NL8200545A - Watermotor. - Google Patents

Description

v X

- 1 -

Watermotor.

De uitvinding heeft betrekking op een watermotor met een heen en weer gaand door water aangedreven orgaan zoals een vlotter, bijvoorbeeld een watermotor van het type beschreven in Brits octrooischrift 1.484*721 ten name van aanvraagster.

5 Bij dergelijke motoren en bij andere overeenkomstige water- motoren waarbij een vlotter of zuiger naar boven of naar beneden wordt aangedreven door een waterkolom is de kracht ontwikkeld door het water op de vlotter resp. de zuiger in het algemeen niet constant maar varieert op min of meer lineaire wijze gedurende de 10 slag van de vlotter of de zuiger vanaf de aanvankelijke waarde tot nul als dynamische effecten niet van betekenis zijn. Deze variatie in beschikbare kracht geeft aanleiding tot een aantal problemen bij het afvoeren van de beschikbare energie vanaf de zuiger of de vlotter.

15 De uitvinding verschaft een watermotor van het type met een door water aangedreven orgaan, dat is uitgevoerd voor lineaire heen en weer gaande beweging onder invloed van water en middelen voor het schaffen van een toevoer van de vloeistof onder druk, omvattende een schakel met een variabele lengte omvattende een 20 zuiger en cilinder die kunnen inwerken op de vloeistof bij relatieve beweging van de zuiger en de cilinder die wordt veroorzaakt door een wijziging in de lengte van de schakel, met het kenmerk, dat genoemde schakel aan een einde scharnierend is verbonden met het door water aangedreven orgaan, of met een tweede orgaan dat in over-25 eenstemming daarmede beweegbaar is, en aan het andere einde met een tweede punt dat niet heen en weer beweegbaar is met het orgaan, waarbij. genoemd tweede punt op afstand ligt van de baan van het heen en weer gaan van het door water aangedreven orgaan of resp. het tweede orgaan, waardoor de genoemde heen en weer gaande beweging 50 van het door water aangedreven orgaan of het tweede orgaan de lengte van de schakel wijzigt.

De watermotor omvat bij voorkeur een kamer geplaatst tussen de hoogste en laagste waterniveaus, welk door water aangedreven orgaan bij voorkeur een vlotter omvat die is geplaatst in de kamer, ver-35 mogensorganen die kunnen worden aangedreven door een vlotter, een inlaatklep voor het regelen van de toevoer van water vanaf de 8200545 *4 * - 2 - waterkolom in de kamer, en een uitlaatklep voor het regelen van de uitlaat van water vanuit de kamer, waarbij een door een vlotter aangedreven orgaan aanwezig is voor het regelen van de werking van de inlaat en uitlaatkleppen afhankelijk van de stand van de vlotter 5 in de kamer, om ervoor zorg te dragen dat het waterniveau beurtelings naar boven en naar beneden gaat om de vlotter te bedienen.

Een voorkeursuitvo'ering van de inrichting volgens de uitvinding wordt hierna beschreven aan de hand van een tekening.

Eig. 1 toont schematisch een doorsnede van een motor voor het 10 opnemen van energie uit een waterkolom in de orde van enkele meters, onder gebruikmaking van een stijgende en dalende vlotter, die in de laagste stand is weergegeven.

Eig. 2 toont dezelfde doorsnede als fig. 1 waarbij de vlotter de bovenste stand is.

15 Eig. 5 toont schematisch een hydraulisch circuit dat kan worden toegepast bij de inrichting volgens de fig. 1 en 2-.-

Eig. 4(a) tot 4(f) tonen schematisch de werkcyclus van de inrichting volgens de figuren 1 en 2.

Eig. 5 toont een bovenaanzicht op grondniveau van de motor 20 volgens de figuren 1 en 2.

