Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_1202
.pdf
разницу в действии и эффекте, обусловленную различием в относительных размерах волн и поплавка, а
также в положении поплавка на волнах в разное время.
Плавучий объект на океанских волнах не поднимается и не опускается строго вертикально, поскольку наклон
волны, вызывающий его опрокидывание, также заставляет его колебаться горизонтально взад и вперед,
приблизительно как показано на рис. 7, который представляет собой схематическое изображение движений
плавучего объекта, показанных отдельно на рис. 3, 4, 5 и 6. Иллюстрации и описания движений поплавка не
претендуют на то, что они являются идеальными и полными, а скорее призваны дать представление о
четырех крайних положениях, которые, как предполагается, может занимать поплавок, но лишь на мгновение,
во время прохождения одной волны; поскольку, помимо них, существует множество промежуточных
положений — слишком много, чтобы пытаться их описать. Из этих иллюстраций и наблюдений за судами или
поплавками в океане очевидно, что помимо силы, создаваемой вертикальными движениями всего поплавка
как поднимающегося или опускающегося тела, одновременно огромная сила будет действовать в разных
направлениях от противоположных сторон, концов или углов большого поплавка, действующего как
гигантский рычаг, из-за качательных движений, передаваемых ему действием волн и гравитации.
Эти покачивающиеся движения поплавка вызывали подъем с одной стороны и одновременное опускание с
противоположной, а затем обратное изменение направления этих одновременных движений вверх и вниз на
противоположные стороны поплавка, с которых они первоначально произошли. Поскольку сила восходящего
движения часто, если не всегда, превышает силу нисходящего движения, для использования силы этих
колебательных движений в относительном выражении нам необходим механизм, приспособленный для
одновременного получения энергии от них в разных направлениях и в разных количествах. Помимо
упомянутых выше качательных движений, когда длина волн превышает длину поплавка более чем в два раза,
как показано на рис. 9 и 10, часть времени весь поплавок будет подниматься и одновременно тянуть вверх все
четыре троса, предназначенные для отвода энергии от восходящих движений поплавка, как показано на рис.
9; а часть времени весь поплавок будет опускаться и одновременно тянуть вниз все четыре троса,
предназначенные для отвода энергии от нисходящих движений поплавка, как показано на рис. 10.
Поскольку подъемная сила, создаваемая волнами для большого, легкого плоского поплавка, в большинстве
случаев будет намного больше, чем та, которая необходима для подъема его веса, очевидно, что количество
энергии, получаемой от движения поплавка вверх и вниз, будет неравным. Следовательно, для получения
энергии, зависящей от сил, действующих на поплавок, нам необходим механизм, приспособленный для
одновременного получения энергии от восходящих движений всех частей поплавка относительно силы,
приложенной к нему и получаемой от этих восходящих движений; а также механизм, приспособленный для
одновременного получения энергии от нисходящих движений всех частей поплавка относительно силы,
приложенной к нему и получаемой от этих нисходящих движений. Кроме того, поскольку размер и скорость
волн сильно меняются со временем, и, следовательно, получаемая от них мощность также будет сильно
варьироваться, для получения мощности, относительно пропорциональной изменению размера и скорости
волн, нам необходим механизм, приспособленный для работы как с переменной скоростью и амплитудой
движения, так и для получения мощности в разных количествах в разное время.
Все колебания скорости и амплитуды волнового движения, происходящие в разное время, а также все
колебания, вызванные приливами, автоматически компенсируются, и все колебания количества энергии могут
быть получены относительно заданного значения и преобразованы в постоянно доступный, равномерный,
сбалансированный источник энергии, общее количество которого будет относительно эквивалентно сумме
различных объемов, передаваемых на поплавок и от него в разное время, посредством системы и
регулировки тросовых блоков, противовесов, преобразовательного механизма, системы регулируемых
насосов или их аналогов, а также средств для хранения энергии, описанных ниже. При реализации своего
изобретения я бы построил опору А, головная или внешняя часть которой была бы выполнена таким образом,
чтобы образовывать открытое пространство, примерно как показано на плане (рис. 8). Это открытое
пространство может быть квадратным, продолговатым или любой желаемой формы и размера. Помимо свай
или опор, обычно используемых при строительстве пирсов, я бы построил четыре очень больших, прочных,
тяжелых пирса или колонны в форме буквы X, по одной в каждом углу открытого пространства или рядом с
ним, нижние концы которых были бы заглублены в дно под водой и прочно закреплены там.
