一种引导限位装置及应用

一种引导限位装置及应用
1.本技术是申请号：202210903495.3，申请日：2022-07-28，发明名称：海上漂浮式光伏系统、光伏漂浮装置和浮运系统及浮运方法的分案申请。
技术领域
2.本发明属于漂浮式光伏发电领域，尤其涉及一种海上漂浮式光伏系统及其浮运安装方法。


背景技术：

3.随着电力需求的上升，化石燃料快速消耗，亟需发展清洁能源。太阳能作为一种清洁可再生能源，是实现“碳达峰，碳中和”的重要能源之一。太阳能光伏系统利用太阳能转化为电能，是一种较常见的太阳能系统。对于陆地光伏系统而言，需要大面积的土地资源，而土地资源稀缺，导致无法大面积的推广使用。
4.为节约土地资源并降低光伏系统造价，近年来，漂浮式光伏系统逐渐开始发展。漂浮式光伏不仅不占用土地资源，同时因为水体对光伏组件的冷却作用，可以增加光伏组件的发电效率，并且，光伏组件大面积铺设与水面上，可以减少水面蒸发，抑制藻类繁殖，保护水资源。近年越来越多水上光伏项目成功在湖泊、运河、水库、池塘等地安装，是一个非常有发展潜力的能源项目。
5.漂浮式光伏的继续发展势必朝向海洋，海上面积广阔，日照强烈，蕴藏了丰富的太阳能资源，同时，海水中含有的氯化镁可以代替氯化镉来制造光伏组件，其成本更加低廉且没有毒性。但是海上光伏将面临更恶劣的环境和巨大的波浪荷载，使用刚性连接导致连接处应力集中而发生连接断裂破坏。


技术实现要素：

6.为了解决海上漂浮式光伏系统稳定连接的问题，本发明提出如下技术方案：
7.根据本技术一些实施例的海上漂浮式光伏系统，包括
8.第一光伏漂浮装置，所述第一光伏漂浮装置其上安装设置有第一光伏板；
9.第二光伏漂浮装置，所述第二光伏漂浮装置其上安装设置有第二光伏板；
10.固定装置，所述固定装置包括球部和球壳部，所述球壳部具有一端开口，所述球部安装在第一光伏漂浮装置的第一承台上，所述球壳部安装在第二光伏漂浮装置的第二承台上；
11.其中，所述第一光伏漂浮装置的第一承台与所述第二光伏漂浮装置的第二承台相对设置，所述球部由所述球壳部的一端开口嵌装于球壳部的壳体的内部空间中，所述球部限位在所述球壳部的壳体内部空间中而不脱离所述壳体内部空间，所述球部适配于所述壳体内部空间中而能在所述壳体内部空间中转动，不能在所述壳体内部空间中沿第一承台朝向第二承台的方向移动。
12.根据本技术一些实施例的海上漂浮式光伏系统，还包括引导限位装置，所述引导
限位装置包括：
13.弹簧杆，所述弹簧杆包括若干弯曲的套管，所述套管根据直径递减趋势排列和连接使所述弹簧杆具有伸缩度且整体呈弧形，所述弹簧杆所呈弧是所述球部的同心弧，所述弹簧杆的第一端连接在所述第一光伏漂浮装置的第一承台上；
14.弹簧，所述弹簧是弧形状的弹簧，所述弹簧环绕所形成的内部是弧形状的容置空间，所述弹簧杆适配所述容置空间的形状而限位在所述容置空间中，所述弹簧的第一端设置为与所述第一光伏漂浮装置的第一承台连接；
15.连接头，所述连接头设置在所述弹簧杆的第二端，并设置为与所述弹簧的第二端连接，所述连接头限位在所述第二光伏漂浮装置的第二承台的容置空间中；
16.其中，在所述第一光伏漂浮装置的第一承台与所述第二光伏漂浮装置的第二承台间的相对距离增加，设置在所述第一光伏漂浮装置的第一承台与所述第二光伏漂浮装置的第二承台间的所述弹簧杆和所述弹簧被拉伸；在所述第一光伏漂浮装置的第一承台与所述第二光伏漂浮装置的第二承台间的相对距离减小，设置在所述第一光伏漂浮装置的第一承台与所述第二光伏漂浮装置的第二承台间的所述弹簧杆和所述弹簧被压缩。
17.根据本技术一些实施例的海上漂浮式光伏系统，所述第二光伏漂浮装置的第二承台上设置有弧形的旋转门，所述旋转门配置为在所述连接头由所述旋转门通过而进入所述第二光伏漂浮装置的第二承台的容置空间中而关闭，使得连接头能够在所述第二承台的容置空间中沿弧形的旋转门所形成的轨迹而移动。
18.根据本技术一些实施例的海上漂浮式光伏系统，所述弹簧杆包括若干个，各所述弹簧杆的第一端连接在所述第一光伏漂浮装置的第一承台上的不同高度位置，且分布设置在所述球部的上、下两侧，各所述弹簧杆所呈弧是所述球部的同心弧，各所述弹簧杆装配所述弹簧，所述连接头设置在各所述弹簧杆的第二端。
19.根据本技术一些实施例的海上漂浮式光伏系统，所述第二光伏漂浮装置的第二承台上设置有若干与所述若干弹簧杆上设置的连接头对应的弧形的旋转门。
20.根据本技术一些实施例的海上漂浮式光伏系统的光伏漂浮装置，包括
21.垂荡板，
22.系泊缆，所述系泊缆通过所述垂荡板上的导缆孔与所述垂荡板连接；
23.浮筒，所述浮筒的底部连接所述垂荡板；
24.空间桁架，所述空间桁架将若干所述浮筒连接；
25.主梁，若干所述主梁相互连接形成矩形框架，设置在边框上的主梁是承台；
26.次梁，若干所述次梁铺设于所述主梁形成的矩形框架上；
