NO782823L - Boelgekraftmaskin. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører energiomdannelse og mer spesi-elt omdannelse av energi fra bevegelse av bølger i en væske.

Bølgebevegelse har lenge vært betraktet som en po-tensiell kilde for kraftdannelse, og mange forslag er fremkom-met for uttrekning av denne kraft, f. eks. britisk patent nr.

.......... (britisk patentsøknad nr. 30142/76).

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt en innretning som påvirkes av bølgebevegelse, omfattende en eller flere væskebølgebetjente pumper, idet hver pumpe omfatter en overflateflottør eller fåte som delvis retter seg etter for-andringer i væskeflatens nivå ved forbigang av bølger, et ettergivende rør som er opphengt i flottøren, hvilket rør er istand til å forandre volum når det er forlenget eller sammentrukket og som har ensrettede innløps- og utløpsventiler og en innretning for å holde den nedre ende av røret i et i det vesentlige konstant riivå under overflaten til væsken.

Ved bruk av innretningen vil den relative bevegelse for overflateflottøren eller flåten og den nedre ende av røret bevirke at væske pumpes inn i røret gjennom en innløpsventil når rørvolumet øker og gjennom en utløpsventil når rørvolumet avtar. Den resulterende vannstrøm kan derved f. eks. føres inn i en turbin eller lignende for tilveiebringelse av elektrisitet.

Hvor kapasiteten for én pumpe er utilstrekkelig,

kan flere pumper anordnes! en oppstilling for å pumpe mer væske. I en oppstilling av pumper er det fordelaktig å leddforbinde hver pumpemodul med et flytende grunnlegeme ved overflaten og et legeme med større tetthet enn det omgivende fluidum under flaten.

En oppstilling av pumper kan utstrekke seg som en linje over overflaten til fluidumet eller som en flåte i begge dimensjoner over overflaten. Hvor pumpeenheten er anordnet i en linje kan hver pumpe utsettes for like bølgebetingelser. Ved en todimensjonal' overflateflåte med rette vinkler til bølgefron-ten vil pumpene nærmest den ankomne bølge være utsatt for full bølgevirkning, mens de som ligger lenger bort fra denne kant vil utsettes for progressivt dempede bølger. En oppstilling av pumper kan være forbundet av et system av grenrør for å samle det vann som pumpes fra utløpsventilene. Ved vanlige vinddrevne sjøbølger vil den avbrutte vannstrøm fra hver enhet i en oppstilling av pumper bli addert i grenrørsystemet for å gi en mer jevn strøm ved grenrørsutløpet.

Når røret er utstrakt fra sin normale frie lengde kan det utøve en tilbakestillingskraft for å gjenoppta sin opprinne-lige lengde. Også bølgeenergiinnretningen kan drives med rør som utøver en tilbakevirkende kraft når de sammenpresses. For-andringene i lengde for røret som bevirkes av bølgebevegelsen representerer en forandring i det innesluttede volum for røret som ved et trekkspill. Fortrinnsvis, .vil forandringen i volum for det ettergivende rør bevirke ensrettede væskestrømmer ved å trekke væske gjennom enveisinnløpsventilsystemet, mens volumet for røret øker og presse ut væske gjennom et andre enveisventil-system til f. eks. et grenrør eller en manifold mens volumet avtar.

Ekstra ventiler kan benyttes mellom innløpsventilen og utløpsventilen hvis det er ønsket, f. eks. for å minimalisere tilbakestrøm.. Røret må ha tilstrekkelig strukturell styrke for å holde ved forandring i sitt.volum som bevirkes av bølgene mens det utsettes for fluktuerende trykk som er forbundet med pumping av fluidumet. Røret kan ha form av en fleksibel kanal, f. eks. en belgformet støvsugerslange, hvor den krevede tilbakestillings-kraf t under forlengélse og/eller kompresjon tilveiebringes av en skrueformet fjær som er innesluttet av, innleiret i eller obelagt med en fleksibel tildekning, f. eks. av mykgjort polyvinylklorid, syntetiske eller naturlige gummier. Fjærene kan være av korrosjonsmotstandsdyktig materiale, f. eks. rustfritt stål, eller innesluttet i en beskyttende lomme i den ytre tildekning.

Ved en alternativ utførelse av de ensrettede ventiler kan en Kontinuerlig belgseksjon ha en eller flere koniske fremspring, og fortrinnsvis er diameteren for hvert konisk fremspring avsmalner i retning av fremføringen for væskebølgen langs innretningen.

