一种海洋工程用浮体结构物

技术领域

本发明属于海洋工程技术领域，具体为一种海洋工程用浮体结构物。

背景技术

浮体结构物是海洋工程用于海洋探索、检测和导航，甚至于未来的海上风能发电站主要承载平台，浮体结构物的主要作用是由自身提供强大浮力，从而令其承载设备可以漂浮在水面上，完成例如勘测和导航等功能，其自身也具备可以根据海洋浪潮发电的机组设备，为自身的各个模块提供电力。

海洋中环境复杂，时常会有极端环境出现，例如大风大浪会将浮体结构物倾覆，而倾覆的浮体结构物如果不能及时将其翻转矫正，那么可能会导致其受损和为将来的检修带来困难，进而造成损失，经本司研发人员探索，现提供一种新的，可适用于海上浮体结构物和未来海上大型浮力平台的倾覆自动翻转和矫正方案，且针对海上情况复杂，考虑到有可能由于恶劣环境致使海上浮体结构物内部传感器等部件失灵的极端情况，本发明提供方案最大程度避免使用传感器等敏感电子设备，通过机械结构来提升机构运行时的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海洋工程用浮体结构物，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种海洋工程用浮体结构物，包括设备箱、浮桶和安装架，所述浮桶通过安装架与设备箱固定安装，所述浮桶共设置有八个且两两为一组共分为四组，位于所述设备箱右侧的两组浮桶编号为三号和四号，所述设备箱的内腔中设置有压缩气罐、气流分导装置和偏转开关，所述偏转开关为压缩气罐打开开关，所述气流分导装置与压缩气罐固定连通并通过压缩气罐给气，所述气流分导装置的输出端穿出设备箱延伸至外部并与一号和二号两组浮桶的内部连通，所述一号和二号两组浮桶的顶部和底部均固定安装有两个压力阀。

优选的，所述气流分导装置包括分流气腔、一号导气孔和二号导气孔，所述一号导气孔和二号导气孔于分流气腔的两侧平面均有开设，所述分流气腔的内部活动安装有重力垂块，两侧所述一号导气孔均固定连通有一号导气管，两侧所述二号导气孔均固定连通有二号导气管，所述一号导气管的外端与二号浮桶的内腔连通，所述二号导气管的外端与一号浮桶的内腔连通，所述分流气腔本体的内腔通过以输入管道与压缩气罐的输出端连通，重力垂块始终保持向下，可以将它类比为摆钟的摆块，无外力时始终垂向下方，但是分流气腔本体是随着浮体结构物可偏转的，分流气腔的偏转致使二号导气孔与重力垂块之间的位置关系发生变化。

优选的，所述压力阀包括阀体，所述阀体的顶部设置有通流板，所述阀体的内腔中设置有导柱、挡板和一号弹簧，所述导柱固定安装于阀体的内腔中部且挡板和一号弹簧均活动套接于导柱的表面，所述阀体的外表面开设有三条条状通槽，所述阀体固定安装于一号和二号浮桶的顶部和底部。

优选的，所述偏转开关包括外壳，所述外壳的内腔中开设有一个斗状内腔和两个柱形油腔，两所述油腔分别位于外壳的中部和边侧且两油腔之间设置有导油道连通通道，所述铅球的斗状内腔中设置有铅球，所述外壳的中部油腔中活动套接有顶针，所述外壳的边侧油腔中设置有二号弹簧、边侧活塞和圆环支架，所述边侧活塞活动套接于边侧油腔的内部且其面朝圆环支架的一侧在初始状态下与圆环支架接触，所述二号弹簧作为弹性部件顶住边侧活塞，所述外壳的外部固定安装有开关按钮，当铅球压在顶针的活塞上方时，顶针会脱离受到压力下行，并压住液压油从导油道流到边侧油腔中，液压油顶住边侧活塞克服二号弹簧弹力上行，但是由于导油道的孔径有限，致使此处液压油在单位时间内流量小，不能快速流通，于是顶针呈现缓慢推进的形式，如果铅球此过程中一致保持在顶针的顶部，那么其便会一直推动顶针下行直至顶杆触碰开关按钮，如果因为偏转开关的偏转程度未能达到图10所示，那么铅球与顶针之间的接触可能是短暂的，且其重力不能完全施加的顶针上，无法克服二号弹簧弹力，于是顶针便不能保持持续推进，也就不能打开触动开关按钮。