27.光伏支架，所述光伏支架用于支撑光伏板，所述光伏支架安装在所述次梁上，所述光伏支架包括横杆及连接横杆下部两端的竖杆，两根竖杆中的一根安装在一次梁上，两根竖杆中的另一根安装在与所述一次梁相邻的次梁上，所述两根竖杆的高度相同或不同。
28.根据本技术一些实施例的海上漂浮式光伏系统的光伏漂浮装置，四个所述浮筒分布设置在主梁的矩形框架的四角，所述浮筒上具有卡环，所述卡环包括设置在浮筒第一高度的第一卡环，设置在浮筒第二高度的第二卡环，相对于所述浮筒下底面，所述第二高度高于第一高度。
29.根据本技术一些实施例的运输海上漂浮式光伏系统的光伏漂浮装置的浮运系统，
包括
30.第一浮运船，所述第一浮运船包括第一船体和第一机械手臂，所述第一船体在长度方向的中部具有第一槽，所述第一机械手臂设置在所述第一槽附近的第一船体上，用于与浮筒上的卡环连接以对所述浮筒固定；
31.第二浮运船，所述第二浮运船包括第二船体和二机械手臂，所述第二船体在长度方向的中部具有第二槽，所述的二机械手臂设置在所述第二槽附近的第一船体上，用于与浮筒上的卡环连接以对所述浮筒固定；
32.其中：所述第一船体以其长度方向沿所述光伏漂浮装置长度方向设置在光伏漂浮装置的下方，并限位在所述矩形框架的四角的四个所述浮筒间，所述第二船体以其长度方向沿所述光伏漂浮装置宽度方向设置在光伏漂浮装置的下方，并限位在所述矩形框架的四角的四个所述浮筒间，所述第二船体设置在所述第一船体的上面，且所述第一船体的第一槽的槽内底面与所述第二船体的第二槽的槽内底面相对并接触，使所述第二船体以其长度方向在所述第一船体的宽度方向通过第二船体的第二槽将所述第二船体固定在第一船体的第一槽中。
33.根据本技术一些实施例的运输海上漂浮式光伏系统的光伏漂浮装置的浮运系统，还包括拖船，所述拖船用于在海上拖行第一浮运船和第二浮运船。
34.根据本技术一些实施例的运输海上漂浮式光伏系统的光伏漂浮装置的方法，包括
35.多组中的各组的第二浮运船的第二船体以其长度方向在所述第一浮运船的第一船体的宽度方向通过第二船体的第二槽将所述第二船体固定在第一船体的第一槽中；
36.多组的组装后的第一浮运船、第二浮运船分别下水；
37.各组的第一浮运船的第一机械手臂与第二浮运船的第二机械手臂与对应的海上漂浮式光伏系统的光伏漂浮装置的浮筒上的第一卡环配合将所述浮筒固定在第一浮运船和第二浮运船上，通过对所述浮筒固定，将对应组的所述海上漂浮式光伏系统的光伏漂浮装置分别在海上浮运；
38.到达浮运目的地后，将各组对应的所述海上漂浮式光伏系统的光伏漂浮装置浮筒注气上浮，使各组的第一浮运船的第一机械手臂与第二浮运船的第二机械手臂与浮筒上的第二卡环配合，将所述浮筒固定在第一浮运船和第二浮运船上并使设置在浮筒底部的垂荡板能处于在水面上；
39.将各组对应的海上漂浮式光伏系统的光伏漂浮装置组装成海上漂浮式光伏系统。
40.有益效果：在本发明的实施例中通过球部和球壳部组成的球铰限制光伏漂浮装置之间的移动，但不限制转动，形成柔性连接，避免刚性连接导致连接处应力集中而发生连接断裂破坏等现象，实现了提高海上漂浮式光伏系统的稳定性的效果。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
41.图1海上漂浮式光伏系统示意图。
42.图2光伏漂浮装置示意图。
43.图3漂浮式光伏平台示意图。
44.图4浮筒及垂荡板示意图。
45.图5光伏支架安装在次梁的示意图。
46.图6球部及球壳部示意图。
47.图7球铰工作示意图。
48.图8导缆孔示意图。
49.图9第一浮运船和第二浮运船示意图。
50.图10浮运船工作示意图。
51.图11光伏漂浮装置浮运示意图。
52.图12光伏漂浮装置浮运俯视图。
53.图13光伏漂浮装置施工示意图。
54.图14海上漂浮式光伏系统装配示意图。
55.图15浮运船离场示意图。
56.图16旋转门示意图。
57.附图标记：
58.1-浮筒，1a-第一卡环，1b-第二卡环，1c-浮筒分舱板，1d-浮筒舱室；
59.2-垂荡板，2a-垂荡板分舱板，2b-垂荡板舱室；
60.3-空间桁架；
61.4-主梁；
62.5-次梁；
63.6-光伏支架，6a-竖杆，6b-横杆；
64.7-光伏板；
65.8-球部；
66.9-球壳部，9a-底座，9b-旋转门，9c-缓冲板，9d-螺栓；
67.10-弧形弹簧，10a-弹簧杆，10b-连接头；
68.11-系泊缆，11a-起链，11b-尼龙绳，11c-无档锚链，11d-躺底链；
69.12-导缆孔，12a-滑槽，12b-滚筒，12c-滚轮；
70.13-第一浮运船；
71.14-第二浮运船；
72.15-机械手臂。
具体实施方式
73.下面通过参考附图详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