Een motor als weergegeven in figuren 1 en 2 omvat een vlotter 1 die in een kamer 2 omhoog en naar beneden kan gaan. De kamer 2 vult zich met water vanaf de klep 11 onder invloed van een waterkolom 16 en stroomt weg door de klep .10 naar een waterkolom 17* 25 De kamer 2 kan de vorm hebben van bijvoorbeeld een sluis in een kanaal of rivier, waar reeds een bruikbare waterkolom aanwezig is. Ook kunnen speciale voorzieningen worden getroffen om bovenste en onderste waterniveaus te verkrijgen, door middelen zoals een kortsluitstroom om een dam in een waterweg.

50 De kleppen 10 en 11 weergegeven in de figuren 1 en 2 zijn vlinderkleppen maar het zal duidelijk zijn dat elk ander type klep met hetzelfde effect hier kan worden toegepast. Bijvoorbeeld is een verticale glijplaat voor elke klep een effectief alternatief gebleken.

35 De vlotter 1 is ringvormig en heeft een constante dwarsdoor snede, bijvoorbeeld is hij cirkelvormig of rechthoekig. De vlotter 1 neemt in hoofdzaak het gehele volume van de kamer in. In statisch evenwicht zijn zowel de diepgang van de vlotter als zijn hoogte boven de waterlijn groter dan het verschil in waterkolom tussen de boven-40 ste en onderste waterniveaus 16 en 17* Dit maakt het mogelijk dat de 8200545 « r v - 3 - motor werkt met het grootst mogelijke rendement, waarbij wordt vermeden dat de vlotter volledig ondergedompeld raakt of geheel boven water wordt geheven. In de praktijk behoeft het niet noodzakelijk te zijn dat de diepgang en de hoogte boven de waterlijn 5 groter is dan het verschil in waterniveaus waarbij toch wordt vermeden dat de vlotter wordt 'ondergedompeld of geheel boven het waterniveau wordt geheven. Yerticaie geleidingen 19 zijn aanwezig voor de vlotter 1 in de wanden van de kamer 2.

De vlotter is verbonden met een kruiskop 5 die vrij kan 10 glijden op een geleidingsstang 4· De geleidingsstang 4 vormt de centrale hartlijn waarlangs de gehele motor heen en beweegt, en de geleidingen 19 voor de vlotter zijn aangebracht in de kamerwand.

De geleidingsstang 4 wordt aan de bovenzijde ondersteund door een stevigecorsfcructie in de vorm van een gestel met een paar staanders 15 18. Het kan noodzakelijk zijn dat de geleidingsstang zich uitstrekt naar de bodem van de kamer.

Twee paar hydraulische vezels 6 en 7 zijn aan een van hun einden scharnierend en verbonden met de kruiskop 5 en aan het andere einde resp. met de ondersteuningen 14 en 15· In de figuren 1 tot 4 20 zijn de cilinders weergegeven terwijl zij aan de kruiskop 5 zijn bevestigd. Het kan onder bepaalde omstandigheden de voorkeur hebben de zuigers met de kruiskop 5 te verbinden. De ondersteuningen 14 en 15 zijn verbonden met schamierbare armen 32 door middel van schakels 31, en de armen 32 zijn scharnierend bevestigd op de staanders 18.

25 De ondersteuningen 14 en 15 hebben de vorm van hulsen die kunnen glijden op de staanders 18. Bij deze uitvoering kan de verticale stand van de ondersteuningen 14 en 15 op de staanders 18 worden ingesteld om overeenstemming te krijgen met de heersende waterniveaus 16 en 17· Het zal duidelijk zijn dat andere wijzen van 30 het instelbaar aanbrengen van de vijzels op de staanders kunnen ·> worden toegepast.

