ES2559703T3 - Embarcación flotante que convierte la energía undimotriz en el mar en energía eléctrica - Google Patents
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Abstract
Un aparato para convertir la energía undimotriz en energía eléctrica, que comprende: un primer casco (201) flotante interconectado a un segundo casco (202) flotante, un mecanismo (302) de cabrestante sobre al menos un casco para su uso para elevar un peso (220) suspendido en un cable (14), en el que dicho mecanismo de cabrestante es operado en respuesta al movimiento de dicho primer casco con relación a dicho segundo casco, y un generador (304) accionado por el movimiento descendente del peso.
Description
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Embarcacion flotante que convierte la energfa undimotriz en el mar en energfa electrica
La presente invencion se refiere a un aparato que convierte la energfa undimotriz en energfa electrica.
La produccion sostenible de energfa limpia ha sido objeto de un intenso debate a nivel mundial durante cierto tiempo, y es evidente que existe una gran demanda para este tipo de energfa. La invencion esta disenada para ser una fuente de energfa renovable no contaminante, y tiene el potencial para suministrar comercialmente parte de esta demanda. La invencion descrita en la presente memoria convertira la energfa disponible debida a la accion del oleaje en el mar en energfa electrica. Un ejemplo de un dispositivo de conversion de energfa undimotriz se describe en el documento US 2009/0322092 A.
Segun la invencion, se proporciona un aparato para convertir la energfa undimotriz en energfa electrica, que comprende un primer casco flotante interconectado a un segundo casco flotante, un mecanismo de cabrestante en al menos un casco para su uso para elevar un peso suspendido en un cable, en el que dicho mecanismo de cabrestante es operado en respuesta al movimiento de dicho primer casco con relacion a dicho segundo casco, y un generador electrico accionado por el movimiento descendente del peso.
Preferiblemente, el primer casco y el segundo casco estan interconectados de manera pivotante.
Preferiblemente, el mecanismo de cabrestante es operable para elevar el peso, cuando los cascos pivotan uno con relacion al otro, en la direccion ascendente y la direccion descendente.
Preferiblemente, se proporciona un mecanismo de accionamiento para operar un eje de accionamiento en una direccion para elevar el peso en respuesta al movimiento relativo del primer casco y el segundo casco.
Preferiblemente, un casco tiene un segmento de engranaje que se engrana con un engranaje de pinon en el otro casco, en el que dicho engranaje de pinon esta engranado con dicho mecanismo de engranaje.
Preferiblemente, cada casco tiene un segmento de engranaje y un engranaje de pinon para engranar con un engranaje de pinon y un segmento de engranaje correspondientes en el otro casco.
Preferiblemente, los segmentos de engranaje tienen un arco de aproximadamente 110°.
Preferiblemente, el primer casco y el segundo casco estan conectados, de manera pivotante, por un eje articulado.
Preferiblemente, el peso en un casco es elevado a medida que el peso en el otro casco es bajado para accionar el generador.
Preferiblemente, el segmento de engranaje esta montado sobre una brida que sobresale desde el casco. Preferiblemente, el pinon en cada casco esta dispuesto sobre una cara frontal del casco.
Preferiblemente, cada casco tiene un rebaje para acomodar el peso.
Preferiblemente, cada casco comprende una cubierta (A) superior y una cubierta (B) inferior.
Preferiblemente, al menos el generador esta dispuesto sobre la cubierta (A) superior.
La invencion proporciona ademas un procedimiento para convertir la energfa undimotriz en energfa electrica que comprende proporcionar un primer casco flotante interconectado a un segundo casco flotante, y un mecanismo de cabrestante para su uso para elevar un peso suspendido en un cable, en el que dicho mecanismo de cabrestante es operado en respuesta al movimiento de dicho primer casco con relacion a dicho segundo casco, y un generador accionado por el movimiento descendente del peso.
La base de la invencion es producir una salida de energfa consistente cuando la misma se expone a la accion del oleaje, particularmente en el mar. Debido a que sera necesario que este aparato perdure durante largos perfodos de tiempo y funcione de manera efectiva en un entorno marino duro, el casco flotante sobre el que opera este sistema esta disenado en la forma de un casco de un barco. Por lo tanto, este diseno puede escalarse facilmente hasta el tamano de una embarcacion muy grande, dependiendo de la aplicacion requerida, asegurando que se consigue un nivel excepcionalmente alto de navegabilidad y resistencia. Pueden obtenerse importantes ventajas con la construccion y el diseno de la presente invencion haciendo uso de los recursos de la tecnologfa de diseno de embarcaciones probada, tal como puede ser integrada en este diseno.
Una caracterfstica notable de la presente invencion es que no usa un sistema hidraulico para realizar su funcion principal y, por lo tanto, presenta un riesgo mucho menor de danos por contaminacion al medio ambiente.