Эти колонны могут представлять собой железные цилиндры, заполненные бетоном, или колонны любой
другой подходящей конструкции, делающей их практически неподвижными и неразрушимыми. Эти колонны
будут соединены мостами, балками или любым подходящим типом конструкции. На этих колоннах или
соединяющих их мостах могут быть размещены механизмы для приема и преобразования движения и энергии
волн и передачи их на электростанцию на берегу или в другом месте для использования. В открытом
пространстве между этими колоннами я бы разместил поплавок B. Этот поплавок может быть любой
подходящей формы и конструкции, но должен быть такого размера, чтобы оставлять зазор в несколько футов
между ним и колоннами X, и расположен таким образом, чтобы его можно было перемещать в любом
направлении под действием волн и приливов и отливов; его горизонтальные движения должны быть в
некоторой степени ограничены якорными тросами C или любыми подходящими якорными средствами, чтобы
предотвратить его столкновение с колоннами, как это будет более подробно описано ниже.
Каждый поплавок, а также соединительные тросы и механизм, будут представлять собой волновой двигатель,
которых в волновой электростанции может быть столько, сколько необходимо. Чтобы компенсировать любые
колебания волн, приливы и отливы, а также для обеспечения питания всех разнообразных нерегулярных
движений поплавка, я прикрепляю к поплавку один конец из восьми силовых кабелей, по два в каждом углу
или около него. Эти кабели обеспечивают работу, прием и передачу энергии от движения поплавка
следующим образом: один конец каждого из четырех таких силовых кабелей, обозначенных буквой D,
крепится к поплавку B, по одному в каждом углу или около него, и проходит оттуда до его колеса или барабана
J, преобразующего энергию, и обматывается вокруг него. К другим концам этих кабелей может быть подвешен
противовес F, чтобы удерживать их в натянутом состоянии и создавать натяжение на колесе; Или, чтобы
предотвратить любое проскальзывание тросов на колесе, верхний конец каждого троса может быть
прикреплен к колесу, а другой, меньший и более легкий трос D, может быть обмотан вокруг колеса в
противоположном направлении, при этом один конец должен быть соединен с противовесом F, а другой —
прикреплен к колесу J. Тогда, когда любой угол поплавка опускается, силовой трос D, прикрепленный к этому
углу, будет тянуть вниз, вращать его колесо J, разматываться с него, обматывать трос D вокруг колеса в
противоположном направлении и поднимать противовес F. Когда любой угол поплавка поднимается, его
противовес F опускается, тянет вниз его трос D, который разматывается с колеса J и вращается в
направлении, противоположном направлению падающих движений поплавка, и обматывает его тросом D.
В любом месте, где это сочтено необходимым для надлежащего направления указанных кабелей и
предотвращения их трения о части конструкции, могут быть закреплены соответствующие направляющие
шкивы или ролики, как показано на рисунке E. Поскольку вес поплавка значительно превышает вес
противовесов, больше энергии можно получить от движения поплавка вниз, чем от движения противовесов.
Поэтому каждый из тросов D, колеса J и преобразовательный механизм, частью которого они являются,
расположены таким образом, что они принимают и передают энергию только тогда, когда угол поплавка, к
которому они подключены, опускается или отходит от своего преобразовательного колеса J. Стрелки,
расположенные рядом с тросами D и колесами J, указывают направление их движения при передаче энергии.
Один конец каждого из четырех тросов, обозначенных буквой D, крепится к поплавку, один — в углу или около
него, затем пропускается под шкивами или блоками E, а оттуда — к силовым преобразователям J. Каждый из
этих силовых кабелей D будет соединен со своим силовым колесом J, подобно кабелю D с колесами J, и
каждый также будет иметь противовесы F и кабели D, расположенные таким образом, чтобы работать
совместно с ними, как те, которые используются совместно с кабелями D и колесами J. Поскольку шкивы El,
под которыми сначала проходят кабели D, должны быть закреплены на колоннах, где они всегда будут
находиться ниже углов поплавка, так как эти кабели и связанный с ними механизм будут оказывать некоторое
сопротивление подъему поплавка, поэтому при таком расположении каждый из кабелей D получает и
передает свою мощность только тогда, когда угол поплавка, к которому он прикреплен, поднимается или
отходит от своего шкива E, и когда его угол поплавка поднимается или опускается, он всегда движется в
противоположном направлении по отношению к кабелям D, прикрепленным к тому же углу поплавка, но
передает свою мощность только при движении в направлении, указанном стрелками рядом с ними.