74.实施例1：如图1所示，一种海上漂浮式光伏系统，包括第一光伏漂浮装置、第二光伏漂浮装置和固定装置。
75.所述第一光伏漂浮装置其上安装设置有第一光伏板7。所述第二光伏漂浮装置其上安装设置有第二光伏板7。
76.在一种方案中，如图2所示，光伏漂浮装置包括垂荡板2、系泊缆11、浮筒1、空间桁架3、主梁4、次梁5和光伏支架6。所述系泊缆11通过所述垂荡板2上的导缆孔12与所述垂荡
板2连接。如图4所示，所述浮筒1的底部连接所述垂荡板2。如图3所示，所述空间桁架3将若干所述浮筒1连接。若干所述主梁4相互连接形成矩形框架，设置在边框上的主梁4是承台。若干所述次梁5铺设于所述主梁4形成的矩形框架上。如图5所示，所述光伏支架6用于支撑光伏板7，所述光伏支架6安装在所述次梁5上，所述光伏支架6包括横杆6b及连接横杆6b下部两端的竖杆6a，两根竖杆6a中的一根安装在一次梁5上，两根竖杆6a中的另一根安装在与所述一次梁5相邻的次梁5上，所述两根竖杆6a的高度相同或不同。在所述方案中，所述光伏装置的横杆6b和两根竖杆6a组成的光伏支架6安装在两个相邻次梁5上，可以根据需要调整两个竖杆的高度差，形成横杆6b的向某一次梁5的倾斜角度，使得光伏板可以根据需求具有特定朝向的倾斜，由此，所述光伏漂浮装置可以单独实施以实现所述效果。
77.在优选方案中，如图2所示，四个所述浮筒1分布设置在主梁4的矩形框架的四角，所述浮筒1上具有卡环，所述卡环包括设置在浮筒1第一高度的第一卡环1a，设置在浮筒1第二高度的第二卡环1b，相对于所述浮筒1下底面，所述第二高度高于第一高度。在浮筒1上设置卡环，特别是具有高度差的卡环，可以使得浮筒能够与浮运船的机械手臂15配合，实现方便地对浮筒1的固定，能够实现浮运船对光伏漂浮装置的固定和浮运，特别是能够实现对不同高度卡环位置通过机械手臂15的控制固定，能够实现本发明的该结构用于固定光伏漂浮装置或者用于光伏漂浮装置间海上安装的选择，该效果实现的详细方案在下文对浮运相关内容的记载详细说明，此处不再赘述。
78.如图6所示，所述固定装置包括球部8和球壳部9，所述球壳部9具有一端开口，所述球部8安装在第一光伏漂浮装置的第一承台上，所述球壳部9安装在第二光伏漂浮装置的第二承台上。其中，所述第一光伏漂浮装置的第一承台与所述第二光伏漂浮装置的第二承台相对设置，所述球部8由所述球壳部9的一端开口嵌装于球壳部9的壳体的内部空间中，所述球部8限位在所述球壳部9的壳体内部空间中而不脱离所述壳体内部空间，所述球部8适配于所述壳体内部空间中而能在所述壳体内部空间中转动，不能在所述壳体内部空间中沿第一承台朝向第二承台的方向移动。
79.在所述实施例的这些方案中，本发明通过球部8和球壳部9组成的球铰限制光伏漂浮装置之间的移动，但不限制转动，形成柔性连接，避免刚性连接导致连接处应力集中而发生连接断裂破坏等现象。
80.在一种方案中，如图6所示，海上漂浮式光伏系统还包括引导限位装置，所述引导限位装置包括弹簧杆10a弹簧和连接头10b。
81.所述弹簧杆10a包括若干弯曲的套管，所述套管根据直径递减趋势排列和连接使所述弹簧杆10a具有伸缩度且整体呈弧形，所述弹簧杆10a所呈弧是所述球部8的同心弧，所述弹簧杆10a的第一端连接在所述第一光伏漂浮装置的第一承台上。
82.所述弹簧是弧形状的弹簧，所述弹簧环绕所形成的内部是弧形状的容置空间，所述弹簧杆10a适配所述容置空间的形状而限位在所述容置空间中，所述弹簧的第一端设置为与所述第一光伏漂浮装置的第一承台连接。
83.所述连接头10b设置在所述弹簧杆10a的第二端，并设置为与所述弹簧的第二端连接，所述连接头10b限位在所述第二光伏漂浮装置的第二承台的容置空间中。
84.其中，在所述第一光伏漂浮装置的第一承台与所述第二光伏漂浮装置的第二承台间的相对距离增加，设置在所述第一光伏漂浮装置的第一承台与所述第二光伏漂浮装置的
第二承台间的所述弹簧杆10a和所述弹簧被拉伸；在所述第一光伏漂浮装置的第一承台与所述第二光伏漂浮装置的第二承台间的相对距离减小，设置在所述第一光伏漂浮装置的第一承台与所述第二光伏漂浮装置的第二承台间的所述弹簧杆10a和所述弹簧被压缩。
85.根据所述方案，对于承台间使用刚性连接装置，则承台间不会发生相对距离变化，然而容易导致连接处应力集中而发生连接断裂破坏等现象，本发明在一些实施例中使用可相对转动的球铰连接装置解决该问题，然而，球铰属于柔性连接，其可相对转动的能力使得承台间因转动会发生相对距离变化，特别是对于大尺寸的承台来说，该现象更为突出，使用球铰导致的该问题使得承台间可能发生碰撞或者会因为恶劣海况极大影响光伏漂浮装置的稳定性。因此，在上述实施例中，根据所述方案，第一光伏漂浮装置的第一承台与第二光伏漂浮装置的第二承台间在风浪中使得二者相对距离增加或减小，这种相对距离的变化使得设置在所述第一光伏漂浮装置的第一承台与所述第二光伏漂浮装置的第二承台间的所述弹簧杆10a和所述弹簧能够被拉伸或被压缩，而承台间拉伸或压缩弹簧需要克服弹簧具有的弹性力，因此可以在一定程度缓冲承台间发生剧烈的相对运动。特别是在弹簧被压缩在无法压缩的情况下，使得承台间的距离再难以减小，从而承台间相对距离能够维持在最低安全范围内，避免不同光伏漂浮装置的承台发生碰撞，能够解决使用球铰导致的新的技术问题，使得球铰可以被稳定使用在光伏漂浮装置的固定装置上。
