Энергетическая система на базе поплавкового насоса - RU2430264C2

Чертежи

Показать все 67 чертежа(ей)

Описание

Перекрестные ссылки на родственные заявки

[0001] Данная заявка претендует на приоритет предварительной заявки на патент США №60/636492, поданной 16 декабря 2004 г., а также предварительной заявки на патент США №60/653618, поданной 16 февраля 2005 г., которые включены в данный документ посредством ссылки.

Предпосылки создания изобретения

1. Область использования изобретения

[0002] Данное изобретение в целом имеет отношение к насосным установкам, а точнее, но не ограничиваясь этим, к поплавковым насосным установкам в энергетических системах на базе поплавковых насосов, в которых используется движение воды для перемещения газа, жидкости и их сочетаний из одного места в другое.

2. Предпосылки создания изобретения

[0003] Предпринимались многочисленные попытки использования явления, обычно называемого волновым явлением, и преобразования энергии, наблюдаемой в волновом явлении, в пригодные к использованию надежные источники энергии. Волновое явление включает в себя передачу энергии и импульса посредством колебательных импульсов через вещества в различных состояниях; например, в случае электромагнитных волн - через вакуум. Теоретически сама среда не перемещается в процессе прохождения через нее энергии. Частицы, которые составляют такую среду, лишь перемещаются по поступательным или циклическим (орбитальным) траекториям, осуществляя передачу энергии от одной частицы к другой. Волны, подобные образующимся на поверхности океана, имеют перемещения частиц, которые не являются ни продольными, ни поперечными. Скорее перемещение частиц в такой волне обычно содержат компоненты как продольных, так и поперечных волн. Продольные волны обычно содержат частицы, перемещающиеся назад и вперед в направлении передачи энергии. Эти волны передают энергию через вещество в любом состоянии. Поперечные волны обычно содержат частицы, перемещающиеся назад и вперед под прямым углом к направлению передачи энергии. Такие волны передают энергию только через твердые вещества. В орбитальной волне перемещение частиц происходит по орбитальным траекториям. Такие волны передают энергию по поверхности раздела между двумя текучими средами (жидкостями или газами).

[0004] Волны, возникающие, например, на поверхности океана, обычно содержат компоненты как продольной волны, так и поперечной волны, поскольку они в океанской волне осуществляют перемещения по замкнутым траекториям у поверхности раздела между атмосферой и океаном. Волны обычно имеют несколько легко определимых характеристик. Такие характеристики включают: вершину, которая представляет собой самую верхнюю точку волны; впадину, которая представляет собой самую низкую точку волны; высоту, которая представляет собой расстояние в вертикальном направлении между вершиной и впадиной; длину волны, которая представляет собой расстояние в горизонтальном направлении между вершиной и впадиной; период, который представляет собой время прохождения одной длины волны; частоту, представляющую собой количество волн, которые проходят некоторую фиксированную точку в единицу времени, а также амплитуду, которая представляет собой половину высоты и прямо связана с энергией волны.

[0005] Предпринимались многочисленные попытки практического использования энергии, вырабатываемой волновыми явлениями, которые ведут свою историю с начала прошлого столетия, такие как система, описанная в патенте США №597833, выданном 25 января 1898 г. Эти попытки включали в себя возведение волноотбойных стен для улавливания энергии, образующейся при волнообразовании; использование устройств, имеющих рельсы и направляющие, а также содержащих сложные механизмы для использования энергии, образующейся при волнообразовании; разработки насосных систем, выполненных с возможностью использования только для мелководных волновых систем; строительство башен и тому подобных сооружений в тех местах вблизи берега моря, где наблюдаются отливы и приливные волны. Предпринимались также и другие попытки, которые здесь подробно не описаны.

[0006] Каждая из этих систем обладает многочисленными недостатками. Например, отдельные системы, предназначенные для использования в морской воде, соответственно подвергаются воздействию тяжелых условий окружающей среды. Такие системы содержат многочисленные механические части, которые требуют постоянного технического обслуживания и замены, таким образом делая эти устройства малоприемлемыми. Использование других систем ограничено только береговой зоной моря или мелководьем, что ограничивает возможности размещения этих систем, таким образом делая эти системы малоприемлемыми.

И наконец, другие системы неспособны использовать полную энергию, образующуюся при волнообразовании, т.е. они страдают потерями при ее отборе, что приводит к низкой эффективности системы.

[0007] Истощение традиционных источников энергии, таких как нефть, приводит к потребности в альтернативных высокоэффективных источниках энергии. Парниковый эффект, причиной которого считаются такие явления, как глобальное потепление и тому подобные, также способствует возникновению потребности в экологически безопасных устройствах для выработки энергии.

Истощение легкодоступных традиционных источников топлива приводит к возрастанию стоимости энергии, которое ощущается в глобальном масштабе. Это в свою очередь способствует возникновению потребности в создании экологически безопасных, высокоэффективных, имеющих низкую стоимость устройств для выработки энергии.

[0008] Потребность в легкодоступных и имеющих низкую стоимость источниках энергии также остро ощущается во всем мире. В таких местах, как, например, Китай, реки перекрываются плотинами для создания мощных источников для обеспечения энергией быстро растущего населения. Реализация таких проектов может составить двадцать или более лет до их завершения. При этом получение энергии, вырабатываемой такой плотиной, даже не начинается до завершения такого проекта. Таким образом, это является еще одной причиной необходимости в энергетическом устройстве, которое вырабатывает энергию немедленно при строительстве и имеет небольшую продолжительность строительства.