Ved en annen alternativ form kan den indre vegg til det flytende rør være utformet slik at det gir en lav motstand mot væskestrøm i én retning og en høy motstand mot den motsatte strøm. En eller flere strømningsréguleringsseksjoner bevirker således en ensrettet pumping av væske. Den ensrettede væske-strøm kan så benyttes direkte for mekanisk arbeide eller for å danne elektrisitet.

Ved en ytterligere alternativ utførelse er den strøm-ningsregulerende del av det flytende rør utformet av et i det vesentlige stivt materiale, mens forbindelsesdelen er utformet av et fleksibelt materiale hvorved fleksibiliteten bevirker en ensretting av væskestrømmen langs det flytende rør.

Innretningen anvendes på grunt vann, f. eks. hvor bølgelengden til den lengste bølge i hvilken innretningen skal virke er større enn to ganger vanndybden,er det fordelaktig å feste den nedre ende av pumperøret til et forankringssystem på sjøbunnen for å. tilveiebringe en vertikal tilbakeholding til oppdriftskreftene. I dypere vann er forankringssystemet fortrinnsvis en plate av et gitter som er nedhengt fra pumperøret tilstrekkelig langt under overflaten til å bli i stor grad upå-virket av overflatebølgene. Platen eller gitteret har en stor hydraulisk impedanse for å gi en tilbakeholding mot overflate-oppdriften og har tilstrekkelig vekt til å føre tilbake platen til sin stilling i rolig vann mot den oppoverrettede kraft som utøves av pumperøret ved drift i bølger. Når pumpene er forbundet i en oppstilling med et fleksibelt grunnlegeme ved overflaten for dannelse av en flåte, vil undervannsplatene eller gitre-... ne fortrinnsvis være forbundet av et tilsvarende grunnlegeme.

Overflategrunnlegemematerialet. og undervannsgrunn-legemematerialet kan ha form av nett av naturlige fibre eller plasttau eller gitter eller matter av plastisk tre eller metall.

Undervannsplaten eller gitteret (reaksjonsplaten) er fortrinnsvis utstyrt med oppblåsbare kamre som kan fylles med luft under sjøsetting og tauing til bruksstedet•. for å redusere dyptgående for systemet. En etterfølgende fylling av kamrene tillater at undervannsplaten synker til det ønskede driftsnivå.

Konstruksjonen er utstyrt med egnede innretninger for tauing og.plasering, f. eks. kabler og tau, og også til for-ankringsformål. Forankringen kan utføres ved hjelp av tau eller .wirer, f. eks. nylontau eller kjettinger til en bøye eller direkte til ankere på sjøbunnen.

Konstruksjonen av innretningen bestemmes av drifts-bølgebetingelsene og typen av fluidumstrøm som kreves. For-, trinnsvis bør undervannsplaten ha tilstrekkelig tyngde til å bevirke at oppdriftsenhetene er nesten halvveis neddykket i stille vann

Fortrinnsvis er flottørene ved vannflaten utformet med tilstrekkelig overskudd av oppdrift over det som er nødven-dig for å flyte i stille vann, slik at de akkurat kan bli ved overflaten under passasjen av den maksimale bølgetopp som for-ventes, mens pumperøret utstrekkes med omtrent halvparten av bølgens høyde. Tilbakeføringskraften for røret ved tilbakegang til den normale sammentrukkede lengde bestemmer derved det maksimale trykk som pumpes av hver enhet. For et gitt sett av bølgebetingeiser kan rørene velges for å.pumpe et lite volum med relativt høyt trykk eller et høyt volum ved .lavt ..trykk eller en mellomliggende kombinasjon.

Innretningen kan benyttes for forskjellige vannpumpe-operasjoner, f. eks. for oppblåsing av en bølgedempningslense eller pumping av sjøvann for sporelementuttrekningsahlegg.

Innretningen kan benyttes for å pumpe fluider i~ hvilke bølger opptrer eller ved anordningen av manifolder til såvel innløpsventilene som utløpsventilene for å pumpe en annen væske eller luft i en lukket krets.

For sjøvannsdrift bør konstruksjonsmaterialene være motstandsdyktige mot korrosjon og marin begroning.

Oppfinnelsen skal i det følgende nærmere beskrives ved hjelp av utførelseseksempler som er fremstilt på tegningene, som viser: fig. 1 et vertikalsnitt gjennom en bølgeenergifrem-bringende innretning omfattende en enkelt vertikal ettergivende rørpumpeenhet,

fig. 2 og 3 plansnitt og vertikalsnitt av en fleren-hetsinnretning som benytter vertikale pumper,

fig. 4, 5 og 6 forskjellige utførelser av fleksible rør.