86.在一种优选方案中，如图6和图16所示，所述第二光伏漂浮装置的第二承台上设置有弧形的旋转门9b，所述旋转门9b配置为在所述连接头10b由所述旋转门9b通过而进入所述第二光伏漂浮装置的第二承台的容置空间中而关闭，使得连接头10b能够在所述第二承台的容置空间中沿弧形的旋转门9b所形成的轨迹而移动。根据所述方案，由于使用球铰和连接头10b，能够解决本发明所面对的承台间相对距离变化导致的碰撞或不稳定等问题，然而，球铰所起的作用是其旋转所产生的功能，连接头10b安装在第二承台的容置空间中，则会极大降低球铰可转动的角度，为此，根据所述方案，第二承台上设置有弧形的旋转门9b，能够适应因所述旋转所引起的连接头10b在第二承台上需要形成移动轨迹的问题，从而使得球铰可转动范围被极大拓宽。
87.在一种优选方案中，如图6所示，所述弹簧杆10a包括若干个，各所述弹簧杆10a的第一端连接在所述第一光伏漂浮装置的第一承台上的不同高度位置，且分布设置在所述球部8的上、下两侧，各所述弹簧杆10a所呈弧是所述球部8的同心弧，各所述弹簧杆10a装配所述弹簧，所述连接头10b设置在各所述弹簧杆10a的第二端。根据所述方案，承台间因转动会发生相对距离变化，会分布在球铰的上、下两侧，一侧是承台间相对距离增加，另一侧是承台间相对距离减小，因此，在第一承台的不同高度位置分布若干弹簧杆10a，可以使得两侧能够协同缓冲承台间发生剧烈的相对运动。
88.在一种优选方案中，如图6所示，所述第二光伏漂浮装置的第二承台上设置有若干与所述若干弹簧杆10a上设置的连接头10b对应的弧形的旋转门9b。根据所述方案，对应设置多个高度不同的弹簧杆10a则适应性配合设置多个对应的弧形的旋转门9b与所述多个连接头10b匹配。
89.在一种实施例中，如图9-10所示，一种运输海上漂浮式光伏系统的光伏漂浮装置的浮运系统，包括第一浮运船13和第二浮运船14。
90.所述第一浮运船13包括第一船体和第一机械手臂，所述第一船体在长度方向的中
部具有第一槽，所述第一机械手臂设置在所述第一槽附近的第一船体上，用于与浮筒1上的卡环连接以对所述浮筒1固定；
91.所述第二浮运船14包括第二船体和二机械手臂，所述第二船体在长度方向的中部具有第二槽，所述的二机械手臂设置在所述第二槽附近的第一船体上，用于与浮筒1上的卡环连接以对所述浮筒1固定；
92.其中：所述第一船体以其长度方向沿所述光伏漂浮装置长度方向设置在光伏漂浮装置的下方，并限位在所述矩形框架的四角的四个所述浮筒1间，所述第二船体以其长度方向沿所述光伏漂浮装置宽度方向设置在光伏漂浮装置的下方，并限位在所述矩形框架的四角的四个所述浮筒1间，所述第二船体设置在所述第一船体的上面，且所述第一船体的第一槽的槽内底面与所述第二船体的第二槽的槽内底面相对并接触，使所述第二船体以其长度方向在所述第一船体的宽度方向通过第二船体的第二槽将所述第二船体固定在第一船体的第一槽中。
93.根据所述方案，第一浮运船13和第二浮运船14能够适用在与本发明所述一些方案中的光伏漂浮装置的组装，以方便将光伏漂浮装置快速、稳定且紧凑性的固定在浮运船上，且浮运船形成的配合组装装置，结构紧凑且成本更低。
94.在一种方案中，所述的海上漂浮式光伏系统的光伏漂浮装置的浮运系统还包括拖船，所述拖船用于在海上拖行第一浮运船13和第二浮运船14，通过拖船在海上对第一浮运船13和第二浮运船14的拖运，实现光伏漂浮装置的便捷性浮运。
95.在优选方案中，如图2所示，光伏漂浮装置的四个所述浮筒1分布设置在主梁4的矩形框架的四角，所述浮筒1上具有卡环，所述卡环包括设置在浮筒1第一高度的第一卡环1a，设置在浮筒1第二高度的第二卡环1b，相对于所述浮筒1下底面，所述第二高度高于第一高度。在浮筒1上设置卡环，特别是具有高度差的卡环，可以使得浮筒能够与浮运船的机械手臂15配合，实现方便地对浮筒1的固定，能够实现浮运船对光伏漂浮装置的固定和浮运，特别是能够实现对不同高度卡环位置通过机械手臂15的控制固定，能够实现本发明的该结构用于固定光伏漂浮装置或者用于光伏漂浮装置间海上安装的选择，其实现可以参考在一种优选方案的一种运输海上漂浮式光伏系统的光伏漂浮装置的方法，如图11-15所示，包括
96.多组中的各组的第二浮运船14的第二船体以其长度方向在所述第一浮运船13的第一船体的宽度方向通过第二船体的第二槽将所述第二船体固定在第一船体的第一槽中；