Een poortregelschakelaar 25, die wordt bediend door het omhoog gaan en omlaag gaan van de vlotter 1, regelt de werking van de kleppen 10 en 11. De schakelaar 25 is aangebracht op de linker 35 staander 18. De schakelaar 25 omvat een hefboomarm waarin een gat aanwezig is. Een verticaal naar beneden hangende stang loopt door dit gat in de hefboomarm en een blok is instelbaar aangebracht op de stang aan elke zijde van de hefboomarm. De stang is scharnierend verbonden met de kruiskop 5 door middel van een kabel die loopt 40 over een reeks schijven aangebracht op het gestel. Een tegenwicht 8200545 • 9 - 4 - is bevestigd op het einde van de stang om te verzekeren dat de kabel onder spanning wordt gehouden. Deze uitvoering maakt het mogelijk dat de aan-uit punten van de schakelaar 25 worden ingesteld ten opzichte van de stand van de vlotter aan de einden van 5 zijn slag om te voldoen aan de heersende water hoeveelheden. Het zal duidelijk zijn dat andere schakelorganen kunnen worden gebruikt.

De kleppen 10 en 11 'worden geopend en gesloten door hun betreffende bedieningshefboomarmen 12 en 13, als weergegeven in figuur 5· De armen 12 en 13 zijn als een kruk verbonden en de 10 gehele inrichting wordt bediend door middel van een dubbel werkende hydraulische cilinder 33· Elke arm 12 en 13 kan natuurlijk beurtelings worden bediend door zijn eigen hydraulische vijzel. Deze kruk uitvoering is echter een geschikte wijze om een juiste afstelling te verzekeren van het openen en sluiten van de klep, in 15 dit :geval wordt de open klep altijd gesloten voordat de gesloten klep wordt geopend.

Figuur 3 toont schematisch een schema van een eenvoudig hydraulisch circuit dat geschikt is voor het opnemen van bruikbaar vermogen vanaf de hydraulische vijzels. Als de vlotter 1 naar boven 20 gaat of valt wordt een paar vijzels gedwongen zich te verlengen waardoor hydraulisch medium vanuit een reservoir 20 via een terugslagklep 26 wordt opgenomen. Tegelijkertijd wordt het andere paar vijzels gedwongen samen te trekken waardoor hydraulisch medium onder druk door een terugslagklep 27 wordt afgevoerd.

25 Dij deze.uitvoering zijn de hydraulische vijzels 6en 7 enkel— werkend en heeft dus zowel het opnemen als het afgegeven van hydraulische vloeistof beurtelings plaats door leidingen 8 en 9·

Dit bijzondere hydraulische circuit omvat een hydraulische accumulator 21, die kan worden verbonden met de vijzels 6 en 7 via 30 de klep 22-’en een hydraulische kantelplaatmotor 24 > die kan worden verbonden met de vijzels 6 en 7 via de klep 23· Als de klep 22 open is wordt hydraulisch medium afgegeven onder druk vanuit het samentrekkende paar vijzels naar de accumulator 21, wat het onder druk brengen ervan veroorzaakt. De motor 24 kan door de hydraulische 35 vloeistof worden aangedreven die wordt afgegeven onder druk door een samentrekkend paar vijzels als de klep 23 open is. De motor 24, die kan worden gebruikt voor het opwekken van electriciteit of voor het aandrijven van machines, bezit een kantelplaatregeling 30 die de kantelplaten opent en sluit* De accumulator 21 heeft in dit 40 circuit het effect van het dempen van de variaties in de hydraulische 8200545 - 5 - druk die beschikbaar is voor het aandrijven van de motor 24· De hydraulische druk kan ook worden gebruikt om lineaire aandrijf-organen bijvoorbeeld in hydraulische persen te bedienen.

Als alternatief van dit circuit zou de hydraulische druk 5 kunnen worden gebruikt zonder de accumulator om een motor aan te drijven met een geschikt vliegwiel of een overeenkomstige uitvoering. De motor kan ook worden gebruikt voor het aandrijven van een vloeistof zoals water, bijvoorbeeld naar een grotere hoogte, bijvoorbeeld voor irrigatie doeleinden, of het water onder hoge 10 druk kan worden gebruikt voor het aandrijven van een peltonwiel voor het ontwikkelen van vermogen.

