ES2895353T3 - Placa de elevación con características mejoradas - Google Patents

Abstract

Aparato que incluye una placa de amortiguación (204, 204a, 204b) unida al extremo, sumergido en uso, de un elemento de tipo mástil (200), donde el elemento de tipo mástil (200), en uso, flota en una masa de agua, donde el elemento de tipo mástil (200) tiende a moverse hacia arriba y hacia abajo en una dirección vertical en respuesta al paso de las olas, donde dicha placa de amortiguación tiene un par de superficies enfrentadas opuestamente, donde las superficies enfrentadas opuestamente son la superficie superior y la superficie inferior, que se extienden transversalmente a la dirección vertical del movimiento del elemento de tipo mástil (200) y un reborde vertical (206a, 206b) montado en las respectivas superficies enfrentadas opuestamente a lo largo del borde de la placa de amortiguación (204) para aumentar la masa efectiva del agua empujada en la dirección hacia arriba y hacia abajo durante el movimiento de la placa de amortiguación a través del agua; caracterizado por el hecho de que el reborde inferior (206b) es más largo que el reborde superior (206a), de modo que la masa hidráulica y el arrastre son mayores cuando el elemento de tipo mástil (200) se mueve hacia abajo que cuando se mueve hacia arriba y se impide el movimiento del elemento tipo mástil (200) hacia el fondo del mar.

Description

DESCRIPCIÓN

Placa de elevación con características mejoradas

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

[0001] Esta invención reivindica la prioridad de la solicitud provisional S/N 60/796,388 presentada el 01/05/2006 para el convertidor de energía de las olas (WEC, por sus siglas en inglés) con placas de elevación.

[0002] Esta invención se refiere a placas (denominadas en este caso placas "de elevación" o placas "de amortiguación") unidas al extremo sumergido de un mástil (o una columna), donde las placas se moldean para aumentar la masa efectiva del mástil y para afectar a la relación de fase del movimiento vertical del mástil.

[0003] Hay muchas aplicaciones en las que es deseable controlar el movimiento (de arriba hacia abajo) de un elemento colocado en una masa de agua y sometido a las fuerzas de las olas.

[0004] Por ejemplo, en el caso de los convertidores de energía de las olas (WEC), el sistema incluye una boya que tiene un flotador relativamente plano (en adelante, el "flotador") y un flotador alargado (en adelante, el "mástil") que, cuando se colocan en una masa de agua, pueden moverse entre sí en respuesta al movimiento de las olas. El WEC incluye un dispositivo de toma de fuerza (PTO) que responde al movimiento relativo entre el mástil y el flotador para producir formas adecuadas de energía, mecánicas y/o eléctricas. En el caso del WEC, para mejorar la eficiencia de la producción de energía, se desea que el flotador plano se mueva hacia arriba y hacia abajo generalmente sincronizado con las olas en la masa de agua en la que se coloca el WEC. Sin embargo, se desea que el mástil se desincronice con respecto a las olas y al flotador. Esto se puede lograr colocando una placa de elevación (de amortiguación) en la porción sumergida del mástil.

[0005] La placa de elevación está dispuesta en un plano que es generalmente transversal (perpendicular) a la dirección de movimiento hacia arriba o hacia abajo del mástil para aumentar la masa efectiva del mástil. Una placa unida afecta al comportamiento dinámico del mástil al aumentar la masa efectiva y el arrastre viscoso en la dirección de elevación (vertical). En general, el beneficio de unir una o más placas de elevación es permitir a un mástil vertical más corto que aun tendrá un período natural de elevación fuera del período de oleaje predominante para las condiciones de operación (de modo que el mástil no responda a las condiciones de oleaje predominantes) y aumentar la amortiguación viscosa del mástil con el fin de disminuir las respuestas de casi resonancia. Las placas de elevación que se han empleado en el pasado incluyen, placas finas, cuadradas, circulares o rectangulares que son sólidas o tienen agujeros perforados en ellas.

[0006] La masa añadida que aportan las placas de elevación se debe al hecho de que la aceleración o deceleración de la placa requiere movimiento de algún volumen de fluido alrededor de la placa a medida que se mueve. El volumen de fluido que moverá la placa es proporcional al volumen equivalente de la placa multiplicado por algún factor (determinado experimentalmente).