97.多组的组装后的第一浮运船13、第二浮运船14分别下水；
98.各组的第一浮运船13的第一机械手臂与第二浮运船14的第二机械手臂与对应的海上漂浮式光伏系统的光伏漂浮装置的浮筒1上的第二卡环1b配合将所述浮筒1固定在第一浮运船13和第二浮运船14上，通过对所述浮筒1固定，将对应组的所述海上漂浮式光伏系统的光伏漂浮装置分别在海上浮运；
99.到达浮运目的地后，将各组对应的所述海上漂浮式光伏系统的光伏漂浮装置浮筒1注气上浮，使各组的第一浮运船13的第一机械手臂与第二浮运船14的第二机械手臂与浮筒1上的第一卡环1a配合，将所述浮筒1固定在第一浮运船13和第二浮运船14上并使设置在浮筒1底部的垂荡板2能处于在水面上；
100.将各组对应的海上漂浮式光伏系统的光伏漂浮装置组装成海上漂浮式光伏系统。
101.实施例2：如图1-16所示，一种海上漂浮式光伏系统、包括浮筒1、垂荡板2、空间桁
架3、主梁4、次梁5、光伏支架6、光伏板7、球部8、球壳部9、弧形弹簧10、系泊缆11、导缆孔12、第一浮运船13、第二浮运船14和机械手臂15。主要由浮筒1、垂荡板2、空间桁架3、主梁4和次梁5组成漂浮式光伏平台，通过漂浮式光伏平台支撑位于漂浮式光伏平台上部的光伏支架6及光伏板7，从而整体上组成海上漂浮式光伏系统。
102.浮筒1为钢制空心圆柱状结构，漂浮于海上，并用于支撑其上部的漂浮式光伏平台，避免波浪拍打光伏组件，提高光伏组件发电效率且增加光伏组件使用寿命。
103.浮筒1通过焊接方式与垂荡板2连接，垂荡板2同样为钢制空心圆柱状结构。浮筒1与垂荡板2内部均设置分舱板，通过分舱板形成舱室，对不同舱室进行压载控制，可保证浮式平台的稳定，同时可以改变浮筒1的吃水高度。
104.空间桁架3由钢制圆管构成，焊接固定于浮筒1上，空间桁架3连接不同浮筒1，并且增加浮式平台整体结构的刚度及稳定性能。
105.主梁4为钢制方管，通过相互焊接形成矩形梁框架，焊接于浮筒1上部。次梁5同样为钢制方管，焊接铺设于主梁4上部，与主梁4共同形成光伏组件支撑梁系。
106.光伏支架6由两根竖杆6a及横杆6b组成，杆件均为钢制方管。通过调整竖杆6a长度可改变横杆6b倾斜角度，从而改变光伏板7的倾斜角度，以适应不同场址太阳辐射角度。
107.主梁4两端称为承台，可分别设置球部8与球壳部9，球部8可通过外力插入球壳部9中组成球铰，将两个光伏漂浮装置以模块化拼接。球部8的承台上安装有引导限位装置，其包括弧形弹簧10和弹簧杆10a和连接头10b，弧形弹簧10和弹簧杆10a为与球部8具有相同圆心的弧状，弹簧杆10a为具有弯曲弧度的不同套管组成，连接头10b为方形刚性块，弧形弹簧10的伸缩轨迹均沿弹簧杆10a的弧形，即弹簧杆10a可以作为弧形弹簧10的弧形轨道。球壳部9的承台上部安装有一排旋转门9b，在旋转门关闭状态下，旋转门9b只能朝向承台内部向内180
°
的旋转，朝向承台外部不能转动，其可以通过旋转门安装合页实现，优选安装弹簧合页。连接头10b通过旋转门9b插入承台中，从而实现球部8和球壳部9的相互作用。球壳部9还包括缓冲板9c，缓冲板9c在连接头10b装配完成后，从承台预留安装口中插入，并通过螺栓9d固定。缓冲板9c共两块，两块板的厚度2：1，该结构能极大的缓冲连接头10b所承受的冲击力并分散到板平面。
108.漂浮式光伏平台采用悬链线式系泊方式，多段组合式设计可分散导缆孔12处的张力，同时减小起链11a尺寸，节约成本。组合式起链11a设计还能减小平台横摇及纵摇，提高平台稳性，降低浮式平台在海上风浪中的运动响应。同时，系泊缆11采用不同材料及规格的缆绳型式，降低系泊系统成本的同时增加系泊系统的可靠性。
109.导缆孔12为圆弧形钢环，焊接于垂荡板2上，导缆孔12具有滑槽12a及滚筒12b，滚筒12b通过滚轮12c在滑槽12a内运动。与传统导缆孔12相比，通过滚筒12b的设计降低锚链对导缆孔12的摩擦与损耗，即使滚筒12b破损，还有导缆孔12可以工作，双重保障下增加导缆孔12可靠性的同时，可提高系泊缆11的使用寿命，从而降低生产成本。
110.第一浮运船13与第二浮运船14均为凹字型船体，内部均可设置多个分舱，从而控制船体吃水深度。第一浮运船13与第二浮运船14均安装有机械手臂15，机械手臂15为钢性手臂，通过浮运船上的液压装置控制，可前后左右移动，辅助漂浮式光伏系统在海上运输。
111.由上述，本实施例通过结合海洋工程半潜式平台技术，设计适用于海上风浪条件的漂浮式光伏平台。巧妙运用球铰实现光伏平台模块化的拼装，形成不同装机容量的海上
漂浮式光伏系统。同时球铰的柔性连接避免模块之间的相互碰撞及连接处发生应力集中而断裂破坏，球铰的弹簧还可缓冲模块间的相对运动，并帮助模块复位。浮式平台将光伏组件提升至距离海平面一定高度，避免光伏组件经受长期风浪拍打，提高光伏组件发电效率及使用寿命。所发明的浮运安装方法通过小型船舶及常规拖轮拖带即可实现漂浮式光伏系统海上浮运，避免大型船舶及吊装设备的使用，大大减小海上作业难度，降低作业成本。