Из приведенного выше описания очевидно, что нерегулярные движения поплавка будут передавать
нерегулярные возвратно-поступательные движения каждому из восьми силовых кабелей, которые, в свою
очередь, будут передавать нерегулярные, попеременные, двусторонние вращательные движения колесам J и
J, и что эти движения будут изменяться по скорости, расстоянию и мощности. Для каждого поплавка
требовалось бы восемь преобразователей или комплектов преобразовательных механизмов, по одному для
каждого кабеля передачи энергии. Каждый преобразователь или набор преобразовательных механизмов
состоял бы из одного из больших колес J или J, вала, на котором это колесо могло бы свободно вращаться в
любом направлении, храпового механизма, муфты или эквивалентного механизма для преобразования
передающего мощность движения колеса в однонаправленное вращательное движение вала, одного или
нескольких насосов, компрессоров или эквивалентных устройств с муфтами или эквивалентными средствами
для соединения или разъединения любого из них или всех от указанного вала. Для хранения или
выравнивания любой формы потенциальной энергии, в которую будет преобразована энергия волн, будет
предусмотрено одно или несколько резервуаров, приемников или их эквивалентов (не показаны).
На рис. 8 Я показал восемь таких преобразователей с двадцатью насосами как средство получения энергии,
неравномерно передаваемой на поплавок волнами в разное время, и преобразования ее в уравновешенный
запас потенциальной энергии, суммарное количество которой было бы относительно эквивалентно сумме
всех переменных величин, передаваемых в любое время. Предполагается, что каждый из четырех
преобразователей, обозначенных буквой J, получает энергию и приводит в действие насосы за счет движения
вниз ближайшего к нему угла поплавка; и предполагается, что каждый из четырех преобразователей,
обозначенных буквой J, получает энергию и приводит в действие насосы за счет движения вверх ближайшего
к нему угла поплавка. Предполагается, что насосы оснащены муфтами или их аналогами (не показаны), так
что любой комбинацией одного или нескольких насосов может управляться каждым преобразователем. При
желании для увеличения скорости и количества ходов можно использовать зубчатую, ременную или цепную
передачу. Насосы могут иметь коэффициенты производительности, указанные на них цифрами, или любой
другой коэффициент производительности.
Теперь предположим, что мощность, передаваемая нисходящим движением каждого из кабелей D на
внутренней или береговой стороне поплавка, будет одинаковой от каждого кабеля, а также что она будет
наименьшей, передаваемой любыми двумя из восьми кабелей; в то время как мощность, передаваемая
каждым из двух кабелей D на внешней или морской стороне поплавка, будет одинаковой от каждого из них, но
большей, чем от двух кабелей D на внутренней или противоположной стороне. Чтобы количество энергии,
передаваемой каждым из кабелей D при движении внутренней или береговой стороны поплавка вверх, было
равным от каждого из них, но превышало количество энергии, передаваемой любой из пар кабелей D при
движении поплавка вниз; и чтобы количество энергии, передаваемой каждым из кабелей D при движении
внешней стороны поплавка вверх, было равным от каждого из них, но превышало количество энергии,
передаваемой любой из трех других пар кабелей. Мы также будем предполагать, например, что для каждого
преобразователя J в каждом из внутренних углов у нас есть один насос производительностью пять кубических
футов на один ход поршня и один насос производительностью десять кубических футов на один ход поршня.
А для каждого преобразователя J в каждом из внешних углов у нас есть один насос производительностью
десять кубических футов на ход поршня и один насос производительностью пятнадцать кубических футов на
ход поршня. Мы также будем исходить из предположения, что для каждого преобразователя J в каждом углу
будет три насоса разной мощности. Для двух внутренних углов, допустим, один насос с производительностью
пять кубических футов за ход поршня, один с производительностью десять футов, а другой с
производительностью двадцать футов. А для каждого из двух внешних углов требуется один насос на десять,
один на пятнадцать и один на двадцать пять кубических футов за один ход поршня. При таком расположении
насосов разных размеров можно было бы компенсировать любые разумные колебания, возникающие как
из-за разницы в мощности, получаемой от восходящего и нисходящего движения волн, так и из-за разницы в
размерах волн. Используя самые маленькие насосы в двух внутренних преобразователях J, мы получим 5
кубических футов воды за один ход поршня из каждого из них. Используя самые мощные насосы, каждый из
которых имеет объем 10 кубических футов. А при одновременном использовании обоих методов достигается
расход 15 кубических футов на один ход поршня.