På fig. 1 er det vist en overflateflottør av skum-plast 1 som understøtter et belgrør 2 av en skrueviklet ståldel som er plastbelagt. Til røret 2 er det festet undervannsplaten 3. Når en bølgetopp bevirker at flottøren stiger, vil undervannsplaten som befinner seg i stille vann motvirke den oppoverrettede bevegelse og bevirke at belgen strekkes. Den resulterende økning i volum ledsages av strømmen av vann gjennom et grovt filter 4 og en.enveis innløpsgummiflikventil 5. Når bøl-getoppen passerer og en bølgedal nærmer seg, vil tilbakestillingskraften i den utstrakte belg bevirke en sammentrekning og utpumping av vann gjennom utløpsventilen 6.

Fig. 2 og 3 viser en oppstilling av flere pumper for bølgekraft. En oppstilling av pumper kan benyttes sammen for å pumpe store mengder sjøvann for dannelse av elektrisitet. Et antall overflateflottører 1 omfattende blokker av skumplastmate-riale er plasert på et overflategitter 7, og den oppdrift som frembringes er i det vesentlige i overskudd for det som kreves bare for å bevirke en flyting.

Et manifoldrør 8, som er åpen ved en ende, er festet til flottøren 1, og et antall rør 2 er forbundet .til manifold-røret 8 og passerer.vertikalt til en undervannsgitterplate 3. Rørene 2 har form av et trekkspill eller belger som har en ten-dens til å gjenvinne sin form når de sammenpresses eller for-lenges .

Hvert vertikalrør 2 har en enveisventil ved en ende. Ventilen ved enden av røret 2 ved undervannsgitterplaten 3 tillater bare væske å gå inn i røret 2, mens ventilen ved flåteen-. den av røret 2 bare tillater væske å passere fra røret .2 til manifoldrøret 8. Ventilen 5 omfatter ganske enkelt en gummi-flik som er festet til et svingepunkt ved enden av røret.

For bruk i sjøvann er det ønskelig å plasere et filter 4 ved innløpet til rørene 2 for å redusere muligheten for ventilblokering.

Ved bruk av innretningen vil en innkommende væske-bølge bevirke at flottøren 1 beveges i takt med bølgen. Undervannsgitterplaten 3 vil på grunn av sin iboende treghet forbli i det vesentlige i den samme væskehøyde, og således vil en rela-tiv bevegelse mellom flåten 1 og forankringsplaten 3 bevirke en alternerende sammentrykning og forlengelse av røret 2 når den innkommende bølge passerer. Således vil når en spesiell flottør 1 stiger ved ankomst av en bølgetopp den tilhørende innløpsflik-ventil 5 åpnes når vannet trekkes gjennom filteret 4 inn i røret 2. Når flottøren 1 faller med en ankommende bølge på grunn av tilbakestillingskraften til det forlengede rør 2, vil vann tvinges ut av utløpsventilen 6 inn i manifolden 8. Manifolden som i seg selv er fleksibel, samler vann fra alle pumpeenheter og fører tilbake til turbinenheten 9 som flyter i- beskyttet vann bak oppstillingen borte fra innfallende bølger. Turbinen 9 fører så vann tilbake til sjøen. Vannstrømmen er resultatet av mange pumper som alle drives ut av fase og lagrer vann i turbinrøret.

Oppstillingen•kan fortøyes fra undervannsplaten 3 til vanlige ankere eller betongblokker.

Forsøk på modeller for pumpesystemet ble .' gjennomført i en bølgetank med dimensjoner 16 x 3,6 x 1,2 m. Den enkle pumpeenhet besto av én oppdriftscelle 1 med dimensjoner 150 x 205 x 50.mm.. • med en lengde på 35 mm i diameter av en vanlig .støvsugersugeslange 2 nedhengt vertikalt under den. Denne ble festet til oppdriften 1 ved hjelp av et T-rørstykke med 32 mm diameter, som vist på fig. 1. Rørlengden var 220 mm (sammen-trykt) og 600 mm (fritt hengende i vannet).

Enveisventiler 6 oppbygget av rustfrie stålskiver med 32 mm diameter og av nylonforsterket polykloropren ble plasert ved hver ende av røret 2, slik at strømningsretningen i røret var vertikalt oppover mot oppdriftsbøyen. Egenskapene for pumperøret 2 ble variert ved å forandre det forankrede nivå for den nedre ende av røret ved bruk av et idealisert system av en klemme festet til tanken. Resultatene er vist i tabell 1. Strømnings-hastigheten for en enkelt pumpeenhet drevet i et område med bøl-gebetingelser ble målt for en serie arbeidsforlengelser (pumperørlengden når den nedre ende var festet og overflateflottøren var i stille vann). Denne strømningshastighet ble bestemt med innløpsrøret 220 mm over det statiske vannivå, dvs. ét arbeids-trykk på ca. 0,0 2 kg/cm 2 manometertrykk. Resultatene viste at enheten hadde en optimal arbeidsforlengelse mellom 700 og 730 mm. Over og under dénne størrelse avtok strømningshastigheten.