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En maquinas no tripuladas en las que grandes volumenes de fluidos hidraulicos son fundamentales para su funcionamiento, existina una amenaza constante de contaminacion en el sentido de que un fallo de un tubo o sello de alta presion, o incluso una perdida total de la maquina en el mar, podna resultar en el vertido de grandes cantidades de fluido hidraulico. Este diseno solo necesitara pequenas cantidades de lubricantes bien contenidos y estos pueden ser especiales para reducir el riesgo de contaminacion.
El impacto ambiental se reduce adicionalmente debido a la ausencia de cualquier tipo de maquinaria sumergida que esta girando o esta expuesta y es peligrosa para la vida marina.
Preferiblemente, se proporciona un mecanismo de accionamiento que es accionado por el movimiento pivotante relativo del primer casco y el segundo casco. El mecanismo de accionamiento esta conectado a y acciona el mecanismo de cabrestante para levantar el peso suspendido en el cable.
Preferiblemente, el primer casco y el segundo casco estan conectados de manera pivotante por un eje articulado. Preferiblemente, se proporciona un eje articulado de estribor que esta fijado al primer casco y un eje articulado de babor fijado al segundo casco.
En una realizacion, cada eje articulado tiene montado preferiblemente sobre el mismo una rueda dentada engranada con otra rueda dentada sobre un eje de accionamiento primario.
Ademas, el eje articulado tiene montado sobre el mismo un miembro de accionamiento adicional conectado por una barra a un engranaje de accionamiento de embrague accionado por embrague de patm en el eje de accionamiento primario.
La rueda dentada y los miembros de accionamiento que conectan el eje articulado al eje de accionamiento primario funcionan de manera que hacen girar el accionamiento primario en una direccion elegida.
Se observara que el movimiento pivotante, por ejemplo, del segundo casco o casco de popa, tanto en la direccion ascendente como en la direccion descendente, conforme es atravesado por una ola, resulta en la rotacion del eje de accionamiento primario en la misma direccion.
Por lo tanto, el eje de accionamiento primario gira en respuesta al movimiento pivotante relativo del primer casco (proa) y el segundo casco (popa), causado por la accion del oleaje, y la rotacion del eje de accionamiento primario permite la rotacion del mecanismo de cabrestante para elevar un cable y un peso.
Por lo tanto, la elevacion del peso convierte la energfa cinetica del oleaje en energfa potencial (o energfa gravitacional) a medida que el peso se eleva a una posicion en la parte inferior del casco.
El mecanismo tanto en el casco de proa como en el casco de popa es identico, y puede disponerse que mientras un casco esta elevando el peso a su posicion mas alta, el peso en el otro casco pueda ser liberado para generar energfa a traves del generador.
Por lo tanto, la energfa potencial almacenada del peso elevado es convertida en energfa electrica por la liberacion del mecanismo de cabrestante para permitir que el peso caiga hacia abajo y se acciona el generador electrico.
El aparato de la invencion sera operado a una profundidad de agua adecuada, posiblemente del orden de 60 metros.
Es posible que puedan conectarse entre sf una pluralidad de cascos similares segun la invencion.
Las realizaciones de la invencion se describiran ahora a modo de ejemplo con referencia a los dibujos adjuntos en los que:
La Figura 1 es una vista en perspectiva de un aparato para convertir la energfa undimotriz en energfa electrica segun la invencion;
La Figura 2 es una vista esquematica parcial en planta superior del aparato de la Figura 1;
La Figura 3 es una vista esquematica de parte del mecanismo de accionamiento de la Figura 1;
La Figura 4 es una vista esquematica del aparato de la Figura 1 en uso;
La Figura 5 es una vista esquematica adicional del aparato en uso;
La Figura 6 es una vista esquematica adicional del aparato en uso;
La Figura 7 es una vista en perspectiva de otra realizacion de un aparato para convertir la energfa undimotriz en
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energfa electrica segun la invencion;
La Figura 8 es una vista parcial transparente del aparato de la Figura 7;
La Figura 9 es una vista en perspectiva del casco frontal del aparato de la Figura 7;
La Figura 10 es una vista en perspectiva adicional del casco frontal de la Figura 7;
La Figura 11 es una vista en perspectiva de la seccion de casco posterior de la Figura 7;
La Figura 12 es una vista esquematica en planta superior de la seccion de casco frontal y la seccion de casco posterior del aparato;
La Figura 13 es una vista esquematica en perspectiva de los componentes operativos del aparato de la Figura 7;
La Figura 14 es una vista esquematica en seccion de los componentes operativos de la Figura 13 situados en el casco frontal del aparato de la Figura 7;
La Figura 15 es una vista en perspectiva del sistema de transmision de potencia del aparato;
La Figura 16 es una vista en perspectiva del mecanismo de cabrestante del aparato; y
Las Figuras 17 y 18 son vistas esquematicas del aparato de la Figura 7 en uso.
