【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及波浪能发电浮标领域，特别涉及一种可变尾管长度的spar形波浪能发电浮标装置及方法。
技术介绍
1、波浪能作为一种海洋能源，是指海洋表面波浪所具有的动能和势能，由大气层的风和海水的重力作用下形成的永不停歇、周期波动的运动，是一种取之不尽用之不竭的海洋可再生能源。
2、目前，国内外针对spar形中心管振荡水柱式波浪能发电浮标的研究较多。spar形中心管波浪能浮筒由一个轴对称的旋转浮体和中间的竖管组成。管的开口端向下浸入水中，在中心管中形成水柱。水柱以上的管道用作气室，顶部安装有空气涡轮发电机。由于浮标是轴对称的，其水动力性能与入射波的方向无关。单柱式浮筒中的浮体直径远小于波长，在入射波的作用下主要做升沉运动。浮筒与水柱之间的相对运动在管道中出现，形成振荡水柱。水柱像活塞一样推动气室中的空气往复运动，往复运动的气流带动空气涡轮旋转，带动电机发电。spar浮标结构简单，但影响其一次能量转换特性的因素很多，包括浮体的尾管长度、吃水深度、底部形状以及外部空气动力阻尼等。例如，中国专利技术专利申请公开号cn111874159a提出了一种波浪能发电浮标；中国专利技术专利申请公开号cn116080825a公开了一种波浪能发电浮标及其工作方法。
3、然而，现有spar形浮标尾管长度固定，导致装置中振荡水柱的自然周期固定，无法根据波浪情况调整装置中振荡水柱的自然周期，波能转换效率较低。因此，需要设计一种可变尾管长度的spar形波浪能发电浮标装置及方法，在波浪能收集过程中能够根据波浪情况调节尾管长度，提高spar形
技术实现思路
1、鉴于现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种可变尾管长度的spar形波浪能发电浮标装置及方法，能够在spar形浮标采集波浪能过程时，通过改变尾管长度来提高波浪能转换效率。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种可变尾管长度的spar形波浪能发电浮标装置，包括空气透平、主浮筒和中心管，所述主浮筒为内部空心且中心设有通孔的环形结构，所述中心管包括从上往下依次连通的主直管、第一尾管和第二尾管，所述主直管通过所述通孔固定嵌套在主浮筒上，所述空气透平固定安装于主直管的上部内，所述第一尾管的上端与主直管的下端固定连接，所述第二尾管活动套设于第一尾管的外侧，所述主浮筒固定有用于驱动第二尾管相对第一尾管上下运动调整位置的升降驱动机构；
3、其中，所述升降驱动机构为电动推杆，所述电动推杆的外套管固定在主浮筒的内壁上，所述主浮筒的底部开设有推杆导向孔，所述电动推杆的推杆穿过推杆导向孔后与第二尾管固定连接，所述电动推杆的推杆与推杆导向孔滑动密封配合。
4、优选地，所述第二尾管的内壁与第一尾管的外壁滑动密封连接。
5、进一步优选地，所述第一尾管的下端固定有橡胶止水环，所述橡胶止水环与第二尾管的内壁滑动接触。
6、优选地，所述第一尾管和第二尾管均为上细下粗的喇叭管，所述第二尾管的内径略大于第一尾管的外径。
7、优选地，所述推杆导向孔内套设有密封用的橡胶垫圈，所述电动推杆的推杆与橡胶垫圈滑动接触。
8、优选地，所述电动推杆的数量为多个，多个所述电动推杆均匀分布。
9、优选地，所述主浮筒的外壁固定连接有系泊环。
10、同时，本专利技术还提供一种可变尾管长度的波浪能发电方法，采用所述的可变尾管长度的spar形波浪能发电浮标装置，包括以下步骤：
11、s1、设定有功波高的工作范围，下限值为h1，上限值为h2；
12、s2、由水深测量仪和波浪仪测得的水深、波高、波浪周期，确定最佳波能转换效率对应的尾管长度范围；
13、s3、计算实际波高值h(i)，并判断h(i)是否在有功波高的工作范围内，若不在，则停止spar形波浪能发电浮标装置工作；若在，即h1<h(i)<h2，根据设计阶段的实验数据，确定最优波能转换效率对应的尾管长度范围；
14、s4、通过升降驱动机构驱动第二尾管相对第一尾管上下运动，在最优波能转换效率对应的尾管长度范围内调整第二尾管位置；