De motor kan worden gestopt door op eenvoudige wijze de klep 22 te sluiten. Als de klep 22 gesloten is wordt de hydraulische druk langzaam aan verhoogd in het samentrekkende paar vijzels in 15 zodanige mate dat de vlotter 1 wordt verhinderd verder te bewegen. Het zal duidelijk zijn dat bij open klep 22 de accumulator hetzelfde soort effect heeft. Hier wordt de motor gestopt als de hydraulische druk is opgelopen tot eenzelfde mate in de accumulator 21 en de motor start niet opnieuw voordat de vloeistof is afgevoerd. 20 Een typische werkcyclus van de inrichting is schematisch weergegeven in de figuren 4(a) tot 4(f)* Dij 4(a) is de vlotter 1 in zijn onderste stand en de bovenstroomse klep 11 is aan het openen, waarbij het onderste paar hydraulische vijzels 6 volledig is samengedrukt en het bovenste paar 7 volledig is uitgezet. De 25 ring gevormd tussen de vlotter en de kamerwand vult zich snel met water bij het openen van de bovenstroomse klep 11 tot aan het bovenstroomse niveau 16 dat de vlotter onderwerpt aan een verhoogde opdrijfkracht. Op dit punt heerst een netto opwaartse kracht op de vlotter welke netto kracht op zijn minimum is, en de component J0 van deze netto kracht overgebracht aan de hydraulische cilinders 7 is ook maximaal.

Eiguur 4(D) toont de vlotter terwijl hij omhoog gaat onder invloed van de netto opwaartse kracht. Invloed wordt uitgeoefend op de hydraulische vloeistof in het bovenste paar vijzels 7 als 35 de vijzels intrekken en hydraulische vloeistof wordt opgezogen in het onderste paar vijzels 6 als de vijzels 6 uitzetten. Omdat nu weinig van de vlotter is ondergedompeld is de opdrijfkracht minder. Tegelijkertijd echter zijn de vijzels 7 gescharnierd om hun einden op de ondersteuningen 14 zodanig dat de verticale component van de 40 kracht uitgeoefend door het onder druk staande medium in de vijzels 8200545 * * - 6 - 7 die tegengesteld werkt aan de opkomende vlotter overeenkomstig lager is. Als gevolg daarvan zal het duidelijk zijn dat het vermogen aanwezig op de vlotter per een heid van lengte van zijn slag geleidelijk afneemt als de vlotter van het begin naar het einde van 5 zijn slag beweegt en het vermogen vereist voor het intrekken van de vijzels per eenheid van lengte van de slag van de vlotter neemt ook af als de vlotter zich beweegt vanaf het begin naar het einde van zijn slag.

Als weergegeven in figuur 4(c)? heeft de vlotter de top van 10 zijn slag bereikt, en staan de vijzels 7 in hoofdzaak onder een rechte hoek met bewegingsrichting van de vlotter. De vijzels 7 zijn nu volledig ingeschoven, het onderste paar 6 is geheel uitgeschoven en gevuld met hydraulische vloeistof. In deze stand wordt de hydraulische schakelaar 25 bediend, die de hydraulische vijzel 33 15 bedient, waardoor de armen 12 en 13 in rotatie worden gebracht, en de bovenstroomse klep 11 wordt gesloten voordat de benedenstroomse klep 10 wordt geopend. Het zal duidelijk zijn dat het de voorkeur kan hebben een deel van de hydraulische vloeistof te gebruiken die onder druk is gebracht door de hydraulische vijzels 7, om de hy-20 draulische vijzel 33 ie bedienen.

In figuur 4(d) is de bovenstroomse klep 11 volledig gesloten en de benedenstroomse klep 10 geopend, waardoor het waterniveau in de ring om de vlotter naar het benedenstroomse niveau 17 omlaag wordt gebrachtf Op dit punt, is de opdrijfkracht, die op de vlotter 25 inwerkt tegengesteld aan de zwaartekracht op de vlotter minimaal.