Con referencia ahora a los dibujos y con referencia en particular a las Figuras 1-3, en las mismas se muestra un aparato para convertir la energfa undimotriz en energfa electrica, indicado en general con el numero de referencia 100. El aparato 100 comprende una primera seccion o seccion 1 de casco de proa y una seccion posterior o seccion 2 de casco de popa. Las secciones 1 y 2 de casco estan conectadas entre sf de manera pivotante por medio de ejes 3, 4 articulados. El eje 3 articulado es el eje articulado de estribor y esta fijado a la seccion 2 de casco de popa. El eje 4 articulado es el eje articulado de babor y esta fijado a la seccion 1 de casco de proa. De esta manera, la seccion 2 de casco de popa puede girar o pivotar alrededor el eje 4 articulado, mientras que la seccion 1 de casco de proa puede girar o pivotar alrededor del eje 3 articulado.
El eje 3 articulado tiene montado en el mismo una rueda 8 dentada conectada a una rueda 9 dentada montada sobre un eje 10 de accionamiento primario. Ademas, el eje 8 articulado tiene fijado al mismo un miembro 5 de
palanca y el eje 10 de accionamiento primario tiene fijado al mismo un miembro 7 de palanca. Una barra 6 de
conexion esta conectada a los miembros 5 y 7 de palanca.
La rueda 9 dentada tiene un mecanismo 9a de embrague de patfn (Figura 3), que permite la rotacion de la rueda 9 dentada (y de esta manera el eje 10 de accionamiento primario) en una direccion y el miembro 7 de palanca tiene un mecanismo 7a de embrague de patfn que permite tambien la rotacion del eje 10 de accionamiento primario en la misma direccion. Por lo tanto, a medida que la seccion 2 de casco de popa pivota hacia arriba con relacion a la seccion 1 de casco de proa, la rueda 9 dentada y el eje 10 de accionamiento primario giran en una direccion y a medida que la seccion 2 de casco de popa pivota hacia abajo con relacion a la seccion 1 de casco de proa, el miembro 7 de leva hace girar el eje 10 primario en la misma direccion. Los mecanismos de embrague de patfn en la rueda 9 dentada y el miembro 7 de palanca permiten la rotacion del eje 10 de accionamiento primario en la misma direccion, a medida que la seccion 2 de casco de popa se mueve hacia arriba y hacia abajo con relacion a la seccion 1 de casco de proa. Por lo tanto, se consigue una rotacion continua del eje 10 de accionamiento primario a medida que las secciones de casco son elevadas y bajadas conforme una ola pasa por debajo de las secciones de casco.
El eje 10 de accionamiento primario esta conectado a un sistema de accionamiento que comprende un par de mecanismos 11 de engranaje que a su vez estan conectados a traves de un embrague de patfn y un freno 12 a un carrete 13 de cabestrante. El carrete 13 de cabestrante tiene enrollado en el mismo un cabo o cable 14 que se alimenta sobre un rodillo 16 de bobinado montado sobre un mecanismo 15 de carrete. El cable 14 se extiende sobre un rodillo 17 final montado en una seccion 18 cerrada que tiene una abertura (no mostrada) a traves de la cual el cable 14 se extiende hacia abajo por debajo de la seccion 1 de casco. Un peso 101 adecuado esta fijado al extremo libre del cable 14. Se apreciara que la seccion 18 cerrada esta disenada para permitir que el cable 14 salga del casco 1 traves de una abertura pero no pone en peligro el casco 1 en relacion a la navegabilidad, para asegurar que el casco no se inundara con agua.
Un eje 19 de accionamiento secundario esta fijado al carrete 13 de cabrestante y esta montado sobre un embrague de patfn y un freno 20 secundarios. El eje 19 de accionamiento secundario esta conectado a una etapa secundaria al mecanismo 21 de engranaje que a su vez tiene un eje 23 de salida conectado a un generador 22 de CA.
Se apreciara que el casco 2 de popa tendra una disposicion similar de ruedas de engranaje, ejes articulados,
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carrete de cabrestante y cable 14 de cabestrante y peso 101 que el casco 1 de proa, de manera que el casco de proa y el casco de popa operen sobre un peso 101 de una manera similar.
Este sistema hace uso completo de la profundidad del agua en la que opera, la distancia entre la embarcacion y el fondo marino es utilizada por completo como parte de la funcion central de este diseno.
Este sistema convierte la energfa undimotriz en una fuerza gravitacional acumulada que, a continuacion, es controlada y es utilizada sin contratiempos para accionar un generador de CA.
La flotabilidad de las secciones de casco y la manera en la que reaccionan al movimiento del oleaje, determinaran la fuerza que pueden ejercer sobre los componentes mecanicos implicados en la produccion de esta energfa y, por lo tanto, la eficiencia de su produccion de energfa.
El tamano y la estabilidad de los cascos 1, 2 permitiran la realizacion de ciertos tipos de reparaciones fundamentales en el mar, mientras esta en su posicion, reduciendo el tiempo de inactividad y el costo de mantenimiento esencial.
