一种漂浮式海上光伏板用浮箱的制作方法

1.本实用新型属于海上光伏发电新能源相关技术领域，更具体地，涉及一种漂浮式海上光伏板用浮箱。

背景技术：

2.海上光伏发电作为一种新的能源利用方式和资源开发模式，是将“光伏发电站”从陆地搬到了海上，在海洋上利用光伏技术建立起发电站，具有发电量高、土地占用少、易与其它产业相结合等特点。漂浮式光伏电站是指借助浮体材料与锚固系统使光伏组件、逆变器等发电设备漂浮在海洋上进行发电，主要分为浮管式和浮箱式两大类。
3.专利检索发现，现有技术中提出的海上光伏浮箱平台通常由大型钢管密封焊接组成浮箱，并构成矩形框架，然后在其上张拉钢绞线安装光伏板。例如，cn114872845a公开了一种适用于海上环境的浮式光伏平台，cn206218154u公开了一种用于水电漂浮光伏电站的浮箱，等等。
4.然而，进一步的研究表明，上述现有技术仍然存在以下的缺陷或不足：首先，这类浮箱需要采用横梁、圆钢管、预埋钢件、联接栓等元件才能将独立的各个浮箱组合成光伏平台，在恶劣工况下往往存在着结构复杂、操作不便和效率低下等问题；其次，这类浮箱对结构设计及材料选型研究较少，在抵抗风浪冲击、维持良好的浮力支撑方面尚存在较大的改进空间。

技术实现要素：

5.针对现有技术的以上缺陷或需求，本实用新型的目的在于提供一种漂浮式海上光伏板用浮箱，其中通过对整个装置的构造组成及材料选型重新进行设计，同时围绕其相互连接方式进行针对性改进，相应能够以结构紧凑、便于加工的方式获得结构更为稳定可靠的整体式浮箱，同时确保提供良好的抗风浪能力并有效降低材料成本；此外，其柔性弹簧的连接方式可以进一步有效防止海浪引起的相互撞击，同时有助于为固定光伏板提供一个稳定的支撑结构，因而尤其适用于各类恶劣工况的海上光伏发电应用场合。
6.为实现上述目的，按照本实用新型，提供了一种漂浮式海上光伏板用浮箱，其特征在于：
7.该浮箱由多个浮箱单元彼此首尾相连地组装成正六边形的框架结构，然后在框架内部布置光伏板，由此形成一个独立的海上光伏发电单元；
8.对于各个浮箱单元而言，其包括薄壳结构、发泡内胆和桁架结构，其中该薄壳结构由混凝土浇筑成型，并且它的横断面呈近似椭圆形的封闭管状，其顶部为平面；该发泡内胆具备大量的密闭空隙，并在混凝土浇筑时填充在所述薄壳结构的内部；该桁架结构设置在所述薄壳结构的顶部平面上，并用于将首尾相连的多个浮箱单元彼此刚性连接。
9.进一步优选地，所述薄壳结构优选由超高性能纤维混凝土直接浇筑成型。
10.进一步优选地，所述薄壳结构从其椭圆形短轴切点开始向下壁厚向内逐渐增厚，
至其椭圆形长轴切点最低点时壁厚达到最大值。
11.进一步优选地，所述薄壳结构优选还配备有钢丝笼，该钢丝笼由钢丝网构成，并包括加强龙骨、肋条和位于两侧的连接环。
12.进一步优选地，所述各个浮箱单元之间、所述桁架结构与所述薄壳结构之间均采用柔性弹簧连接，该柔性弹簧用于实现xyz三轴方向的抗拉伸和抗压阻尼。
13.进一步优选地，所述薄壳结构的浇筑成型方式如下：采用带弧形的两个楔形橡胶块分别作为活动上模，用于形成上部弧形；采用呈劣弧形状的小半圆模具作为固定下模，用于形成下部弧形且方便脱模；此外，采用所述发泡内胆替代作为内模。
14.进一步优选地，所述发泡内胆由以下任意一种材料制成：聚氨酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、酚醛树脂、具备密闭孔隙的发泡混凝土，或者是由玻璃钢粉末与高分子树脂混合并导入空气所形成的轻质玻璃钢材料。
15.进一步优选地，所述发泡内胆由模塑聚苯乙烯泡沫塑料制成，并且其密度小于等于0.4g/cm3。
16.进一步优选地，所述发泡内胆的外表面呈蜂巢状结构；相应地，所述薄壳结构在混凝土浇筑时形成对应形状的蜂巢状凸起，由此进一步增强整体刚度。
