DE60123358T2 - Vom Wellengang angetriebenes Pumpensystem - Google Patents

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Description

  • GEGENSTAND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung handelt, wie der Titel besagt, von einem vom Wellengang angetriebenen Pumpensystem, das es ermöglicht, einen Wasserdurchsatz unter hohem Druck zu erhalten, der dafür verwendet werden kann, mechanische oder elektrische Energie zu erzeugen oder Meerwasser mit Hilfe von Umkehrosmose-Membranen zu entsalzen.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Eines der Probleme, vor denen wir heute stehen, ist die Erzeugung und Nutzung umweltschonender Energien durch die Nutzung von Geräten mit angemessenen Kosten, die außerdem eine ähnliche Leistung erbringen, wie die Geräte, die fossile Brennstoffe nutzen.
  • In dieser Hinsicht werden derzeit vor allem von Windenergie angetriebene Stromgeneratoren eingesetzt, sowie Solarplatten, die sowohl zum Erhitzen von Wasser als auch zum Erzeugen elektrischer Energie eingesetzt werden.
  • Eine der möglichen Energiequellen, die Gegenstand verschiedener Studien ist, ist der Wellengang, da dieser ein großes Potential in sich birgt, insbesondere in den Gegenden, in denen er praktisch ständig vorhanden ist.
  • Die energetische Nutzung des Wellengangs ist jedoch besonders schwierig, da das Aufstellen im Meer von Systemen, die in der Lage sind, Energie aus der Wellenbewegung zu erzeugen, den Bau von statischen Plattformen erfordern würde, sowie das Verlegen von Unterwasserleitungen für den Transport der Energie zum Festland. Die Aufstellung dieser Systeme an der Küste ist ebenfalls schwierig, da die Möglichkeit in Betracht gezogen werden muss, die Höhenunterschiede des Meers aufgrund der Gezeiten auszugleichen.
  • Einige Patente, wie WO9214926 und US4560884 sehen die Nutzung des Wellengangs über ein Schwimmersystem vor, mit einer ersten Art von Schwinghebeln. Die Leistung ist jedoch recht gering, da der erhaltene Druck nicht sehr hoch ist. Hier wird auch nicht die feste Struktur parallel zu der Anordnung der Gezeiten vorgesehen, sondern die Nutzung der Gezeiten durch die Vorhersage des Wegs der Schwimmer.
  • BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Das erfindungsgemäße, durch Wellengang angetriebene Pumpensystem ermöglicht es, einen Wasserdurchsatz unter hohem Druck zu erhalten, und wurde dafür konzipiert auf dem Festland, in großer Nähe zum Meer aufgestellt zu werden.
  • Gemäß der Erfindung wird das Pumpensystem nach den Merkmalen von Anspruch 1 gebaut.
  • Sowohl der Klapparm als auch der Hilfsarm sind mit einem ihrer Enden jeweils über Drehachsen an der festen Struktur befestigt, wobei die genannten Arme durch die Einwirkung der Wellen nach oben auf den Schwimmer, der auf dem freien Ende der Arme montiert ist, geklappt werden, und danach durch das Eigengewicht der Arme wieder nach unten klappen, wenn der auf dem Wasser aufliegende Schwimmer dies erlaubt.
  • Die Schwimmer sind auf Klapp- und Hilfsarmen montiert, mit Hilfe einer durch entsprechende Drehachsen an diesen befestigter Struktur, wodurch die Parallelität der genannten Arme und das senkrechte Verfahren des Schwimmers durch Einwirkung der Wellen gesichert werden.
  • Erfindungsgemäß bestehen die Zwischenelemente, die die Aufgabe haben, die Bewegung der Klapparme auf die Klappstrukturen zu übertragen, aus im mittleren Bereich der Klapparme und am vorderen Ende der genannten Klappstrukturen angelenkten Treibstangen.
  • Diese Klappstrukturen, von denen eine oder mehrere parallel angeordnet vorgesehen sein können, sind mit ihrem hinteren Ende und über die entsprechenden Drehachsen an der festen Struktur montiert, und bleiben über dieser positioniert, wobei ihr vorderes Ende über die genannte feste Struktur in Richtung der Meer vorsteht.