Краткое изложение сущности изобретения

[0009] Указанные выше проблемы и потребности разрешаются при помощи способа вырабатывания электричества, включающего преобразование движения волн в механическую энергию; подачу первой рабочей текучей среды под действием механической энергии в первый резервуар; подачу второй рабочей текучей среды под действием механической энергии во второй резервуар; вытекание рабочей текучей среды из по меньшей мере одного из первого и второго резервуаров; и преобразование по меньшей мере части кинетической энергии вытекающей рабочей текучей среды в электрическую энергию; причем первая рабочая текучая среда подается в соответствии с движением волн с первыми размерами, а вторая рабочая текучая среда подается в соответствии с движением волн со вторыми размерами. Первый и второй резервуары могут быть установлены на берегу. Первый резервуар может быть установлен на меньшей высоте, чем второй резервуар. Первая рабочая текучая среда может быть той же, что и вторая рабочая текучая среда; причем первой и второй рабочей текучей средой может являться вода или первой и второй рабочей текучей средой может являться воздух. Упомянутое преобразование движения волн в механическую энергию может включать перемещение поршня в первом направлении и втором направлении в соответствии с движением волн. Упомянутое перемещение первой и второй рабочей текучей среды может дополнительно включать всасывание рабочей текучей среды в соответствии с движением волн путем перемещения поршня во втором направлении и откачивание рабочей текучей среды в соответствии с движением волн путем перемещения поршня в первом направлении.

[0010] Первый резервуар может быть установлен на меньшей высоте, чем второй резервуар; вторые размеры могут быть больше первых размеров. Первый и второй резервуары могут быть установлены на берегу. Упомянутое вытекание рабочей текучей среды может включать перемещение рабочей текучей среды под действием силы тяжести для преобразования кинетической энергии рабочей текучей среды в электрическую энергию. Упомянутое вытекание рабочей текучей среды может включать использование давления для перемещения рабочей текучей среды для преобразования кинетической энергии рабочей текучей среды в электрическую энергию. Преобразование кинетической энергии рабочей текучей среды может включать приведение в действие турбины с использованием вытекания рабочей текучей среды. Способ вырабатывания электричества может дополнительно включать подачу электрической энергии в энергетическую сеть.

[0011] Один из вариантов осуществления настоящего изобретения представляет собой систему, содержащую насос, расположенный в водном пространстве и выполненный с возможностью преобразования движения волн в водном пространстве в механическую энергию, причем насос имеет входное отверстие и выходное отверстие и выполнен с возможностью принятия рабочей текучей среды через входное отверстие и выталкивания рабочей текучей среды через упомянутое выпускное отверстие; первую выпускную линию, находящуюся в гидравлической связи с выходным отверстием насоса, причем первая выпускная линия выполнена с возможностью пропускания рабочей текучей среды, выталкиваемой через выходное отверстие; вторую выпускную линию, находящуюся в гидравлической связи с выходным отверстием насоса, причем вторая выпускная линия выполнена с возможностью пропускания рабочей текучей среды, выталкиваемой через выходное отверстие; первый резервуар, находящийся в гидравлической связи с первой выпускной линией; и второй резервуар, находящийся в гидравлической связи со второй выпускной линией. При этом насос выполнен с возможностью выталкивания рабочей текучей среды в первый резервуар в случае волн с первыми размерами и выталкивания рабочей текучей среды во второй резервуар в случае волн со вторыми размерами.

[0012] Насос может дополнительно содержать поплавковый блок, выполненный с возможностью перемещения в соответствии с движением волн и выталкивания рабочей текучей среды. Поплавковый блок может быть выполнен с возможностью регулирования объема с обеспечением первого максимального выталкивающего усилия тогда, когда поплавковый блок имеет первый объем, и второго максимального выталкивающего усилия тогда, когда поплавковый блок имеет второй объем.

[0013] Насос может дополнительно содержать поплавковый блок, выполненный с возможностью перемещения в первом направлении и втором направлении в соответствии с движением волн; и поршень, присоединенный к поплавковому блоку и расположенный внутри поршневой камеры, причем поплавковый блок поступательно перемещает поршень при движении поплавкового блока в первом направлении и втором направлении, а поршень перемещается внутри поршневой камеры, вызывая поступление рабочей текучей среды при движении поплавкового блока во втором направлении и вызывая выталкивание рабочей текучей среды при движении поплавкового блока в первом направлении. При этом первым направлением может быть вверх, а вторым направлением может быть вниз.

[0014] В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения первый резервуар установлен на меньшей высоте, чем второй резервуар, и вторые размеры больше первых размеров.

[0014а] В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения первый и второй резервуары могут быть установлены на берегу.

[0015] Изложенные выше, а также дополнительные цели, отличительные особенности и преимущества данного изобретения поясняются в последующем подробном описании.

Краткое описание прилагаемых чертежей

[0016] Более полное понимание способа и устройства по данному изобретению может быть достигнуто при изучении последующего подробного описания, в котором соответственные номера позиций обозначают соответственные элементы, выполненные в соответствии с прилагаемыми чертежами, на которых:

[0017] Фиг.1 представляет собой вид сбоку в разобранном состоянии поплавковой насосной установки по первому варианту осуществления в соответствии с данным изобретением для использования в энергетической системе на базе поплавковых насосов;

[0018] Фиг.2А представляет собой вид сверху поплавковой насосной установки, показанной на Фиг.1;

[0019] Фиг.2В представляет собой поперечный разрез установки, показанной на Фиг.2А, выполненный по линии 2В-2В;

[0020] Фиг.2С представляет собой вид сбоку в собранном состоянии поплавковой насосной установки, показанной на Фиг.1;

[0021] Фиг.3А-3С представляют собой виды сверху, сбоку и в изометрической проекции примера поплавкового блока в соответствии с данным изобретением;

[0022] Фиг.3D представляет собой местный разрез примера поплавкового блока, имеющего телескопически выдвигающуюся часть;

[0023] Фиг.3E-3F представляют собой виды сверху примера регулируемого основания для одного из примеров поплавкового блока в суженном состоянии и расширенном состоянии соответственно;

[0024] Фиг.4А-4С представляют собой виды сбоку поплавковой насосной установки, показанной на Фиг.1, в процессе прохождения волны через эту поплавковую насосную установку;

[0025] Фиг.4D представляет собой схематическое изображение примера волны;

