DK166969B1 - Boelgedrevet kraftanlaeg - Google Patents

Description

i DK 166969 B1

Den foreliggende opfindelse angår et bølgedrevet kraftanlæg med en pumpe og et deri bevægeligt stempel, hvilken pumpe er forbundet med en vanddrevet motor for levering af energi til en generator, hvor stemplet bevæges i forhold til cylinderen ved, at et opdriftslegeme 5 påvirkes af bølgeenergi, hvilken pumpe er enkeltvirkende og er udformet for anbringelse på havbunden, og hvor pumpens stempel er forbundet med opdriftslegemet ved hjælp af en alene til overføring af træk udformet bøjelig forbindelse med en sådan længde, at opdriftslegemet i anlæggets monterede tilstand befinder sig ved 10 havoverfladen, samt hvor pumpens pumperum gennem en ventil konstruktion er forbundet med et sugerum, der i anlæggets monterede tilstand står i forbindelse med det omgivende hav gennem vandmotoren.

Der kendes et bølgedrevet kraftanlæg af denne art fra beskrivelsen 15 til USA patent nr. 4.091.618. Ifølge denne kendte teknik er sugerummet anbragt under vandmotorens udløbsåbning, og anlægget hævdes at være udformet på en sådan måde, at der under denne udløbsåbning i sugerummet skulle kunne tilvejebringes et tomrum, hvilket imidlertid af tekniske grunde ikke synes praktisk muligt. Ved en udførelse af 20 dette kendte anlæg er vandmotoren anbragt direkte oven over sugerummet med sit udløb i sugerummets topvæg. Sugerummet vil følgelig normalt være vandfyldt. Ved en anden udførelse af det kendte anlæg er en som sugerum tjenende beholder nede i vandet ved hjælp af en rørledning, der udgår fra beholderens overside, forbundet med en 25 oven over vandets overflade placeret vandmotor, som tilføres vand via en hævert, og gennem hvilken vandet suges ned i beholderen under pumpens drift. Sugerummet må her også antages normalt at være vandfyldt, da den øverste del af sugerummet står i forbindelse med havet gennem vandmotoren.

30

Anlægget ifølge den foreliggende opfindelse er ejendommeligt ved, at det nævnte sugerum indeholder eller er forbundet med et i forhold til det omgivende hav fuldstændigt afspærret gasreservoir, og at vandmotorens udløbsåbning er anbragt lavere end det laveste vand-35 niveau i sugerummet. Herved opnås, at den af pumpen frembragte trykdifferens kan give en volumenændring i det fuldstændigt afspærrede reservoir selv ved beskedne trykdifferenser uafhængigt af vanddybden, således at anlægget kan installeres i stor dybde, hvor havets bølger har stor energi, og den over for det omgivende hav DK 166969 B1 2 afgrænsede gasmængde kan anvendes til forlængelse af pumpens sugeslag. Når nemlig pumpen ved kraftig bølgegang tilvejebringer et større trykfald gennem vandmotoren end det, der svarer til dennes kapacitet eller belastning, vil pumpen suge mere vand fra sugerum-5 met, end hvad der svarer til flowet (den gennemstrømmende vandmængde pr. tidsenhed) gennem motoren, hvorved gasmængden som følge af det derved tilvejebragte undertryk vil udvide sig for, når undertrykket igen falder, at trække sig sammen og bidrage til drift af vandmotoren. Den angivne placering af vandmotorens udløbsåbning tilveje-10 bringer en slags vandlås, som simpelt og effektivt forhindrer, at den i forhold til det omgivende hav afspærrede gasmængde kan undslippe og erstattes af vand. Den nævnte belastningsudjævning kan yderligere forbedres, såfremt anlægget er forsynet med to eller flere med respektive opdriftslegemer forsynede pumper, der er 15 forbundet med et fælles sugerum, og som arbejder faseforskudt på i og for sig kendt måde.

En hensigtsmæssig udførelsesform for anlægget er ifølge opfindelsen ejendommelig ved, at gasreservoiret udgøres af et gasfyldt rum, der 20 befinder sig over en vandoverflade i sugerummet. Herved opnås der en særlig simpel udformning af anlægget, idet et og samme rum kan udgøre både sugerummet og reservoiret.