17.进一步优选地，所述发泡内胆沿其长度方向设置有环状楔形槽，相应地，所述薄壳结构在混凝土浇筑时形成对应形状的环状凸起，由此进一步增强整体刚度。
18.进一步优选地，所述桁架结构为轻型钢筋桁架的形式，并且该钢筋桁架对向张拉钢绞线用于固定光伏板。
19.进一步优选地，上述呈正六边形框架结构的浮箱以六个一组的方式彼此相邻地组装在一起，由此共同形成一种蜂巢状构造。
20.进一步优选地，上述浮箱优选在海边现场浇筑而成，并在浇筑完成后直接漂浮入水。
21.总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下技术优点：
22.(1)本实用新型对整个装置的构造组成及空间布局重新进行了设计，其中通过将多个浮箱单元组成正六边形框架，并在浮箱上部架设钢筋桁架于节点处形成刚性连接，同时在各个浮箱单元之间设置柔性弹性实现柔性连接，这种正六边形框架结构及其连接形式不仅可显著节省材料，而且在海浪冲击下仍可很好地抵御海浪冲击；此外，柔性弹簧的连接方式还能够进一步有效缓解海浪引起的浮箱之间、浮箱与桁架之间的撞击和拉扯，防止了浮箱损坏；
23.(2)本实用新型还进一步对浮箱的材料选型作出了针对性改进，由于采用混凝土取代钢管，既降低了材料成本，又可以充分利用混凝土的流动成型特性，就地整体浇筑成型，显著提高了施工效率；尤其是，超高性能纤维混凝土所具备的高抗拉强度特性能够将浮箱壁厚压缩到极限，形成一个基本无应力集中的薄壳蛋状结构；与此相配合地，具备密闭孔隙的各类发泡内胆不仅可为该浮箱提供浮力支撑，在混凝土薄壳长管结构遭到破坏时仍维持浮箱的浮力，而且当本实用新型的整体式浮箱遭受较大的海浪冲击或相邻浮箱的撞击时，可以有效缓冲并吸收撞击能量，提供薄壳长管结构变形恢复的弹性能量；
24.(3)本实用新型还进一步对浮箱的成型方式作出了针对性改进，其中通过采用固
定下模和活动上模，能够以便于操控、灵活方便的方式形成一种横断面呈近似椭圆形的浮箱；通过采用各类发泡内胆作为内模，还进一步方便了薄壳结构的浇筑成型操作。此外，通过将薄壳结构的壁厚从椭圆短轴切点开始向下壁厚向内渐变增厚，至椭圆长轴切点最低点时壁厚达到最厚，并在其中配置钢筋龙骨，能够确保将椭圆形横断面的重心向下调整，增加浮箱的抗倾覆稳定性；
25.(4)本实用新型通过在薄壳结构上部设置桁架结构，六个浮箱单元能够进一步形成一种蜂巢状构造，有效节省材料用量并大幅提高光伏板支撑结构的整体刚度；此外，这种浮箱适于在海边现场浇筑并安装光伏板，然后整体漂浮拖曳到光伏电站海域固定，因而显著提高了操控便利性和环境适应性。
附图说明
26.图1是按照本实用新型所设计的漂浮式海上光伏板用浮箱的整体结构布置示意图；
27.图2是按照本实用新型的一个优选实施例，用于更具体地显示浮箱单元的立体结构示意图；
28.图3是按照本实用新型的一个优选实施例，用于更具体地显示在浮箱单元内部设置钢丝笼的立体结构示意图；
29.图4a是按照本实用新型的一个优选实施例，用于更具体地显示浮箱单元的横断面示意图；
30.图4b是按照本实用新型的一个优选实施例，用于更具体地显示浮箱单元的开孔隔板示意图；
31.图5是按照本实用新型的一个优选实施例，用于更具体地显示采用柔性弹簧连接浮箱单元的示意图；
32.图6是按照本实用新型的一个优选实施例，用于更具体地显示桁架结构的示意图；
33.图7是按照本实用新型的一个优选实施例，用于更具体地显示桁架结构布置成六边形的示意图。
34.在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同或相似的元件或结构，其中：