[0026] Фиг.5 представляет собой вид сбоку альтернативного варианта осуществления предложенной поплавковой насосной установки, предназначенной для использования в энергетической системе на базе поплавковых насосов в соответствии с данным изобретением;

[0027] Фиг.6 представляет собой вид сбоку другого варианта осуществления предложенной поплавковой насосной установки, предназначенной для использования в энергетической системе на базе поплавковых насосов в соответствии с данным изобретением;

[0028] Фиг.7 представляет собой вид сбоку другого варианта осуществления предложенной поплавковой насосной установки, предназначенной для использования в энергетической системе на базе поплавковых насосов в соответствии с данным изобретением;

[0029] Фиг.8 представляет собой вид сбоку другого варианта осуществления предложенного насоса, работающего от энергии волн, другого альтернативного варианта осуществления поплавковой насосной установки, предназначенной для использования в энергетической системе на базе поплавковых насосов в соответствии с данным изобретением;

[0030] Фиг.9 представляет собой вид сбоку другого варианта осуществления предложенной поплавковой насосной установки, предназначенной для использования в энергетической системе на базе поплавковых насосов в соответствии с данным изобретением;

[0031] Фиг.10 представляет собой вид сбоку другого варианта осуществления предложенной поплавковой насосной установки, предназначенной для использования в энергетической системе на базе поплавковых насосов в соответствии с данным изобретением;

[0032] Фиг.11 представляет собой вид сбоку поплавковой насосной установки, связанной с примером устройства для культивации аквакультур и предназначенной для использования в энергетической системе на базе поплавковых насосов в соответствии с данным изобретением;

[0033] Фиг.12А представляет собой иллюстрацию примера кольца поплавковой камеры, которое может быть использовано в качестве элемента конструкции другого варианта осуществления поплавковой насосной установки;

[0034] Фиг.12В представляет собой вид сверху в перспективе, выполненный в направлении поперечного сечения поплавковой камеры, показанной на Фиг.1, где используется кольцо поплавковой камеры, показанное на Фиг.12А;

[0035] Фиг.12С представляет собой другой вариант осуществления кольца поплавковой камеры, показанного на Фиг.12А и выполненного в виде крышки поршневой камеры;

[0036] Фиг.13 представляет собой схему устройства для динамического определения и/или регулирования размера поплавкового блока на основании данных по волнам, где показано схематическое изображение предложенного поплавкового блока на мониторе вычислительной системы;

[0037] Фиг.14 представляет собой вид предложенной энергетической системы на базе поплавковых насосов, в которой используется водонапорная башня, в соответствии с данным изобретением;

[0038] Фиг.15 представляет собой вид энергетической системы на базе поплавковых насосов в альтернативном варианте осуществления в соответствии с данным изобретением;

[0039] Фиг.16 представляет собой вид другой энергетической системы на базе поплавковых насосов в альтернативном варианте осуществления;

[0040] Фиг.17А представляет собой изображение примера поля насоса 1700, которое содержит поплавковые насосные установки, выполненные с возможностью перемещать текучую среду в резервуар под воздействием волн в океане;

[0041] Фиг.17В представляет собой увеличенный вид компоновки поплавковых насосных установок, включая отдельные поплавковые насосные установки;

[0042] Фиг.18 представляет собой систему на базе поплавковых насосов в соответствии с одним из вариантов осуществления данного изобретения, содержащую множество резервуаров, выполненных с возможностью помещения рабочей текучей среды, приводимой в движение системой на базе поплавковых насосов;

[0043] Фиг.19 представляет собой поплавковый насос в соответствии с одним из вариантов осуществления данного изобретения;

[0044] Фиг.20-39 представляют собой виды в сборе, а также узлов и деталей поплавкового насоса в соответствии с одним из вариантов осуществления данного изобретения; и

[0045] Фиг.40-43 представляют собой виды в сборе, а также узлов и деталей поплавкового насоса в соответствии с одним из вариантов осуществления данного изобретения.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения

[0046] В последующем подробном описании предпочтительных вариантов осуществления изобретения сделаны ссылки на прилагаемые чертежи, которые составляют его часть и в которых показаны в виде иллюстрации конкретные предпочтительные варианты осуществления, по которым данное изобретение может быть использовано на практике. Эти варианты осуществления достаточно подробно описаны для практической реализации изобретения специалистами в данной области техники, и разумеется, что могут быть использованы и другие варианты осуществления, а также могут быть выполнены логически обоснованные механические, конструктивные и химические изменения без выхода за рамки сущности и объема данного изобретения. Чтобы избежать подробностей, которые не являются необходимыми для практической реализации изобретения специалистами в данной области техники, в данном описании может быть опущена определенная информация, известная специалистам в данной области техники. Таким образом, последующее подробное описание не должно быть истолковано как ограничение, и объем данного изобретения определен только формулой изобретения.

[0047] Для решения проблем, указанных выше, предусмотрена поплавковая насосная установка для преобразования потенциальной энергии, которая содержится в естественном перемещении очень больших объемов воды, находящихся в виде океанов, озер, рек, но не ограниченном ими, и представляющих собой зыбь и волны, в механическую энергию со сравнительно высокой эффективностью. Эта поплавковая насосная установка с возможностью перекачивания как газа или жидкости, так и их сочетаний. Как принято в изложении, текучая среда определяется и как жидкость, и как газ, таким образом, включая как воздух, так и воду. Перекачиваемый газ или жидкость, как источники механической энергии, могут при этом использоваться в турбинах энергетических установок, пневматическом инструменте, вентиляционных устройствах или любых других механических устройствах, использующих этот вид энергии. Такой источник механической энергии также может быть использован для выработки электрической энергии с использованием аналогичных механических преобразователей.