[0007] El volumen equivalente de la placa depende de la geometría de la placa, sin embargo, la regla general es que el volumen equivalente es el área de la placa multiplicado por una dimensión lineal de la placa; por ejemplo, el radio de una placa circular, la longitud lateral de una placa cuadrada; la anchura de una placa rectangular, etc. A modo de ejemplo, el volumen equivalente de una placa cuadrada de anchura y longitud d es un cubo (d3), el de una placa circular de radio r es una esfera (4/3nr3), y el de una placa rectangular de longitud L y anchura d es un cuboide (rectángulo 3-D) usando la dimensión más corta, d, como el 3er multiplicador (Ld2). En general, las placas de elevación se hacen finas para ahorrar costos y peso; sin embargo, se puede hacer que una placa de elevación tenga un grosor apreciable para proporcionar la resistencia estructural necesaria, o para usarla como cámara de flotabilidad. Si la placa de elevación se hace gruesa, entonces la masa añadida se puede modelar de una forma similar a la descrita anteriormente. Además, aunque no se ha comentado, el volumen de fluido que se mueve también es una función de la frecuencia con la que se mueve la placa.

[0008] La fuerza de inercia de flujo acelerada causada por la placa de elevación es la masa añadida del sistema (la densidad del agua multiplicada por el volumen equivalente multiplicado por el factor experimental) multiplicada por la aceleración del sistema, o:

Ecuación 1

donde Cm es el factor determinado experimentalmente Vequivalente es el volumen equivalente definido anteriormente, p es la densidad del agua y a es la aceleración. Tenga en cuenta que el término de masa añadido, con unidades de masa, es la combinación de la variable dentro del paréntesis.

[0009] En general, las placas de elevación están colocadas entre una escala de longitud (d si es un cuadrado o rectángulo, r si es un círculo) por debajo de la superficie del agua y una escala de longitud por encima del fondo del océano para que el volumen equivalente completo de fluido pueda ser capturado. Para un funcionamiento óptimo de la placa de elevación, la placa de elevación se coloca con un refuerzo lo más profundo posible para reducir el efecto de las fuerzas de excitación de las olas.

[0010] Es ventajoso utilizar placas de elevación para aumentar la masa efectiva (o inercia hidrodinámica) de un mástil y para mover el periodo natural del mástil fuera de las condiciones de oleaje predominantes. Como se muestra en las figuras 1A y 1B, el concepto de usar una placa de elevación para amortiguar el movimiento hacia arriba y hacia abajo y para mover el período de resonancia natural de elevación fuera de las condiciones operativas se emplea en asociación con estructuras marinas, como las plataformas 991 utilizadas en la industria petrolera marina (como el mástil de celosía o el mástil de celda), ya que ofrece una solución de bajo costo/alto beneficio para el amplio rango dinámico del océano. En el caso de las plataformas petrolíferas, un mástil central (o una columna) está, o varias columnas están, unido(as) fijamente a una plataforma para estabilizar la plataforma y reducir su movimiento vertical. Una placa de elevación (o amortiguación) se puede unir a la porción sumergida del mástil para aumentar su masa hidrodinámica efectiva e introducir la amortiguación en actividades cercanas a la resonancia. El uso de placas de elevación (o amortiguación) permite reducir la longitud del mástil creando un periodo natural de elevación que está fuera de los periodos de oleaje predominantes en el clima operativo.

[0011] El uso de placas de elevación proporciona las ventajas mencionadas anteriormente. Sin embargo, de acuerdo con el estado de la técnica, la única forma conocida de aumentar la masa efectiva de un mástil mediante el uso de placas de elevación (amortiguación) (para aumentar el periodo de resonancia natural de elevación del mástil) es aumentar la escala de longitud (d, r, o L, como se ha mencionado anteriormente) de las placas de elevación (lo que es equivalente a aumentar el área de superficie de las placas de elevación) o aumentar el número de placas presentes. Un aumento en la escala de longitud puede ser difícil de lograr cuando se tienen en cuenta las consideraciones de la profundidad del puerto, la resistencia estructural a lo largo de la dimensión de aumento y el peso de la placa. Un aumento en el número de placas requiere el uso de una estructura de mástil de soporte más larga. Un ejemplo de lo anterior se proporciona en la JPS55160967, que es un generador eléctrico multimagnético dirigido a mantener un cuerpo tubular vertical y mantener pequeño el movimiento vertical del cuerpo tubular.

[0012] Por lo tanto, aunque el uso de las placas de elevación conocidas presente ventajas significativas, es deseable aumentar más la masa efectiva de una estructura similar a un mástil sin aumentar el tamaño del mástil y/o la escala de longitud de la placa de elevación.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

[0013] En un aspecto de la invención hay un aparato según la reivindicación 1. Según la presente invención, se forma una extensión vertical ("reborde") en la superficie superior e inferior de una placa de elevación unida a un mástil para aumentar la masa efectiva del mástil a la que se une la placa de elevación.