15、s5、实时监测空气透平的发电输出电压信号，并判断发电输出电压信号是否达到峰值，若未达到，则重复步骤s4；若达到，则使升降驱动机构停止工作，以固定第二尾管位置。
16、优选地，步骤s5中，在固定第二尾管位置后，记录尾管长度、波浪周期、波高和水深信息，为相似海况下寻找最优波能转换效率对应的尾管长度范围提供依据。
17、本专利技术具有以下有益效果：针对现有spar形浮标尾管长度固定，导致装置中振荡水柱的自然周期固定，无法根据波浪情况调整装置中振荡水柱的自然周期，从而导致波能转换效率较低的问题，本专利技术通过电动推杆调节尾管长度、改变在装置中振荡水柱的自然周期，以应对不同波况，从而保证发电装置获得最优的波能转换效率。
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1.一种可变尾管长度的Spar形波浪能发电浮标装置，其特征在于，包括空气透平、主浮筒和中心管，所述主浮筒为内部空心且中心设有通孔的环形结构，所述中心管包括从上往下依次连通的主直管、第一尾管和第二尾管，所述主直管通过所述通孔固定嵌套在主浮筒上，所述空气透平固定安装于主直管的上部内，所述第一尾管的上端与主直管的下端固定连接，所述第二尾管活动套设于第一尾管的外侧，所述主浮筒固定有用于驱动第二尾管相对第一尾管上下运动调整位置的升降驱动机构；
2.根据权利要求1所述的可变尾管长度的Spar形波浪能发电浮标装置，其特征在于，所述第二尾管的内壁与第一尾管的外壁滑动密封连接。
3.根据权利要求2所述的可变尾管长度的Spar形波浪能发电浮标装置，其特征在于，所述第一尾管的下端固定有橡胶止水环，所述橡胶止水环与第二尾管的内壁滑动接触。
4.根据权利要求1所述的可变尾管长度的Spar形波浪能发电浮标装置，其特征在于，所述第一尾管和第二尾管均为上细下粗的喇叭管，所述第二尾管的内径略大于第一尾管的外径。
5.根据权利要求1所述的可变尾管长度的Spar形波浪能
6.根据权利要求1所述的可变尾管长度的Spar形波浪能发电浮标装置，其特征在于，所述电动推杆的数量为多个，多个所述电动推杆均匀分布。
7.根据权利要求1所述的可变尾管长度的Spar形波浪能发电浮标装置，其特征在于，所述主浮筒的外壁固定连接有系泊环。
8.一种可变尾管长度的波浪能发电方法，采用如权利要求1所述的可变尾管长度的Spar形波浪能发电浮标装置，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的可变尾管长度的波浪能发电方法，其特征在于，步骤S5中，在固定第二尾管位置后，记录尾管长度、波浪周期、波高和水深信息，为相似海况下寻找最优波能转换效率对应的尾管长度范围提供依据。
...【技术特征摘要】
1.一种可变尾管长度的spar形波浪能发电浮标装置，其特征在于，包括空气透平、主浮筒和中心管，所述主浮筒为内部空心且中心设有通孔的环形结构，所述中心管包括从上往下依次连通的主直管、第一尾管和第二尾管，所述主直管通过所述通孔固定嵌套在主浮筒上，所述空气透平固定安装于主直管的上部内，所述第一尾管的上端与主直管的下端固定连接，所述第二尾管活动套设于第一尾管的外侧，所述主浮筒固定有用于驱动第二尾管相对第一尾管上下运动调整位置的升降驱动机构；
2.根据权利要求1所述的可变尾管长度的spar形波浪能发电浮标装置，其特征在于，所述第二尾管的内壁与第一尾管的外壁滑动密封连接。
3.根据权利要求2所述的可变尾管长度的spar形波浪能发电浮标装置，其特征在于，所述第一尾管的下端固定有橡胶止水环，所述橡胶止水环与第二尾管的内壁滑动接触。
4.根据权利要求1所述的可变尾管长度的spar形波浪能发电浮标装置，其特征在于，所述第一尾管和第二尾管均...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨绍辉，陈晓昆，涂勇强，曹耿宁，朱文正，黄衍，范健宇，杜志昌，李先强，梁博，王朝，
申请(专利权)人：集美大学，
类型：发明
国别省市：
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