优选的，所述重力垂块由两块类似三角板和一块弧形板组合而成，所述重力垂块可围绕分流气腔的内腔中部相对转动且在转动过程中其三角板板面可将一号导气孔或者二号导气孔的内部开口遮挡住，所述重力垂块由于重力其弧形板部分始终朝向正下方，重力垂块的作用就是对二号导气孔进行选择性打开或者截止，如图5所示，该状态是当一号浮桶和二号浮桶均潜入水中时且浮体结构物整体呈直立姿态时，重力垂块将二号导气孔截止的姿态，也就是说，当浮体结构物在正常和倾覆后仍位于水面的情况下，重力垂块对二号导气孔不构成截止，但是一旦浮桶旋转至图10的直立状态时，重力垂块便会将二号导气孔堵住，当浮体结构物慢慢旋转，致使二号导气孔最终与重力垂块脱离，便会令二号导气孔导通。

优选的，所述压力阀在该浮体结构物未倾覆情况下其通流板的开口朝向正上方，所述挡板的直径小于阀体的内径，所述通流板的表面开设有四个弧形通槽，所述挡板贴合于通流板的内表面时可将弧形通槽堵住，从通流板通槽处对挡板施加水压和气压都会使一号弹簧压缩，挡板脱离与通流板的贴合，从而打开。

优选的，所述压力阀安装于浮桶的顶部时其阀体上设有条状通槽的表面部分嵌入到浮桶的内腔中而通流板位于浮桶的外部，所述压力阀安装于浮桶的底部时其阀体上设置有条状通槽的表面部分位于浮桶的外部而通流板嵌入到浮桶的内腔中，因为压力阀整体相当于一个单向阀结构，通过图8和图9 显然可以得出，流体或者气体的流通方向为从通流板处通过弧形通槽给予挡板压力，从而压缩一号弹簧，流体从通流板进入并通过条状通槽流出，反向则会截止，无法流通，于是浮体结构物在未倾覆的自然状态下，压力阀的条状通槽部分位于水中，导致此处截止，水不能进入到通过压力阀进入浮桶的内腔中，但是当浮体结构物倾覆时，压力阀的通流板部分朝下，由于水压导致挡板处打开，水流通过压力阀进入到浮桶的内腔中直至注满，本浮体结构物由于只在一号和二号浮桶上设置了压力阀于是，一号和二号浮桶最终都会因为注满水无法提供浮力，且由于设备箱本身基本不提供浮力，于是整个浮体结构物的状态便如图10所示，一号和二号浮桶潜入水中，便为直立姿态。

优选的，所述顶针分为顶杆和活塞两部分，所述开关按钮与外壳中部油腔对齐且顶针的顶杆部分可以穿过外壳直达外部按压开关按钮，所述圆环支架的侧面开设通槽且通槽对准导油道供液压油通过，圆环支架的主要作用是对边侧活塞限位，避免边侧活塞受到二号弹簧的弹力而行至边侧油腔的底部，致使导油道被堵住无法进油，正常状态下，即顶针的活塞部分受到液压油顶起至最高处时，顶针的顶杆底端也会与外壳与外部连通的柱形通道套接，堵住通道避免液压油外泄，当顶针受到压力缓缓向中部油腔内侧推进时，其顶杆部分最终会穿出外壳并顶住开关按钮，从而打开压缩气罐的开关。

优选的，所述外壳的斗状内腔包含有两个斜面且其中一个斜面在靠近中部油腔的端部设置有块状突出，定义不含块状突出的斜坡为一号斜坡，含有块状突出的斜坡为二号斜坡，所述铅球在浮体结构物未倾覆的自然状态下其位于一号斜坡的底部或者坡面，且铅球在浮体结构物倾覆状态下位于二号斜坡的底部或者坡面，如图3所示，该图为偏转开关在浮体结构物位倾覆时的坡面姿态，铅球位于一号斜坡的底部，斜坡的作用是避免小球在偏转开关中由于浮体结构物随着海面波动滚到顶针处与其接触，斜坡可以保持小球在正常波动中位于斜坡的底部或者坡面的下半部分，当外部极端环境出现，致使浮体结构物倾覆，此时二号斜坡便位于一号斜坡的下方，致使小球来到浮体结构物二号斜坡的底部或者坡面下方，在二号斜坡的端部设置块状突出的目的是，防止在浮体结构物整体发生旋转时，且在坡面上未达到指定坡度便会滚到顶针处，块状突出可以在坡度较小时，将铅球挡住，当外部浮体结构物旋转至图10状态时，偏转开关的状态也如图所示，铅球会由于斜坡的坡度较大而越过块状突出到达顶针的活塞顶部并给予顶针向下压力。

