DE2551052A1

DE2551052A1 - Generator zur erzeugung von wellen in einem wasserbecken

Info

Publication number: DE2551052A1
Application number: DE19752551052
Authority: DE
Inventors: Jacques Duport
Original assignee: Cegelec SA
Current assignee: Cegelec SA
Priority date: 1974-11-20
Filing date: 1975-11-13
Publication date: 1976-05-26
Also published as: SE7513084L; FR2291803A1; NO146335C; IT1051374B; JPS5725061B2; JPS5174656A; US3973405A; GB1506896A; NO146335B; FR2291803B1; NL7513537A; NO753894L; ES442839A1

Description

^{Fo 9672 D} 13. NoV₁1975

. Jürgen WEINMILLER

PATENTASSESSOR

GmbH

8OOOMünchen SO
Zeppelinstr. 63

SOCIETE GENERALE DE CONSTRUCTIONS ELECTRIQÜES

ET MECANIQUES ALSTHOM

38, avenue Kleber, 75784 PARIS CEDEX 16 Prankreich

GENERATOR ZUR ERZEUGUNG VON WELLEN IN EINEM WASSERBECKEN

Es sind Tauchkörper-Wasserwellenerzeuger bekannt, bei denen ein Verdrängungskörper eine senkrechte Bewegung ausführt und dabei zur Erzeugung einer Welle mehr oder weniger tief in das Wasser eingetaucht wird.

Häufig weist ein solcher Körper die Form eines dreieckigen Prismas mit horizontal liegenden und senkrecht zur Richtung der zu erzeugenden Welle verlaufenden Mantellinien auf, dessen eine Seite senkrecht steht.

Ziel der Erfindung ist es, derartige Generatoren hinsichtlich des energetischen Wirkungsgrads zu verbessern.

Gegenstand der Erfindung ist ein Generator zur Erzeugung von Wellen in einem Wasserbecken mit einem hin- und herbewegten,

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teilweise untergetauchten Verdrängungskörper, der als Prisma mit horizontaler Achse ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Prismenseite auf einer schräg abgeböschten Ebene der Beckenwandung gleitet und daß die Böschungsneigung bezogen auf die ruhige Wasseroberfläche zwischen 20 und 75 beträgt, wobei die Bewegungsrichtung parallel zur schrägen Ebene und senkrecht zur Prismenachse gewählt ist.

Das Gleiten der Rückseite des Verdrängungskörpers auf einer durchgehenden Böschung bewirkt einerseits, daß die nachteiligen Auswirkungen des ohne diese Böschung an der Rückseite des Verdrängungskörpers entweichenden Wassers vermieden werden, d.h., däß es nicht zu einer Störung der Wasserfläche hinter dem Körper mit Störeffekt auf die vor dem Körper erzeugte Welle und somit zu einer schwer zu berechnenden Abweichung der erzeugten Welle im Verhältnis zur berechneten Welle kommt; andererseits wird die Erzeugung einer rückwärtigen Welle vermieden und dadurch die verbrauchte Leistung beschränkt.

Die Vorderseite kann eben oder zylindrisch sein, die Seitenflächen sind eben und verlaufen vertikal und parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle.

Die Böschung dehnt sich nach unten mindestens bis zum niedrigsten von der unteren Mantellinie des Schwimmkörpers bei seinen Maximalbewegungen erreichbaren Pegel. Liegt dieser Pegel oberhalb des Beckenbodens, so geht die Böschung unmittelbar in den Beckenboden über und stößt seitlich an die Beckenwandungen, beispielsweise an eine senkrechte Mauer. Palls dagegen dieser Pegel unter dem Beckenboden liegt, muß vor der Böschung ein Graben vorgesehen werden, der mit dem Boden wie bei bestimmten bekannten Wellenerzeugern verbunden wird, deren Schwenkachse unter dem Beckenboden liegt.

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Der Körper bewegt sich parallel zur Richtung der größten Neigung der Böschung; bei dieser Bewegung ist der Abstand zwischen Böschung und Rückseite des Schwimmkörpers ebenso wie das Spiel zwischen den Seitenflächen des Tauchkörpers und den seitlichen Wandungen bzw. Leitwänden des Beckens konstant und relativ gering.