112.实施例3：一种海上漂浮式光伏系统，如图1-16所示，包括浮筒1，垂荡板2，空间桁架3，主梁4，次梁5，光伏支架6，光伏板7，球部8，球壳部9，弧形弹簧10，系泊缆11，导缆孔12，第一浮运船13，第二浮运船14，机械手臂15。
113.所述浮筒1、垂荡板2、空间桁架3、主梁4和次梁5组成漂浮式光伏平台，支撑上部光伏支架6及光伏板7，形成海上漂浮式光伏系统。所述浮筒1为钢制空心圆柱状结构，直径5m，高10m，厚度20mm，设计吃水高度5m，所述浮筒1预留5m干舷高度高于海平面，避免波浪拍打光伏组件，提高光伏组件发电效率且增加光伏组件使用寿命。所述浮筒1高度1.5m处焊接有第一卡环1a，高度5m处焊接有第二卡环1b，所述第一卡环1a与第二卡环1b均为内径2.5m，外径2.6m，高0.1m的空心圆柱钢环，所述第一卡环1a与第二卡环1b均焊接于浮筒1表面，所述浮筒1通过焊接方式与垂荡板2连接.
114.所述垂荡板2同样为钢制空心圆柱状结构，直径8m，高度1m，厚度30mm。所述浮筒1内部设置浮筒分舱板1c，所述垂荡板2内部设置垂荡板分舱板2a，通过分舱板形成浮筒舱室1d与垂荡板舱室2b，对不同舱室进行压载控制，可保证浮式平台的稳定，同时可以改变浮筒1的吃水高度。
115.所述浮筒1的数量不局限于4个，可以根据现场需求设置为任意个，合理布置满足运行要求即可。
116.所述空间桁架3由直径1m，厚度3mm的钢制圆管构成，焊接固定于浮筒1上，所述空间桁架3对不同浮筒起连接作用，并且增加浮式平台整体结构的刚度及稳定性能。所述空间桁架3不局限于图3提供的型式，所述空间桁架3还可以为工字钢梁等其他钢结构型式。
117.所述主梁4为钢制方管，截面尺寸为0.4
×
0.4m，厚度5mm。所述主梁4通过相互焊接形成矩形梁框架，焊接于浮筒1上部。所述次梁5同样为钢制方管，截面尺寸为0.2
×
0.2m，厚度3mm。所述次梁5通过焊接铺设于主梁4上部，与主梁4共同形成光伏组件支撑梁系。
118.所述主梁4与次梁5形成的支撑梁系可以根据项目需求合理设计布局，预留逆变器、汇流箱等漂浮式光伏系统组件布置空间。所述次梁5间距0.5m，提供未来漂浮式光伏系统检修与维护工作通道。
119.所述主梁4与次梁5均不局限于图3中型式，根据不同施工需求可以设计为三角形、圆形、方形等任意型式结构。
120.所述光伏支架6为由两根竖杆6a及横杆6b组成，杆件均为钢制方管，截面尺寸为0.05
×
0.05m，厚度2.5mm。所述竖杆6a可通过调整杆件长度从而改变横杆6b的倾斜角度，从而改变光伏板7的倾斜角度，以适应不同场址太阳辐射角度。
121.所述主梁4两端称为承台，两侧的承台分别设置球部8与球壳部9，如图6所示，所述球部8可通过外力插入球壳部9中组成球铰，将两个光伏漂浮装置以模块化拼接。所述球部8与所述球壳部9直径均为0.2m，均有截面0.5m
×
0.5m的钢性承台。球部8的承台上安装有引导限位装置，其包括弧形弹簧10和弹簧杆10a和连接头10b，弧形弹簧10和弹簧杆10a为与球
部8具有相同圆心的弧状，弹簧杆10a为具有弯曲弧度的不同套管组成，连接头10b为方形刚性块，弧形弹簧10的伸缩轨迹均沿弹簧杆10a的弧形，即弹簧杆10a可以作为弧形弹簧10的弧形轨道。球壳部9的承台上部安装有一排旋转门9b，在旋转门关闭状态下，旋转门9b只能朝向承台内部向内180
°
的旋转，朝向承台外部不能转动，其可以通过旋转门安装合页实现，优选安装弹簧合页。所述连接头10b通过旋转门8b插入承台9a中，从而实现球部8和球壳部9的相互作用。如图6所示，连接头10b通过外力插入旋转门9b，待旋转门9b合并后，再后退，完成装配。如图7所示，所述球壳部9还包括缓冲板9c，所述缓冲板9c在连接头10b装配完成后，从承台预留安装口中插入，并通过螺栓9d固定。所述缓冲板9c共两块，两块板的厚度2：1，直接受冲击的缓冲板9c厚度为较小者，两块缓冲板9c的间隙为较小缓冲板板厚，该结构能极大的缓冲连接头10b所承受的冲击力并分散到板平面。
122.区别于传统水面漂浮式光伏结构，海上漂浮式光伏平台所处环境恶劣，受到更大的风浪载荷作用，传统铰接结构不具备缓冲功能，海上漂浮式光伏平台容易发生较大的相对运动从而造成模块之间的相互碰撞。
123.如图7所示，所述球部8与所述球壳部9组成的球铰限制漂浮式光伏平台之间的移动，但不限制转动，形成柔性连接，避免传统刚性连接导致连接处应力集中而发生断裂破坏等现象，同时漂浮式光伏平台可以顺应波浪运动，减少被风浪破坏的可能。所述球部8与所述球壳部9发生相互转动时，弧形弹簧10可以起到第一道缓冲作用，所述缓冲板9c起第二道缓冲作用，避免恶劣海况下光伏平台发生剧烈相对运动。