Аналогично, из каждого из внешних преобразователей J поступает либо 10, 15, либо 25 кубических футов. Из
каждого из внутренних конвертеров J, по отдельности или в комбинации, поступает 5, 10, 15, 20, 25, 30 или 35
кубических футов. И из каждого из внешних конвертеров J поступает 10, 15, 25, 35, 40 или 50 кубических
футов за один ход поршня. При настройке всех восьми преобразователей на минимальную мощность общий
объем составит 60 кубических футов; тогда как при работе всех на полную мощность — 250 кубических футов,
с возможностью регулировки практически на любое значение в пределах этих двух величин. Очевидно, что
производительность насосов не является элементом моего изобретения, и приведенные примеры лишь
иллюстрируют изобретение, благодаря которому, имея в наличии насосы, компрессоры или их аналоги
соответствующих размеров, можно было бы производить регулировки для компенсации практически всех
изменений; как тех, которые обусловлены разницей в количестве доступной мощности в разное время из-за
изменений размера волн, так и тех, которые обусловлены разницей в количестве доступной мощности
одновременно в разных направлениях от практически всех волн в любое время.
Возможно, существует серия волн определённого размера, которые, воздействуя на поплавок определённого
размера, вызывают передачу одинакового количества энергии как при движении вверх, так и вниз каждого
угла. В таком случае это не имело бы значения, поскольку по моему методу мощность может передаваться
как в равных, так и в неравных количествах. И если бы сила, возникающая при движении вверх и вниз, могла
быть одинаковой в любой момент времени, то было бы совершенно невозможно, чтобы она была одинаковой
постоянно. В качестве средства получения энергии, подаваемой в таких переменных количествах и
нерегулярным образом, как это происходит при волновом движении, и преобразования ее в постоянный
равномерный поток энергии, из которого может быть удовлетворительно выработано электричество, мы
предположим использование насоса, воды и резервуара, в который вода может закачиваться любым
нерегулярным образом, как я описал (например, одновременно несколькими насосами разного размера), и
вся закачиваемая в него вода становится единым, уравновешенным блоком или массивом потенциальной
энергии, так что при сбросе через трубы и турбины с регулирующими клапанами или регуляторами она будет
создавать постоянное равномерное движение, которое, будучи приложено к динамо-машине, будет создавать
равномерный электрический ток до тех пор, пока в резервуаре поддерживается достаточный напор воды,
независимо от того, насколько нерегулярно в него закачивалась вода.
И общее количество воды, закачиваемой в водохранилище, будет относительно эквивалентно по
потенциальной энергии сумме сил, одновременно действующих в разных направлениях с различным
количеством энергии, и различных количеств энергии, действующих в разное время в аналогичных
направлениях. Десять лошадиных сил, закачиваемых двумя небольшими волнами в один день, будут
эквивалентны десяти лошадиным силам, закачиваемым одной большой волной накануне или в любой другой
день. И не будет иметь значения, закачиваются ли они движением поплавка вверх или вниз. Вместе они
выдадут двадцать лошадиных сил, причем мощность каждой лошадиной силы будет абсолютно одинаковой и,
следовательно, даст абсолютно одинаковый эффект. Чтобы предотвратить провисание противовесов F в
воде или вблизи нее, их тросы D могут быть обмотаны вокруг нескольких шкивов, часть из которых находится
на направляющих роликах, к которым будут прикреплены противовесы F, так что противовесы и
направляющие ролики, перемещаясь на небольшое расстояние, компенсируют провисание, вызванное
большим ходом силовых кабелей из-за резких колебаний, обусловленных приливами, очень большими
волнами и подъемом поплавка над водой.
Данная схема показана на рис. 1 и 2. Очевидно, что если бы поплавок ударился о колонны X, то одна или обе
колонны были бы повреждены или разрушены; и что, как показано на рис. 1 и 2, силовые кабели D и D не
предотвратили бы удар поплавка о колонны. Также очевидно, что при жестком закреплении якорных тросов в
любом определенном месте на колоннах и относительно небольшом пространстве между колоннами и
поплавком, амплитуда колебаний поплавка вверх и вниз будет очень ограниченной и недостаточной для
преодоления экстремальных приливов и очень сильного волнения моря. Поэтому, чтобы использовать
максимально возможный поплавок в заданном пространстве, предотвратить его столкновение с колоннами и
одновременно позволить ему свободно подниматься и опускаться в необходимой степени, я использую
анкерный или стопорный механизм, показанный на рис. 8, 9, 10, 11 и 12 и описанный следующим образом: в
каждом углу поплавка B или около него я прикрепляю один конец анкерного троса C, затем пропускаю его
вокруг большого железного или стального воротника Z, охватывающего ближайшую к нему колонну X, а затем
закрепляю другой конец в том же углу поплавка или около него.
