SE505711C2 - Anordning vid aggregat för tillvaratagande utav energi - Google Patents

Description

505 711 japanska patentpublikationen nr 60-230567 visar en energiöver- föringsanordning med vertikal lagringsaxel och horisontell arm med vikt.

US,A,4,266,l43 visar ett vågkraftverk, som har en vertikal axel samt därmed förbundna lagrade svängarmar, som har ett löphjul vid ytteränden och som löper mot en plan löpyta.

Men varken enskilt eller i kombination framgår någon sådan anordning som möjliggör för flytkroppen att anpassas till de vatten den arbetar i genom att variera den verksamma längden på pendelarmen samt att erhålla en rörelse hos flyt- kroppen, som medför effektivt utnyttjande av vågrörelserna för att erhålla rotation av pendelarmen.

Huvudändamålet med den föreliggande uppfinningen är därför i första hand att åstadkomma en anordning enligt ovan angivna slag som effektivt löser problemet med att framtaga en anordning vid dylikt aggregat som fungerar enkelt och effektivt i alla sammanhang och som möjliggör att t.ex. framställa kraft- verk i massfabrikation med standardkomponenter.

Sagda ändamål uppnås medelst en anordning enligt den föreliggande uppfinningen som i huvudsak kännetecknas därav, att pendelarmen uppvisar en utmed armen till önskat läge in- ställbar och làsbar tyngd samt att sagda flytkropp har förank- ringar så att en slingrande gungande rörelse uppstår hos flyt- kroppen vid förankring.

Ett vågkraftverk består i allmänhet av kopplade system: 0 energiomvandlingssystem som omfattar omvandlare med dess ut- rustning, 0 energisamlingssystem som omfattar kablar eller slangar för att samla energi och överföra den till land och anordning för att utjämna och omforma energin så att den blir praktiskt möjlig att utnyttja, samt 0 förankringssystem som håller kraftverket på plats och som dessutom utgör den viktigaste länken med tanke på överlevnad av nyttjad ponton. 505 711 Den primära funktionen hos en vågenergiomvand- lare är att ta upp energi från vågorna och omforma denna till sådan form att den kan utnyttjas. Den fördelaktigaste formen är elektrisk energi men även mekanisk energi, tryckenergi och kemisk energi är tänkbara alternativ.

Man kan dela in omvandlarna i aktiva och passiva. Aktiva kraftverk är då energi direkt omvandlas till mekanisk energi eller elenergi via rörelsen hos omvandlarna.

Passiva system är då energin utnyttjas för att fylla bassänger e.dyl. innan den omvandlas till elenergi.

Vågor som alstras då det blåser, uppkommer då rörelseenergin i vinden överförs till rörelse- och lägesenergi i havet. Genom en kombination av luftens friktion mot vattnet och turbulenta tryckvariationer, som verkar parallellt mot vatten- ytan skapas vågor av varierande riktning, våghöjd och våglängd.

Vid olika vindstyrkor förändras karaktären på vågorna ytterli- gare. Även tidsperioden som det blåser avgör karaktären på vågen. Om vinden upphör, finns energin i vattnet kvar och kan fortplantas så långt som till andra sidan havet. Vid dimensione- ring av vågkraftverk får man nöja sig med beräkningar baserade på en ”medelvåg”.

Sedan lång tid tillbaka vet man att det finns betydande energitillgångar i vågorna. Vågorna byggs upp av vin- den. Ju längre tid det blåser, ju högre vindstyrkan är och ju längre den fria vattenytan i vindriktningen är, desto större blir vågorna. Vågorna fortplantas snabbt och påverkar havsytan långt från det område där de formades. Även när det är vind- stilla kan vågor förekomma, s.k. dyningar. Vågeffekten varierar starkt under korta perioder och längre, därför måste det finnas möjlighet att lagra energin antingen i vattenmagasin eller via batteri. Vinden måste ha en viss varaktighet i en viss riktning för att de största vågorna som svarar mot stryklängden skall hinna utbildas. Stryklängden är den sträcka över vilken vinden verkar på vågorna i deras utbredningsriktning.

Vågens höjd, d.v.s. det lodräta avståndet mellan vågtopp och vågdal, växer i takt med att vinden matar in energi i vågorna. Men våghöjden kan inte växa obegränsat. Om den blir 505 711 större än ungefär en sjundedel av våglängden, blir vågen spetsig och instabil. Vattenpartiklarna i vågtoppen faller framåt i skum - vågen bryter. Vågen växer under vindens inverkan. Vägens branthet ökar också och till sist bryts vågen, s.k. vita gäss.

