CN1074509C - 收缩后伸型后弯管波力发电浮标 - Google Patents

Abstract

本发明所提供的收缩后伸型后弯管波力发电浮标，包括由竖管和横管构成的L型后弯管和装于后弯管横管顶面的浮室，其L型后弯管的水平横管是收缩管，使水平横管的前端和竖管截面小于水平横管后端的截面，而且横管后端有一延伸段延伸到浮室后末端之外，从而大大降低并平衡了后弯管竖管引起的偏重，通过恰当的设计，可以完全取消浮体的配重，降低材料消耗量和成本，并提高波能转换效率和发电效能。

Description

收缩后伸型后弯管波力发电浮标

本发明属于后弯管浮标式波力发电装置中浮标体的结构改进。

后弯管波力发电浮标是近年来出现的新型浮标式波力发电装置，所谓后弯管波力发电浮标，包括由一竖管向后垂直弯接一水平横管构成L型后弯管，竖管上部形成气室，竖管的顶面具有波力发电机组的安装口，水平横管的后端是后弯管的开口，在水平横管的顶面设置一柱形浮室。后弯管波力发电浮标有较高的波能转换效率，它可以象造船那样，在船厂完成制造和安装，然后拖航到使用点，锚泊投入使用，迄今国内外研究开发的后弯管浮标，无论是单胴体型、双胴体型、圆柱形浮室形、前方后圆浮室型、横轴半圆浮室型，它们的后弯管截面积是恒定不变的，而且后弯管后开口正好处于浮室的后末端，它们在结构上有一个很大的缺点，即由于后弯管的竖管部分是附在浮室前端外面的，竖管造成很大的偏重力矩，要靠附加配重来形成平衡，配重通常占总重的25-30％，大的配重使成本增大。对于应用于浅水微波，特别是短周期波况水域的小型后弯管波力发电浮标来说，由于竖管部分偏重力矩大，要求配重大，浮标的重量减不下来，使其响应周期与该水域经常出现的波周期难以吻合，影响波浪转换效率的提高。

本发明的目的是针对上述问题，提出一种能减少以至完全取消附加配重而能使竖管的偏重力矩获得平衡的后弯管波力发电浮标的新设计。

本发明的目的是这样实现的，将后弯管的水平横管设计成其前端管口截面小于其后端管口截面的收缩管，即按一定的收缩比，将后弯管水平横管前端的管口截面缩小到合适的尺度，而水平横管前端的管口截面与竖管的管口截面相同，并平顺连接，使竖管的管口截面也小于水平横管后端的管口截面，同时，水平横管的后端有一向后延伸段延伸至浮室的后末端之外。

后弯管的管口截面可以是方形、长方形、半圆形或圆形，其水平横管可以是连续收缩式的收缩管，但一般设计成分段式收缩管。即由一段或二段收缩段管与一段或二段等截面直管连接而成的收缩管，所说的收缩段管，在左右方向的收缩是对称收缩的，在上、下方向的收缩可以是对称收缩的，也可以是非对称收缩的，其单边收缩角α一般在6-36°的范围内。分段式收缩管可以是二段式收缩管，也可以是三段式或四段式收缩管。二段式收缩管是由一段等截面的横直管连接一段收缩段管(称为收缩段)，横直管可接于收缩段的前端成为水平横管的前段，横直管也可接于收缩段的后端成为水平横管的后段；三段式收缩管由一段管口截面较大的横直管(后段)经过一段收缩段管(收缩段)与一段管口截面较小的横直管(前段)连接，四段式收缩管由一段收缩后段管接一段管口截面较大的横直管(中段)再接一段收缩中段管，然后再接一段管口截面较小的横直管(前段)组成。上述所说的横直管的管口截面在同一段中是恒定不变的。

本发明的水平横管的前端管口截面对其后端管口截面的收缩比根据浮标性能和结构要求进行设计确定，通常控制在40-90％的范围内。

本发明所说的水平横管的向后延伸段(超出浮室后末端部分)的长度，可以为水平横管总长度的10-40％。

本发明采用收缩形后弯管可以实现用小截面气室、获得大截面气室的功率和效率，同时由于弯管的竖管部分和水平横管的前段部分截面积减少，降低了偏重，大大减少了所需的附加配重、降低材料消耗，从而降低成本。此外，由于采用后伸形后弯管，一方面有效地平衡了弯管竖管部分的偏重，通过恰当的设计，甚至可以完全取消配重。另一方面，可以提高波能转换效率，扩大响应周期范围，使特性平缓。还能增强浮标的风标效应，使浮标能很快随浪向的变化，自动调整自己的方位，提高发电效能。