Todos los componentes de este diseno y, en particular, aquellos que permitiran que perdure en el mar y que produzca energfa electrica, son extremadamente fiables y capaces de soportar las condiciones mas duras en el mar.
Este dispositivo, una vez desplegado, producira energfa sin complicaciones ya que los generadores 22 seran accionados a una velocidad constante. Esta sera una ventaja sobre muchos disenos, tales como turbinas accionadas por aire y otras maquinas que tienden a producir energfa en rafagas haciendo que su conexion a la red sea mas compleja y costosa.
La presente invencion esta disenada en la forma de una embarcacion o barco flotante en su posicion y anclada en mar abierto, de manera que permita que la energfa undimotriz disponible sea convertida, por medio de la maquinaria incorporada, en energfa electrica. A continuacion, la electricidad resultante sera suministrada a la red nacional por cable y sistemas convencionales.
La presente invencion puede estar compuesta por mas de dos secciones de casco, y todas estas secciones seran disenadas y construidas usando las tecnicas de construccion naval mas modernas de embarcaciones con casco de acero disenadas para desplazarse por el oceano. Todas las secciones de casco se uniran o conectaran entre sf por medio de sistemas de articulacion alineados horizontalmente, estos seran muy robustos y tendran un diseno avanzado para permitir que las secciones de casco giren parcialmente en el plano vertical una con relacion a la otra.
Aunque pueden usarse un numero de secciones de casco en una aplicacion cualquiera, seran necesarias un mfnimo de dos secciones. Para los propositos de esta descripcion, se hara referencia a un aparato que funciona usando el requisito mfnimo de dos secciones de casco. Puede decirse que el aparato descrito aquf es "de dos mitades" y esta articulado o unido aproximadamente en la mitad de su longitud. Puede usarse o no un sistema de propulsion para el aparato y, en cualquier caso, sera superfluo para su funcion principal de conversion de la energfa undimotriz, que se realizara mientras esta estacionario.
Durante su periodo de funcionamiento, el aparato estara anclado desde un unico punto para fijar su posicion geograficamente y tambien de manera que se permita que se establezca de manera natural una alineacion que tendra como resultado que las olas se mueven hacia y a lo largo de las secciones de casco en angulos rectos con respecto a las mismas, tal como serfa normal con una disposicion de anclaje de este tipo.
La seccion 1 delantera de la embarcacion, que constituirfa la seccion de proa, permanecera en todo momento sobre las olas y sujetada directamente a un sistema 40, 50 de anclaje/amarre, (fijado al fondo del mar) esta seccion 1 delantera sera disenada y construida de manera que tenga una forma de proa aerodinamica adecuada.
Una vez posicionados y expuestos de esta manera a la accion del oleaje en mar abierto, los cascos del aparato responderan a esta accion del oleaje produciendo un movimiento semi-giratorio, alternante, en el plano vertical, en el que el eje (4, 3) de articulacion de conexion forma el centro de este movimiento.
La etapa siguiente es el procedimiento mediante el cual el movimiento alternante de las embarcaciones, tal como se ha descrito anteriormente, es convertido en energfa utilizable a traves de la instalacion en cada casco de la disposicion de ejes, embragues de patfn, conexiones y engranajes, (descritos anteriormente) que son accionados por el movimiento de interaccion de las secciones de casco a traves del eje de articulacion. Esto permite que la rotacion parcial del movimiento del casco sea desarrollada mecanicamente en un movimiento de rotacion completa. Esta instalacion sera de doble efecto y tendra un eje en cada casco que puede girar completamente en una sola direccion.
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Cada seccion de casco tendra un eje 10 que gira completamente, que son los ejes de accionamiento primarios. Las rpm de cada eje 10 primario seran bajas y un tanto inconsistentes dependiendo de la frecuencia y la amplitud del oleaje, sin embargo cada eje tendra una capacidad sustancial de salida de energfa debido a la palanca que las secciones de casco pueden ejercer sobre el eje 3, 4 central de articulacion conforme la embarcacion reacciona a la accion del oleaje.
Cada uno de estos ejes 10 de accionamiento primarios estara acoplado a instalaciones de cabrestante identicas que han sido colocadas en alineacion entre si sobre la cubierta de cada seccion de casco, tal como se ha descrito anteriormente.
Los cabestrantes 13 tienen un unico carrete con dimensiones apropiadas para la aplicacion, equipado con sistemas 12, 20 de embrague y freno neumaticos/electricos, de alto rendimiento, y que pueden ser controlados y operados electronicamente. El cabrestante esta equipado con una cantidad suficiente cable/cabo 14 de alta calidad en el carrete para tener en cuenta la profundidad del agua en su ubicacion de trabajo propuesta en el mar.