Uppfinningen beskrives i det följande såsom ett antal föredragna utföringsexempel med hänvisning till de bifo- gade ritningarna, på vilka Fig 1 visar en snittvy av ett första kraftverk- saggregat enligt uppfinningen i visat viloläge, Fig 2 visar en snittvy av aggregatet sett utmed linjen II-II markerad i Fig 1, Fig 3-4 visar ett andra kraftverksaggregat en- ligt uppfinningen sett i snitt respektive ovanifràn, Fig 5A-5B visar sagda andra kraftverksaggregat i verksamt läge mottaget i havet påverkat av vågor, Fig 6 visar förankringen av ett dylikt andra kraftverksaggregat till havsbotten, och Fig 7 visar möjligt exempel på flera aggregats sammankoppling till samlad grupp.

En anordning 1 vid ett aggregat 2 för att möj- liggöra tillvaratagandet utav energi medelst en i vatten 3 mot- tagen flytkropp 4, såsom t.ex. en ponton eller ett fartyg etc, och som är kopplad till en energimottagare, t.ex. en elgenerator 5, innefattar enligt föreliggande uppfinning en rörlig kropp 6 av visst slag och som är anordnad på visst sätt. Närmare bestämt består sagda kropp av en från en upprättstående svängningsaxel 7 sidledes 8 sig sträckande pendelarm 6. Sagda pendelarm 6 är lag- rad svängbar, påverkbar att svängas i endera svängriktningen 9, 10 kring sagda axel 7 beroende på sagda flytkropps 6 rörelser och/eller lutning.

Företrädesvis bildas svängningsaxeln utav en vridningsaxel ll som är förbunden med pendelarmen 6 och anordnad att i normalläge N, såsom visas i Fig l, sträcka sig väsentligen vertikalt. Pendelarmen 6 är därvid endast förbunden med vrid- ningsaxeln ll, så att armens yttre ände fritt kan svängas kring axeln ll, exempelvis kan armen 6 såsom visas på ritningarna vara fast förbunden med sagda vridningsaxel 11, t.ex. medelst svets 505 711 12 och vinkelstagsförstyvning 13. Armen kan alternativt vara rörligt förbunden med vridningsaxeln så att vridsamverkan mellan desamma sker först efter viss svängning av armen.

Vidare är vridningsaxeln åtminstone uppburen vridbart lagrad vid dess ena ände 14, men företrädesvis är den vridbart lagrad vid dess båda ändar 14, 15.

Axeln 11 som skall uppbära pendelarmen 6 skall kunna motstå både nedböjning och vridning och dimensioneras således för detta.

Lager för axeln 11 är därvid använda och två olika sorters lager är valda. Ett cylindriskt rullager 16, 17 monterat både upptill och nedtill på axeln 11 för att kunna ta upp radiella krafter och ett enkelradigt axiallager 18 monterat på axelns nedre del 14 för att kunna taga upp axiella krafter.

Beroende bl.a. på i vilka vatten pendelaggrega- tet 2 skall arbeta uppvisar pendelarmen 6 en utmed längdrikt- ningen utav armen 6, till önskat läge inställbar och låsbar tyngd 19. Exempelvis att tyngden 19 är låsbar efter förskjutning till önskat inställt läge medelst en låsanordning, såsom exem- pelvis en låsskruv.

Den sagda pendelarmen 6 sträcker sig i huvudsak vinkelrätt X ut från vridningsaxeln 11 och företrädesvis är pendelarmen 6 även uppburen av vridningsaxeln 11 vid dess övre ände 15.

Med tanke på den varierande frekvens och ampli- tud som vågor 20 har under olika förhållanden, kräves vid använ- dande av en generator 5 en dylik som inte är beroende av kon- stant varvtal eller rotationsriktning. En lämplig sådan generator, som uppfyller dessa krav är en Heller VSI AC (US- patent 1989). Oberoende av det ingående varvtalet till generatorn alstras 380V/5OHz på grund av inbyggd infasning. En dylik generator är konstruerad för att kunna alstra ström ända upp till 150% av det specifika varvtalet och dimensioneringen av generatorn är flexibel.