En yderligere udførelsesform for det bølgedrevne kraftanlæg ifølge 25 opfindelsen er ejendommelig ved, at gasreservoiret udgøres af en elastisk beholder eller en bælg, der er anbragt i sugerummet. Derved opnås der større frihed, hvad angår vandmotorens anbringelse, idet sidstnævnte konstruktion ikke kræver overholdelse af noget minimumsniveau, hvad angår vandoverfladen i sugerummet.

30

For at undgå skadelige påvirkninger af pumpen i tilfælde af store bølgebevægelser er forbindelsen mellem stemplet og opdriftslegemet hensigtsmæssigt ifølge opfindelsen udformet således, at den har stor elasticitet over for trækkraftpåvirkninger, d.v.s. at den ved en 35 trækspændingsforøgelse får en relativt stor forlængelse.

En sådan forbindelse kan realiseres på flere måder, f.eks. kan forbindelsen bestå af et tov med stor elasticitet, eller den kan f.eks. bestå af en wire, der er forbundet med en fjeder.

DK 166969 B1 3

Ifølge opfindelsen kan ventil konstruktionen være forsynet med en indstillelig forspænding, således at den først åbner sig efter, at der er tilvejebragt et passende differenstryk mellem det nævnte sugerum og pumperummet. En sådan indstillingsmulighed er især af 5 betydning, da differenstrykket er afhængigt af det afspærrede gasreservoirs variable volumen. Herved opnås, at vandmotoren først påvirkes efter, at der over denne er blevet tilvejebragt et passende trykfald, og dermed sikres motoren mod at blive gennemstrømmet ved et så lavt differenstryk, at dens virkningsgrad er lav. Herved opnås 10 endvidere større acceleration af opdriftslegemet, hvilket igen giver større pumpeslag og bedre energi optagel se fra bølgerne.

Opfindelsen skal herefter forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor 15 fig. 1 viser et lodret snit gennem en udførelsesform for anlægget ifølge opfindelsen efter snitlinien I-I i fig. 3, fig. 2 et lodret snit efter linien II-II i fig. 1, 20 fig. 3 et vandret snit efter linien III-III i fig. 1, fig. 4 et vandret snit efter linien IV-IV i fig. 2, og 25 fig· 5 et vandret snit efter linien V-V i fig. 2.

På tegningen betegner 1 et hus, der for størstedelens vedkommende består af beton, og som er forsynet med et fundament 2 til anbringelse af det pågældende hus på havbunden. Huset indeholder en 30 pumpecylinder 3 med et stempel 4, der ved hjælp af en forbindelse 5 er forbundet med et opdriftslegeme 6, der i anlæggets monterede stilling befinder sig ved havoverfladen og således er udsat for de der herskende bølgebevægelser, hvorimod huset 1 er fast i forhold til havbunden.

35

Huset 1 indeholder en vandmotor i form af en turbine 8, der er koblet til en elektrisk generator 9. Turbinen 8 og generatoren 9 er indbygget i et rørformet hus 10, hvis øverste ende 11 danner indløb for turbinen og er tæt forbundet med et dæk 12 til huset 1. Huset DK 166969 B1 4 10's anden ende 15 danner udløb for turbinen og udmunder kort over en bund 16, der sammen med dækket 12 danner et sugerum 17.

Huset 1 er ved den på tegningen viste udførelsesform ottekantet, og 5 dets ydervæg er betegnet med 18, inden for hvilken sugerummet 17 er afgrænset, idet dog den af cylinderen 3 og stemplet 4 dannede pumpe er indesluttet i et indre, firkantet udfyldt rum 19, hvis vægge er betegnet med 20, jf. fig. 4 og 5.