Er is dus een netto naar beneden gerichte kracht op de vlotter welke netto kracht maximaal is en de component van deze netto kracht overgebracht aan de hydraulische vijzels 6 is ook maximaal.

Figuur 4(e) toont de vlotter die naar beneden wordt bewogen 30 onder invloed van de naar beneden gerichte netto kracht. Hydraulisch medium wordt in de hydraulische vijzels 7 gezogen als deze zich strekken terwijl deze wordt samengedrukt door de vijzels 6 als zij samenstrekken. Het zal duidelijk zijn dat de onderlinge beïnvloeding van de dalende vlotter en de hydraulische vijzels 6 overeenkomt 35 niet die van de omhooggaande vlotter en de hydraulische vijzels 7·

In figuur 4(f) is de vlotter teruggekeerd in zijn onderste stand en de hydraulische schakelaar 25 wordt beïnvloed waardoor de benedenstroomse klep 10 wordt gedwongen te sluiten. Als de benedenstroomse klep 10 gesloten is begint de bovenstroomse klep 11 te 40 openen en de cyclus begint opnieuw.

8200545 - 7 -

De voorgaande beschrijving van een bepaalde werkcyclus berust op een pseudostatische analyse; het zal duidelijk zijn dat in de praktijk dynamische effecten de analyse ingewikkeld maken, maar de basistrappen van een werkende cyclus zijn als beschreven.

5 Hoewel de uitvinding in het bijzonder hierboven is beschreven aan de hand van een hydrauliscfyfeysteem, zal het duidelijk zijn dat andere mediumsysternen zoals pneumatische systemen gebruikt kunnen worden.

Het zal ook duidelijk zijn dat elk aantal vlotters en kamers 10 kan worden uitgevoerd voor onderlinge samenwerking ten behoeve van een gemeenschappelijke vermogensafvoer.

Inrichtingen volgens de uitvinding kunnen details omvatten als beschreven in de Britse octrooischriften 1.484*721 en 1.517*643 ten name van dezelfde aanvraagster.

15 Inrichtingen volgens de uitvinding kunnen worden gebruikt bij elk van de toepassingen beschreven in het ene of het andere boven genoemde Britse octrooischriften, en in het bijzonder kunnen zij zeer goed worden toegepast bij getijde en riviercentrales.

8200545

Claims (16)

1. Watermotor van het type met een door water aangedreven orgaan dat zo is uitgevoerd dat het geschikt is voor lineaire heen en weer gaande beweging onder invloed van water en middelen bezit 5 voor het verschaffen van een toevoer van medium onder druk, omvattende een schakel (6, 7) van variabele lengte, een zuiger en een cilinder die op het medium kunnen inwerken bij relatieve beweging van de zuiger en de cilinder welke beweging wordt veroorzaakt door wijziging in de lengte van de schakel (6 en 7), met 10 h e t kenmerk, dat de genoemde schakel schar nierend is verbonden aan een einde met het door water aangedreven orgaan (l) of.met een tweede orgaan dat beweegbaar is in overeenstemming daarmede, en aan het andere einde met een tweede punt (14j 15) dat niet heen en weer beweegt met het orgaan, waarbij 15 het tweede punt (14> 15) op afstand ligt van de heen en weer bewegingsbaan van het door water aangedreven orgaan (l) resp. het tweede orgaan, waardoor genoemde heen en weer gaande beweging van het door water aangédreven orgaan (1) of het tweede orgaan de lengte van de schakel (6, 7) wijzigt.

2. Motor volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het door water aangedreven orgaan (1) zo is uitgevoerd dat het naar boven en naar beneden heen en weer beweegt.

5· Motor volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de verticale stand van het tweede punt (14? 15) 25 instelbaar is ten opzichte van de uiterste bovenste en onderste standen en het door water aangedreven orgaan (1).