[0014] Por lo tanto, en los sistemas que incorporan la invención, una placa de amortiguación (o "elevación" se une al extremo sumergido de un elemento similar a un mástil que flota en una masa de agua, donde el mástil tiende a moverse hacia arriba y hacia abajo verticalmente. La placa de amortiguación, que se extiende generalmente en un plano horizontal, tiene un par de superficies enfrentadas opuestamente que se extienden transversalmente al movimiento hacia arriba y hacia abajo del mástil. Las estructuras que se extienden verticalmente ("rebordes") están montadas en las superficies opuestas para aumentar la masa de agua empujada durante el movimiento de la placa amortiguadora a través del agua.

[0015] Cuando se disponen en una masa de agua, las estructuras que se extienden verticalmente, formadas a lo largo de las superficies superior e inferior de la placa de amortiguación ("elevación") que se extienden generalmente en un plano horizontal, aumentan la masa de agua empujada durante el movimiento de la placa de amortiguación a través del agua.

[0016] En general, las placas de elevación con estructuras verticales unidas se pueden colocar entre una escala de longitud más la extensión vertical (d si es un cuadrado o rectángulo, r si es un círculo, más la altura del "reborde" por debajo de la superficie del agua y una escala de longitud más la extensión vertical sobre el fondo del océano para que se pueda capturar el volumen equivalente completo de fluido. Sin embargo, para un funcionamiento óptimo de la placa de elevación con estructuras verticales unidas, la placa de elevación se colocará generalmente con un refuerzo lo más profundo posible para reducir el efecto de las fuerzas de excitación de las olas.

[0017] Esta invención se puede aplicar a cualquier sistema que tenga un componente oscilante en la elevación (perpendicular al fondo del mar) donde se desee aumentar la inercia hidrodinámica del sistema para provocar un periodo de resonancia natural mayor en la elevación.

[0018] La invención es aplicable para su uso en convertidores de energía de las olas (WEC) que incluyen un flotador y un mástil que, cuando se colocan en una masa de agua, pueden moverse entre sí en respuesta al movimiento de las olas. El WEC puede ser del tipo descrito y reivindicado en la patente de EE. UU. 7,140,180 cedida al cesionario de la presente solicitud.

[0019] Los WEC incluyen un dispositivo de toma de fuerza (PTO) que responde al movimiento relativo entre el mástil y el flotador para producir formas adecuadas de energía, mecánicas y/o eléctricas. El flotador está destinado a moverse sincronizado con las olas y el mástil es un flotador alargado que está destinado a moverse desincronizado con respecto a las olas y al flotador. Una placa de elevación con "rebordes" se puede unir al mástil para aumentar la masa efectiva del mástil y aumentar la eficiencia de conversión de potencia del sistema.

[0020] Esta invención también es aplicable, pero sin limitación, a plataformas flotantes, tales como, por ejemplo, plataformas petrolíferas de mástil de celosía, y plataformas petrolíferas de celda. En estas aplicaciones, las estructuras de tipo mástil se utilizan para estabilizar plataformas petrolíferas marinas flotantes muy grandes y para amortiguar su movimiento, particularmente en la dirección hacia arriba y hacia abajo.

[0021] Las placas de elevación con estructuras verticales formadas a lo largo de las superficies superior e inferior de la placa de elevación están unidas, según la presente invención, a las estructuras de tipo mástil para aumentar la masa efectiva de la estructura de tipo mástil sin la necesidad de aumentar el tamaño del mástil y/o la escala de longitud de la placa de elevación.

[0022] Las placas de elevación pueden adoptar cualquier forma adecuada (por ejemplo, circular, elíptica, rectangular) que mejor se adapte al sistema en el que se están utilizando.

[0023] La forma de las estructuras verticales formadas en y alrededor de las placas de amortiguación pueden adoptar muchas formas diferentes, que incluyen, pero de forma no limitativa: una estructura cúbica, una estructura fina recta, una estructura cuboide (sección transversal rectangular), piezas finas rectas dispuestas en ángulo desde la placa (de modo que no haya una extensión vertical), etc.

[0024] Las estructuras verticales se pueden formar para que estén dispuestas simétricamente por encima y por debajo de las superficies opuestas de la placa de amortiguación. Sin embargo, las estructuras verticales que se extienden sobre una superficie no necesitan ser las mismas que las de la superficie opuesta.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

[0025] En los dibujos adjuntos, que generalmente no están dibujados a escala, los caracteres de referencia similares indican componentes similares; y

Las figuras 1A y 1B son diagramas del estado de la técnica muy simplificados de estructuras de tipo mástil (por ejemplo, un mástil de celosía y un mástil de celda) para estabilizar plataformas petrolíferas;

Las figuras 2 y 3 son vistas isométricas de WEC que muestran el mástil y el flotador con mayor detalle y diferentes conexiones de las placas de elevación al mástil, donde las estructuras verticales ("rebordes") no están cubiertas por la reivindicación 1;