Эти муфты могут быть выполнены с верхним и нижним фланцами, простирающимися примерно на половину
окружности и соединенными на конце таким образом, чтобы образовать ушко с каждой стороны муфты;
кабель С проходит через ушки и опирается на фланцы или между ними, как показано на фиг. 9, 10, 11 и 12.
Эти Z-образные муфты установлены таким образом, чтобы скользить по колоннам, и снабжены
противовесным механизмом, который ранее предлагался в связи с поплавком в виде буя, приспособленным
для работы с помощью одного троса, соединенного с ним, а также насосом для перекачки воды в
водохранилище. С этой целью я прикрепляю к муфтам Z несколько небольших тросов d и пропускаю эти
тросы на шкивах или блоках e, закрепленных сверху в любом подходящем месте на колоннах X или мостах,
соединяющих их, а к другому концу этих тросов прикрепляю противовесы f достаточного веса, чтобы
примерно уравновесить вес муфты Z и троса C, опирающегося на нее. Для каждой колонны X предусмотрено
четыре неподвижных хомута Z или их эквивалента любой подходящей конструкции, по одному на каждую
колонну X, выполненных как часть каждой колонны или изготовленных отдельно и надежно закрепленных на
колоннах. Эти хомуты используются для надежной фиксации блоков E на любом желаемом расстоянии ниже
уровня отлива, а также для ограничения нисходящих движений хомутов Z. В качестве эквивалентов можно
использовать железные прутки или рым-болты, закрепленные в колоннах.
Между хомутами Z и колоннами X могут быть установлены шариковые подшипники или антифрикционные
ролики, чтобы хомуты могли вращаться и легко перемещаться вверх и вниз. Четыре якорных троса C должны
быть достаточно длинными, чтобы позволить поплавку перемещаться в любом направлении между
колоннами, не задевая их; каждый трос должен иметь достаточный запас длины, чтобы поплавок мог подойти
почти к колонне на противоположной стороне или углу, не задевая ее, как показано на рис. 9 и 10. Поскольку
на каждом углу будет по одному якорному тросу и хомуту, очевидно, что по мере того, как каждый угол
поплавка поднимается и опускается в значительной степени под действием прилива и волн, ближайшие к
нему хомуты Z будут подниматься и опускаться вместе с ним, и, таким образом, при ограниченном
пространстве между поплавком и колоннами, при условии правильного соотношения всех частей, поплавок
может подниматься и опускаться, качаться, наклоняться или горизонтально колебаться в необходимой
степени, но не ударяться о колонны. Расположение фланцев и петель на муфтах предотвратит
соскальзывание кабелей с них, а также обеспечит более равномерное натяжение муфт вверх и вниз, чем если
бы кабели были соединены напрямую и только с одной стороны муфт.
Из приведенного выше описания становится ясно, что, поскольку на поверхности океана всегда присутствует
движение и энергия, причем это движение и энергия очень нерегулярны, то, построив волновой двигатель, как
показано и описано, его подвижные части или элементы будут двигаться относительно движения волн, а
также будут получать, преобразовывать и передавать энергию приблизительно пропорционально
относительному количеству энергии, приложенной к поплавку силой волн и силой гравитации, либо
одновременно по всему поплавку в направлении вверх или вниз, либо одновременно в разных направлениях
на разных частях поплавка; и, используя изменяющуюся скорость и мощность этих движений, относительно
приложенных, для сжатия воздуха или перекачки воды в резервуары, указанный воздух или вода станут
уравновешенным источником потенциальной энергии, общее количество которой будет относительно
эквивалентно сумме всех переменных величин, передаваемых постоянно, и указанная потенциальная энергия
может быть использована для привода двигателей или моторов с любой желаемой скоростью или для любой
желаемой цели.
Количество колонн, поплавков, тросов, шкивов, колес, противовесов, насосов, компрессоров или других
деталей может быть увеличено или дублировано, а также могут быть внесены различные другие изменения
без изменения основных принципов изобретения; например, вместо тросов и барабанов могут использоваться
зубчатые цепи и колеса, а вместо резервуаров для воды или ресиверов воздуха — аккумуляторные батареи.
Рассматриваемые по отдельности детали не заявлены в настоящем документе, и я не желаю ограничивать
свое настоящее изобретение использованием именно этих конкретных устройств, поскольку другие
устройства могут использоваться для выполнения тех же или практически тех же функций в различных
заявленных здесь комбинациях, которые, поскольку они являются эквивалентами заявленных элементов
комбинации, я включаю в настоящее изобретение. Подробно описав и определив природу моего изобретения
и способ его осуществления, я заявляю, что то, что я...
Соседние файлы в папке патенты