缩装置(3)工作时，在强大的系泊张力作用下，滑块安装平台(304)会拉着滑杆(301)两侧滑块(303)且沿着两侧平行的线性轨道(302)进行滑移运动，同时触发弹簧固定平台(306)处的弹簧装置(305)一端进行缓慢拉伸运动，直至滑移至线性轨道(302)的某一位置，此时系泊张力不再变大且逐渐变为松弛状态，当强大的系泊张力逐渐消失，滑块安装平台(304)和滑杆(301)两侧滑块(303)会在弹簧装置(305)作用下逐渐拉回原来位置，若装置滑移至线性轨道(302)下部，位于滑杆(301)下端的触发停止结构将停止装置继续下滑。3.如权利要求2所述的自适应调节浮式光伏系泊张力保护装置，其特征在于：所述的滑块安装平台(304)和滑杆(301)两侧滑块(303)滑移至线性轨道(302)下部，若张力继续增大至一危险值会触发系泊缆绳(4)中部的螺旋状伸缩装置(5)工作，该危险值远
大于触发滑道伸缩装置(3)工作所需的张力，此外遭遇偶然大浪时，因系泊张力特别大，故螺旋状伸缩装置(5)也会被触发工作；所述的螺旋状伸缩装置(5)包括上部圆盘外壳(501)，下部圆盘外壳(502)，发条弹簧(503)，圆柱固定结构(504)，上端出口(505)，下端出口(506)和螺旋状系泊缆绳(507)，螺旋状伸缩装置(5)的上部和下部结构相同，所述的上部圆盘外壳(501)和下部圆盘外壳(502)通过中间的圆柱固定结构(504)紧密的连接在一起，螺旋状系泊缆绳(507)和发条弹簧(503)位于圆盘外壳内部，螺旋状伸缩装置(5)的工作原理类似卷尺的拉缩原理，螺旋状伸缩装置(5)工作时，一端固定于圆柱固定结构(504)的发条弹簧(503)被拉紧，紧密固定于发条弹簧(503)另一端的螺旋状系泊缆绳(507)将沿上端出口(505)和下端出口(506)拉伸出一定长度以降低系泊张力，当特别强大的系泊张力消失，发条弹簧(503)会因外力的消失而逐渐恢复原长，原先被拉伸的螺旋状系泊缆绳(507)也逐渐被发条弹簧(503)拉回伸缩装置(5)内。4.如权利要求2-3任一项所述的自适应调节浮式光伏系泊张力保护装置，其特征在于：所述的线性轨道(302)长度选取，以及弹簧装置(305)和发条弹簧(503)的弹性模量选取，需保证海浪中系泊缆绳(4)未被破断的同时，还可有效降低浮式光伏系统发生倾覆的概率，此外滑道伸缩装置(3)和螺旋状伸缩装置(5)所使用的材质需保证各自结构正常工作，同时可保障整个浮式系统浮筒(2)和系泊缆绳(4)正常工作。

技术总结
本发明提供了一种自适应调节浮式光伏系泊张力的保护装置，包括：光伏支撑平台，圆柱形浮筒，滑道伸缩装置，系泊缆绳，螺旋状伸缩装置，光伏组件和护栏；所述的光伏支撑平台上部安装有若干光伏组件和护栏，平台下部安装有圆柱形浮筒，系泊缆绳系于浮筒侧面的滑道伸缩装置上，在大浪荷载作用下滑道伸缩装置的拉伸工作可有效降低系泊缆绳破断的风险，当滑道伸缩装置超过其最大保护能力，螺旋状伸缩装置会被触发工作，通过伸长系泊缆绳实现系泊张力的降低，待大浪荷载消失系泊缆绳会自动回位；本发明滑道伸缩装置和螺旋状伸缩装置构造简单，通过双重保护机制进行自动调节系泊张力，可有效防止系泊缆绳的破断。防止系泊缆绳的破断。防止系泊缆绳的破断。


技术研发人员：彭黄华 郭佳民 史旦达 李骞 郑现振 何彧韬 孙瑜 韩冰 吴恭兴
受保护的技术使用者：上海船舶运输科学研究所有限公司
技术研发日：2023.02.22
技术公布日：2023/4/20