Man kan även nyttja en dyrare asynkrongenerator för att passa de varvtal som uppkommer, men dessa generatorer tenderar att bli skrymmande även om verkningsgraden ökar. 505 711 Eftersom generatorn kräver ett visst varvtal för att kunna alstra ström och det kan det vara så att vàgkraftver- kets varvtal är för lågt att klara av det, är det lämpligt med utväxling mellan ifrågavarande pendelarm 6 och generatorn. Man kan då inkoppla en växellåda 21 eller en samling kugghjul etc mellan vridningsaxeln ll och en ifrågavarande generator 5, såsom exempelvis visas i utförandet enligt Fig 1 och 2.

Nedan visas beräkning'av vridmoment för aggrega- tet: Beräkning av vridmoment från sidan: upplfrån M = massan av pendelannen R = pendelarmens längd M-mg-sína-R-cos M=mg- R-sinon-coscp Mm” när pendeln beñnner sig 90° från översta läget, dvs cp = 0 Mmu=mg~R~sinon / Pendelrörelsen är kopplad till vâgrörelsen med en viss eftersläpningß cp = konst a + Ö 505 711 Om ö = 0 dvs obromsad pcndcl och måttligt konst samt att - nl 2 S cp S n/ 2 {=-n/2 (pm/z <1=+C1max=0f0 0L=-0l0 a0=maxutslag -H/2=konst-a0 _ rt/2=konst(-a0) _; kQnS¿=_n/(2-ao) / => Momentet blir: M=mg~sina-cos(-n/2-a/a0) Momentet numeriskt ' “o ou; är baserat på mcdclvåghöjdcn h = 0,75 m och mcdclvåglängdcn 1/2 = 7,5 m.

Lando = 0,75 /7,-5 => ao = 5,7l° Mmu= 1015 kg'9,8l N/kg' 1,3 m'sín 5,71 cos(- rt/2 ~ (5,7l /5,71)) Mm, = 128752 Nm Mm, = 2' 1287,52 Nm = 2575,04 Nm 2580 Nm Beroende pà i vilka vatten aggregatet 2 skall verka kan storleken på detsamma anpassas efter vågstorlek och rörelser i vattnet. I visade exempel kan pendelarmen 6 vara ca l m lång men för stora vatten kan den dimensioneras upp betydligt.

Blir emellertid längden på armen 6 mycket stor eller om den tyngd 19 som skall uppbäras av densamma är betydande måste hjälpmedel nyttjas. D.v.s. att ett mot en löpbana 22 vilande rullningsorgan 23, t.ex., ett hjul och företrädesvis ett sned- ställt hjul som är anordnat att rulla utmed och mot ett i för- hållande till vridningsaxeln 11' för aggregatet 2' snett lutande 505 711 sig sträckande ringformigt spår 22 i en ifrågavarande pontons 4 etc nederdel 25 eller i en båt etc.

Pontoner 4, vilka kan vara sammankopplade med varandra, exempelvis såsom visas på ritningen i fig 7, via vaj- rar 26 etc, och förankrade till botten 27 medelst kedjor 28 eller andra dragorgan såsom t.ex. vajrar i önskade mönster med hjälp av bottenankare 29 samt dämpkroppar 30, kan förses med fler än ett aggregat 2. Exempelvis kan två eller flera pendelar- mar 6 ingående i var sina aggregat 2 vara anordnade så att de uppbäres av skilda vridningsaxlar 11 och åtskilda åt från var- andra i respektive pontons invändigt utrymme 31.

Således är det avsedda kraftverket anordnat att fungera i vatten 3 så att pontonerna 4 erhåller en slingrande rörelse i vattnet 3, och alltså inte guppar upp och ned utan att den slingrande rörelsen ger upphov till en roterande rörelse hos pendelaggregatet 2 för att alstra ett moment till en generator 5 som exempelvis verkar med 10 rpm, eller direkt till en eldriven produkt.

Aggregatet påverkas ej av i vattnet förekommande föroreningar, såsom alger, slam, tång, snäckor, maneter, etc. Ej heller påverkas aggregatet av vattnet, (salt eller sött) efter- som aggregatet är helt inneslutet i sin ponton, båt, låda eller kapsel.