10 I fundamentet 2 er der indbygget en indsugningsventil konstruktion 21,21, der ved den på tegningen viste udførelsesform, jf. fig. 3, består af fire ventiler, der hver er forsynet med et stort set pæreformet venti11 egerne 22. Hvert af disse samvirker med et stort set konisk sæde 23, og hvert ventillegeme er påvirket i retning mod 15 sit sæde ved hjælp af en forspændingsfjeder 24, hvis forspænding kan indstilles på i og for sig kendt og derfor ikke nærmere vist måde. Fjederen 24 er anbragt mellem et hoved 25 på en stang 26, der på tæt måde er ført ud gennem huset 1 og er fastholdt ved hjælp af en plade 27. Rummene bag hvert af venti 11 egernerne 22 er lukket udadtil og 20 står gennem åbninger 28 i bunden 16 i forbindelse med sugerummet 17.

I fundamentet er der yderligere indbygget en udløbsventil konstruktion 30,30, der ved den viste udførelsesform består af to ventil -klapper 31,31, der er hængslet foroven ved hjælp af hvert sit 25 hængsel 32,32. Ventil klapperne 31,31 tjener til aflukning af hvert sit sæt udløbskanaler 34,35 i fundamentet. Både indløbsventil konstruktionen og udløbsventil konstruktionen står i forbindelse med et rum 37, som er i åben forbindelse med den nederste ende af cylinderen 3.

30

Cylinderen 3 er udformet som en foring, og stemplet 4 er forsynet med en øverste og en nederste glidering henholdsvis 38 og 39, og stemplet er ved sin nederste ende forsynet med en rundtgående fender 40. En sådan fender 41 findes også ved den øverste ende af cylinde-35 ren for at afbøde eventuelle anslag af stempel enderne ved stærk bølgegang. Desuden er stemplet foroven forsynet med en tætningsring 42, der skal tætne spalten mellem cylinderen og stemplet og skal forhindre sandpartikler og andre urenheder i at passere ned mellem stemplets yderside og indersiden af cylinderforingen.

DK 166969 B1 5

Forbindelsen 5 består ved den på tegningen viste udførelsesform af et tov med elastiske egenskaber, d.v.s. at det har stor elastisk forlængelse ved stigende trækpåvirkning således, at det kan give efter, såfremt opdriftslegemet 6 skulle undergå store opadgående 5 bevægelser. Aktuelt er tovet 5 et monofilamenttov af et plastmateriale, men det vil forstås, at de elastiske egenskaber også kan tilvejebringes på anden måde. F.eks. kan forbindelsen 5 bestå af en stålwire, hvori der er indskudt en fjeder.

10 Den nederste ende af tovet 5 er fastgjort til stemplet 4 i kraft af, at tovet har en udvidelse som vist ved 43, og som er indstøbt i en holder 44, hvis øverste ende er indsat i en rundtgående vinkelflange 45, som er fastgjort til den nedadvendende ende af en stort set tragtformet del 46, der udgør en del af stemplets topstykke. Denne 15 ‘ tragtformede del har udadkrummede sider som vist ved 47 således, at tovet kan afbøjes sideværts uden at blive udsat for nogen særlig stor knækpåvirkning, d.v.s. at tovet ved sideværts bevægelse af opdriftslegemet 6 ikke kan få en krumningsradius, der er mindre end formen af tragtens sider.

20

For at undgå at der i den tragtformede del samler sig sand og urenheder, er den tragtformede dels rum forbundet med undersiden af stemplet ved hjælp af en tynd kanal 48.

25 Den øverste ende af tovet 5 er fastgjort til opdriftslegemet 6 på stort set samme måde, idet den øverste ende af tovet også her er udvidet kileformet som vist ved 50 og er indsat i en fatning 51, der er indsat i en rørbøsning 52, som forneden med en rundtgående flange 53 hviler på et vederlag 54 på oversiden af opdriftslegemet. Fat- 30 ningen 51 kan ved sin nederste ende være forsynet med gevind, der indgriber med tilsvarende indvendigt gevind i rørbøsningen 52 således, at afstanden mellem stemplet og opdriftslegemet kan reguleres ved drejning af fatningen 51.

35 Ved den på tegningen viste udførelsesform består opdriftslegemet af en betonkonstruktion med et fladt øverste dæk 55, en cylindrisk sidevæg 56 og en stort set flad bund 57, idet der dog midt i denne findes en trompetlignende fordybning 58, der ligesom stempel toppen afbøder en for kraftig knækvirkning på tovet ved sideværts DK 166969 B1 6 forskydning af opdriftslegemet.