优选的，位于所述设备箱左侧的两组浮桶编号为一号和二号，一号和二号所述浮桶所提供的总浮力足以令整个浮体结构物漂浮或者悬浮在水中，当三号和四号浮桶沉入水中后，一号和二号浮桶仍然可以保证浮体结构物呈漂浮或者悬浮状态。

本发明的有益效果如下：

1、本发明通过在一号和二号浮桶上添加压力阀，令其在倾覆之后可以自行潜入水中，令整个浮体结构物形成直立姿态，利用一号浮桶充满水后自动和二号浮桶的位置条件，先为二号浮桶注气，令浮体结构物发生朝向二号浮桶方向的偏转，待到偏转方向的趋势已经不可逆转，再为一号浮桶主体，增加浮力，最终令整个浮体结构物重新翻转矫正，保持正确姿态。

2、本发明通过偏转开关内部斗状内腔中的铅球为顶针提供向下压力，且偏转开关的中部油腔和边侧油腔之间通过导油道连通，通过导油道的孔径限制液压油在两油腔之间的流速，从而令顶针缓慢下行开关按钮，该缓慢下行过程是为了判定铅球与顶针之间是动态接触还是稳定接触，如果是是动态接触，那么铅球无法稳定推动顶针触发开关按钮，如果浮体结构物达到稳定的直立状态，则铅球会稳定推动顶针触发开关按钮，该结构适用于海上晃动影响情况下，判定浮体结构物偏转是否符合要求，从而触发，结构功能稳定，不受电子设备故障影响仍可判定，提高性能稳定性。

3、本发明通过分流气腔随着浮体结构物的姿态而发生偏转，重力垂块受到重力影响始终朝下，而分流气腔的偏转会带动二号导气孔与重力垂块的位置关系发生改变，从而令二号导气孔实现导通过或者截止，当浮体结构物偏转到移动趋势不可逆时，二号导气孔与重力垂块之间可脱离接触，实现导通，此时再通过二号导气孔向一号浮桶进气，这一设计确保了浮体结构物的偏转矫正方向保持正确，避免了转向错误。

附图说明

图1为本发明整体外观示意图；

图2为本发明设备箱内部部分结构示意图；

图3为本发明偏转开关的剖视图；

图4为本发明气流分导装置结构示意图；

图5为本发明分流气腔的内部结构示意图；

图6为本发明分流气腔的内部结构部分剖视图；

图7为本发明浮桶和安装架的结构分解示意图；

图8为本发明压力阀的外观示意图；

图9为本发明压力阀的内部剖视图；

图10为本发明浮体结构物偏转示意图。

图中：1、设备箱；2、浮桶；3、安装架；4、压缩气罐；5、气流分导装置；501、分流气腔；502、一号导气孔；503、二号导气孔；504、重力垂块； 505、一号导气管；506、二号导气管；6、压力阀；601、阀体；602、通流板；603、导柱；604、挡板；605、一号弹簧；606、条状通槽；7、偏转开关；701、外壳；702、铅球；703、顶针；704、二号弹簧；705、边侧活塞；706、圆环支架；707、导油道；708、开关按钮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图10所示，本发明实施例中，一种海洋工程用浮体结构物，包括设备箱1、浮桶2和安装架3，浮桶2通过安装架3与设备箱1固定安装，浮桶2共设置有八个且两两为一组共分为四组，位于设备箱1右侧的两组浮桶2编号为三号和四号，设备箱1的内腔中设置有压缩气罐4、气流分导装置 5和偏转开关7，偏转开关7为压缩气罐4打开开关，气流分导装置5与压缩气罐4固定连通并通过压缩气罐4给气，气流分导装置5的输出端穿出设备箱1延伸至外部并与一号和二号两组浮桶2的内部连通，一号和二号两组浮桶2的顶部和底部均固定安装有两个压力阀6。

其中，气流分导装置5包括分流气腔501、一号导气孔502和二号导气孔 503，一号导气孔502和二号导气孔503于分流气腔501的两侧平面均有开设，分流气腔501的内部活动安装有重力垂块504，两侧一号导气孔502均固定连通有一号导气管505，两侧二号导气孔503均固定连通有二号导气管506，一号导气管505的外端与二号浮桶2的内腔连通，二号导气管506的外端与一号浮桶2的内腔连通，分流气腔501本体的内腔通过以输入管道与压缩气罐4 的输出端连通，重力垂块504始终保持向下，可以将它类比为摆钟的摆块，无外力时始终垂向下方，但是分流气腔501本体是随着浮体结构物可偏转的，分流气腔501的偏转致使二号导气孔503与重力垂块504之间的位置关系发生变化。