El requisito es que cada cabo 14 tenga una longitud suficiente para llegar hasta justo por encima del lecho marino desde la superficie en esa ubicacion. En una realizacion, el diseno puede requerir que haya disponible al menos una profundidad de sesenta metros, esta profundidad minima puede facilitar la secuencia operativa, y ademas la accion del oleaje a esta profundidad es ideal. Para profundidades de menos de sesenta metros puede ser necesaria una adaptacion mediante la inclusion de una disposicion de polea movil que aumentarfa la longitud del cabo y requiere que el peso sea aumentado tambien al doble. Las profundidades muy superiores a sesenta metros serfan tambien adecuadas, escalando los requisitos del sistema de anclaje para tener en cuenta el aumento de la profundidad del agua.
En relacion a las instalaciones de cabrestante, en ambos casos los cabos 14 saldran de cada carrete de cabrestante al que estan unidos a traves de un sistema de bloques y rodillos, a posiciones que han sido calculadas para optimizar la estabilidad y la flotabilidad de cada casco. Desde estas posiciones, los cabos saldran verticalmente hacia abajo a traves de cada seccion de casco, a traves de recintos estancos que no comprometeran la capacidad de mantenimiento de condiciones marinas seguras de los cascos y, por lo tanto, al mar, donde debajo del casco flotante el peso 101 esta fijado al extremo de cada cable.
El diseno y la disposicion de los sistemas mecanicos tal como se ha descrito anteriormente convertiran la energfa de las olas a las que esta expuesta la embarcacion a un sistema que suministrara energfa a los cabrestantes; permitiendo de esta manera que cada cabrestante eleve el peso fijado al mismo desde el punto mas bajo de la secuencia, justo encima del lecho marino y separado del mismo, hasta el punto mas alto de la secuencia, un punto justo debajo de la parte inferior de cada casco. De esta manera, el aparato funcionara con al menos un cabrestante en cada seccion de casco, y al menos un peso por cabrestante. Preferiblemente, los pesos seran de igual masa y vendran determinados en cada caso por la aplicacion particular y la escala de la maquina a ser operada.
Ademas, cada carrete de cabrestante esta equipado con dos embragues, uno a cada lado del carrete de la siguiente manera; un embrague 12 primario que permitira que cada carrete 13 sea desacoplado o acoplado a su eje de accionamiento o de entrada desde el mecanismo 11 de engranaje, y un embrague secundario que permitira que cada carrete se desacople o se acople a su eje de salida.
Los embragues funcionaran en una secuencia alterna; cuando un carrete de cabrestante esta siendo accionado por su eje de entrada primario con el embrague 12 primario acoplado y en el proceso de elevar su peso adjunto, el embrague de salida, o embrague 20 secundario, permanecera desacoplado. Cuando el carrete 13 ha terminado de elevar el peso adjunto, el embrague 12 primario desacoplara el carrete 13 del eje de accionamiento primario y el embrague 20 secundario tomara el relevo para acoplar el carrete con el eje 19 secundario o de salida.
Por lo tanto, cada sistema de cabestrante sera disenado y construido para realizar dos funciones separadas, realizando una funcion en cada momento en una secuencia especffica. La primera secuencia, que es la etapa que acumula la energfa extrafda directamente de la accion del oleaje, comenzara cuando el carrete 13 de cabrestante con su sistema de frenado liberado y el embrague 12 primario acoplado y accionado por su eje de entrada primario respectivo, comenzara a elevar su peso adjunto desde donde estara suspendido, es decir, justo encima y separado del fondo marino, que es el punto mas bajo de la secuencia, a un punto justo debajo del casco flotante, que es el punto mas alto. Durante este procedimiento, a medida que el peso esta siendo elevado por su carrete desde esta posicion mas baja, el cable 14 fijado es recogido en bobinas apretadas y es enrollado en el carrete 13 de cabrestante hasta que el peso ha alcanzado la posicion mas alta predeterminada justo debajo y separada del casco 1.
Un carrete 13 de cabestrante, con su peso suspendido desde el mismo, en esta posicion mas superior ha acumulado energfa en los devanados del cable a media que era enrollado alrededor de la bobina, y esta "cargado" con una fuente de energfa gravitacional o energfa potencial que ha adquirido durante el transcurso de su recorrido
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vertical hasta este punto mas alto y esta energfa esta ahora disponible para ser trabajada de una manera controlada.
La segunda secuencia es en la esta energfa potencial acumulada es utilizada de una manera controlada con el proposito de generar energfa electrica, y esta secuencia se activara inmediatamente despues de que el peso ha sido elevado hasta esta posicion mas alta. La activacion de esta secuencia es iniciada por la operacion tanto del embrague 12 primario como el embrague 20 secundario en conjuncion con el sistema de frenado de la manera siguiente. El freno sera aplicado para asegurar momentaneamente el carrete 13 y no permitir que gire, de manera simultanea en una accion coordinada, el embrague 12 primario se desacoplara del eje de accionamiento primario y el embrague 20 secundario sera operado para acoplar el carrete "cargado" a su eje 19 secundario o de salida. La liberacion del freno "vaciara" ahora el carrete permitiendo que el peso comience su descenso con el carrete 13 acoplado ahora al eje 19 secundario o de salida mediante el embrague 20 secundario, permitiendo que el carrete haga girar el eje secundario. El eje secundario transmitira esta energfa desde el carrete a traves de una caja 21 de cambios multiplicadora proporcionando una velocidad de eje suficiente para accionar el generador 22 de CA. A medida que la gravedad mueve el peso en este descenso a su posicion inferior tal como se ha descrito anteriormente, la accion de este descenso hara que el carrete gire a medida que la fuerza gravitacional del peso descendente desenrolla el cable alrededor del carrete. Este descenso sera controlado activamente por medio de un sistema de frenado productor de energfa, o un sistema de control electronico que puede aumentar momentaneamente la carga electrica en el generador de manera que puedan conseguirse unas rpm constantes sin desperdiciar energfa.