[0048] На Фиг.1-2С показана поплавковая насосная установка 100 в различных видах согласно первому варианту осуществления данного изобретения. Эта поплавковая насосная установка 100 содержит основание 102, поплавковый цилиндр 104, соединенный с одной стороны с основанием 102, а с другой стороны закрытый крышкой 106 поплавкового цилиндра, и поршневой цилиндр 108, соединенный с одной стороны с крышкой 106 поплавкового цилиндра и расположенный, по существу, соосно с поплавковым цилиндром 104. С другой стороны поршневой цилиндр 108 закрыт крышкой 110 поршневого цилиндра. Поплавковый цилиндр 104 закрыт с одной стороны верхней поверхностью основания 102, а с другой стороны крышкой 106 поплавкового цилиндра с образованием поплавковой камеры 112 внутри.

[0049] Поплавковый блок 114, по существу, цилиндрической формы размещен с возможностью скольжения внутри поплавковой камеры 112 и с возможностью перемещения в осевом направлении внутри нее. Шток 116 поршня, соединенный с верхним концом поплавкового блока 114, расположен, по существу, соосно с ним и выходит через отверстие 118 в крышке 106 поплавкового цилиндра. Поршень 120, по существу, цилиндрической формы размещен с возможностью скольжения внутри поршневого цилиндра 108 и соединен в нижней части с другим концом штока 116 поршня с возможностью перемещения, по существу, в осевом направлении внутри. Поршневой цилиндр 108 закрыт с одной стороны верхней поверхностью поршня 120, а с другой стороны крышкой 110 поршневого цилиндра с образованием поршневой камеры 122 внутри.

[0050] Впускной клапан 124 и выпускной клапан 126 проходят через крышки 110 поршневого цилиндра и находятся в гидравлической связи с поршневой камерой 122, позволяя прохождение газа или жидкости. Впускная линия 128 и выпускная линия 130 присоединены к впускному клапану 124 и выпускному клапану 126 соответственно и выполнены с возможностью пропускать внутрь и соответственно наружу газ или жидкость с других сторон.

[0051] Основание 102 может содержать в себе балласт для удержания поплавковой насосной установки 100 неподвижно относительно места установки. Основание 102 может также включать в себя приемник для хранения газа или жидкости, перекачанной внутрь, который соединен с выпускной линией 130 для пропускания внутрь воздуха или жидкости из поршневой камеры 122. Если основание 102 должно быть использовано как хранилище, то выход 132 основания может быть соединен с ним для обеспечения поступления потока газа или жидкости к требуемому месту из основания 102. Необходимо принимать во внимание то, что место расположения выхода 132 основания в этом основании 102 может быть размещено в произвольном месте основания 102.

[0052] Поплавковый цилиндр 104, который может также представлять собой поплавковую раму, может быть присоединен к верхней поверхности основания 102 цепями 134, которые в свою очередь присоединены к поплавковому цилиндру 104. Таким образом цепи 134 обеспечивают устойчивость поплавкового цилиндра 104 на основании 102. Разумеется, что для соединения поплавкового цилиндра 104 с основанием 102 могут быть использованы оттяжки или другие соединительные средства, и данное изобретение не ограничено цепями 134, выполняющими функцию этих соединительных средств.

[0053] Поплавковый цилиндр 104 может также иметь множество равномерно расположенных по периметру отверстий для предоставления возможности прохода потока жидкости, такой как вода, через поплавковый цилиндр 104, окружающий блок плавучести 114. Для снижения турбулентности волн, сопутствующей такому потоку, множество компенсирующих отверстий 131 могут быть предусмотрены на поплавковом цилиндре 104. Так, поплавковый цилиндр 104 может содержать клетку или ей подобную конструкцию для уменьшения трения, связанного с газом, протекающим через поплавковый цилиндр 104.

(0054) Поплавковый цилиндр 104 имеет предварительно заданную длину. Длина поплавкового цилиндра 104 зависит от перемещения поплавкового блока 114 в различных жидких средах. Например, когда поплавковая насосная установка 100 размещается в условиях океана, длина поплавкового цилиндра 104 должна быть регулируемой для предоставления возможности работы поплавковой насосной установки 100 в условиях годовых изменений приливов и отливов и высоты волн. Когда же поплавковая насосная установка 100 размещается, например, в условиях озера, длина поплавкового цилиндра 104 не требует регулировки по эксплуатационным характеристикам высоты волны.

[0055] В другом примере, в водном пространстве, имеющем глубину 10 футов (3,048 м), поплавковый цилиндр должен быть по меньшей мере в 10 футов (3,048 м) и иметь дополнительно 7 футов (2,134 м) рабочей высоты помимо этих 10 футов (3,048 м) для предоставления возможности перемещения поплавкового блока внутри поплавковой камеры. Соответственно этот поплавковый цилиндр должен иметь высоту 17 футов и 7 футов (2,134 м) полезного хода. Однако если водное пространство имеет изменения приливных характеристик, данный пример претерпевает определенные изменения.

[0056] В измененном примере при поплавковой насосной установке, размещенной в водном пространстве глубиной 10 футов (3,048 м), изменение уровня прилива в 2 фута (0,6096 м) приводит к потере 2 футов (0,6096 м) полезного хода. Чтобы учесть это изменение, разница между нижним и верхним уровнями годового цикла добавляется к длине поплавкового цилиндра, который должен использоваться. То есть в условиях, когда максимальная высота волны составляет 7 футов (2,134 м), уровень отлива 10 футов (3,048 м), а уровень прилива 14 футов (4,267 м), разница между уровнем отлива и прилива составит 4 фута (1,219 м). Эта величина добавляется к длине поплавкового цилиндра (7 футов (2,134 м) (для максимальной высоты волны) + 10 футов (3,048 м) (для предоставления возможности работы поплавковой насосной установки в условиях отлива) + 4 фута (1,219 м) (разница между уровнями прилива и отлива)) до полной длины поплавкового цилиндра 21 фут (6,401 м). Это позволяет иметь ход 7 футов (2,134 м) в дни прилива с полным использованием проходящих волн.