La figura 4 es una vista isométrica de un WEC con una única placa de elevación, con bordes elevados (rebordes), conectados al mástil, donde las estructuras verticales ("rebordes") no están cubiertas por la reivindicación 1;

Las figuras 5 y 6 son diagramas idealizados en sección transversal que muestran una placa de elevación que incorpora la invención conectada al mástil y un dispositivo de toma de fuerza (PTO) conectado entre el flotador y el mástil;

La figura 7 es un diagrama en sección transversal que muestra una placa de elevación que incorpora la invención y cables que conectan la placa de elevación a la porción superior de un mástil, por debajo del flotador;

La figura 8 es un diagrama en sección transversal que muestra una placa de elevación que no incorpora la invención y cables que conectan la placa de elevación a la porción superior de un mástil, por debajo del flotador;

La figura 9 es un diagrama simplificado de una plataforma petrolífera de mástil de celosía que tiene placas de elevación con rebordes, donde los rebordes no están cubiertos por la reivindicación 1;

La figura 10 es un diagrama simplificado de una plataforma petrolífera de mástil de celda que tiene placas de elevación con rebordes, donde los rebordes no están cubiertos por la reivindicación 1;

Las figuras 11 A-G son diagramas simplificados de posibles estructuras de "reborde" para su uso en la práctica de la invención, sin embargo, la disposición de estos rebordes en la placa de amortiguación no está cubierta por la reivindicación 1;

La figura 12 es un diagrama simplificado de una plataforma marina a la que está unida una placa de elevación con estructuras verticales (rebordes) donde los rebordes no están cubiertos por la reivindicación 1.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LOS DIBUJOS

[0026] En referencia a las figuras 5 y 6, se muestra un WEC 10 que tiene un mástil 200 neutralmente flotante, que tiene una porción que se extiende por encima de la línea de flotación y otra porción que está sumergida. Un flotador anular 100 con una abertura central se extiende horizontalmente y se ajusta sobre y alrededor del mástil para moverse hacia arriba y hacia abajo a lo largo del mástil sincronizado con las olas. En las figuras 5 y 6, el mástil se extiende por debajo de la línea de flotación y la porción inferior del mástil está unida mediante un puntal de conexión 202 a una placa de amortiguación 204. Solo con fines ilustrativos, se supone que la placa de amortiguación es circular, con un diámetro "D"; y que el mástil está unido (simétricamente) a la región central de la placa 204. Conforme a la invención, una estructura vertical S1 (reborde superior 206a) está unida a la superficie superior de la placa de amortiguación, a lo largo de su borde, y se extiende a una altura h/2 por encima de la superficie superior de la placa de amortiguación. Las figuras 5 y 6 también muestran una estructura vertical S2 (reborde inferior 206b) unida a la superficie inferior de la placa de amortiguación, a lo largo de su borde, y se extiende a una distancia h/2 por debajo de la superficie inferior de la placa de amortiguación. En la explicación que sigue y en las reivindicaciones adjuntas, las estructuras verticales también se denominan "rebordes".

[0027] Para el ejemplo de la figura 6, suponga que la placa es una placa circular fina, de diámetro D, y que las estructuras verticales (rebordes) S1, S2, tienen una altura total de h (/ h por encima de la superficie superior de la placa y / h por debajo de la superficie inferior). El efecto de los rebordes en el volumen de fluido movido por la placa se expresa mediante la siguiente ecuación:

Ecuación 2

donde: D es el diámetro de la placa y h es la altura total del reborde. La ecuación 2 indica que el volumen de agua arrastrada para una placa circular con estructuras verticales S1, S2 es el de una esfera de agua creada por el movimiento de una placa plana (es decir, sin estructuras verticales) más el de un cilindro de agua formado por el área de la placa y la altura de las estructuras verticales (rebordes). Como se señaló en relación con la ecuación 1 anterior, un factor determinado experimentalmente multiplicado por el valor anterior junto con la densidad del agua proporciona un valor de masa añadido.

[0028] Para mover un volumen equivalente de agua cuando la altura del reborde es cero (como en el estado de la técnica), el diámetro de una placa circular debería aumentar en

Ecuación 3

para obtener la misma masa añadida que la placa aumentada con miembros verticales.

[0029] La altura (por ejemplo, h/2) de las estructuras verticales se puede variar en un rango amplio. Algunas de las consideraciones que deben tenerse en cuenta al determinar la altura óptima del reborde incluyen (pero no se limitan a): (a) el área de interacción de los miembros verticales cuando oscilan avanza o retrocede o se mueve lateralmente (los objetos en el océano no solo se desplazan hacia arriba y hacia abajo, sino que también están sometidos a una fuerza transversal porque las partículas de agua en las olas se mueven de forma elíptica, por lo que se producen las fuerzas a en la dirección "x" (movimiento de avance o retroceso) y la dirección "y" (movimiento lateral)); (b) el área de interacción de los miembros verticales con la corriente; es decir, puede haber corriente(s) subterránea(s) transversal(es) a la altura del reborde que tendería(n) a empujar la estructura de una manera no deseada y/o descontrolada, y (c) el peso del sistema.