4· Motor volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat de stand van het tweede punt (14» 15) zodanig is dat gedurende de werkslag van het door water aangedreven orx 30 gaan (1) de schakel (6, 7) wordt gedwongen te scharnieren om het tweede punt en waarbij progressief minder verkorting van de schakel per eenheid van baanlengte van het door water aangedreven orgaan optreedt.

5. Motor volgens een van de conclusies 1 tot 4> met 35 het kenmerk, dat ten minste een paar van de genoemde schakels (6, 7) met variabele lengte aanwezig is die zo zijn ingericht dat een van het paar samentrekt terwijl het andere expandeert.

6. Motor volgens een van de conclusies 1 tot 4> met 40 het kenmerk, dat van twee van genoemde schakels met 8200545 -V - 9 - variabele lengte (6, 7) bun betreffende tweede punten (14» 15) op afstand liggen aan tegenover elkaar liggende zijden van genoemde heen en weer bewegingsbaan.

7· Motor volgens conclusie 5 en 6 ge kenmerkt 5 door vier expandeerbare schakels (6, 7) die als twee tegenoverliggende paren zijn geplaatst, zodanig dat een paar expandeerd als het andere wordt ingetrokken.

8. Motor volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de of elke schakel (6, 7) 10 met variabele lengte een enkel werkende hydraulische vijzel omvat.

9· Motor volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het door water aangedreven orgaan (l) een vlotter is, en de inrichting een kamer (2) omvat die de vlotter omgeeft, waarbij middelen (10, 11) aanwezig zijn 15 om beurtelings te veroorzaken dat het water stroomt vanaf een bovenste waterniveau (ié) naar de kamer, en uit de kamer en naar een onderster waterniveau (17) zodat de heen en weer gaande beweging van de vlotter wordt veroorzaakt.

10. Motor volgens conclusie 9> met het 20. e n m e r k, dat het opdrijvingsvermogen van de vlotter (l) tenminste even groot is als het verschil in hoogte tussen het bovenste en onderste waterniveau '(l6, 17).

11. Motor volgens conclusie 9 of 10, met het kenmerk, dat de hoogte van de vlotter (l) boven het water 25 tenminste even groot is als het verschil in hoogte tussen de bovenste en onderste watemiveaus (16, 17)·

12. Watermotor volgens een of meer van de voorgaande conclusies gekenmerkt door een kamer (2) geplaatst tussen de bovenste en onderste niveaus (16, 17), welk door water aangedreven or- 30 gaan (l) een vlotter omvat die in de kamer is geplaatst, vermogen opnemende middelen die worden aangedreven vanaf de vlotter, een inlaatklep (11) om de toevoer van water vanaf de waterkolom in de kamer te regelen, en een uitlaatklep (10) voor het regelen van de uitlaat van water vanuit de kamer, door de vlotter bediende mid-35 delen (25) aanwezig zijn voor het regelen van de werking van de inlaat en de uitlaat kleppen in overeenstemming met de stand van de vlotter in de kamer, zodat het waterniveau beurtelings kan stijgen en dalen om de vlotter te bedienen.

13· Motor volgens conclusie 12, met het 40 kenmerk, dat geleidingsmiddelen (19) aanwezig zijn voor 8200545 - 10 - het geleiden ran de vlotter gedurende zijn beweging in de kamer.

14· Motor volgens conclusie 12 of 13, met het kenmerk, dat energie opgewekt door het rijzen en dalen van de vlotter wordt benut voor het bedienai van de inlaat en 5 uitlaat kleppen.

15· Motor volgens conclusie 12, 13 of 14> met het kenmerk, dat genoemde vermogen opnemende middelen veroorzaken dat druk wordt uitgeoefend op een medium en een deel van het samengedrukte medium wordt gebruikt om de inlaat en uitlaat 10 kleppen te bedienen.

16. Motor volgens een van de conclusies 1 tot 13 of 15» met het kenmerk, dat de vlotter stopt als de druk van het onder druk gebrachte medium groter is dan af gelijk is aan de toevoerdruk van het medium. \ 8200545