[0057] Крышка 106 поплавкового цилиндра выполнена с возможностью установки на ней поршневого цилиндра 108, а отверстие 118 в ней выполнено с возможностью предотвращения попадания через него жидкости, поступающей в поплавковую камеру 112, в поршневой цилиндр 108. Крышка 106 поплавкового цилиндра может быть соединена с поплавковым цилиндром 104 при помощи сварного, резьбового или другого пригодного соединения, выполненного с возможностью сопротивления внешним нагрузкам, а также должна выдерживать нагрузки, создаваемые поршневым цилиндром 108 и его элементами конструкции. В отверстии 118 крышки 106 поплавкового цилиндра могут быть использованы уплотнения для предотвращения попадания жидкостей или газов в поршневой цилиндр 108 из поплавковой камеры 112. Поршневой цилиндр 108 выполнен с возможностью уплотнения внутренней полости поршневого цилиндра 108 от окружающей среды. Поршневой цилиндр 108 выполнен из такого материала, который способен противостоять воздействию окружающей среды, включая воду в озерах, океанах и реках.

[0058] Поплавковый блок 114, расположенный внутри поплавковой камеры 112, является, по существу, цилиндрическим и имеет коническую верхнюю поверхность. Поплавковый блок 114 имеет такую предварительно заданную плавучесть, чтобы перемещаться циклически в соответствии с гидродинамическими параметрами воды, в которой установлена поплавковая насосная установка 100, а также гидравлическими или пневматическими характеристиками самой поплавковой насосной установки 100. Плавучесть поплавкового блока 114 может соответствующим образом регулироваться в зависимости от свойств и гидродинамических характеристик воды и системы. Такая регулировка может производиться путем (1) регулирования вручную или дистанционно поплавкового блока 114 в осевом направлении или в радиальном направлении относительно поплавковой камеры 112 или в обоих направлениях; и (2) регулирования других характеристик поплавкового блока 114, которые влияют на его поведение в воде. Примеры средств регулирования более подробно описаны далее.

[0059] Шток 116 поршня соединен с поплавковым блоком 114 и поршнем 120 посредством соответствующих соединений 136, 138. Эти соединения 136, 138 могут иметь подвижную или гибкую конструкцию в зависимости от радиального перемещения поршня 120 или поплавкового блока 114, когда поршень 120 и поплавковый блок 114 не соосны. Такая подвижность или гибкость может быть достигнута путем использования шарнирного соединения или других пригодных видов соединения.

[0060] Конструкция штока 116 поршня должна быть легкой и устойчивой к воздействиям окружающей среды таким образом, что шток 116 поршня осуществляет функционирование в жестких условиях окружающей среды.

Также конструкция штока 116 поршня должна обеспечивать передачу усилий с поплавкового блока 114 на поршень 120 и с поршня 120 на поплавковый блок 114. Наконец, шток 116 поршня выполнен с возможностью регулирования при помощи телескопического выдвижения таким образом, что длина штока 116 поршня может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от требований эксплуатации поплавковой насосной установки 100. Регулирование штока 116 поршня может быть необходимым тогда, когда перекачиваемой средой является воздух или же высота волн или зыби является менее требуемой. Такое регулирование обеспечивает максимальное использование потенциальной энергии волн или зыби.

[0061] Для обеспечения уплотнения поршневой камеры 122, поршень 120, который расположен с возможностью скольжения внутри поршневого цилиндра 108, может иметь уплотнение между ними, расположенное по периметру поршня 120. Уплотнение выполнено с возможностью предотвращения протечки газа или жидкости из внешней среды в поршневую камеру 122 или из поршневой камеры 122 во внешнюю среду, тогда как поршень 120 остается скользящим внутри поршневой камеры 122.

[0062] Впускные и выпускные клапаны 124, 126 представляют собой однонаправленные гидравлические устройства, которые позволяют потоку газа или жидкости проходить либо внутрь поршневой камеры 122, либо наружу из нее, соответственно. Предпочтительно, чтобы клапаны 124, 126 могли быть расположены в различных местах на крышке 110 поршневого цилиндра, чтобы обеспечивать достижение требуемого давления внутри поршневой камеры 122.

[0063] Поскольку перемещение поплавкового блока 114 в поплавковом цилиндре 104 может замедляться по причине трения или попадания посторонних предметов в поплавковый цилиндр 104, несколько шайб 140 могут быть установлены на внутренней поверхности поплавкового цилиндра 104. Эти шайбы 140 могут располагаться вдоль оси поплавкового цилиндра 104 со стороны его внутренней стенки и дополнительно служить для стабилизации положения поплавкового блока 114 внутри поплавкового цилиндра. Шайбы 140 могут быть выполнены из пригодного материала таким образом, что коэффициент трения между шайбами 140 и поплавковым блоком 114 будет близок к нулю.

[0064] Для ограничения осевого перемещения поплавкового блока 114 внутри поплавкового цилиндра 104 могут быть выполнены несколько упоров 142 на внутренней поверхности поплавкового цилиндра 104, расположенные в его нижней части. Положение упоров 142 может регулироваться для установки требуемой длины хода поршня 120 внутри поршневого цилиндра 108.

[0065] Разумеется, осевое перемещение поплавкового блока 114 в поплавковом цилиндре 104 преобразуется в осевое перемещение поршня 120 внутри поршневого цилиндра 108 посредством штока 116 поршня. Шток 116 поршня и соединения 136 также задают положение поршня 120 относительно поплавкового блока 114.

[0066] На Фиг.3А-3С показан предлагаемый поплавковый блок 300 на видах сверху, сбоку и в изометрической проекции соответственно. Поплавковый блок 300 имеет осевое отверстие 302, выполненное с возможностью прикрепления к соединению 136 (Фиг.2В), то есть соединения со штоком 116 поршня (Фиг.1). Верхняя часть 304 сужается радиально внутрь от периметра поплавкового блока 300 и заканчивается осевым отверстием 302. Сужение верхней части 304 способствует осевому перемещению поплавкового блока 300, особенно когда поплавковый блок 300 погружен в воду и перемещается в направлении к поверхности воды. Хотя верхняя часть 304 показана отдельно от нижней части 306 поплавкового блока 300, разумеется, что такие сужения могут начинаться от любой части поплавкового блока 300 и заканчиваться осевым отверстием 302 для облегчения осевого перемещения поплавкового блока 300 в воде.

