NO151978B - Aggregat for utnyttelse av bevegelsesenergi - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et aggregat for utnyttelse av bevegelsesenergi som er bundet i vannets bølgebevegelse. Et slikt aggregat omfatter i det minste en flyteenhet som befinner seg ved. vannflaten og som er forankret på en slik måte at den kan bevege seg fritt, .uten begrensning i forbindelse med bølge-bevegelsen og stort sett i vertikal retning. Aggregatet.har i det minste bevegelseshemmende og energiopptagende stempel som er forbundet med flyteenheten.

I kjente anlegg for.utnyttelse av den bevegelsesenergi som er bundet i vannets bølgebevegelse anvendes løpehjulsystemer, men disse gir på grunn av de forholdsvis lave strømningshastigheter en lav effekt pr.; flateenhet av. det energiopptagende system. Dersom større energimengder skal kunne utnyttes, krever anlegget store dimensjoner .og medfører dermed sammenhengende høye inve-steringsomkostninger samt blir vanskelig å håndtere.

En ikke ubetydelig forbedring av effekten pr. flateenhet kan oppnås med et løpehjulsystem som forsynes med innløps- og utløpstrakter-av yenturitype. som gir hastighetsøkning i løpe-hjultverrsnittet. En :slik anordning kan gi effektøkninger på 5 å 10 ganger, men effekten pr. flateenhet er imidlertid stadig for lav i forhold til omkostningene for konstruksjonen til å kunne anvendes i annet enn spesielle tilfeller hvor invester-ings- og driftsomkostningene er av mindre betydning.

En ytterligere forbedring av effektiviteten kan oppnås hvis løpehjulene bygges inn i et akselerasjonsrør som utfører en i vertikal retning oscillerende bevegelse. Den innesluttede væskesøyle medbringes da på grunn av den motstand mot gjennomstrøm-ning som løpehjulene og eventuelt anordnet fortrengning av rør-arealet volder. Dersom f.eks. røret med fastsittende turbinen-het akselereres oppad, oppstår et overtrykk under den væskesøyle som ligger ovenfor løpehjulet og et undertrykk ovenfor den væskesøyle som ligger under løpehjulet. Summen av disse trykk gir drivkraften til løpehjulet. Trykkforskjellen Ap blir

hvor

= vannets densitet

i rørets totale lengde

a = vannsøylens akselerasjon.

For en bølge med høyde 2 m blir den maksimale akselerasjon ca.

1 m/s 2. Et 25 m langt rør bevirker da en trykkforskjell på 25 000 N/m 2. Dette tilsvarer et vannturbinanlegg med 2,5 m fall-høyde. Til sammenligning kan nevnes at et løpehjul som på lig-nende måte oscilleres opp og ned i åpen sjø bare kan nyttig-

gjøre seg det dynamiske trykk som for den antatte bølgehøyde 2 m blir maksimalt ca. 500 N/m 2. Dette tilsvarer en fallhøyde på kun 0,05 m.

Man finner således at innføringen av et akselerasjonsrør med ri-melige dimensjoner kan øke effektuttaket for en gitt turbinstør-relse femti ganger. Uttrykt anderledes kan turbindiameteren i

den foretatte sammenligning reduseres til 1/7 for like stor pro-dusert effekt.

Ved at løpehjulene ved dette anlegg kan arbeide med høyere tur-tall enn ved andre kjente anlegg av dette slag kan de gis mindre dimensjoner, hvilket letter den konstruktive utformning av anlegget samtidig som fremstillingsomkostningene for anlegget kan reduseres .

Fra DE-OS 27 40 872 er det kjent et i begge ender åpent og hoved-sakelig vertikalt, langstrakt akselerasjonsrør. Norsk søknad nr. 77 1347 viser et stempel som er glidbart innebygget i en be-holder, som er åpen i sin nedre ende. Formålet med denne anordning er imidlertid ikke å utnytte bevegelsesenergi bundet i vannets bølgebevegelser, men å omforme et skiftende lavt trykk i bølgene til et relativt stabilt, høyere trykk. Dette gjøres ved at stempelets bevegelse overføres til et vanlig hydraulisk system. I US-PS 3 515 889 er det vist et flytelegeme som heves og senkes av bølgebevegelsen og herunder glir ved hjelp av ruller mot styringer. Hule ben er anordnet for å støtte og stabilisere plattformen. I SE utlegningsskrift 373 639 er det på fig.3 vist et stempelsystem som er slik utformet at det ved flytelegemets bevegelse nedad suges vann via en tilbakeslagsventil til et pumpehus. Ved flytelegemets bevegelse nedad presser stempelet vannet via tilbakeslagsventilen til en trykktank.

Samtlige av de ovennevnte skrifter beskriver anordninger som opp-viser ulemper, som foreliggende oppfinnelse har til hensikt å avhjelpe. Oppfinnelsen har således til formål å tilveiebringe et aggregat for utnyttelse av bølgebevegelsesenergien i vann, som muliggjør en mer effektiv og jevn energiopptagelse og energiom-dannelse enn h<y>a som har vært mulig ved de hittil kjente aggre-gater av denne type.

Oppfinnelsens karakteristiske trekk fremgår av patentkravene.