Tal como se ha indicado anteriormente, esta descripcion se refiere a una version de este diseno que funcionara usando dos secciones de casco unidas, en el que cada seccion tiene su propio eje, cabrestante, peso, engranajes multiplicadores e instalaciones de generador de CA. Durante su funcionamiento y con el proposito de conseguir una salida continua de energfa electrica desde la embarcacion en su conjunto, cada seccion de casco sera coordinada continuamente con su seccion de casco contigua en una secuencia alternante de produccion de energfa. Es decir, mientras una seccion de casco se encuentra realizando su secuencia de elevacion de su peso y, por lo tanto, no esta produciendo energfa electrica, su seccion de casco contigua estara realizando una secuencia de generacion de energfa con su peso descendiendo. Esta secuencia alterna se repetirfa de manera proporcional para las versiones de este diseno que funcionan usando mas de dos secciones de casco unidas.
En las Figuras 4 y 5 se muestran diversas etapas de funcionamiento del sistema, que ilustran como las secciones 1, 2 de casco de proa y de popa pivotan hacia arriba y hacia abajo, una con relacion a la otra, a medida que las olas pasan por debajo de las mismas. Cuando un peso 101 alcanza la posicion mas alta, el otro peso 101 esta en la posicion mas baja.
Se entendera que la seccion 2 de casco de popa tendra el mismo equipamiento que la seccion 1 de casco de proa y funcionara de la misma manera. Tal como se muestra en la Figura 1, cada seccion 1, 2 de casco puede tener una aleta 30 para aumentar la estabilidad y para mantener los cascos 1, 2 apuntando hacia el viento. El casco 1 proporcionara una lfnea 40 de anclaje que puede estar fijada a una boya 50 de senalizacion y la lfnea de anclaje asegurada al fondo del mar.
El aparato puede estar equipado con un sistema de polea movil (“double purchase”) (Figura 6) que tiene un bloque 102 de polea despues de que el cable 14 principal ha salido del casco, lo que permitirfa el uso de una mayor longitud de cable en una menor profundidad de agua. Por supuesto, esto significarfa que tendrfan que aumentarse los pesos 101 al doble de los de una instalacion de una unica polea, en resumen, es una opcion para profundidades de menos de sesenta metros.
Con referencia ahora a las Figs. 7 a 18, en las mismas se muestra otra realizacion del aparato para convertir la energfa undimotriz en energfa electrica, indicado en general con el numero de referencia 200. La construccion y el funcionamiento de esta segunda realizacion de la invencion son, en muchos aspectos, similares a los de la primera realizacion, sin embargo, las diferencias tecnicas importantes se describen a continuacion.
El aparato 200 comprende una primera seccion o seccion 201 de casco de proa y una seccion 202 de casco de popa o de popa. Las secciones 201 y 202 de casco estan conectadas de manera pivotante entre sf mediante ejes 203 y 204 articulados de manera que las secciones 201 y 202 de casco de proa y de popa puedan pivotar una con relacion a la otra.
La seccion 201 de casco de proa tiene una brida 205 que transporta un segmento 206 de engranaje y la seccion 202 de casco de popa tiene una brida 207 que transporta un segmento 208 de engranaje. Ademas, la seccion 201 de casco de proa tiene una rueda 209 de engranaje de pinon expuesta en su cara 210, en el que este engranaje 209 de pinon se engrana con el segmento 208 de engranaje en el casco 202 de popa. De manera similar, la seccion 202 de casco de popa tiene un engranaje 211 de pinon sobre su cara 212, en el que este engranaje 211 de pinon se engrana con el segmento 206 de engranaje sobre el casco 201 de proa.
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A medida que los cascos 201, 202 pivotan uno con relacion al otro, a medida que una ola pasa por debajo del aparato, el segmento 208 de engranaje causa la rotacion del pinon 209 y el segmento 206 de engranaje causa la rotacion del pinon 211.
Cada uno de los pinones 209 y 211 esta conectado a un sistema respectivo de accionamiento y de transmision de potencia para elevar y bajar un peso 220 y 221 respectivamente en cada casco 201,202.
Ahora se describira el sistema 301 de accionamiento y de transmision de potencia y de transferencia de energfa, uno por cada seccion de casco.