Pontonerna 4 förankras för sagda ändamål medelst förankringarna 28-30, exempelvis såsom visas i Fig 6, så att en slingrande gungande rörelse uppstår hos pontonerna 4, när vågor- nas rörelser höjer och sänker pontonerna 4 liknande en gunghästs eller en båts rörelser. Ett segel 33 och/eller en annan vindpå- verkad och/eller vattenpåverkad styrfena 34 kan uppbäras av pon- tonerna 4 i syfte att hålla pontonerna 4 i rätt läge i förhål- lande till vågor 20 och vinden 32. Pontonerna 4 kan alternativt förses med fasta eller inställbara uteliggare, liknande hos söderhavskanoter etc eller göras osymmetriska för att få maximal ”slingring”. En ponton kan exempelvis uppvisa dimensionen 2,3 x 6 x 1,2 m och vara försedd med en bärighet av ca 8-10 ton.

Kraftverken är avsedda att kunna fungera som energikälla till exempelvis sommarstugor eller dylikt, eller om 505 711 flera kopplas samman till en maskinpark och anslutes till elnä- tet. Ackumulering av energin kan ske medelst exempelvis vatten- magasin på land, d.v.s. att vågenergin omvandlas till läges- energi med hjälp av t.ex. en eldriven pump.

Materialet i pontonerna 4 kan väljas efter behov. Företrädesvis är plastmaterial att föredraga, t.ex. en polyesterplast som målas för att undvika nedsmutsning av den- samma och rektangulär omkretsform föredrages även. Förstyvningar 35, t.ex. stödkors för att bära upp aggregaten 2 invändigt i ut- rymmen 31 kan föredragas, t.ex. för att bära upp övre lagring 16, i pontonen 4 och ett tätt lock 36 kan öppnas för åtkomst av utrymmet 31 utifrån vid behov, t.ex. vid service.

Betong är ett annat tänkbart material för ponto- nen 4 att framställas utav, med däri inbyggda flytblock t.ex. av cellplast.

Vågkraftverk kan naturligtvis ej fungera i isbe- lagda vatten, men om pontonerna utföres mörka kan de undvikas att beläggas med is lika lätt som om de är ljusa.

I fig 3-6 visat utförande utav ett aggregat 2' bildas exempelvis av en framhjulsdriven bils ena framaxel som utgör pendelarm 6' samt förbunden kvarsittande bilväxellåda 21' mellan motoraxel/generatoraxel ll' och armen 6'. Passande vink- lar för svängradien och lutningen pà hjulet 23 kan därvid fixe- ras i rätt läge för att passa till sagda omslutande ponton 4 eller liknande. Växellådan 21' användes därvid för att få varie- rande varvtal på generatoraxeln ll' att passa olika vågförhål- landen och till använd generatortyp. Passande tyngd/er kan där- vid belasta hjul 23 och armen 6'. Hjulens slitbana kan bestå av t.ex. gummimaterial eller liknande.

En lämplig tyngd 19 (t.ex. 1-1000 kg) kan vara fastsatt inställbar på en arm 6 enligt ovan (t.ex. 200-2000 mm lång) och som i motstående ände 6A är fästad i huvudsak vinkel- rätt utskjutande från en axel ll, som är lagrad med dess båda ändar 14, 15. Axeln ll är i sin tur förbunden via en växel 21 med en generator 5.

Allt är mottaget i en ponton eller i en båt av något slag via ett stativ 35. 10 505 711 När pendelaggregatet 2 lutar på grund av vågrö- relser etc strävar tyngden 19 på pendelarmen 6 att röra sig mot lägsta punkten, d.v.s. att den drar med sig axeln ll i endera vridriktningen 9, 10 varvid generatorn 5 via växeln etc påverkas och alstrar elström. Detta gäller vid uppbärning i vatten t.ex. av ponton, fartyg eller annat flytetyg.

Vid uppbärning av dylikt aggregat ombord i fordon kommer när detta accelererar, retarderar eller rör sig sidledes t.ex. svänges, ifrågavarande tyngd och pendelarm att svängas enligt ovan med motsvarande resultat av elström. Överföring av el från aggregatet till förbruk- ningskälla kan ske med en elkabel varvid ett flertal pontoner eller andra flytkroppar 4 kan vara förankrade t.ex. i lång rad i lämpliga vatten, och med en gemensam elkabel vara sammankopplade att leda ström in till land. I fig 7 visas ett stort antal pon- toner 4 förbundna med varandra sidledes fördelade via t.ex. vaj- rar 26 och bottenförankrade i bottenankare 29 och med svängdäm- pare 30 enligt ovan sagda.