  • Die Schwinghebel und die entsprechenden Klappstrukturen sind in ihren mittleren Bereichen durch Drehachsen verbunden. Diese Drehachsen ermöglichen eine Änderung der Neigung der Schwinghebel in Bezug auf die Klappstrukturen während dem Betrieb des Pumpensystems, um die Höhendifferenzen der Schwimmer durch die Wirkung der Gezeiten auszugleichen.
  • Um ein geradliniges Verfahren der zu den Pumpenzylindern gehörigen Kolben zu sichern, ist es vorgesehen, dass die Zylinder mit ihrem unterem Ende an der festen Struktur befestigt sind und dass die Kolben derselben an einem einstückig mit parallel zu den genannten Zylindern angeordneten Schlitten verbundenen Querträger befestigt sind, wobei die Schlitten in Längsrichtung verfahrbar auf Führungen montiert sind, die hierzu an der beweglichen Struktur vorgesehen sind.
  • Die Treibstangen, die die Aufgabe haben, die Bewegung der Klappstrukturen auf die Pumpenzylinder zu übertragen, sind an ihren Enden über die entsprechenden Drehachsen mit dem vorderen Ende der oben genannten Treibstangen verbunden sowie mit dem Querträger, der auf den Schlitten montiert ist und die Kolbenköpfe trägt.
  • Die Vorrichtungen zum Ausgleich der Höhenunterschiede der Klappstrukturen aufgrund der Einwirkung der Gezeiten umfassen Teleskoparme, die einen Auflagepunkt für die Schwinghebel bilden, Hydraulikzylinder für eine Änderung der Neigung der Teleskoparme und den Auflagepunkt der Schwinghebel auf diesen und einen Hydraulikkreislauf, der auf die Teleskoparme und auf die genannten Hydraulikzylinder dadurch einwirkt, dass deren Position in Abhängigkeit des Hubs der Kolben der Pumpenzylinder einstellt.
  • Die Teleskoparme, die den Auflagepunkt der Schwinghebel bilden, sind mit einem ihrer Enden über eine Drehachse an der festen Struktur befestigt und sind am gegenüberliegenden Ende mit einem Gleitschuh ausgestattet, der in Längsrichtung verfahrbar am hinteren Teil des entsprechenden Schwinghebels montiert ist.
  • Diese Gleitschuhe sind am hinteren Ende der Teleskoparme montiert und können durch die Einwirkung der genannten Hydraulikzylinder entlang des hinteren Bereichs der Schwinghebel verfahren werden, so dass beim Annähern der Gleitschuhe zum Drehpunkt der Schwinghebel oder beim Entfernen von diesem Drehpunkt eine Änderung der relativen Neigung zu den Klappstrukturen erreicht wird.
  • Das Verfahren der Gleitschuhe und die Änderung der Länge der verbundenen Teleskoparme wird automatisch über einen Hydraulikkreislauf gesteuert, der mit einem Ölbehälter, einem hydraulischen Verteilerkasten, Hubregelpumpen, Notpumpen und Durchflussregelpumpen ausgestattet ist.
  • Die Hubregelpumpen sind an der festen Struktur befestigt, in Bereichen, die ein wenig von den Endpunkten des maximalen Verfahrwegs der Schlitten entfernt liegen, so dass wenn der Hub der Kolben außermittig wird und sich nach dem oberen Bereich oder nach dem unteren Bereich verlagert, aufgrund der Änderung der relativen Position der beweglichen Strukturen aufgrund der Einwirkung der Gezeiten, die Schlitten auf die im oberen oder im unteren Bereich angeordneten Hubregelpumpen einwirken, wobei der Hydraulikkreislauf auf die Teleskoparme und auf die Zylinder einwirkt, deren Aufgabe es ist, die Gleitschuhe am hinteren Abschnitt der Schwinghebel zu verfahren, indem er die relative Neigung dieser zu den beweglichen Strukturen ändert, bis der Hub der den Pumpenzylinder entsprechenden Kolben wieder zentriert ist.