35.1-光伏板，2-浮箱单元，3-节点连接处，4-桁架结构，21-连接环，22-龙骨，23-肋条，31-柔性弹簧，41-上弦钢筋，42-下弦钢筋，43-加强斜拉杆，44-腹杆钢筋。
具体实施方式
36.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
37.图1是按照本实用新型所设计的漂浮式海上光伏板用浮箱的整体结构布置示意图，图2是按照本实用新型的一个优选实施例，用于更具体地显示浮箱单元的立体结构示意图。如图1和图2所示，该浮箱由多个浮箱单元2彼此首尾相连地组装成正六边形的框架结
构，然后在框架内部布置光伏板1，由此形成一个独立的海上光伏发电单元。
38.同时如图4a和4b所示，对于各个浮箱单元而言，其包括薄壳结构、发泡内胆和桁架结构4，其中该薄壳结构由混凝土浇筑成型，并且它的横断面呈近似椭圆形的封闭管状，其顶部为平面；该发泡内胆具备大量的密闭空隙，并在混凝土浇筑时填充在所示薄壳结构的内部；该桁架结构设置在所述薄壳结构的顶部平面上，并用于将首尾相连的多个浮箱单元彼此刚性连接。
39.更具体地，单个浮箱单元的规格譬如为：长9.7m，外体积33.568m3，内体积30.482m3，混凝土体积3.337m3(其中内隔板混凝土体积0.251m3)，混凝土重量8.342t；(混凝土采用uhpc，抗压强度≥80mpa，抗拉强度≥10mpa)；肋条等距分布，间距为500mm。
40.此外，还譬如可以将12个浮箱单元组成柔性连接的正六边形框架，在浮箱上部架设钢筋桁架并在节点处形成刚性连接，将六边形框架结合为一个刚性连接的整体结构。在钢筋桁架上对向张拉钢绞线用于固定光伏板。接着，如图1中所示，上述浮箱以6个一组的方式彼此相邻地组装在一起，由此共同形成一种蜂巢状构造。
41.通过以上构思，本实用新型将多个长筒状结构的浮箱单元组合成大型六边形框架结构，利用混凝土的流动成型特性，就地整体浇筑成型，显著提高了操作效率。更重要的是，这种正六边形框架结构及其连接形式不仅可显著节省材料，而且在海浪冲击下仍可很好地抵御海浪冲击；此外，柔性弹簧的连接方式还能够进一步有效缓解海浪引起的浮箱之间、浮箱与桁架之间的撞击和拉扯，防止了浮箱损坏。
42.按照本实用新型的一个优选实施例，所述薄壳结构优选由超高性能纤维混凝土(uhpc)直接浇筑成型。所述发泡内胆优选由以下任意一种材料制成：聚氨酯(pur)、聚苯乙烯(ps)、聚氯乙烯(pvc)、聚乙烯(pe)、酚醛树脂等；具备大量密闭孔隙的发泡混凝土；或者是由废弃玻璃钢材料，比如风电叶片粉碎后得到的玻璃钢粉末与高分子树脂混合并导入空气所形成的轻质玻璃钢材料。进一步地，所述发泡内胆优选由模塑聚苯乙烯泡沫塑料制成，它的外表面优选呈蜂巢状结构，并且其密度小于等于0.4g/cm3。
43.通过以上设计，本实用新型能够利用uhpc超高性能混凝土的高抗拉强度特性，将混凝土浮箱壁厚压缩到极限，形成一个没有应力集中的薄壳蛋形结构。在受到撞击时，高弹性模量的uhpc混凝土薄壳产生变形，撞击能量传递到泡沫塑料内胆得到吸收，有效缓冲撞击对浮箱整体的破坏；泡沫塑料内胆外表面为蜂巢形，在浇筑uhpc混凝土薄壳结构时，薄壳结构内壁将形成蜂巢结构。蜂巢结构将有效提高薄壳结构的整体刚度并可削减壁厚，降低材料用量；还可以增加泡沫塑料内胆与薄壳结构内壁的接触面，在浮箱受到撞击时泡沫塑料内胆可以迅速有效吸收撞击能量，协助薄壳结构抵御撞击。
44.如图4b所示，按照本实用新型的另一优选实施例，所述混凝土薄壳长管结构优选从其椭圆形短轴切点开始向下壁厚向内逐渐增厚，至椭圆长轴切点最低点时壁厚达到最大值。
45.通过以上设计，实用新型采用近似椭圆形的薄壳结构，并将椭圆形薄壳下部渐变增厚，形成龙骨支架作用，提高整体刚性；增厚的底部将椭圆形薄壳横断面的重心向下移动，可有效提高浮箱在海浪影响下的稳定性。