Pendelaggregat ger till resultat ett energi- tillskott, för t.ex. fartyg såsom segelbåtar som uppbär aggregat kan få sina batterier uppladdade. Rotationen av pendelarmen 6 bör därvid vara så att den frikopplad tillsammans med axeln ll kan rotera till dess tyngden passerat jämviktsläget, innan generatorn 5 kopplas in.

Ett ytterligare exempel på uppfinningens tillämpning kan vara enligt följande: I en stående cylinder är en pendel monterad med sin axel i centrum av cylindern. Cylinderns och pendelns storlek kan variera, liksom tyngden på pendeln, från kilo till ton.

Cylindern är monterad på en kardanknut, mellan cylinder och i cylinderns centrum. Cylindern kommer vid minsta lutning att kantra med en rullande rörelse som följd, men ej roterande. Vid kantringen kommer pendeln att rotera på grund av att tyngden strävar nedåt, tills cylindern rullar över åt annat håll bero- ende av rörelsen. Om pendeltyngden placeras högt i förhållande till cylinderbotten kommer en piskrappsliknande rörelse att upp- ll 505 711 stå. Pendelns svängningsradie blir då större och mindre ponton etc kan användas med samma resultat.

Uppfinningen är emellertid ej begränsad till de ovan beskrivna och på ritningarna visade utföringsexemplen, utan kan varieras inom ramen för patentkraven utan att uppfinnings- tanken frångås.

Claims (10)

12 505 711 P a t e n t k r a v

1. Anordning (1, l') vid aggregat 2, 2') för till- varatagande utav energi medelst en i vatten (3) mottagen flyt- kropp (4), såsom t.ex. en ponton eller ett fartyg, och som är kopplad till en energimottagare, t.ex. en elgenerator (5) varvid en rörlig kropp (6), som består av en från en upprättstående svängningsaxel (7) sidledes (8) sig sträckande pendelarm (6) är lagrad svängbar páverkbar att svängas beroende på sagda flyt- kropps rörelser och/eller lutning, kännetecknad därav, att pendelarmen (6) uppvisar en utmed armen till önskat läge inställbar och låsbar tyngd (19) samt att sagda flytkropp (4) har förankringar (28-30) så att en slingrande gungande rörelse uppstår hos flytkroppen (4) vid förankring.

2. Anordning enligt patentkrav l, kännetecknad därav, att tyngden (19) är låsbar medelst en låsanordning, exem- pelvis en låsskruv.

3. Anordning enligt något av patentkraven 1-2, kännetecknad därav, svängningsaxeln bildas utav en med pendelar- men (6) förbunden väsentligen vertikalt i normalläge vridbart lagrad vridningsaxel (ll, ll').

4. Anordning enligt patentkrav 3, kännetecknad därav, att pendelarmen (6) är fast förbunden med vridningsaxeln (11, ll').

5. Anordning enligt patentkrav 4, kännetecknad därav, att vridningsaxeln (ll, ll') åtminstone är uppburen vrid- bart lagrad vid dess ena ände men företrädesvis vid dess båda ändar (14, 15).

6. Anordning enligt något av patentkraven l-5, kän- netecknad därav, att pendelarmen (6) sträcker sig i huvudsak vinkelrätt ut från vridningsaxeln (ll).

7. Anordning enligt något av patentkraven l-6, kän- netecknad därav, att pendelarmen (6) är uppburen av vridnings- axeln (ll) vid dess övre ände. 13 505 711

8. Anordning enligt något av patentkraven 1-7, kän- netecknad därav, att en växellåda (21) eller kugghjul är inkopp- lad/inkopplade mellan vridningsaxeln (ll) och en generator (5).

9. Anordning enligt något av patentkraven 1-8 kän- netecknad därav, att ett mot en löpbana (22) vilande rullnings- organ (23) är förbundet med pendelarmen (6'), företrädesvis ett snedställt hjul (23) som rullar utmed ett i förhållande till vridningsaxeln (ll') snett sig sträckande ringformigt spår (22) i en ifrågavarande pontons etc nederdel (25).

10. Anordning enligt något av patentkraven l-9, kän- netecknad därav, att två eller flera pendelarmar uppbäres åt- skilda från varandra av skilda vridningsaxlar i en gemensam flytbar pontons invändiga utrymme(n) (31).