基于双向吸能的碰撞防护装置

本发明涉及碰撞防护装置，尤其涉及一种基于双向吸能的碰撞防护装置。

背景技术：

1、随着海上风电项目的快速发展,海上风电场越来越多，船舶撞击风机的事故数量急剧增加，这给船舶通航安全带来诸多问题和挑战。其中，大多数情况都是船舶直接撞击到风机上，使得风机损毁，船体结构被破坏，不仅危害生命安全，直接、间接经济也损失巨大。因此，为避免或减小船体撞击对风机的损伤，针对海上风机的防撞防护系统的研究迫在眉睫。经过多年的研究与运用，现有的海上风机防撞保护装置种类繁多，已发展出主动防御、附着式防撞、结构防撞、浮式防撞四大类风机防护装置。

2、船舶撞击传统的防撞箱时，箱体结构因为受撞击力而发生较大形变。一方面，箱体吸收了部分碰撞能量；另一方面，采用特殊材质制作的防撞保护装置延长了碰撞时的接触时间，使得船舶撞击力的峰值得以明显降低。但是在被船舶撞击的同时，风机上现有的防撞箱在垂直于受力的方向上也会发生膨胀，并且在撞击位置处出现较大的应力集中现象。随着撞击的程度继续深入或次数不断增加，箱体结构终会被破坏，从而导致防撞结构失效，防撞功能丧失，无法对风机起到更好的保护作用。

技术实现思路

1、本发明主要目的是提出一种基于双向吸能的防护装置，突破以往直接弹性变形型防护装置单点受力的局限性，采用吸能板与反向旋转机构相结合的方式，实现吸能材料的周向与径向吸能以及使船体速度转向，达到大幅提高吸能效率、快速增大接触面积和有效减小碰撞力峰值等多个目的。

2、本发明所采用的技术方案是：

3、一种基于双向吸能的碰撞防护装置，包括吸能板、第一碰撞防护板、第二碰撞防护板、上部旋转齿筒、下部旋转齿筒、端面齿轮；

4、所述上部旋转齿筒和下部旋转齿筒分别套装于被防护支柱表面，并能分别相对被防护支柱自由转动；所述端面齿轮通过支撑轴安装于被防护支柱上，并位于上部旋转齿筒与下部旋转齿筒中间，上部旋转齿筒的下筒缘和下部旋转齿筒的上筒缘分别设置齿状边以与所述端面齿轮相啮合；

5、所述上部旋转齿筒的筒壁沿周向安装至少一组第一防护板组，每组第一防护板组包括两个相对设置在筒壁两侧的第一碰撞防护板；所述下部旋转齿筒的筒壁沿周向安装至少一组第二防护板组，每组第二防护板组包括两个相对设置在筒壁两侧的第二碰撞防护板；且第一碰撞防护板与第二碰撞防护板沿筒壁周向交错排布；

6、所述吸能板套装于上部旋转齿筒与下部旋转齿筒的外圈，且吸能板上对应开设有用于第一碰撞防护板与第二碰撞防护板伸出的安装槽，使得吸能板搭载于碰撞防护板上。

7、上述方案中，所述第一碰撞防护板和第二碰撞防护板均采用钢材；所述第一碰撞防护板通过焊接的方式固定安装于上部旋转齿筒上，第二碰撞防护板通过焊接的方式固定安装于下部旋转齿筒上。

8、上述方案中，所述第一碰撞防护板沿被防护支柱的轴向向下延伸至下部旋转齿筒外侧但不与下部旋转齿筒相连；所述第二碰撞防护板沿被防护支柱的轴向向上延伸至上部旋转齿筒外侧但不与上部旋转齿筒相连。

9、上述方案中，所述第一碰撞防护板和第二碰撞防护板的高度和长度均相同。

10、上述方案中，所述吸能板采用轻质多孔金属材质。

11、上述方案中，所述吸能板为筒状结构，所述第一碰撞防护板和第二碰撞防护板为板状结构。

12、上述方案中，所述吸能板是由多块吸能板模块拼装而成的筒状结构。

13、上述方案中，所述面齿轮沿被防护支柱的周向设置若干个，每个面齿轮通过轴承转动安装于对应的支撑轴上，所述支撑轴一端固定在被防护支柱上。

14、上述方案中，所述被防护支柱上对应支撑轴的安装位置开设有凹槽，支撑轴一端插置于凹槽内，并与被防护支柱焊接相连。

15、上述方案中，所述上部旋转齿筒的筒壁沿周向安装n组第一防护板组，所述下部旋转齿筒的筒壁沿周向安装n组第二防护板组，相邻第一碰撞防护板与第二碰撞防护板之间呈360°/4n分布,n≥1。