其中，压力阀6包括阀体601，阀体601的顶部设置有通流板602，阀体 601的内腔中设置有导柱603、挡板604和一号弹簧605，导柱603固定安装于阀体601的内腔中部且挡板604和一号弹簧605均活动套接于导柱603的表面，阀体601的外表面开设有三条条状通槽606，阀体601固定安装于一号和二号浮桶2的顶部和底部。

其中，偏转开关7包括外壳701，外壳701的内腔中开设有一个斗状内腔和两个柱形油腔，两油腔分别位于外壳701的中部和边侧且两油腔之间设置有导油道707连通通道，铅球702的斗状内腔中设置有铅球702，外壳701的中部油腔中活动套接有顶针703，外壳701的边侧油腔中设置有二号弹簧704、边侧活塞705和圆环支架706，边侧活塞705活动套接于边侧油腔的内部且其面朝圆环支架706的一侧在初始状态下与圆环支架706接触，二号弹簧704 作为弹性部件顶住边侧活塞705，外壳701的外部固定安装有开关按钮708，当铅球702压在顶针703的活塞上方时，顶针703会脱离受到压力下行，并压住液压油从导油道707流到边侧油腔中，液压油顶住边侧活塞705克服二号弹簧704弹力上行，但是由于导油道707的孔径有限，致使此处液压油在单位时间内流量小，不能快速流通，于是顶针703呈现缓慢推进的形式，如果铅球702此过程中一致保持在顶针703的顶部，那么其便会一直推动顶针 703下行直至顶杆触碰开关按钮708，如果因为偏转开关7的偏转程度未能达到图10所示，那么铅球702与顶针703之间的接触可能是短暂的，且其重力不能完全施加的顶针703上，无法克服二号弹簧704弹力，于是顶针703便不能保持持续推进，也就不能打开触动开关按钮708。

其中，重力垂块504由两块类似三角板和一块弧形板组合而成，重力垂块504可围绕分流气腔501的内腔中部相对转动且在转动过程中其三角板板面可将一号导气孔502或者二号导气孔503的内部开口遮挡住，重力垂块504 由于重力其弧形板部分始终朝向正下方，重力垂块504的作用就是对二号导气孔503进行选择性打开或者截止，如图5所示，该状态是当一号浮桶和二号浮桶均潜入水中时且浮体结构物整体呈直立姿态时，重力垂块504将二号导气孔503截止的姿态，也就是说，当浮体结构物在正常和倾覆后仍位于水面的情况下，重力垂块504对二号导气孔503不构成截止，但是一旦浮桶旋转至图10的直立状态时，重力垂块504便会将二号导气孔503堵住，当浮体结构物慢慢旋转，致使二号导气孔503最终与重力垂块504脱离，便会令二号导气孔503导通。

其中，压力阀6在该浮体结构物未倾覆情况下其通流板602的开口朝向正上方，挡板604的直径小于阀体601的内径，通流板602的表面开设有四个弧形通槽，挡板604贴合于通流板602的内表面时可将弧形通槽堵住，从通流板602通槽处对挡板604施加水压和气压都会使一号弹簧605压缩，挡板604脱离与通流板602的贴合，从而打开。

其中，压力阀6安装于浮桶2的顶部时其阀体601上设有条状通槽606 的表面部分嵌入到浮桶2的内腔中而通流板602位于浮桶2的外部，压力阀6 安装于浮桶2的底部时其阀体601上设置有条状通槽606的表面部分位于浮桶2的外部而通流板602嵌入到浮桶2的内腔中，因为压力阀6整体相当于一个单向阀结构，通过图8和图9显然可以得出，流体或者气体的流通方向为从通流板602处通过弧形通槽给予挡板604压力，从而压缩一号弹簧605，流体从通流板602进入并通过条状通槽606流出，反向则会截止，无法流通，于是浮体结构物在未倾覆的自然状态下，压力阀6的条状通槽606部分位于水中，导致此处截止，水不能进入到通过压力阀6进入浮桶2的内腔中，但是当浮体结构物倾覆时，压力阀6的通流板602部分朝下，由于水压导致挡板604处打开，水流通过压力阀6进入到浮桶2的内腔中直至注满，本浮体结构物由于只在一号和二号浮桶2上设置了压力阀6于是，一号和二号浮桶2 最终都会因为注满水无法提供浮力，且由于设备箱1本身基本不提供浮力，于是整个浮体结构物的状态便如图10所示，一号和二号浮桶2潜入水中，便为直立姿态。