[0030] Por lo tanto, dependiendo de los diversos factores, la proporción entre la altura de las estructuras verticales y la escala de longitud de la placa de elevación, ( —), puede variar generalmente entre 0,01 y 1.

[0031] En el ejemplo anterior, se supuso que los miembros verticales estaban colocados simétricamente por encima y por debajo de la placa, lo que da como resultado respuestas similares para el movimiento hacia arriba y hacia abajo. Sin embargo, las estructuras verticales (miembros) o la propia placa de esfuerzo, se pueden diseñar para proporcionar una respuesta diferente cuando se eleva (sube) en comparación con cuando se desciende (baja). Esto se puede lograr haciendo que las estructuras verticales por encima de la placa de elevación sean diferentes de las formadas por debajo de la placa de elevación. Alternativamente, la placa de elevación puede tener una forma que tenga una extensión vertical preferencial en una dirección. Por ejemplo, en un sistema de flotación que se acerca al fondo del mar en condiciones de tormenta, se utiliza una extensión vertical más larga hacia el fondo del mar, de modo que, a medida que el cuerpo flotante se mueve hacia el fondo del mar, la masa y el arrastre añadidos son mayores, lo que ayuda a impedir el movimiento. Según la presente invención, la estructura vertical (reborde) de la superficie inferior de la placa de amortiguación es más larga que la estructura vertical (reborde) de la superficie superior de la placa de amortiguación.

[0032] Las figuras 2 a 8 representan WEC con al menos una placa "de elevación", que tiene estructuras verticales que se extienden desde la misma, conectadas a una porción sumergida del mástil, por debajo de la línea de flotación. La placa de elevación, como se utiliza en este caso, se refiere a una placa que se extiende en una dirección generalmente perpendicularmente al mástil. En las figuras, se muestra que la placa de elevación es circular. Sin embargo, la placa podría ser triangular o cuadrada o cualquier polígono siempre que el mástil esté ubicado en el centro de la superficie de la placa. No es necesario que el mástil sea una estructura de un solo cilindro, sino que puede ser un mástil de celosía que se unirá a la placa de elevación. La placa de elevación luego se unirá de manera simétrica al mástil.

[0033] Como ya se mencionó, la placa de elevación proporciona arrastre (resistencia) y características de masa añadidas (inercia) importantes en la operación del w Ec . Por lo tanto, mientras que el flotador está diseñado para responder al movimiento de alta frecuencia de las olas, la placa de elevación proporciona al mástil las características para responder a movimientos de ola de frecuencia mucho más baja (período más largo) y, por lo tanto, aumenta el diferencial en el movimiento relativo entre el mástil y el flotador.

[0034] En las figuras 2 y 3, se muestra una placa de elevación 204a montada y unida a la región media del mástil y una placa de elevación 204b montada y unida a la porción inferior o de fondo del mástil. En las figuras 2 y 3, los rebordes se extienden verticalmente por encima y por debajo de las superficies de las placas de elevación. Estas figuras también ilustran que las placas de elevación pueden estar conectadas mediante barras que descienden del mástil o mediante cables y barras que se extienden desde la periferia externa de la placa de elevación hasta el mástil para mantener la placa estable y generalmente perpendicular al mástil. Se pueden usar otras configuraciones estructurales para asegurar una placa de elevación y para estabilizar el flotador y mástil.

[0035] La figura 4 muestra un mástil 200 que incluye una estructura de celosía 202 que se extiende hacia abajo con una única placa de elevación 204 montada sobre el extremo inferior de la estructura de celosía 202. La placa de elevación 204 incluye un reborde superior 206a y un reborde inferior 206b (como se muestra más explícitamente en las figuras 5 y 6. La combinación de placa de elevación y reborde funciona como una lata o un cubo que contiene el volumen de una columna de agua que se impulsa hacia arriba o hacia abajo. Esto puede aumentar aun más la masa efectiva de la placa de elevación. En la figura 4, el borde externo de la placa de elevación circular se muestra conectado por cables (o barras) 210 a la porción inferior del mástil, por encima de la celosía 202. Se muestra que la celosía 202 es una sección de celosía abierta para reducir los efectos de las corrientes horizontales que empujan contra el mástil y reducir el peso.