  • Die genannten Notpumpen sind an der festen Struktur befestigt, in Bereichen, die in der Nähe der Endpunkte des maximalen Verfahrwegs der Schlitten liegen, wobei eine dieser Notpumpen betätigt wird, wenn der Hub der den Pumpenzylinder entsprechenden Kolben zu stark außermittig sich zu einem der Enden verlagert, was zum Beispiel durch eine höhere Welle verursacht werden kann. In diesem Fall bewirkt die Betätigung einer der Notpumpen eine Einwirkung auf die Teleskoparme und auf die Hydraulikzylinder, deren Aufgabe es ist, die Gleitschuhe zu verfahren, um eine schnelle Änderung der Neigung des Schwinghebels zu bewirken, indem die relative Neigung des Schwinghebels zur beweglichen Struktur geändert wird, um ein Zentrieren des Kolbenhubs zu bewirken.
  • BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • Zur Ergänzung der vorliegenden Beschreibung und für ein besseres Verständnis der Merkmale der Erfindung wird der vorliegenden Beschreibung als Bestandteil derselben eine Satz von Zeichnungen beigefügt, in denen anschaulich und keineswegs einschränkend folgendes dargestellt ist:
  • 1 zeigt eine Profilansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Pumpensystems, in der eine Pumpengruppe ersichtlich ist, da im Falle, dass das System über mehrere Pumpengruppen verfügen sollte, diese parallel zu dem dargestellten ausgerichtet wären und somit durch diese verdeckt würden. In dieser Figur wurde ein Zwischenteil der Klapp- und Hilfsarme weggelassen, aufgrund der großen Länge dieser Arme im Verhältnis zu den restlichen Bestandteilen des Systems.
  • Die 2 zeigt eine Teilansicht im Profil des in der vorhergehenden Figur dargestellten Pumpensystems in einer mittleren Position beim Pumpen.
  • BEVORZUGTE AUSRÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Wie aus den genannten Figuren ersichtlich ist, ist dieses Pumpensystem mit einer festen Struktur (1) ausgestattet, auf der über entsprechende Drehachsen (21 und 31) ein Klapparm (2) und eine Hilfsarm (3) montiert sind. Der Klapparm (2) und der Hilfsarm (3) können eine Länge von 20 bis 30 Metern aufweisen und sind frei auskragend über dem Meer angeordnet und stützen sich auf diesem über einen Schwimmer (4) ab, der mit diesen über eine durch Achsen (42 und 43) befestigte Struktur (41) verbunden ist.
  • Auf der festen Struktur (1) ist eine Klappstruktur (5) montiert, deren hinteres Ende über die Drehachse (51) mit der festen Struktur verbunden ist.
  • Die Klappstruktur (5) hat die Aufgabe, von dem Klapparm (2) die Auf- und Abwärtsbewegungen zu empfangen, die durch die Einwirkung der Wellen auf den Schwimmer (4) stattfinden und diese Bewegung mit Hilfe des Schwinghebels (7) und der Treibstange (8) auf die Kolben (61) der Pumpenzylinder (6) zu übertragen.
  • Die Bewegung, die durch die Einwirkung der Wellen auf den Schwimmer (4) bewirkt wird, wird von dem Klapparm (2) mit Hilfe der Treibstange (9) auf die Klappstruktur (5) übertragen.
  • Die Treibstange (8) ist mit ihrem oberen Ende durch die Achse (81) an dem vorderen Ende des Schwinghebels (7) befestigt und mit ihrem unteren Ende durch die Drehachse (82) an einem Querträger (12).
  • Der Querträger (12) ist einstückig mit einem Schlitten (10) verbunden, der parallel zu den Pumpenzylindern (6) verläuft und der in Längsrichtung verfahrbar auf Führungen (11) montiert ist, die in der Struktur (1) vorgesehen sind. Der Zweck dieses Schlittens (10) besteht darin, während dem Betrieb des Systems ein geradliniges Verfahren der Kolben (61) zu bewirken, die an dem genannten Querträger (12) befestigt sind.