[0067] На Фиг.3D показан разрез другого предлагаемого поплавкового блока 350. Этот поплавковый блок 350 имеет верхнюю часть 352 и нижнюю часть 354. Верхняя часть 352 имеет радиально сужающуюся часть 356 для облегчения осевого перемещения поплавкового блока 350 в воде, а часть 358, не имеющая сужения, соединена с сужающейся частью 356. На внутренней поверхности верхней части 352 поплавкового блока 350 выполнена резьба 360.

[0068] Нижняя часть 354 поплавкового блока является, по существу, цилиндрической и имеет множество витков резьбы 362, выполненных на внешней поверхности нижней части 354. Резьба 362 нижней части 354 соответствует резьбе 360 верхней части 352 и позволяет осуществлять осевое перемещение нижней части 354 относительно верхней части 352.

[0069] Перемещение нижней части 354 относительно верхней части 352 осуществляется с помощью двигателя 364. Двигатель 364 присоединен к верхней поверхности 365 нижней части 354. Приводной вал 366 соединяет двигатель 364 с этой верхней поверхностью 365 и вращает нижнюю часть 354 в предварительно заданном направлении, таким образом осуществляя телескопическое выдвижение поплавкового блока 350. Телескопическое перемещение нижней части 354 увеличивает или уменьшает высоту поплавкового блока 350, таким образом увеличивая или уменьшая плавучесть поплавкового блока 350. Разумеется, диаметр поплавкового блока 350 может регулироваться подобным образом с использованием подобных способов.

[0070] На Фиг.3Е и Фиг.3F показаны виды сверху предлагаемого регулируемого основания 370 поплавкового блока. Регулируемое основание 370 поплавкового блока содержит внешние пластины 372, внутренние пластины 374, присоединенные к внешним пластинам 372, расположенный по оси двигатель 376, присоединенный к редуктору 378, а также несколько расширяющих рычагов 380, присоединенных к редуктору 378 и внешним пластинам 372. Уплотнение внешнего контура основания 370 поплавкового блока осуществляется при помощи пластика, термопластика или другого уплотнительного материала 382, такого как, например, резина. Этот уплотнительный материал 382 предотвращает попадание посторонних предметов и материалов из окружающей среды внутрь основания 370 поплавкового блока.

[0071] Внешние пластины 372 присоединены к внутренним пластинам 374 посредством роликов 384. Ролики 384 обеспечивают перемещение внешних пластин 372 относительно внутренних пластин 374. Направляющие для роликов 384 могут быть расположены на соответствующих поверхностях внешних и внутренних пластин 372, 374.

[0072] Двигатель 376 расположен по оси на основании 370 поплавкового блока и имеет соответствующий источник питания. Двигатель 376 присоединен к редуктору 378 таким образом, что при приведении в действие двигателя 376 редуктор 378 вращается в направлении по часовой стрелке или против часовой стрелки.

[0073] Редуктор 378 связан с расширяющими рычагами 380 таким образом, что вращение редуктора 378 в направлении по часовой стрелке или против часовой стрелки приводит к соответствующему увеличению или уменьшению диаметра основания 370 поплавкового блока за счет перемещения внешних пластин 372 относительно внутренних пластин 374 посредством роликов 384.

[0074] Например, на Фиг.3Е показано основание 370 поплавкового блока в суженном положении, когда диаметр составляет D1. Когда двигатель 376 приводится в действие таким образом, чтобы вращать редуктор 378 в направлении по часовой стрелке, расширяющие рычаги 380 соответственно поворачиваются, тем самым увеличивая диаметр основания поплавкового блока 380, как показано на Фиг.3F, и он составляет D2. Термопластичный материал 382 подобным образом расширяется в соответствии с увеличением диаметра поплавкового блока. Соответственно основание поплавкового блока 370 при использовании в поплавковой насосной установке может расширяться или сужаться в радиальном направлении для увеличения или уменьшения диаметра присоединенного к нему поплавкового блока. Разумеется, что несмотря на примеры, приведенные для, по существу, цилиндрической конфигурации, основание 370 поплавкового блока может иметь и другие конфигурации в зависимости от конструкции и требований, предъявляемых к данной поплавковой насосной установке.

[0075] На Фиг.4А, Фиг.4В и Фиг.4С поплавковая насосная установка 100 показана в различных положениях по мере прохождения волны (W) через поплавковую камеру 112 (Фиг.1). Волны (W), проходящие через поплавковую насосную установку 100, имеют следующие геометрические характеристики:

- высота волны (W_H) представляет собой расстояние по вертикали между вершиной (С), или высшей точкой волны, и впадиной (Т), или низшей точкой волны;

- длина волны (W_L) представляет собой расстояние между соответствующими точками, например, вершинами или впадинами волн; а также

- уровень невозмущенной поверхности (S_WL) представляет собой уровень поверхности воды при полном отсутствии волн; обычно это середина высоты волны (W_H).

[0076] На Фиг.4А показан поплавковый блок 114, опирающийся в своем самом верхнем положении по вертикали на вершину (C₁) волны (W). При этом текучая среда выходит через выпускной клапан 126. Когда волна (W) проходит через поплавковую камеру 112 на расстояние приблизительно половины (1/2) длины волны (W_L), как показано на Фиг.4 В, поплавковый блок 114 опускается в свое самое нижнее положение по вертикали на впадине (Т) волны (W). При этом текучая среда всасывается через впускной клапан 124. На Фиг.4С волна (W) прошла полную длину волны (W_L) таким образом, что поплавковый блок 114 возвратился в наивысшее положение по вертикали на следующей вершине (С₂) и текучая среда снова выходит через выпускной клапан 126.