[0036] La figura 5 ilustra que el WEC 10 incluye una placa de elevación 204 que está formada con un reborde superior 206a y un reborde inferior 206b, como se ha mencionado anteriormente. En la figura 5 se muestra un PTO 300 conectado entre el mástil 200 y el flotador 100 para convertir su movimiento relativo en energía eléctrica (o útil). Esto tiene la intención de mostrar que el PTO no necesita estar dentro del mástil. El PTO podría estar contenido o montado en cualquier punto conveniente donde se pueda acoplar a componentes accionados por el mástil y el flotador para responder a su movimiento relativo.

[0037] La figura 6 ilustra un sistema de WEC donde la potencia eléctrica desde/hacia el PTO 300 del WEC se realiza a través de un cable 361 a un conector 302 que se muestra montado por encima de la línea de flotación hasta la porción superior del mástil. Un cable/conducto 304 está conectado al conector 302 para acoplar la salida del PTO a puntos externos al WEC. Proporcionar una conexión de potencia por encima de la línea de flotación elimina la necesidad de tener una conexión submarina entre el sistema eléctrico del WEC y dispositivos externos al WEC. Esto da como resultado un WEC mejorado con potencia extraída de la porción superior de la boya (por encima de la línea de flotación) y evita la necesidad de realizar una conexión submarina.

[0038] El uso de una placa de elevación sumergida en un WEC presenta un desafío para/en el diseño estructural. La forma de la placa de elevación es esencialmente una placa en voladizo de radio grande (si el mástil está ubicado en el centro), con una masa muy grande distribuida en toda su área, lo que da como resultado un momento muy grande en el punto de unión al mástil y que se trasladará a través del mástil inferior hasta el mástil superior.

[0039] Las figuras 7 y 8 muestran una virola 250 conectada a una región inferior de la porción superior del mástil (la ubicación de la virola puede estar en cualquier punto por debajo de la línea de flotación) con cable/barras 210 que se extienden hasta la periferia de la placa de elevación para asegurar y estabilizar la placa. Un puntal de extensión de mástil 202 se extiende por debajo de la placa de elevación con cables/barras 210 b conectados entre el extremo inferior del puntal y el lado inferior de la placa de elevación para asegurar y estabilizar también la placa. La figura 7 ilustra que la parte inferior del mástil 200 está conectada a la parte superior del puntal 202 a través de una junta adaptable/flexible 215 para reducir la tensión de ese punto.

[0040] Se puede usar una serie de barras, cables, vigas o tuberías mostradas en la figura 8 para sostener la placa de elevación en una configuración triangulada para contrarrestar la gran fuerza y el momento en cualquier dirección, hacia arriba o hacia abajo. Las barras, los cables, las vigas o las tuberías se pueden unir a la placa de elevación a la distancia (lateral) más estructuralmente efectiva desde el punto de unión del mástil inferior. Este punto puede en estar en un punto interno que no sea el borde externo de la placa de elevación.

[0041] La figura 8 ilustra que los cables, o las barras, 210 tensados pueden extenderse desde la virola 250 unidos al mástil, por encima de una junta adaptable/flexible 215, hasta la superficie superior de la placa de elevación. Otra estructura 208 por debajo de la placa de elevación sostiene la placa de elevación y contrarresta la tensión del elemento tensado 210a. La junta flexible o adaptable 215 absorberá cualquiera de las fuerzas sin producir un momento de flexión en el punto de conexión entre la porción superior del mástil, 200 y el puntal de extensión 202. El diseño de cable tensado con los puntales de soporte inferiores coloca el puntal de extensión 202 en compresión. Los miembros estructurales 208 debajo de la placa de elevación están unidos al fondo del mástil por debajo de la placa de elevación y en la ubicación óptima en la placa de elevación; estos miembros proporcionan una contratensión a los miembros 210. Esto da como resultado una estructura rentable que puede soportar el movimiento de la masa añadida en la dirección vertical.

[0042] El uso de una placa de elevación en un WEC (unir una placa de elevación a un mástil, como se muestra y enseña aquí) da como resultado una mayor eficiencia de conversión de potencia para el WEC. Para un modelo de WEC con un mástil cilíndrico orientado centralmente de, por ejemplo, un diámetro de 1,75 m y un refuerzo de 25 m, el periodo de resonancia natural de elevación del mástil es de 10,5 seg. Por lo tanto, si una ola de 11 seg pasa por el mástil que no tiene una placa de elevación o una placa de elevación con "rebordes", el mástil responderá a esta ola prácticamente sincronizado con la ola. Por tanto, si se uniera un flotador al mástil plano, entonces ambos objetos se moverían prácticamente sincronizados con la ola y sincronizados entre sí, por lo que producirían poco a ningún movimiento relativo y, en consecuencia, poca a ninguna potencia.