16、本发明产生的有益效果是：

17、1、第一碰撞防护板和第二碰撞防护板受船体撞击时发生反向转动，可同时压缩与拉伸吸能板，实现周向吸能。同时，船舶冲击使碰撞防护板四周的吸能板向内压缩实现径向吸能。因此本发明可同时实现周向和径向吸能，提高吸能效率，吸能效果约为普通防护装置的5.3倍，提升防护效果。

18、2.本发明设计的碰撞防护板可产生导向作用，改变船舶速度方向，增大接触面积，减小碰撞力峰值，从而减小船体及浮式风机的受损情况，保证航道的安全性。

19、3.本发明的吸能板可使用模块化技术，实现防护装置的吸能板可替换化。浮式风机防护装置被分成多区域，船体撞击浮式风机后，只需更换损坏的部分，未损坏的部分可继续使用，从而降低更换材料的成本。此外，吸能板搭载于碰撞防护板上，更换方便。

20、4.本发明的吸能板采用轻质多孔金属材质，如铝蜂窝板，其加工制备工艺过程较为简单，可以在短时间内进行大规模的批量生产，制作成本大幅度降低；此外，由于铝蜂窝板便于更换，所以也降低了后期防撞装置损坏时的维护成本。在碰撞过程中，铝蜂窝板发生塑性变形从而吸能，而蜂窝变形过程中不会产生有毒有害物质，使得本发明也是一种绿色防护装置。因此，鉴于该防撞装置的高经济性和高环保性，本发明具有重要的工程应用价值。

技术特征：

1.一种基于双向吸能的碰撞防护装置，其特征在于，包括吸能板、第一碰撞防护板、第二碰撞防护板、上部旋转齿筒、下部旋转齿筒、端面齿轮；

2.根据权利要求1所述的基于双向吸能的碰撞防护装置，其特征在于，所述第一碰撞防护板和第二碰撞防护板均采用钢材；所述第一碰撞防护板通过焊接的方式固定安装于上部旋转齿筒上，第二碰撞防护板通过焊接的方式固定安装于下部旋转齿筒上。

3.根据权利要求1所述的基于双向吸能的碰撞防护装置，其特征在于，所述第一碰撞防护板沿被防护支柱的轴向向下延伸至下部旋转齿筒外侧但不与下部旋转齿筒相连；所述第二碰撞防护板沿被防护支柱的轴向向上延伸至上部旋转齿筒外侧但不与上部旋转齿筒相连。

4.根据权利要求3所述的基于双向吸能的碰撞防护装置，其特征在于，所述第一碰撞防护板和第二碰撞防护板的高度和长度均相同。

5.根据权利要求1所述的基于双向吸能的碰撞防护装置，其特征在于，所述吸能板采用轻质多孔金属材质。

6.根据权利要求1所述的基于双向吸能的碰撞防护装置，其特征在于，所述吸能板为筒状结构，所述第一碰撞防护板和第二碰撞防护板为板状结构。

7.根据权利要求6所述的基于双向吸能的碰撞防护装置，其特征在于，所述吸能板是由多块吸能板模块拼装而成的筒状结构。

8.根据权利要求1所述的基于双向吸能的碰撞防护装置，其特征在于，所述面齿轮沿被防护支柱的周向设置若干个，每个面齿轮通过轴承转动安装于对应的支撑轴上，所述支撑轴一端固定在被防护支柱上。

9.根据权利要求8所述的基于双向吸能的碰撞防护装置，其特征在于，所述被防护支柱上对应支撑轴的安装位置开设有凹槽，支撑轴一端插置于凹槽内，并与被防护支柱焊接相连。

10.根据权利要求1所述的基于双向吸能的碰撞防护装置，其特征在于，所述上部旋转齿筒的筒壁沿周向安装n组第一防护板组，所述下部旋转齿筒的筒壁沿周向安装n组第二防护板组，相邻第一碰撞防护板与第二碰撞防护板之间呈360°/4n分布,n≥1。

技术总结
本发明公开了一种基于双向吸能的碰撞防护装置，包括吸能板、第一碰撞防护板、第二碰撞防护板、上部旋转齿筒、下部旋转齿筒、端面齿轮；上下部旋转齿筒套装于被防护支柱表面并能自由转动；端面齿轮安装于被防护支柱上，位于上下部旋转齿筒中间与二者啮合；上、下部旋转齿筒的筒壁沿周向分别安装至少一组第一碰撞防护板和第二碰撞防护板；第一碰撞防护板与第二碰撞防护板沿筒壁周向交错排布；吸能板套装于上部旋转齿筒与下部旋转齿筒的外圈，其上设有用于各碰撞防护板伸出的安装槽。本发明采用吸能板与反向旋转机构相结合的方式，实现吸能材料的周向与径向吸能以及使船体速度转向，可大幅提高吸能效率、快速增大接触面积和有效减小碰撞力峰值。

技术研发人员：郭开岭,曾佳焱,何炼,耿柳,江睿哲,朱凌
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/23