Fig. 4, 5 og 6 illustrerer forskjellige utførelser for fleksible rør. Fig. 4 viser et fleksibelt kontinuerlig rør med korru-gert form som en belg eller et trekkspill. Fremragende konuser eller andre egnede former er festet til de indre vegger på belge-ne eller trekkspillene. Egnede fremspringende konuser er trak-ter 10 med stammedelen avskåret, idet omkretsen til trakten er festet kontinuerlig rundt det indre 11 til belgen eller trekk-spillet for dannelsen av en rekke ventiler.. Fig. 5 viser'en modifisert form for røret som alter-nativt har fleksible korrugerte seksjoner 12 og stive seksjoner 13. De stive seksjoner 13 har . strømningsreguleringsenheter eller fremspring 14. Fig. 6 viser en ytterligere form for rør med indre strømningsreguleringsenheter eller frmspring 15. Under bevegelse for røret vil stillingene for fremspringene 15 forandres (som angitt med stiplede linjer). Konturen for det indre av rø-ret tillater motsatte par fremspring til å virke som halvenveis-ventiler og bevirke en ensrettet pumping av vann i røret.

Claims (15)

1. Innretning for omdannelse av bølgeenergi,karakterisert vedat den omfatter en eller flere væske-bølgebetjente pumper, idet hver pumpe omfatter et f lytel.egeme-eller en flåte på overflaten som delvis tilpasser.seg til for- andringer i væskeflatens nivå under passasje av bølger, et ettergivende rør som har hengt ned fra flytelegemet eller flåten, hvilket rør er istand til å forandre volum når det forlen-ges eller sammentrekkes, og med ensrettede innløps- og utløps-ventiler og en innretning for å holde den nedre ende av røret ved et i det vesentlige konstant nivå under overflaten til væsken.

2. Innretning ifølge krav 1,karakterisertved at det ettergivende rør er én fleksibel kanal i hvilken en skrueformet fjær er innesluttet av eller innleiret i eller belagt med en fleksibel tildekning.

3. Innretning ifølge krav 2,karakterisertved at den fleksible tildekning ér mykgjort polyvinylklorid, syntetisk gummi eller naturgummi.

4. Innretning ifølge krav 2,karakterisertved at. fjæren er fremstilt av et korrosjonsmotstandsdyktig metall.

5. Innretning ifølge krav 2,karakterisertved at fjæren er innesluttet i en beskyttende lomme..

6. Innretning ifølge krav 1,karakterisertved at det ettergivende rør er en fjærbelastet belg.

7. Innretning ifølge krav 1,karakterisertved at minst en av de ensrettede ventiler er en enveisventil.

8. Innretning ifølge krav 1,karakterisertved at de ensrettede ventiler omfatter en kontinuerlig belgseksjon med en eller flere koniske fremspring, idet diameteren for hvert koniske fremspring avsmalner i retning av væskebølgens strømning langs innretningen.

9. Innretning ifølge krav 1, karakt e_risert ved at den indre vegg til det ettergivende rør har en kontur for å gi en lav motstand mot væskestrøm i en retning og en høy motstand mot væskestrøm i den motsatte retning.

10. Innretning ifølge krav 1,karakterisertved at det ettergivende rør omfatter stive rørseksjoner med koniske fremspring som avsmalner i retning av væskebølgens vei forbundet med ettergivende rørdeler.

11. Innretning ifølge krav 1,karakterisertved at fastholdingsinnretningen er en plate eller et gitter med en stor hydraulisk impedans mot vertikal bevegelse som for-årsakes av væskebølger.som virker på flytelegemet eller flåten på overflaten.

12. Innretning ifølge krav 11,karakterisertved at platen eller gitteret er utstyrt med oppblåsbare kamre som er istand til å fylles mied luft under sjøsetting og tauing til bruksstedet, idet kammeret deretter kan tømmes til platen eller gitteret synker til detønskede bruksnivå.

13. Innretning ifølge krav 1,karakterisertved at flytelegemet eller flåten på overflaten omfatter et gitter eller en matte, iboende, oppdrift eller er tilfestet opp-drif ts legemet .

14. Innretning' ifølge krav 1,karakterisertved at gitteret eller matten er fremstilt av tre eller plast-materiale.

15.. Innretning ifølge ett av de foranstående krav,karakterisert vedat væsken som pumpes benyttet til å drive energidannende utstyr direkte eller indirekte.