[0043] En contraste agudo, si se añade una placa de elevación plana circular de 10 cm de diámetro al mástil, se logra un periodo de resonancia natural de elevación de 31,7 seg. Además, si luego se añaden rebordes verticales por encima y por debajo de la placa de elevación, cada uno con una de 0,8 m, entonces el periodo de resonancia natural de elevación se incrementa aun más a 34,7 seg. Cuanto mayor sea el periodo de resonancia natural de elevación, más tiempo tardará el objeto (mástil, mástil con placa de elevación, mástil con placa de elevación con rebordes) en responder a la ola (por lo tanto, mayor será el desfase entre el objeto y la ola). Por lo tanto, si un flotador, que está diseñado para moverse prácticamente sincronizado con las olas, se une a un mástil con un período de resonancia natural de gran elevación, el movimiento relativo entre los dos puede incrementarse dramáticamente. Esto da como resulta un aumento significativo en la producción de potencia por parte del PTO.

[0044] Ahora se analiza el uso de placas de elevación con otros objetos flotantes, en particular plataformas petrolíferas.

[0045] La adición de estructuras verticales (rebordes) a la placa de elevación usada en WEC para controlar el movimiento hacia arriba y hacia abajo del mástil proporciona las ventajas mencionadas anteriormente. Los solicitantes reconocieron que la formación de una placa de elevación con rebordes también es aplicable a aplicaciones en las que la placa de elevación está unida a la porción sumergida de un mástil que está unida fijamente a una plataforma, donde las placas de elevación se utilizan para aumentar la masa del mástil y asegurar que el mástil y la plataforma a la que está unido tienen un movimiento hacia arriba y hacia abajo limitado.

[0046] Como se ha indicado anteriormente, la figura 1A es un diagrama simplificado de una plataforma petrolífera por encima de la superficie del agua que está sostenida por un único cilindro vertical de gran diámetro con tracas. El amarre para el sistema se une a este cilindro. Por debajo del cilindro hay un sistema de celosía abierto con múltiples placas de elevación que abarcan la distancia entre la celosía estructural. La figura 1B es un diagrama simplificado de una plataforma petrolífera sobre la superficie del agua que está sostenida por múltiples cilindros circulares de pequeño diámetro. Estos cilindros (típicamente hay seis) alternan entre la longitud total de la estructura y una longitud más corta. Cuando se combinan, estos cilindros múltiples dan la impresión de un único cilindro equivalente más corto de gran diámetro debajo de la plataforma y una estructura abierta debajo, dentro de la cual se ubican las placas de elevación. El amarre se une en la región donde están presentes los cilindros más cortos y las tracas también se envuelven alrededor de esta región.

[0047] La estabilidad de las plataformas se mejora mediante la adición de rebordes a las placas de elevación, como se muestra en las figuras 9 y 10. Las figuras 9 y 10 ilustran la adición de estructuras verticales 206a, 206b a las placas de elevación 204 mostradas para la plataforma petrolífera de mástil de celosía y la plataforma petrolífera de mástil de celda en las figuras 9 y 10, respectivamente. Como ya se explicó, la adición de estructuras verticales perpendiculares (rebordes 206a, 206b) a la placa de elevación da como resultado una masa añadida de [(Factor experimental)*(Volumen equivalente de la placa) (Altura vertical)*(Área de la placa)]*p. La masa añadida adicional lograda por las estructuras verticales es una función de [(Altura vertical)*(Área de la placa)]*p. Se entiende que, para las estructuras de las figuras 9 y 10, pueden construirse varios elementos a modo de mástil entre la parte inferior de la plataforma y la placa de elevación 204, donde se forman rebordes a lo largo de las superficies superior e inferior de la placa de elevación.

[0048] En la figura 12, una plataforma marina 991 está montada sobre mástiles (columnas), 200a, 200b, 200c, 200d. Las columnas se extienden a través de puntales de extensión (que pueden ser columnas cilíndricas o estructuras de tipo celosía), 202a, 202b, 202c, (y 202d, no mostrada) para elevar la placa 204. Los listones de extensión están adecuadamente unidos a la placa de elevación y los mástiles (las columnas) desde los que se extienden. La figura 12 muestra rebordes 206a, 206b (estructuras verticales) generalmente perpendiculares a la placa de elevación que se extiende alrededor de la periferia de la placa de elevación. Los largueros están dispuestos simétricamente (en lugar de centralmente) con respecto a la placa de elevación y la plataforma.

[0049] Los rebordes como tales pueden tener diferentes formas, como se muestra en las figuras 11A-11G, como se describe a continuación:

En referencia a la figura 11A, la adición de placas verticales perpendiculares a la placa de elevación dará como resultado una masa añadida de [(Factor experimental)*(Volumen equivalente de la placa)+(Altura vertical)*(Área de la placa)]*p. La masa añadida adicional lograda por los miembros verticales es la [(Altura vertical)*(Área de la placa)]*p.