其中，顶针703分为顶杆和活塞两部分，开关按钮708与外壳701中部油腔对齐且顶针703的顶杆部分可以穿过外壳701直达外部按压开关按钮 708，圆环支架706的侧面开设通槽且通槽对准导油道707供液压油通过，圆环支架706的主要作用是对边侧活塞705限位，避免边侧活塞705受到二号弹簧704的弹力而行至边侧油腔的底部，致使导油道707被堵住无法进油，正常状态下，即顶针703的活塞部分受到液压油顶起至最高处时，顶针703 的顶杆底端也会与外壳701与外部连通的柱形通道套接，堵住通道避免液压油外泄，当顶针703受到压力缓缓向中部油腔内侧推进时，其顶杆部分最终会穿出外壳701并顶住开关按钮708，从而打开压缩气罐4的开关。

其中，外壳701的斗状内腔包含有两个斜面且其中一个斜面在靠近中部油腔的端部设置有块状突出，定义不含块状突出的斜坡为一号斜坡，含有块状突出的斜坡为二号斜坡，铅球702在浮体结构物未倾覆的自然状态下其位于一号斜坡的底部或者坡面，且铅球702在浮体结构物倾覆状态下位于二号斜坡的底部或者坡面，如图3所示，该图为偏转开关7在浮体结构物位倾覆时的坡面姿态，铅球702位于一号斜坡的底部，斜坡的作用是避免小球在偏转开关7中由于浮体结构物随着海面波动滚到顶针703处与其接触，斜坡可以保持小球在正常波动中位于斜坡的底部或者坡面的下半部分，当外部极端环境出现，致使浮体结构物倾覆，此时二号斜坡便位于一号斜坡的下方，致使小球来到浮体结构物二号斜坡的底部或者坡面下方，在二号斜坡的端部设置块状突出的目的是，防止在浮体结构物整体发生旋转时，且在坡面上未达到指定坡度便会滚到顶针703处，块状突出可以在坡度较小时，将铅球702 挡住，当外部浮体结构物旋转至图10状态时，偏转开关7的状态也如图所示，铅球702会由于斜坡的坡度较大而越过块状突出到达顶针703的活塞顶部并给予顶针703向下压力。

其中，位于设备箱1左侧的两组浮桶2编号为一号和二号，一号和二号浮桶2所提供的总浮力足以令整个浮体结构物漂浮或者悬浮在水中，当三号和四号浮桶2沉入水中后，一号和二号浮桶仍然可以保证浮体结构物呈漂浮或者悬浮状态。

工作原理及使用流程：

当浮体结构物在极端环境下发生倾覆，于是在第一阶段中，海水此时会经过压力阀6灌入到一号和二号浮桶2中，当一号和二号浮桶2灌满时，由于其无法提供浮力和受到设备箱1重力的缘故，其会潜入到水中呈现图10的直立姿态；

此时，进入到第二阶段，均是受到重力影响，重力垂块504将二号导气孔503截止，同时铅球702压住顶针703缓缓下行最终触发开关按钮708，于是压缩气罐4的定时电磁阀被打开，压缩气罐4的压缩气体进入到分流气腔 501中，但是由于此时，只有一号导气孔502为导通状态，致使气流会顺着一号导气管505首先进入到二号浮桶2中，气压会将浮桶2中的水通过压力阀6 重新压出去，如图10所示，由于二号浮桶的位置和一号浮桶注满水后本身的自重原因，当二号浮桶2中气体达到一定程度开始具备浮力，整个浮体结构物开始逆时针偏转，本阶段的主要目的是为了让浮体结构物整体的旋转方向为逆时针；

此时进入第三阶段，在发生偏转的同时，分流气腔501也在逐渐发生偏转，于是二号导气孔503最终可脱离重力垂块504的截止状态，该状态发生时，浮体结构物整体逆时针旋转的趋势已经不可改变，于是向一号浮桶2中进气，将一号浮桶2中水压出去，增加浮力，最终令整个浮体结构物摆正。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。