Die Bewegung des Körpers ist beispielsweise eine harmonische Bewegung oder die Resultante von mehreren harmonischen Bewegungen, und als Mittelpunkt dieser Bewegung, der als Mittelpunkt der von der unteren Kante des Körpers durchlaufenen Strecke definiert ist, kann jeder Punkt gewählt werden, der beispielsweise durch sein Höhenmaß in Bezug auf die mittlere freie Oberfläche bestimmt ist, jedoch unter der Bedingung, daß unter Berücksichtigung der Amplitude der Bewegung der Körper nicht vollkommen auftaucht und daß er mit seiner Unterkante die Tiefststellung erreicht .

Form und geometrische Anordnung eines erfindungsgemäßen Wellenerzeugers können durch folgende Faktoren gekennzeichnet werden t

- Die Neigung der Böschung und folglich der Längsbewegung des Verdrängungskörpers,

- die Form und Lage der Vorderseite (beispielsweise Neigung im Verhältnis zur Senkrechten, wenn diese Seite eben ist),

- die vom Körper erreichbaren Extremstellungen.

Wenn angenommen wird, daß die geometrische Form des Körpers festliegt, beispielsweise ein dreieckiges Prisma ist, so wird das Bewegungsgesetz in Abhängigkeit von der zu erzeugenden Welle bestimmt.

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Zur Bestimmung dieser Bewegung kann der Mittelpunkt in den durch die für den Körper möglichen Extremstellungen gesetzten Grenzen willkürlich gewählt werden. Wenn der Mittelpunkt gewählt ist, wird das Bewegungsgesetz rechnerisch und evtl. zusätzlich experimentell, beispielsweise am reduzierten Modell, bestimmt. Die Wahl des Mittelpunkts hängt ab von der sich ergebenden Welle oder von der zur Betätigung des Körpers notwendigen Leistung oder von einer Kombination dieser Kriterien. Die freie Wahl des Mittelpunkts zur Optimierung der Leistung des Wellenereeugers ist ein den Verdrängungskörper-Wellenerzeugern gemeinsames Kennzeichen, jedoch wird durch die erfindungsgemäße Anordnung, d.h. durch den im Verhältnis zur Senkrechten geneigten Weg, diese freie Wahlmöglichkeit für den Mittelpunkt noch erhöht.

Die sich aus der erfindungsgemäßen Anordnung ergebenden Vorteile, die in der Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren verdeutlicht werden, beruhen auf einer günstigeren Ausnutzung der Verdrängungskörperbewegung, die in einer besseren Qualität der erzeugten Welle und einer Verringerung der hydraulischen Energieverluste zum Ausdruck kommt.

Das durch die Bewegung des Körpers mit schrägem Laufweg verdrängte Nutzwasservolumen, d.h. die vom Körper während seiner Bewegung bewegte Wassermenge, ist größer als bei einem Tauchkörper mit senkrechter Bewegung, was bei gleicher Horizontalbewegung in einer größeren Amplitude der Wasserwelle oder bei gegebener Amplitude in Form einer kürzeren Horizontalbewegung zum Ausdruck kommt.

Andererseits hat die durch einen herkömmlichen, senkrecht verschobenen Tauchkörper erzeugte Wasserbewegung den Charakter

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einer periodischen, jedoch asymmetrischen Bewegung.

Dies führt zur Entstehung von Störbewegungen des Wassers im Verhältnis zur idealen Welle.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschränkt sich dieser nachteilige Umstand auf eine viel dünnere Wasserschicht.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die Anordnung gemäß der Erfindung die freie Wahl der Neigung der Mittellinie des vom Körper verdrängten Wasservolumens erlaubt.

Bei einem herkömmlichen Verdrängungskörper mit senkrechter Bewegung und für den Fall, daS die Körperbewegung auf die Strecke zwischen Beckenboden und halber Wasserhöhe begrenzt ist, muß wegen der relativ großen Amplitude der Horizontalbewegung für die Vorderfläche und folglich für die Mittellinie, die den geometrischen Ort der Mittelpunkte der horizontalen Bewegungsbahnen bildet, eine relativ geringe Steigung gewählt werden. Daraus ergeben sich Störungen für die erzeugte Wasserwelle, da die dem Wasser verliehenen Bewegungen, die notwendigerweise zeitlich in Phase liegen, räumlich verschoben sind.