46.相应地，本实用新型还提供了采用固定下模和活动上模来制造上述椭圆形结构的成型方式。按照本实用新型，在混凝土浇筑时无需固定式上模，可采用带弧形的楔形橡胶
块，形成上部弧形，下模为劣弧形状的小半圆，有利脱模。或者可以不设下模，在混凝土地面上开挖劣弧形状的小半圆槽，在小半圆槽中埋入纵向剖开塑料管或钢管作为下模。此外，浇筑时采用泡沫塑料内胆替代内模，同时具有密闭孔隙的泡沫塑料内胆在管内形成空腔为框架提供浮力，椭圆形结构上部为平面，无需上模，浇筑后抹平混凝土即可。如图4中所示，所述薄壳结构优选还配备有钢丝笼。作为一个示范性举例，浮箱外体积为36.66m3，内体积为33.63m3，壁厚40mm，混凝土体积3.03m3，混凝土重量7.575t；(混凝土采用uhpc，抗压强度≥100mpa，抗拉强度≥16mpa)。钢丝笼譬如可采用直径2mm钢丝网，间距为50mm，加强龙骨、肋条采用直径8mm钢筋，浮箱两侧连接环直径20cm，连接环所用钢筋直径12mm，8mm钢筋重量97.46kg，钢丝网重量61.67kg，钢筋总重量158.13kg。
47.按照以上制造的产品，所获得的浮箱自重7.733t，入水0.590m，高于水面1.273m；浮箱高于水面30cm时，排水体积30.16m3，可承重22.43t，每延米2.243t。此外，浮箱可分隔为6个空腔，内芯为eps泡沫塑料，即使混凝土出现裂缝，浮箱也不会发生沉降。
48.如图5中所示，所述各个浮箱单元之间、以及所述桁架结构与所述薄壳结构之间均优选采用柔性弹簧31连接，该柔性弹簧31用于实现xyz三轴方向的抗拉伸和抗压阻尼。此外，还可以在彼此相邻的浮箱单元之间设置加强斜拉杆43。
49.更具体地，可以在浮箱单元上预埋连接环21，浮箱单元之间采用钢制螺旋状弹簧或者是橡胶制弹簧连接，浮箱随海浪起伏时通过弹簧的伸缩变形防止浮箱之间的硬碰撞，防止薄壳结构损坏。此外，加强斜拉杆43的直径譬如为14mm，长度为3m，用于增加六边形框架整体刚度，浮箱的连接环预埋件位于浮箱圆弧顶端与龙骨相连，在同一位置处与桁架相连，同时配合柔性弹簧31连接，由此有效减缓了浮箱之间由于海浪引起的冲击力。
50.之所以采用以上设计，是因为上述浮箱单元所组成的六边形框架结构，仍其结构稳定性仍有待进一步加强，无法直接拉伸钢绞线安装光伏板。因此，通过在薄壳结构上部设置桁架结构，桁架结构组成一个刚性连接的对应于浮箱的六边形框架结构，浮箱与桁架结构之间也采用相同柔性弹簧连接。以此方式，六边形框架结构的稳定性得到了明显的提升，并能够有效缓解海浪引起的浮箱与桁架之间的撞击和拉扯，进而又为固定光伏板提供了一个稳定的支撑结构。
51.如图6和图7中所示，显示了桁架结构的示意图。所述桁架结构4优选为轻型钢筋桁架的形式，并且该钢筋桁架对向张拉钢绞线用于固定光伏板。更具体地，钢筋桁架的上下弦钢筋直径譬如为14mm，腹杆钢筋直径譬如为8mm，六边形单边桁架重量为122.66kg，桁架对向张拉钢丝，放置光伏板。
52.更具体地，在该钢筋桁架中，上下弦钢筋直径14mm，腹杆钢筋直径8mm，加强斜拉杆直径为14mm，长度为3m，增加六边形桁架整体刚度，六边形桁架重量为122.66kg，桁架对向张拉钢丝，放置光伏板。
53.按照本实用新型的另一优选实施例，优选在发泡内胆的成型内模钢板上压制出蜂巢形凹槽，使成型的发泡内胆上出现蜂巢形状的凹槽，凹槽的深度譬如为5mm～20mm，凹槽底部宽度譬如为5mm～10mm，凹槽根部宽度为6mm～15mm，成为一个楔形槽。此外，在薄壳结构执行混凝土浇筑时，将在浮箱内壁上形成对应形状的环状混凝土凸起，有效增强混凝土薄壁的整体刚度。
54.按照本实用新型的浮箱可在岸上组装光伏板，整体漂浮拖曳至光伏电站海域固