Til yderligere afbødning af for store knækpåvirkninger af tovet 5 er der over cylinderen 3 anbragt en rundtgående krave 59, hvis inder-5 side på afrundet måde udvider sig opefter.

Under bunden 16 er der mellem ind- og udløbsventil arrangementerne udformet ballastrum 60, jf. fig. 3, der kan være fyldt med sand for at spare beton til huset 1 og forøge hele konstruktionens vægt 10 således, at denne kommer til at hvile stabilt på havbunden.

I bunden 61 af fundamentet 2 kan der som antydet i fig. 4 være tilvejebragt åbninger 62, der gennem rør 63, som er vist punkteret i fig. 1, står i forbindelse med sugerummet 17, hvorved dette står i 15 forbindelse med undersiden af huset 1. I de pågældende åbninger 62 er der indskudt passende filterorganer for at undgå indsugning af sand og andre urenheder. I kraft af disse åbninger 62 kan der tilvejebringes et undertryk langs huset l's underside til tilvejebringelse af en sugekopvi-rkning, hvorved huset l's fastholdelse i 20 forhold til havbunden yderligere øges.

Sugerummet 17 omkring selve pumpekonstruktionen tjener til optagelse dels af en vandmængde 64 og dels en over for det omgivende hav af spærret gas- eller luftmængde 65, jf. fig. 1 og 2, hvor niveauet 25 for vandmængden 64 er betegnet med 66. Denne luftmængde 65 udgør en hydrofor eller trykudligner, også kaldet reservoir, således som det nærmere vil blive forklaret i det følgende.

Sugerummet 17 er opdelt i afsnit ved hjælp af afstivende rammekon-30 struktioner 67, gennem hvis åbninger 68 afsnittene står i forbindelse med hinanden.

Det viste anlæg arbejder på følgende måde: 35 Ved opadgående bevægelse af opdriftslegemet 6 trækker dette i tovet 5, som på sin side søger at bevæge stemplet 4 opefter. Derved tilvejebringes der et relativt undertryk under stemplet, og dette vil holde klapventilerne 31 lukket og søge at åbne indløbsventil konstruktionen. Dette vil imidlertid først ske, når den ved hjælp DK 166969 B1 7 af fjedrene 24 tilvejebragte forspænding overvindes, hvorved venti 11 egernerne 22 vil åbne for indsugning i pumperummet 37 fra sugerummet 17 gennem indløbsåbningerne 28. Det derved tilvejebragte undertryk i sugerummet 17 vil suge vand gennem turbinen 8 til 5 drivning af generatoren. Såfremt det mellem turbinens tilgangs- og afgangsside dannede trykfald bliver større, end hvad der svarer til den maksimale strøm gennem turbinen, vil pumpen samtidig suge noget af vandmængden 64 ind i sit pumperum 37, hvorved vandniveauet 66 falder, og der tilvejebringes et undertryk (relativt) i luftreser-10 voiret 65. Dette undertryk vil bevirke, at der, når sugevirkningen fra pumpeslaget aftager eller ophører, stadig vil strømme vand gennem turbinen, hvorved generatoren holdes i drift. Der fremkommer derved en "forlængelse" af sugeslagets virkning og derigennem en udjævning af belastningen på generatoren.

15 Når opdriftslegemet 6's egenvægt overstiger dens opdrift som følge af en nedadgående bølgebevægelse, vil tovet 5 slappes, og nu vil stemplet 4 takket være sin egenvægt bevæge sig nedefter, og derved lukkes indsugningsventilkonstruktionen, og samtidig åbnes udløbs-20 ventil konstruktionen 30,30, idet klapperne 31 åbner sig og udstrømning til det omgivende hav finder sted.

Det vil forstås, at det viste anlægs dimensioner skal afpasses efter de bølgebevægelser og den vanddybde, som det pågældende anlæg er 25 beregnet til. For at kunne udligne for for store trykforskelle mellem det omgivende hav og indersiden af huset 1, er der i dettes væg således som vist i fig. 2 indskudt en sikkerhedsventil 69. Denne ventil kan samtidig tjene til at føre luft til anlægget, hvis noget af den oprindeligt påfyldte luft skulle sive ud i tidens løb eller 30 blive ført bort opløst i vandet.