[0077] Ход поршня (Ps) (не показан) поплавковой насосной установки 100 определяется как расстояние, которое проходит поршень 120 под действием поплавкового блока 114 в то время, когда волна (W) проходит одну длину волны (W_L) через поплавковую камеру 112. Когда волна (W) проходит через поплавковую камеру 112, поплавковый блок 114 опускается на расстояние (В_D), равное высоте волны от положения на ее вершине (С₁) на Фиг.4А, до положения на ее впадине (Т) на Фиг.4В, а затем поднимается на то же расстояние (В_R) от положения на подошве (Т) на Фиг.4В до положения на вершине (С₂) на Фиг.4С. Следовательно, ход поршня (Ps) равняется удвоенной высоте волны (W_H);

Ps=B_D+B_R=2W_H

[0078] Таким образом, поршень 120 имеет «половину хода» при опускании и «половину хода» при подъеме, также называемые соответственно «ходом опускания» и «ходом подъема».

[0079] Волна имеет определенную высоту волны W_H и период W_P при прохождении через поплавковую насосную установку 100. Соответственно поплавковая насосная установка 100 имеет ход поршня Ps, который проделывается поршнем, перемещающимся на протяжении одного полного периода волны Wp. Как видно из Фиг.4А, при перемещении волны через поплавковую насосную установку 100 поплавковый блок перемещается в прямом соответствии с проходящей волной.

[0080] Когда поплавковая насосная установка 100 находится не под давлением, поплавковый блок 114 может перемещаться на максимальное расстояние, зависящее от движения волн, т.е. P_smax=2W_L. Оно преобразуется в полный полуход перемещения поршня 120 в поршневом цилиндре 108, что заставляет текучую среду выходить из поршневой камеры через клапан.

[0081] Ссылаясь опять на Фиг.1 во время работы, после того, как поплавковая насосная установка 100 первоначально помещается в водное пространство, такое как океан, озеро, река, или другую среду, в которой образуются волны или зыбь, первоначальное давление в выпускной линии 130, выпускном клапане 126 и поршневой камере 122 является нулевым. Некоторая волна с определенными свойствами приходит на поплавковую насосную установку 100. Вода из этой волны постепенно заполняет поплавковую камеру 112. По мере того, как вода заполняет поплавковую камеру 112, поплавковый блок 114 начинает подниматься вместе с поднимающейся водой в поплавковой камере 112.

[0082] Плавучесть поплавкового блока 114 выбрана таким образом, что большая часть поплавкового блока 114 находится выше уровня воды внутри поплавковой камеры 112, таким образом обеспечивая осевое перемещение поплавкового блока 114 внутри поплавковой камеры 112. Когда волна уходит, поплавковый блок 114 опускается вместе с оседанием воды в поплавковой камере 112 и под действием силы тяжести. Шток поршня 116 передает перемещение поплавкового блока 114 на поршень 120.

[0083] С другой стороны эксплуатационного диапазона, когда поплавковая насосная установка 100 начинает работу с максимальным давлением в выпускной линии 130 и выпускном клапане 130, большая часть поплавкового блока 114 будет, по сути, погружена в воду, в которой находится поплавковая насосная установка 100. Это приводит к уменьшению длины хода поршня 120 в поршневой камере 122.

[0084] Действие силы тяжести приводит к перемещению вниз поплавкового блока 114 и поршня 120 по мере прохода данной волны или зыби. При подъеме данной волны или зыби плавучесть поплавкового блока 114 обеспечивает усилие/энергию подъема для поршня 120 через шток 116 поршня. Когда давление на поршне 120 и на выпускном клапане 126 низкое, поплавковый блок 114 поднимается в воде сравнительно высоко внутри поплавковой камеры, поскольку потребное усилие подъема поплавкового блока является только относительным противодавлением, создаваемым в поршневой камере 122 через выпускной клапан 126.

[0085] Когда давление на поршне высокое, осевое перемещение поплавкового блока 114 внутри камеры плавучести ограничено, что приводит к более низкой посадке поплавкового блока 114 в воде. При определенных условиях под воздействием высокого давления в поршневой камере 122 поплавковый блок 114 может быть почти полностью погруженным, но при этом продолжать перемещаться в осевом направлении внутри поплавковой камеры, перекачивая жидкость или газ внутри поршневой камеры 122. В конечном счете давление на выпускном клапане 126 может стать таким высоким, что плавучесть поплавкового блока 114, даже когда он полностью погружен, больше не может обеспечивать достаточного усилия подъема для перемещения поршня 120. В таком состоянии поплавковый блок 114 и поршень 120 прекращают перемещение, даже если волна или зыбь продолжают движение относительно поплавковой насосной установки 100.

[0086] Например, в поплавковой насосной установке, имеющей поплавковый блок высотой 1 фут (0,3048 м), при условии максимального давления данная поплавковая насосная установка будет терять приблизительно 1 фут (0,3048 м) хода насоса внутри поршневого цилиндра. При наличии волны только в 1 фут (0,3048 м) эта поплавковая насосная установка не будет осуществлять перекачивание.

[0087] Если такое состояние не будет достигнуто, поплавковый блок 114 и поршень 120 будут продолжать перемещаться в осевом направлении вместе с движением волн или зыби до тех пор, пока волна или зыбь не достигнет своей соответствующей максимальной высоты, обеспечивая перемещение поршнем 120 жидкости или газа в поршневой камере 122 через выпускной клапан 126. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет достигнута точка максимального сжатия в поршневой камере 122, но все еще при наличии внешнего потока.

[0088] В случае, когда поплавковый блок 114 почти погружен или погружен, но продолжает перемещение в осевом направлении, определяется высшая ватерлиния поплавковой насосной установки 100. Когда волна или зыбь проходит, самая низкая точка опускания поплавкового блока 114 определяет низшую ватерлинию поплавковой насосной установки 100. Расстояние между высшей и низшей ватерлиниями определяет рабочий полезный ход поршня 120.