定。此外，薄壳结构和钢桁架也可为共用，譬如以六个一组的形式进一步组合成蜂巢状构造，并在其内部固定多个光伏板。
55.综上，按照本实用新型能够以结构紧凑、便于加工的方式获得结构更为稳定可靠的海上光伏板用浮箱，同时确保提供良好的抗风浪能力并有效降低材料成本；其刚柔性相结合的连接方式能够确保整个浮箱的稳定性，提供了可靠的抗风浪能力，因而具备广阔的应用前景。
56.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：

1.一种漂浮式海上光伏板用浮箱，其特征在于：该浮箱由多个浮箱单元彼此首尾相连地组装成正六边形的框架结构，然后在框架内部布置光伏板，由此形成一个独立的海上光伏发电单元；对于各个浮箱单元而言，其包括薄壳结构、发泡内胆和桁架结构，其中该薄壳结构由混凝土浇筑成型，并且它的横断面呈近似椭圆形的封闭管状，其顶部为平面；该发泡内胆具备大量的密闭空隙，并在混凝土浇筑时填充在所述薄壳结构的内部；该桁架结构设置在所述薄壳结构的顶部平面上，并用于将首尾相连的多个浮箱单元彼此刚性连接。2.如权利要求1所述的漂浮式海上光伏板用浮箱，其特征在于，所述薄壳结构由超高性能纤维混凝土直接浇筑成型。3.如权利要求1或2所述的漂浮式海上光伏板用浮箱，其特征在于，所述薄壳结构从其椭圆形短轴切点开始向下壁厚向内逐渐增厚，至其椭圆形长轴切点最低点时壁厚达到最大值。4.如权利要求3所述的漂浮式海上光伏板用浮箱，其特征在于，所述薄壳结构还配备有钢丝笼，该钢丝笼由钢丝网构成，并包括加强龙骨、肋条和位于两侧的连接环。5.如权利要求1或2所述的漂浮式海上光伏板用浮箱，其特征在于，所述各个浮箱单元之间、所述桁架结构与所述薄壳结构之间采用柔性弹簧连接，该柔性弹簧用于实现xyz三轴方向的抗拉伸和抗压阻尼。6.如权利要求1或2所述的漂浮式海上光伏板用浮箱，其特征在于，所述发泡内胆由以下任意一种材料制成：聚氨酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、酚醛树脂、具备密闭孔隙的发泡混凝土，或者是由玻璃钢粉末与高分子树脂混合并导入空气所形成的轻质玻璃钢材料。7.如权利要求6所述的漂浮式海上光伏板用浮箱，其特征在于，所述发泡内胆由模塑聚苯乙烯泡沫塑料制成，并且它的外表面呈蜂巢状结构；相应地，所述薄壳结构在混凝土浇筑时形成对应蜂巢形状的环状凸起，由此进一步增强整体刚度。8.如权利要求1或2所述的漂浮式海上光伏板用浮箱，其特征在于，所述发泡内胆沿其长度方向设置有环状楔形槽，相应地，所述薄壳结构在混凝土浇筑时形成对应形状的环状凸起，由此进一步增强整体刚度。9.如权利要求1或2所述的漂浮式海上光伏板用浮箱，其特征在于，所述桁架结构为轻型钢筋桁架的形式，并且该钢筋桁架对向张拉钢绞线用于固定光伏板。10.如权利要求1或2所述的漂浮式海上光伏板用浮箱，其特征在于，上述呈正六边形框架结构的浮箱以六个一组的方式彼此相邻地组装在一起，由此共同形成一种蜂巢状构造。

技术总结

本实用新型属于海上光伏发电新能源相关技术领域，并公开了一种漂浮式海上光伏板用浮箱，该浮箱由多个浮箱单元彼此首尾相连地组装成正六边形的框架结构，然后在框架内部布置光伏板；各个浮箱单元进一步包括薄壳结构、发泡内胆和桁架结构，其中该薄壳结构由混凝土浇筑成型，并且它的横断面呈近似椭圆形的封闭管状，其顶部为平面；该发泡内胆在混凝土浇筑时填充在薄壳结构的内部；该桁架结构设置在薄壳结构的顶部平面上，并用于将首尾相连的多个浮箱单元彼此刚性连接。通过本实用新型，能够以结构紧凑、便于加工的方式获得结构更为稳定可靠的整体式浮箱，同时确保提供良好的抗风浪能力并有效降低材料成本。力并有效降低材料成本。力并有效降低材料成本。