En primer lugar, cabe senalar que cada seccion 201, 202 de casco tendra una cubierta (A) superior y una cubierta (B) inferior. Haciendo referencia a las Figuras 13-16, el sistema 400 de accionamiento global comprende un sistema 301 primario de transmision de potencia/transferencia, un carrete 302 de cabrestante y un sistema 303 de accionamiento de engranajes para un generador 304 electrico. El sistema 301 de transferencia de energfa proporciona energfa de rotacion a un eje 250 de accionamiento para el carrete 302 de cabrestante y la rotacion del eje de accionamiento enrolla un cabo/cable 14 para elevar un peso 220 que esta suspendido debajo de la seccion 201 de casco. Cuando el peso 220 ha sido elevado completamente, puede ser bajado de nuevo mediante la fuerza de la gravedad liberando un freno en el carrete 302 que a su vez hace girar un eje 310 de salida para accionar el generador 304 electrico a traves del sistema 303 de accionamiento con engranaje multiplicador. Los pesos 220, 221 tiene un rebaje 420 y 421 correspondiente en la parte inferior de cada casco y cada rebaje 420, 421 tiene una abertura 520, 521 sellada correspondiente para la salida del cabo/cable 14.
Tal como se muestra, la transferencia de energfa, el almacenamiento y el generador electrico estan dispuestos de manera que el aparato completo se extienda sobre las dos cubiertas (A) y (B) interiores. Tal como se muestra en la Figura 14, parte del sistema 301 de transmision de potencia, y parte del sistema 303 de accionamiento de engranajes para el generador 304 se encuentran en la cubierta (A) superior. Una cantidad muy pequena de agua puede ser subida a bordo con el cable 14, cada vez que un peso se eleva de manera que el carrete 302 se coloca debajo de la cubierta (A) del generador, y sellado con respecto al equipo electrico principal. Se minimizara cualquier entrada de agua debida al cable por medio de la manera en la que el cable es enderezado a bordo, es recogido en una sentina y es descargado periodicamente por la borda a traves de bombas automaticas de baja tension.
La trasmision 301 de potencia tiene una seccion superior montada sobre la cubierta (A) superior, siendo esta la transmision de potencia principal y los ejes secundarios. El eje 240 primario (Figura 15) tiene montado sobre el mismo el pinon 209 y tiene dos engranajes 241 y 242 adicionales que accionan los pinones 243, 245 sobre el eje 246 secundario. Los pinones 243 y 245 del eje secundario estan equipados con embragues de patfn que transfieren el par de torsion solo en una direccion, en el que un pinon 243 es accionado directamente por el engranaje 241 de eje primario mientras que el otro pinon 245 es accionado indirectamente por el engranaje 242 del eje primario a traves del engranaje 247 loco, usandose esta disposicion para rectificar la direccion de rotacion del eje secundario. Debido a que el pinon 209 se hace girar en respuesta al movimiento pivotante entre los dos cascos 201, 202, los cascos que reaccionan transfieren de manera efectiva el movimiento oscilatorio del eje 240 primario a una rotacion direccional en el eje 246 secundario. El par de torsion en una direccion del eje 246 secundario es transferido a continuacion adicionalmente por la rueda 249 de engranaje fija a traves de una etapa de engranaje multiplicador adicional que se combina dentro de la carcasa de transmision de potencia y por debajo del nivel de la cubierta superior. La etapa de engranaje multiplicador adicional acciona el eje 250 de entrada del carrete.
En un ejemplo, la velocidad, los engranajes y las dimensiones de la transmision de potencia son:
Diametro del cfrculo de cabeceo de los segmentos 206, 208 de engranaje = 16,250 metros
Diametro del cfrculo de cabeceo del pinon 209 de eje de entrada a la transmision de potencia = 1.300 mm
Diametro 204 del eje de entrada a la transmision de potencia para 1 MW 2 rpm = 850 mm
Con una altura de ola y un periodo de 2 metros y 8 segundos, respectivamente, la velocidad de los cascos en su circunferencia sera igual a 0,5 metros/s, esto equivale a 0,16 rpm. Los segmentos 206, 208 de engranaje estan girando a 0,16 rpm, la relacion de multiplicacion al pinon de entrada de la transmision de potencia = 1:12,5. El pinon 209 de transmision de potencia y el eje 240 de entrada giraran a 2 rpm en cada direccion durante el cabeceo y la oscilacion vertical.
Se preve que, en una realizacion, el engranaje produzca una relacion de multiplicacion de 1:5 entre el eje 240 primario de transmision de potencia y el eje 250 de entrada de carrete.
En el escenario en el que el dispositivo esta reaccionando a la actividad de un oleaje de 2 metros y 8 segundos, tal como se ha indicado anteriormente, el eje de entrada del carrete de cabrestante estara girando a una velocidad media de 10 rpm. La circunferencia del nucleo del carrete de cabrestante medira 6 metros y cuando gira a 10 rpm
enrollara el cable a una velocidad lineal de 1 metro/segundo.