Oppfinnelsen skal beskrives i detalj i det følgende under hen-visning til vedlagte tegning, på hvilken en utførelsesform av oppfinnelsen er vist skjematisk som eksempel. Fig. 1 viser i perspektiv et aggregat ifølge oppfinnelsen med flyteenhet og akselerasjonsrør. Fig. 2 er et lengdesnitt av den øvre del av aggregatet ifølge fig. 1 og viser skjematisk hydrauliske kretser som er innebygget i flyteenheten.

Det i fig. 1 viste aggregat har som hovedbestanddeler et aksele-ras jonsrør 1 og en flyteenhet 2, som er forankret i. bunn ved hjelp av en fortøyning 3. Flyteenhetens 2 bæreevne er således dimensjonert og akselerasjonsrørets 1 lengde er således avpasset at rørets 1 øvre ender 4 ligger under vannflaten 5.

I fig. 2 er det øvre parti av røret 1 vist i snitt, idet aggre-gatets hydrauliske kretser er anskueliggjort skjematisk inne i flyteenheten 2. Røret 1 har i sin øvre ende en utvidelse 6, i hvilken det er tatt opp et neddykket stempel 7 som oscilleres opp og ned inne i utvidelsen 6 av vannsøylen inne i røret 1. Stempelet 7 er via en stempelstang 8 forbundet med stempelet 9

i en hydraulsylinder 10. Stempelstangen 8 er således felles for stemplene 7 og 9 og går gjennom sylinderens 10 to. ender. Stemplene 7 og 9 beveger seg således parallelt med hverandre, idet stempelets 9 bevegelse er tvangsstyrt av stempelet 7. Når vann-søylen i røret 1 løfter stempelet 7, forskyves stempelet 9 i samme takt oppad inne i sylinderen 10, hvorved hydraulisk væske strømmer fra den øvre sylinderhalvdel gjennom tilbakeslagsventilen 11 til den hydrauliske motor 12 og driver denne. Motoren 12 er koblet til en elektrisk generator 13 via akselen 14. Hydraulisk væske vender tilbake til den nedre sylinderhalvdel via tilbakeslagsventilen 15. Når vannsøylen i røret 1 begynner å trekke ned stempelet 7, dvs. når dette vender, vender også stempelet 9 og ventilen 11 lukkes. Hydraulisk væske vil nu i stedet strømme fra den nedre sylinderhalvdel via tilbakeslagsventilen 16 til den hydrauliske motor 12 og drive denne i samme retning. Den hydrauliske væske vender tilbake til den øvre sylinderhalvdel via tilbakeslagsventilen 17. For å utjevne virkningen av den hydrauliske væskes volumstrømsvariasjoner på generatorens 13 rotasjonsfrekvens, spesielt i de øyeblikk stemplene 7,9 vender, er akselen 14 forsynt med et svinghjul 18. I samme hensikt er den hydrauliske krets også forsynt med en tank eller kar 19 samt en tilbakeslagsventil 20 mellom karet og motoren som åpnes så snart volumstrømmen fra sylinderen 10 underskrider den volum-strøm som opprettholdes gjennom motoren på grunn av svinghjulet 18. Kretsen går da i tomgangssirkulasjon inntil sylinderen 10 har øket sin volumstrøm og nådd igjen volumstrømmen gjennom motoren 12. Det er også mulig å koble svinghjulet 18 ved hjelp av et frihjul til motoren 12, hvilket medfører-mindre tap, men hvilket har den ulempe at en trykkstøt oppstår når motoren når igjen svinghjulet. Mellom motorens utgangsside og tanken 19

er det anordnet et filter 21.

For ytterligere å redusere generatorens hastighetsvariasjoner, kan den hydrauliske motor ha variabelt deplacement og være trykk-kompensert slik at dens deplacement reduseres når volumstrømmen fra sylinderen er tilbøyelig til å reduseres. Derved kan drift av generatoren fortsette ytterligere_en del av arbeidssyklusen, uten at tilbakeslagsventilen 20 behøver å åpne.

For å få optimal utnyttelse av bølgeenergien bør følgende være oppfylt.

1. Rørlengden større enn halve bølgelengden.

hvor A^ = rørarealet

A2 = ekvivalent strupeareal, dvs. arealet av en i røret innsatt struping, som gir samme bremsing av den oscillerende væskesøyle som det virkelige energiopptagende organ h^ = halve bølgehøyden, dvs. bølgeamplituden l = rørets lengde

Claims (2)

1. Aggregat for utnyttelse av bevegelsesenergi som er bundet i vannets bølgebevegelse eller dønninger, omfattende en flyte-enhet (2) og en med flyte-enheten (2) forbundet energiopptagende anordning, hvor den energiopptagende anordning består av et neddykket stempel (7), karakterisert ved at stempelet er innebygget i et i begge ender åpent og stort sett vertikalt, langstrakt akselerasjonsrør (1), som er koblet til flyte-enheten (2) og som følger med denne i vannets bølgebevegelse.

2. Aggregat som angitt i krav 1, karakterisert ved at stempelet (7) er anordnet i en utvidelse (6) oventil i akselerasjonsrøret. v