  • Damit der Schwinghebel (7) der Treibstange (8) und somit auch den Kolben (61) die Bewegung der Klappstruktur (5) übertragen kann, ist es erforderlich, dass dieser einen hinteren Auflagepunkt aufweist, wobei dieser Auflagepunkt durch einen Teleskoparm (13) gebildet ist, dessen unteres Ende durch eine Drehachse (131) an der Struktur (1) befestigt ist und der an seinem oberen Ende mit einem Gleitschuh (132) ausgestattet ist, der über eine Drehachse (133) an diesem befestigt ist. Der Gleitschuh (132) kann in Längsrichtung im hinteren Bereich des Schwinghebels (7) verfahren, wobei er sich durch die Wirkung eines Hydraulikzylinders (14) der Drehachse (71) des genannten Schwinghebels nähert oder sich von diesem entfernt.
  • Beim Änderung der Länge des Teleskoparms (13) und der Position des Gleitschuhs (132) durch die Einwirkung des Hydraulikzylinders (14) kann die relative Neigung des Schwinghebels (7) in Bezug auf die Klappstruktur (5) geändert werden, damit der Hub der Kolben (61) zentriert bleibt, wenn sich die allgemeine Neigung der Klappstruktur (5) durch Einwirkung der Gezeiten ändert.
  • Um diese Operation automatisch während dem Betrieb des Pumpensystems durchzuführen, weist diese einen Hydraulikkreislauf auf, der aus einem Ölbehälter (15), einem Verteilerkasten (16), Hubregelpumpen (17), Notpumpen (18) und Durchflussregelpumpen (19) besteht.
  • In der normalen Arbeitsposition, führen die Kolben (61) der Pumpenzylinder (6) einen zentrierten Hub aus, der eine geringere Länge hat, als die, die zwischen den Hubregelpumpen (17) besteht. Im Falle, dass dieser Hub außermittig wird und sich in den oberen Bereich oder in den unteren Bereich verlagert, aufgrund einer Änderung der Referenzposition der Klappstruktur (5) durch Einwirkung der Gezeiten, so wird eine der genannten Hubregelpumpen (17) nacheinander durch einen einstückig mit dem Schlitten (10) verbundenen Arm (101) betätigt, wodurch der Hydraulikkreislauf auf den Teleskoparm (13) und auf den Hydraulikzylinder (14) einwirkt, um die Neigung des Schwinghebels (7) zu ändern, bis der Hub der Kolben (61) erneut zentriert ist.
  • Falls der genannte Hub stärker außermittig wird, wird der Schlitten (10) auf die entsprechende Notpumpe (17) am oberen Ende oder am unteren Ende einwirken, und wird auch den Teleskoparm (13) und den Hydraulikzylinder (14) betätigen, um die Neigung des Schwinghebels (7) schnell zu ändern und diesen in eine Position zu bringen, bei der ein Zentrieren des Hubs der genannten Kolben (61) erreicht wird.
  • Nach einer ausreichenden Beschreibung des Wesens der Erfindung sowie eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, wird für die erwünschten Zwecke darauf hingewiesen, dass die Materialien, die Form, die Größe und die Anordnung der beschriebenen Elemente innerhalb des Rahmens der beiliegenden Ansprüche geändert werden können.

Claims (16)

  1. Vom Wellengang angetriebenes Pumpensystem, der Art, die eine auf dem Festland aufgestellte feste Struktur (1), einen Klapparm (2) und einen Hilfsarm (3) umfassen, wobei beide mit einem ihrer Enden mit der festen Struktur verbunden sind, wobei die Arme aufgrund der von den Wellen auf einen mit den Armen (2, 3) verbundenen und gegenüber der festen Struktur (1) liegenden Schwimmer (4) ausgeübten Einwirkung eine Schwenkbewegung ausführen, dadurch gekennzeichnet, dass eine senkrechte Schwenkbewegung erhalten wird, da der vom Schwimmer getragene Klapparm (2) länger ist als der Hilfsarm (3) und somit eine stärkere Kraft erzeugt wird, die über eine Klappstruktur (5) auf die feste Struktur (1) übertragen wird, wobei die Klappstruktur mit Hilfe eines Schwinghebelsystem (7) die Höhenunterschiede der genannten Klappstruktur (5) aufgrund der Einwirkung der Gezeiten ausgleicht; diese Klappstruktur (5) hat Bewegungsmittel (132, 133) und ist mit Treibstangen (8) verbunden, die die Pumpenzylinder (6) antreiben, Teleskoparmen (13), die einen Auflagepunkt für die Schwinghebel (7) bilden, Hydraulikzylinder (14), um die Neigung der Teleskoparme (13) und den Auflagepunkt der Schwinghebel (7) auf diesen zu ändern, und einen Hydraulikkreislauf, der auf die Teleskoparme (13) und auf die Hydraulikzylinder (14) einwirkt, um deren Position nach dem Hub der Kolben (61) der Pumpenzylinder (6) einzustellen.