Man kann für den vertikal bewegten Verdrängungskörper eine Anordnung wählen, bei der die Mittellinie steiler als im vorhergehenden Beispiel verläuft, jedoch erfordert dies einen längeren Weg des Körpers, der einen ziemlich tiefen Graben im Beckenboden erforderlich macht.

In der erfindungsgemäßen Anordnung, bei der der Weg des Körpers geneigt ist, ist die Mittellinie steiler als in den beiden vorgenannten herkömmlichen Beispielen, obwohl die Vertikalbewegung des Tauchkörpers kürzer ist und kein Graben benötigt wird.

Die Vorteile und Kennzeichen der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden

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Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen senkrechten Schnitt durch einen bekannten Wellengenerator, dessen Tauchkörper Vertikalbewegungen ausführt.

Fig. 2 zeigt einen senkrechten Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Wellengenerator, dessen Tauchkörper eine Schrägbewegung ausführt.

Fig. 3 zeigt einen senkrechten Schnitt durch einen bekannten vertikal bewegten Verdrängungskörper.

Fig. 4 zeigt eine bekannte Variante der Anordnung gemäß Fig. 3.

Fig. 5 zeigt einen senkrechten Schnitt durch den Wellengenerator gemäß Fig. 2, der die Neigung der Mittellinie des vom Verdrängungskörper verdrängten Volumens angibt.

In Fig. 1 ist ein Versuchsbecken zu sehen, in dem eine Welle mit vorgegebenen Charakteristiken erzeugt werden soll; eine Rückwand dieses Beckens ist mit 1 und sein Boden mit 2 bezeichnet, während die mittlere Höhe des Wassers mit N und die Amplitude der Wellenscheitel mit Nl bezeichnet werden.

Das Becken ist mit einem herkömmlichen Wellenerzeuger ausgestattet, dessen Verdrängungskörper 3 die Form eines dreieckigen Prismas aufweist und der senkrecht mit Hilfe einer durch eine Kurbel 5 und einen Dreharm 6 betätigten Stange 4 in eine senkrechte Hin- und Herbewegung versetzt wird.

Fig. 2 stellt im Gegensatz dazu einen erfindungsgemäßen Wellenerzeuger dar, der aus einem Verdrängungskörper 7 von dreieckiger Prismenform gebildet wird. In Bezug auf den Beckenboden vollführt der Körper hier eine Schrägbewegung, deren Neigung zur

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ruhigen Wasseroberfläche zwischen 20° und 75° beträgt und der Böschungsneigung der Rückwand 8 des Beckens entspricht; dieser Körper ist stets teilweise eingetaucht; seine Hin- und Herbewegung wird durch eine Stange 9 , eine Kurbel 10 und einen Dreharm 11 erzeugt.

Die Rückseite 12 des Körpers 7 gleitet auf der Rückwand des Beckens und somit parallel zur Steigungslinie dieser Wand. Bei dieser Bewegung ist der Abstand zwischen der Seite 12 und der Wand 8 konstant und relativ gering, ebenso wie das Spiel zwischen den Stirnflächen des Körpers und den Seitenwandungen des Beckens.

Der Verdrängungskörper hat im hier gewählten Beispiel die Form eines dreieckigen Prismas, so daß das Bewegungsgesetz in Abhängigkeit von der zu erzeugenden Welle bestimmt wird; zur Bestimmung dieser Bewegung wählt man den Mittelpunkt P in den durch die möglichen Extremstellungen des Körpers gesetzten Grenzen.

Die Vorteile gegenüber Verdrängungskörpern mit Vertikalbewegung werden bei einem Vergleich der Bewegung des herkömmlichen Körpers gemäß Fig. 1 und der Bewegung des erfindungsgemäßen Körpers gemäß Fig. 2 deutlich.

Bei dem herkömmlichen Verdrängungskörper gemäß Fig. 1 wird das Nutzvolumen, das durch die Bewegung des Körpers 3 verdrängt wird, durch ein vierseitges Prisma bestimmt, dessen Querschnitt das Viereck ABMN ist.