124.在海浪作用下，当平台发生相对转动时，由于球铰结构是对称的，同一水平面上的运动点的运动轨迹为与球铰同圆心的圆弧，所以弧形弹簧会沿弹簧杆10a的弧形轨道伸缩。以图7为例，平台发生相对转动，球铰上部承台相互靠近，上部弧形弹簧10沿弹簧杆压缩，球铰下部承台相互远离，下部弧形弹簧10沿弹簧杆拉伸，上部弧形弹簧10复原的恢复力驱动上部承台分别向外摆回竖向状态，下部弧形弹簧10复原的恢复力驱动下部结构向内摆回竖直状态。另外，由于弧形弹簧10的存在，球铰承台之间的最短距离即弧形弹簧10的最小弹簧杆10a的长度，即光伏平台之间始终保持一定距离，不会发生直接的碰撞。
125.如图1所示，所述漂浮式光伏系统可以通过球铰10模块化拼接不同数量，满足不同装机容量需求。
126.如图2所示，本发明提出的半潜式模块化漂浮式光伏平台区别于传统单个浮体+支架+组件的漂浮式光伏结构，大大减少组件连接施工作业难度及复杂度，通过几个模块即可达到目标容量光伏平台，可在岸上预制装配完成，且安装方便，后期运维简易。
127.所述漂浮式光伏系统的系泊方式可采用悬链线式系泊方式，以28-32m工作水深，4个模块组成的漂浮式光伏系统为例，设计四根系泊缆11布置于系统四个角点的垂荡板2上，通过导缆孔12连接。
128.所述系泊缆11采用多段组合式设计，分别为3段长度1m的32mm有档锚链的起链11a，长度20m的44mm尼龙绳11b，长度25m的24mm无档锚链11c，长度10m的32mm有档锚链的躺底链11d。所述多段组合式设计的系泊缆11的优势在于：3段组合式起链相比传统锚链可分散导缆孔12处的张力，同时减小起链尺寸，节约成本。组合式起链还能减小平台横摇及纵摇，提高平台稳性，降低浮式平台在海上风浪中的运动响应。同时，在满足系统系泊要求的前提下，中间段采用尼龙绳11b以及无档锚链11c，降低系泊缆11成本的同时，减轻系泊缆11
整体重量，从而降低导缆孔12处瞬时张力；起链11a与躺底链11d采用强度大、变形小的有档锚链，起链11a强度要求满足的同时，增加躺底链11d的耐磨性能，提高系泊系统的可靠性。
129.所述导缆孔12为圆弧形钢环，焊接于垂荡板2上，所述导缆孔12具有滑槽12a及滚筒12b，所述滚筒12b上的滚轮12c在滑槽12a内运动。所述系泊缆11穿过滚筒12b与导缆孔12连接为一体，所述导缆孔12的优势在于：与传统导缆孔相比，通过滚筒12b的设计降低锚链对导缆孔的摩擦与损耗，即使滚筒12b破损，还有导缆孔12可以工作，双重保障下增加导缆孔12可靠性的同时，可提高系泊缆11的使用寿命，从而降低生产成本。
130.如图9所示，所述第一浮运船13与第二浮运船14均为凹字型船体，所述第一浮运船13长42m，宽24m，高3m，中间凹陷1.5m，所述第二浮运船14长52m，宽18m，高3m，中间凹陷1.5m。所述第一浮运船13与第二浮运船14内部均可设置多个分舱，从而控制船体吃水深度。所述第一浮运船13与第二浮运船14均安装有机械手臂15，所述机械手臂为钢性手臂，通过浮运船上的液压装置控制，可前后左右移动。所述浮运船可辅助漂浮式光伏系统在海上运输。
131.本发明还提供了一种海上漂浮式光伏系统的浮运安装方法，具体为：
132.s1.如图2所示，一种海上漂浮式光伏系统平台可在岸上预制装配，通过船坞入水，进行模块运输；
133.s2.如图10所示，第一浮运船13与第二浮运船14合体下水，吃水深度1.5m，等待运输；
134.s3.如图11所示，第一浮运船13与第二浮运船14上的机械手臂15卡与浮筒1上的第二卡环1b下方，浮筒1吃水深度5m，漂浮式光伏系统模块装配完成；
135.s4.如图12所示，第一浮运船13通过小型船舶及常规拖轮拖带即可实现海上浮运，组成漂浮式光伏系统的各光伏漂浮装置在浮运船的辅助下在海上运输。所述浮运方法优势在于：浮运船辅助漂浮式光伏平台浮运，增大浮运水线面积，提高整体浮运稳性，避免漂浮式光伏平台单独浮运发生倾覆；机械手臂15抱死漂浮式光伏平台各浮筒1，连接浮运船与平台的同时，进一步提高浮运稳性，避免漂浮式光伏平台浮运过程发生剧烈摇晃；另外，区别于干拖运输方式，该浮运方法避免大型船舶及吊装设备的使用，大大减小海上作业难度，降低作业成本；
136.s5.如图13所示，光伏漂浮装置浮运至安装地点后，对各浮筒1分别注气上浮，机械手臂15卡于第一卡环1a下方，光伏平台垂荡板2升于水面上方；
137.s6.如图14所示，依次将4个光伏漂浮装置运输至安装场地后，进行光伏漂浮装置间的球和球壳部的铰接安装、连接头和承台的安装，形成漂浮式光伏系统；
138.s7.如图1所示，由于光伏平台垂荡板2升于水面上方，通过工作船即可实现系泊工作及系泊缆张力预施加等操作，减少水下作业，减小施工难度及施工成本；