  2. Pumpensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klapparme (2) und die Hilfsarme (3) mit einem ihren Ende jeweils über Drehachsen (21 und 31), die frei über das Meer auskragend angeordnet sind, an der festen Struktur (1) befestigt sind.
  3. Pumpensystem nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwimmer (4) am unteren Ende einer drehbar über die entsprechenden Drehachsen (42 und 43) an den Klapparmen (2) und den Hilfsarmen (3) befestigten Struktur (41) montiert sind, wobei die genannten Arme das senkrechte Verfahren des Schwimmers (4) durch Einwirkung der Wellen sichern.
  4. Pumpensystem nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenelemente für die Übertragung der Bewegung der Klapparme (2) auf die Klappstrukturen (5) aus Treibstangen (9) bestehen, die an einem mittleren Bereich der Klapparme (2) und an einem vorderen Ende der genannten Klappstrukturen (5) angelenkt sind.
  5. Pumpensystem nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappstrukturen (5) mit ihrem hinteren Ende und mit den entsprechenden Drehachsen (51) an der festen Struktur (1) montiert sind.
  6. Pumpensystem nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappstrukturen (5) über der festen Struktur (1) positioniert sind, und ihr vorderes Ende in Bezug auf die genannte feste Struktur (1) in Richtung Meer vorsteht.
  7. Pumpensystem nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwinghebel (7) und die Klappstrukturen (5) an ihren mittleren Bereichen über Drehachsen (71) verbunden sind.
  8. Pumpensystem nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Sicherung des geradlinigen Verfahrens der Kolben (61) der Pumpenzylinder (6) aus Schlitten (10) bestehen, die parallel zu den genannten Zylindern (6) angeordnet sind und in Längsrichtung verfahrbar auf zu diesem Zweck an der beweglichen Struktur (1) vorgesehenen Führungen (11) montiert sind.
  9. Pumpensystem nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (61) mit einem einstückig mit den Schlitten (10) verbundenen Querträger (12) verbunden sind.
  10. Pumpensystem nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibstangen (8), die die Bewegung der Klappstrukturen (5) auf die Zylinder (6) übertragen, mit ihren Enden über entsprechende Drehachsen (81 und 82) mit dem vorderen Ende der Schwinghebel (7) und mit dem Querträger (12) verbunden sind.
  11. Pumpensystem nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Teleskoparme (13) mit einem ihrer Enden über eine Drehachse (131) an der festen Struktur (1) befestigt sind, wobei diese Drehachse am gegenüberliegenden Ende einen Gleitschuh (132) aufweist, der in Längsrichtung über den hinteren Teil des entsprechenden Schwinghebels (7) verfahrbar montiert ist.
  12. Pumpensystem nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschuhe (132) über eine Drehachse (133) am hinteren Ende der Teleskoparme (13) montiert sind.
  13. Pumpensystem nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren der Gleitschuhe (132) auf den Schwinghebeln (7) durch die Einwirkung der Zylinder (14) auf diese Schwinghebel bestimmt wird.
  14. Pumpensystem nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikkreislauf einen Ölbehälter (15), einen hydraulischen Verteilerkasten (16), Hubregelpumpen (17), Notpumpen (18) und Durchflussregelpumpen (19) aufweist.
  15. Pumpensystem nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubregelpumpen (17) an der festen Struktur (1) befestigt sind und zwar in Bereichen, die ein wenig von den Endpunkten des maximalen Verfahrwegs der Schlitten (10) entfernt liegen.
  16. Pumpensystem nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Notpumpen (18) an der festen Struktur (1) befestigt sind, und zwar in Bereichen, die in der Nähe der Endpunkte des maximalen Verfahrwegs der Schlitten (10) liegen.
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