以下为本发明的图面说明：

图1A为本发明第一实施例(水平横管为长方型管口截面的四段式收缩管)的主视图；

图1B为图1A的左视图；

图1C为图1A的俯视图；

图2A为本发明第二实施例(水平横管为半圆形管口截面的三段式收缩管)的主视图；

图2B为图2A的左视图；

图2C为图2A的俯视图；

图3A为本发明第三实施例(水平横管为圆形管口截面的二段式收缩管)的主视图；

图3B为图3A的左视图；

图3C为图3A的俯视图；

图4为本发明与一般设计的后弯管浮标的NA-T特性曲线比较图。

以下结合附图详述本发明实施例的结构细节：

实施例一

如图1A、1B、1C所示，本实施例具有由竖管1和水平横管构成的L型后弯管，在水平横管之顶面设置有一前方后园形(横截面)的柱形浮室2，竖管的顶面有波力发电机组的安装口3。水平横管由收缩后段4、横直管(中段)5、收缩中段6和横直管(前段)7四段连接而成，水平横管的管口截面为长方形，其收缩后段4连着横直管中段5，收缩后段4的下侧按收缩角α=18°单边收缩成喇叭状，其前端的高度为后端高度的78％，但宽度不变，然后与水平横管的横直管(中段)5相接，横直管(中段)5和收缩中段6相接，收缩中段6左右两侧都以收缩角α=18°对称收缩，其前端宽度D1为后端宽度D2的75％，但高度H不变，然后收缩中段与水平横管(前段)7相接，水平横管前端(横直管7)的截面对后。端(收缩后段4后端)截面总的收缩比为58.5％，水平横管的前段7则与其截面相同的竖管1平顺连接。本实施例水平横管的收缩后段4和水平横管中段5全部作为向后延伸段延伸到浮室2的后末端之外。其向后延伸段的长度占水平横管总长的28％，而浮室2则设置于水平横管的横直管(前段)7和收缩中段6的顶面，浮室的宽度与水平横管的横直管(中段)5等宽。

实施例二

本实施例如图2A、2B、2C所示。其后弯管的水平横管和竖管的管口截面为半圆形，水平横管包括后段直管8、收缩段管9和前段直管10三段，收缩段管9呈半圆均匀收缩，其收缩角α为11°，使水平横管的前后端截面收缩比为54％，水平横管的前段10，与竖管1则等径圆滑连接，竖管的顶面有波力发电机组的安装口3，在水平横管的收缩段9和前段10的顶面设置横截面为矩形的柱形浮室2，水平横管的后段8全部作为向后延伸段延伸到浮室2的后末端之外，向后延伸段的长度为水平横管总长度的26％。

实施例三

本实施例如图3A、3B、3C所示，其后弯管的水平横管和竖管的管口截面为圆形，水平横管由收缩段管11和前段直管12连接而成，收缩段管11对称均匀收缩，其收缩角α为9°，使收缩段管11前后端的管口截面收缩比为50％，水平横管的前段管12与竖管等径圆滑连接，竖管1的顶面有波力发电机组的安装口3，在水平横管的前段直管12和部分收缩段管11的顶面设置横截面为矩形的柱形浮室2，水平横管的收缩段管11的一部分作为向后延伸段延伸到浮室2的后末端之外，向后延伸段的长度为收缩段管11长度的一半，并占水平横管总长度的22％。

附图4为本发明与一般设计的后弯管浮标NA(W)-T(S)特性曲线的比较图。图中标号A为本发明实施例一的特性曲线，B为一般后弯管浮标的特性曲线。

Claims (6)

1、一种收缩后伸型后弯管波力发电浮标，具有由竖管(1)和水平横管构成的整体成L形的后弯管，后弯管的水平横管顶面设置一柱形浮室(2)，其特征在于所说的后弯管的水平横管为一其前端管口截面小于其后端管口截面的收缩管，水平横管的前端管口截面与竖管(1)的管口截面相同且平顺连接，同时，水平横管的后端有一向后延伸段延伸至浮室(2)的后末端之外。

2、按权利要求1所述的收缩后伸型后弯管波力发电浮标，其特征在于所说水平横管由一段或二段收缩段管与一段或二段等截面直管连接形成分段式收缩管。

3、按权利要求2所述的收缩后伸型后弯管波力发电浮标，其特征在于所说的收缩段管在左右方向的收缩是对称收缩，在上下方向的收缩可以是对称收缩，也可以是非对称收缩，收缩段管的单边收缩角为6-36°

4、按权利要求1所述的收缩后伸型后弯管波力发电浮标，其特征在于所说的水平横管的前端管口截面对其后端管口截面的收缩比为40-90％。

5、按权利要求1或3所述的收缩后伸型后弯管波力发电浮标，其特征在于所说的水平横管的向后延伸段长度为水平横管总长度的10-40％。

6、按权利要求1或3所述的收缩后伸型后弯管波力发电浮标，其特征在于所说的水平横管向后延伸段的开口部位为喇叭状。

Images