139.s8.漂浮式光伏系统安装就位后，如图15所示，通过液压控制收回机械手臂15，对第一浮运船13注水下沉2m并完成第一浮运船13离场，依次完成第二浮运船14离场，施工完毕。
140.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或
位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
141.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
142.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
143.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
144.在本发明中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“至少一个”是指一个或一个以上；“a和b中的至少一个”，类似于“a和/或b”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和b中的至少一个，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。
145.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
146.以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。

技术特征：
1.一种引导限位装置，其特征在于，包括弹簧杆(10a)、弹簧和连接头(10b)；弹簧杆(10a)包括若干弯曲的套管，套管根据直径递减趋势排列和连接使弹簧杆(10a)具有伸缩度且整体呈弧形，弹簧杆(10a)所呈弧是球部(8)的同心弧，弹簧杆(10a)的第一端连接在第一光伏漂浮装置的第一承台上；弹簧是弧形状的弹簧，弹簧环绕所形成的内部是弧形状的容置空间，弹簧杆(10a)适配容置空间的形状而限位在容置空间中，弹簧的第一端设置为与第一光伏漂浮装置的第一承台连接；连接头(10b)设置在弹簧杆(10a)的第二端，并设置为与弹簧的第二端连接，连接头(10b)限位在第二光伏漂浮装置的第二承台的容置空间中；其中，在第一光伏漂浮装置的第一承台与第二光伏漂浮装置的第二承台间的相对距离增加，设置在第一光伏漂浮装置的第一承台与第二光伏漂浮装置的第二承台间的弹簧杆(10a)和弹簧被拉伸；在第一光伏漂浮装置的第一承台与第二光伏漂浮装置的第二承台间的相对距离减小，设置在第一光伏漂浮装置的第一承台与第二光伏漂浮装置的第二承台间的弹簧杆(10a)和弹簧被压缩。2.根据权利要求1引导限位装置，其特征在于，第二光伏漂浮装置的第二承台上设置有弧形的旋转门(9b)，旋转门(9b)配置为在连接头(10b)由旋转门(9b)通过而进入第二光伏漂浮装置的第二承台的容置空间中而关闭，使得连接头(10b)能够在第二承台的容置空间中沿弧形的旋转门(9b)所形成的轨迹而移动。3.根据权利要求1引导限位装置，其特征在于，弹簧杆(10a)包括若干个，各弹簧杆(10a)的第一端连接在第一光伏漂浮装置的第一承台上的不同高度位置，且分布设置在球部(8)的上、下两侧，各弹簧杆(10a)所呈弧是球部(8)的同心弧，各弹簧杆(10a)装配弹簧，连接头(10b)设置在各弹簧杆(10a)的第二端。4.根据权利要求1引导限位装置，其特征在于，第二光伏漂浮装置的第二承台上设置有若干与若干弹簧杆(10a)上设置的连接头(10b)对应的弧形的旋转门(9b)。5.一种权利要求1-4中任一项所述引导限位装置在海上漂浮式光伏系统中的应用。6.一种权利要求5中所述海上漂浮式光伏系统在光伏漂浮装置中的应用。7.一种利用浮运系统运输权利要求5中所述光伏漂浮装置的应用。

技术总结
本分案申请公开了一种引导限位装置及应用，属于漂浮式光伏发电领域，为了解决承台间可能发生碰撞或者会因为恶劣海况极大影响光伏漂浮装置的稳定性的问题，要点是包括弹簧杆、弹簧和连接头，各弹簧杆的第一端连接在第一光伏漂浮装置的第一承台上的不同高度位置，且分布设置在球部的上、下两侧，各弹簧杆所呈弧是球部的同心弧，各弹簧杆装配弹簧，连接头设置在各弹簧杆的第二端，效果是可以在一定程度缓冲承台间发生剧烈的相对运动。特别是在弹簧被压缩在无法压缩的情况下，使得承台间的距离再难以减小，从而承台间相对距离能够维持在最低安全范围内，避免不同光伏漂浮装置的承台发生碰撞。发生碰撞。发生碰撞。


技术研发人员：施伟 严超君 韩旭 陈军锋 王文华 李昕 赵海盛
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2022.07.28
技术公布日：2023/8/4