Beim erfindungsgemäßen Körper gemäß Fig. 2 wird das der Bewegung aus der Hochstellung in die Tiefstellung des Tauchkörpers entsprechende^ Nutzvolumen durch das vierseitige Prisma dargestellt, dessen Querschnitt das Viereck AB'MN ist.

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Es zeigt sich, daß man ein einem Dreieck AB¹B entsprechendes Volumen gewinnt, was sich bei gleicher Horizontalbewegung in Form einer größeren Amplitude der Welle oder bei einer gegebenen Amplitude durch eine geringere Horizontalbewegung ausdrückt.

Betrachtet man andererseits in Fig. 1 die horizontalen, zwischen der Höhe des Punktes A und der Höhe des Punktes B liegenden Wasserschichten, so läßt sich feststellen, daß die durch den herkömmlichen Körper hervorgerufene Bewegung des Wassers den Charakter einer periodischen, jedoch stark unsymmetrischen Bewegung besitzt : für eine horizontale Linie xx¹ beispielsweise erzeugt der Körper eine Wasserbewegung lediglich, solange seine untere Mantellinie unter der Linie xx¹ liegt, so daß also Störbewegungen des Wassers im Verhältnis zur idealen Welle entstehen.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dieser nachteilige Umstand auf die wesentlich kleinere Wassermenge zwischen der Höhe des Punktes A und der Höhe des Punktes B¹ begrenzt.

Der Vergleich der Figuren 1 und 2 zeigt außerdem, daß der Weg AB¹ des Körpers gemäß der Erfindung kürzer ist als der Weg AB des herkömmlichen Körpers. Diese Verringerung des Wegs wird noch dadurch verstärkt, daß die notwendige Horizontalbewegung selbst kürzer ist, wie es weiter oben erklärt wurde.

Ein weiterer Vorteil, der anhand von Fig. 3, 4 und 5 deutlich wird, besteht darin, daß die erfindungsgemäße Anordnung es ermöglicht, die Neigung einer Mittellinie Λ des durch den Körper verdrängten Volumens frei zu wählen.

In den Fig. 3, 4 und 5 ist die Horizontalamplitude MN der dem Wasser durch den Verdrängungskörper verliehenen Horizontal-

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bewegung gleich gewählt. Fig. 3 stellt einen Tauchkörper gemäß Fig. 1 mit Vertikalbewegung dar, dessen Hub durch den Boden des Beckens und die mittlere Wasserhöhe beschränkt ist. Wegen der ziemlich großen Amplitude der Horizontalbewegung MN muß für die Vorderseite und folglich für die Mittellinie & , die der geometrische Ort der Mittelpunkte der Horizontalbewegungen ist, eine geringe Neigung zur Wasseroberfläche angenommen werden. Daraus ergeben sich Störungen für die erzeugte Welle, da die dem Wasser verliehenen Bewegungen, die notwendigerweise zeitlich in Phase liegen, räumlich verschoben sind.

In Fig. 4 wird die Anordnung eines vertikal bewegten Körpers dargestellt, bei dem die Mittellinie Δ steiler verläuft als in dem vorhergehenden Beispiel, jedoch wird dadurch eine Verlängerung des Hubs und ein ziemlich tiefer Graben vor dem Tauchkörper notwendig.

Fig. 5 zeigt dagegen die erfindungsgemäße Anordnung gemäß Fig. 2; hier läßt sich feststellen, daß die Mittellinie wie gewünscht steiler verläuft als bei den zuvor beschriebenen herkömmlichen Anordnungen, obwohl die Vertikalverschiebung kürzer ist, und daß ein Graben nicht notwendig wird. Derselbe Vorteil ergibt sich übrigens auch, wenn die Vorderseite nicht eben ist.

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Claims

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PATENTANSPRUCH

Generator zur Erzeugung von Wellen in einem Wasserbecken mit einem hin- und herbewegten, teilweise untergetauchten Verdrängungskörper, der als Prisma mit horizontaler Achse ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Prismenseite (1.2) auf einer schräg abgeböschten Ebene (8) der Beckenwandung gleitet und daß die Böschungsneigung bezogen auf die ruhige Wasseroberfläche (N) zwischen 20 und 75° beträgt, wobei die Bewegungsrichtung parallel zur schrägen Ebene und senkrecht zur Prismenachse gewählt ist.

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