Ventilen kan samtidig tjene til at holde rumfanget af luftreservoiret konstant ved tilførsel af luft under sænkningen af huset 1 med tilhørende dele ned på havbunden, og derved bliver den opadrettede 35 kraft, der skal anvendes under sænkningen også konstant, hvilket letter sænkningen og stiller mindre krav til sænkningsudstyret.

Ved den viste udførelsesform er luftfyldningen indesluttet i sugerummet 17 over vandniveauet 66 takket være den lave placering af DK 166969 B1 8 udløbet 15 fra turbinen, således at dennes hus 10 danner en vandlås ved den varierende vandfyldning, der under anlæggets arbejde fremkommer i sugerummet 17. Sikkerhedsventilen 69 tjener samtidig til at forhindre, at vandniveauet falder ned under turbineudløbet 15, idet 5 hvis der skulle opstå et dertil svarende lavt tryk i sugerummet 17, vil sikkerhedsventilen 69 åbne og lede vand ind i sugerummet for at holde niveauet over turbineudløbet.

Det vil imidlertid umiddelbart forstås, at luften kan være inde-10 sluttet i en anden form for reservoir f.eks. i en i sugerummet 17 anbragt elastisk beholder eller bælg, eller luftreservoiret kan udgøres af en beholder, der er sluttet til sugerummet over turbineudløbet.

15 20 25 30 35

Claims (5)

1. Bølgedrevet kraftanlæg med en pumpe og et deri bevægeligt stempel (4), hvilken pumpe er forbundet med en vanddrevet motor (8) 5 for levering af energi til en generator (9), hvor stemplet (4) bevæges i forhold til cylinderen (3) ved, at et opdriftslegeme (6) påvirkes af bølgeenergi, hvilken pumpe er enkeltvirkende og er udformet for anbringelse på havbunden, og hvor pumpens stempel (4) er forbundet med opdriftslegemet (6) ved hjælp af en alene til 10 overføring af træk udformet bøjelig forbindelse (5) med en sådan længde, at opdriftslegemet (6) i anlæggets monterede tilstand befinder sig ved havoverfladen, samt hvor pumpens pumperum (37) gennem en ventil konstruktion (21,21) er forbundet med et sugerum (17), der i anlæggets monterede tilstand står i forbindelse med det 15 omgivende hav gennem vandmotoren (8), kendetegnet ved, at det nævnte sugerum (17) indeholder eller er forbundet med et i forhold til det omgivende hav fuldstændigt afspærret gasreservoir (65) med variabelt volumen, og at vandmotorens (8) udløbsåbning (15) er anbragt lavere end det laveste vandniveau i sugerummet (17). 20

2. Bølgedrevet kraft anlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at gasreservoiret udgøres af et gasfyldt rum, der befinder sig over en vandoverflade (66) i sugerummet (17). 25

3. Bølgedrevet kraftanlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at gasreservoiret udgøres af en elastisk beholder eller en bælg, der er anbragt i sugerummet (17).

4. Bølgedrevet kraftanlæg ifølge krav 1, kendetegnet 30 ved, at forbindelsen (5) mellem stemplet og opdriftslegemet er udformet således, at den har stor elasticitet over for trækkraft-påvirkninger.

5. Bølgedrevet kraftanlæg ifølge krav 1, hvor forbindelsen består 35 af et tov (5), kendetegnet ved, at tovet har stor elasticitet. 1 Bølgedrevet kraftanlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at ventil konstruktionen (21,21) er forsynet med en indstillelig DK 166969 B1 10 forspænding (24), således at den først åbner sig efter, at der er tilvejebragt et passende differenstryk mellem det nævnte sugerum (17) og pumperummet (37). 5 7. Bølgedrevet kraftanlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at flere pumper (3,4) med respektive opdriftslegemer (6) er koblet til et fælles sugerum (17), hvortil der er forbundet en eller flere vanddrevne motorer (8). 10 15 20 25 30 35