En un escenario en el que el dispositivo esta reaccionando a la actividad del oleaje de ciertas precondiciones, de aproximadamente 2 metros y 8 segundos, el eje de entrada del carrete estara girando a una velocidad media de 10 rpm y la circunferencia del nucleo de carrete medira 6 metros y cuando gira a 10 rpm enrollara el cable 14 a una 5 velocidad lineal de 1 metro por segundo. La Figura 16 muestra el carrete 302 con el cable 14 y el peso 220 fijado en un formato en el que puede conectarse en cada casco.
Se preve que puedan aplicarse ciertos lfmites (Figuras 17, 18) al movimiento pivotante angular de la seccion de casco de proa con relacion a la seccion 202 de casco de popa y dichos lfmites pueden depender del arco de los segmentos 206, 208 de engranaje que pueden ser disenados en funcion del tamano de las olas que se encuentran 10 en una ubicacion particular.
Tambien se preve que a medida que se esta almacenando energfa mediante la elevacion de uno de los pesos 220, 221, el otro de los pesos sera bajado para generar electricidad a traves del generador 304 que estara conectado a la red de una manera adecuada.
Puede proporcionarse un sistema regenerador para moderar el descenso del peso durante la liberacion de energfa 15 y puede proporcionarse una gestion electronica adecuada para controlar la energfa de salida y para facilitar un sistema de conmutacion para poner el generador en cada casco 201, 202 en lfnea y en fase durante la secuencia operativa. Se requerira un suministro de aire comprimido para controlar el ciclo de los sistemas de embrague y de freno. Por lo tanto, se proporcionaran compresores adecuados a bordo para proporcionar el suministro de aire comprimido necesario segun se desee.
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Claims (15)
- 510152025303540REIVINDICACIONES1. Un aparato para convertir la energfa undimotriz en energfa electrica, que comprende: un primer casco (201) flotante interconectado a un segundo casco (202) flotante, un mecanismo (302) de cabrestante sobre al menos un casco para su uso para elevar un peso (220) suspendido en un cable (14), en el que dicho mecanismo de cabrestante es operado en respuesta al movimiento de dicho primer casco con relacion a dicho segundo casco, y un generador (304) accionado por el movimiento descendente del peso.
- 2. Aparato segun la reivindicacion 1, en el que el primer casco (201) y el segundo casco (202) estan interconectados de manera pivotante.
- 3. Aparato segun la reivindicacion 1 o 2, en el que el mecanismo (302) de cabrestante es operable para elevar el peso, cuando los cascos pivotan uno con relacion al otro, tanto en la direccion ascendente como en la direccion descendente.
- 4. Aparato segun la reivindicacion 3, en el que un se proporciona mecanismo (301) de accionamiento para operar un eje (250) de accionamiento en una direccion para elevar el peso (220) en respuesta al movimiento relativo del primer casco y el segundo casco.
- 5. Aparato segun la reivindicacion cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que un casco (208) tiene un segmento (208) de engranaje que engrana con un engranaje (209) de pinon en el otro casco, en el que dicho engranaje (209) de pinon esta engranado con dicho mecanismo (301) de engranaje.
- 6. Aparato segun la reivindicacion 5, en el que cada casco tiene un segmento (206) de engranaje y un engranaje (209) de pinon para engranar con un engranaje (211) de pinon y un segmento (208) de engranaje correspondientes en el otro casco.
- 7. Aparato segun la reivindicacion 5 o 6, en el que los segmentos (206, 209) de engranaje tienen un arco de aproximadamente 110°.
- 8. Aparato segun una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7, en el que el primer casco y el segundo casco estan conectados de manera pivotante por un eje (203) articulado.
- 9. Aparato segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el peso (220) en un casco se eleva, a medida que el peso (221) en el otro casco se baja para operar el generador (304).
- 10. Aparato segun la reivindicacion 5, en el que el segmento (206) de engranaje esta montado sobre una brida (205) que sobresale desde el casco.
- 11. Aparato segun la reivindicacion 5 u 8, en el que el pinon (209, 211) en cada casco esta dispuesto sobre una cara (212) frontal del casco.
- 12. Aparato segun la reivindicacion 5 u 8, en el que cada casco tiene un rebaje para acomodar el peso (220, 221).
- 13. Aparato segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que cada casco comprende una cubierta (A) superior y una cubierta (B) inferior.
- 14. Aparato segun la reivindicacion 13, en el que al menos el generador (304) esta dispuesto sobre la cubierta (A) superior.
- 15. Un procedimiento para convertir la energfa undimotriz en energfa electrica que comprende proporcionar un primer casco flotante interconectado a un segundo casco flotante, y un mecanismo de cabrestante para su uso para elevar un peso suspendido en un cable, en el que dicho mecanismo de cabrestante es operado en respuesta al movimiento de dicho primer casco con relacion a dicho segundo casco, y un generador accionado por el movimiento descendente del peso.
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