En referencia a la figura 1lB , la adición de un tubo cuadrado alrededor de la geometría de la placa da como resultado una masa añadida de [(Factor experimental)*(Volumen equivalente de la placa, incluida la longitud adicional del tubo cuadrado) (Longitud del cuadrado)*(Área de la placa)]*p. La masa añadida adicional lograda por los miembros verticales es la [(Longitud del cuadrado)*(Área de la placa)]*p.

En referencia a la figura 11C, la adición de un cuboide rectangular (un objeto tridimensional que rodea la geometría de la placa con una sección transversal rectangular) da como resultado una mayor adición a la masa añadida de la placa por el "miembro vertical" que la geometría mostrada en la figura B si el lado más largo está orientado en la dirección vertical.

En referencia a la figura 11E, la adición de miembros con un componente horizontal y vertical da como resultado una masa añadida de [(Factor experimental)*(Volumen equivalente de la placa, incluido el componente horizontal de los miembros diagonales) (Altura vertical de los miembros diagonales)*(Área de la placa)]*p. La masa añadida adicional lograda por los miembros verticales es la [(Altura vertical de los miembros diagonales)*(Área de la placa)]*p.

En referencia a las figuras 11F y 11G, la adición de miembros circulares parciales gruesos o finos con una dimensión vertical que se curva hacia el mástil o que se aleja del mástil aumenta la masa añadida, como se indica en descripciones anteriores por la dimensión vertical.

[0050] Se debería apreciar que, como se muestra aquí, la invención incluye una placa de amortiguación unida al extremo sumergido de un elemento de tipo mástil que flota en un líquido. Una placa de amortiguación con estructuras verticales podría ser aplicable en aplicaciones de mezcla industrial. El elemento similar a un mástil puede ser impulsado hacia arriba y hacia abajo mediante una fuerza aplicada externamente. La placa de amortiguación tiene un par de superficies enfrentadas opuestamente que se extienden transversalmente a la dirección vertical del movimiento del elemento de tipo mástil y las estructuras verticales están montadas sobre las superficies enfrentadas opuestamente para aumentar la masa efectiva de líquido empujado durante el movimiento de la placa de amortiguación a través del líquido.

Claims (4)

REIVINDICACIONES

1. Aparato que incluye una placa de amortiguación (204, 204a, 204b) unida al extremo, sumergido en uso, de un elemento de tipo mástil (200), donde el elemento de tipo mástil (200), en uso, flota en una masa de agua, donde el elemento de tipo mástil (200) tiende a moverse hacia arriba y hacia abajo en una dirección vertical en respuesta al paso de las olas, donde dicha placa de amortiguación tiene un par de superficies enfrentadas opuestamente, donde las superficies enfrentadas opuestamente son la superficie superior y la superficie inferior, que se extienden transversalmente a la dirección vertical del movimiento del elemento de tipo mástil (200) y un reborde vertical (206a, 206b) montado en las respectivas superficies enfrentadas opuestamente a lo largo del borde de la placa de amortiguación (204) para aumentar la masa efectiva del agua empujada en la dirección hacia arriba y hacia abajo durante el movimiento de la placa de amortiguación a través del agua; caracterizado por el hecho de que el reborde inferior (206b) es más largo que el reborde superior (206a), de modo que la masa hidráulica y el arrastre son mayores cuando el elemento de tipo mástil (200) se mueve hacia abajo que cuando se mueve hacia arriba y se impide el movimiento del elemento tipo mástil (200) hacia el fondo del mar.

2. Aparato según la reivindicación 1, que incluye, además, un flotador (100) destinado a extenderse a lo largo de la superficie de una masa de agua y diseñado para moverse sincronizado con las olas presentes en la masa de agua, y donde dicho elemento de tipo mástil (200) está destinado a extenderse verticalmente, generalmente perpendicular al flotador (100) y la superficie de la masa de agua, donde dicho elemento de tipo mástil (200) se extiende por debajo de la superficie de la masa de agua y está destinado a moverse verticalmente hacia arriba y hacia abajo desincronizado con las olas; y que incluye, además, un dispositivo de toma de fuerza (PTO) (300), conectado entre el elemento de tipo mástil (200) y el flotador (100), que responde a su movimiento relativo para convertir el movimiento relativo en energía útil.

3. Aparato según la reivindicación 1, donde la proporción de la altura de las estructuras verticales (206a, 206b) a ^{la longitud de la placa de amortiguación (204),} © ^{, está comprendida entre 0,01 y 1.}

4. Convertidor de energía de las olas (WEC) que comprende el aparato según la reivindicación 2.