[0089] Например, когда перекачиваемой средой является газ, впускная линия 128, которая может регулироваться, чтобы быть подключенной к источнику газа, располагается в таком месте, которое соединено со средой и принимает газ из среды, содержащей газ, такой как окружающий воздух. Выпускная линия 130 может быть соединена с основанием 102 для хранения сжатого газа. Разумеется, что выпускная линия 130 может быть соединена и с другим средством для хранения газа, таким как стационарный резервуар, расположенный вне поплавковой насосной установки 100.

[0090] В примере для газа, когда поршень 120 опускается вместе с оседанием волны, в поршневой камере 122 создается вакуум, который обеспечивает всасывание газа через впускную линию 128 и впускной клапан 124 в поршневую камеру 122. В точке впадины волны и после того, как вода покидает поплавковую камеру 112, или же когда поплавковый блок 114 входит в контакт с упорами 142, которые тормозят дальнейшее перемещение вниз поплавкового блока 114 и поршня 120, максимальное количество газа заполняет поршневую камеру 122.

[0091] По мере того как волна начинает подниматься и вода постепенно заполняет поплавковую камеру 112, поплавковый блок 114 подвергается воздействию воды, входя с ней в контакт. Плавучесть поплавкового блока 114 приводит к естественному подъему поплавкового блока 114 вследствие повышения уровня воды внутри поплавковой камеры 112. Благодаря неподвижности поплавкового блока 114 относительно поршня 120, обеспечиваемой штоком поршня 116, поршень 120 поднимается в прямом соответствии с подъемом поплавкового блока 114.

[0092] Газ, который подается в поршневую камеру 122, сжимается внутри поршневой камеры 122 по мере того, как поплавковый блок 114 поднимается, до тех пор, пока давление сжатого газа не преодолеет давление в магистрали на выпускной линии 130. В этот момент газ проходит через выпускной клапан 126 и выпускную линию 130, а затем направляется в требуемое место для использования или хранения. Например, основание 102 в примере, описанном выше, или другое место хранения может использоваться для хранения сжатого газа. Также возможно и рассеивание газа в атмосфере при необходимости.

[0093] При достижении волной своей максимальной высоты при прохождении через поплавковую насосную установку 100 вода начинает выходить из поплавковой камеры 112. Действие силы тяжести перемещает поплавковый блок 114 вниз вместе с волной, что приводит к перемещению вниз поршня 120 и созданию вакуума в поршневой камере 122. Вакуум при этом опять всасывает газ в поршневую камеру 122, как описывалось выше, таким образом повторяя процесс с каждой последующей волной. Тем самым поплавковая насосная установка 100 приводится в действие, последовательно и циклически всасывая газ в поршневую камеру 122, сжимая газ внутри поршневой камеры 122 и выталкивая газ из поршневой камеры 122 в основание 102. Поршень 120 далее сжимает газ, хранящийся в основании 102, с каждым циклом до тех пор, пока поплавковый блок 114 может преодолевать давление хранимого газа в выпускной линии 130. С этого момента поплавковый блок 114 больше не будет подниматься относительно волн.

[0094] В другом примере, когда перекачиваемой средой является жидкость, впускная линия 128 присоединена к источнику жидкости, такому как вода. Выпускная линия 130 может быть соединена с резервуаром хранения, который может включать, но не ограничивается, дно озера, водонапорную башню, или другой водной системой. Когда перекачивается несжимаемая жидкость, такая как вода, шток 116 поршня может не нуждаться в регулировании, поскольку поплавковая насосная установка 100 будет за один раз закачивать поршневую камеру 122, полностью заполняемую несжимаемой жидкостью.

[0095] В примере для жидкости опускание поршня 120 соответственно создает вакуум в поршневой камере 122, который всасывает воду через впускную линию 128 и впускной клапан 124 в поршневую камеру 122. В точке впадины волны и когда вода покидает поплавковую камеру 112, или же когда поплавковый блок 114 входит в контакт с упорами 142, которые тормозят дальнейшее перемещение вниз поплавкового блока 114, максимальное количество жидкости заполняет поршневую камеру 122.

[0096] По мере того как волна начинает подниматься и вода постепенно заполняет поплавковую камеру 112, поплавковый блок 114 подвергается воздействию воды, входя с ней в контакт. Плавучесть поплавкового блока 114 приводит к естественному подъему поплавкового блока 114 вследствие повышения уровня воды внутри поплавковой камеры 112. Благодаря неподвижному закреплению поплавкового блока 114 относительно поршня 120, обеспечиваемому штоком поршня 116, поршень 120 постепенно поднимается в прямом соответствии с подъемом поплавкового блока 114. В случае воды в качестве рабочей среды, поднимающаяся несжимаемая вода внутри поршневой камеры 122 преодолевает давление в магистрали в выпускной линии 130. В этот момент жидкость проходит через выпускной клапан 126 и выпускную линию 130, а затем направляется в требуемое место для использования или хранения. Возможно и рассеивание этой жидкости и/или газа в атмосфере при необходимости.

[0097] При достижении волной своей максимальной высоты при прохождении через поплавковую насосную установку 100 и последующем уходе вода начинает постепенно выходить из поплавковой камеры 112. Действие силы тяжести перемещает поплавковый блок 114 вниз, что приводит к перемещению вниз поршня 120 и созданию вакуума в поршневой камере 122. Вакуум служит для всасывания жидкости и/или газа в поршневую камеру 122. Процесс повторяется с каждой последующей волной. Тем самым поплавковая насосная установка 100 приводится в действие, последовательно и циклически всасывая жидкость и/или воду в поршневую камеру 122 и перекачивая жидкость и/или воду из поршневой камеры 122.

[0098] Разумеется, что в примере с жидкостью должна быть принята во внимание потеря плавучести по причине веса воды/жидкости, имеющейся внутри поршневой камеры 122. Однако в примере газа из-за сравнительной легкости газа по сравнению с жидкостью такая потеря фактически отсутствует. Такая потеря в примере с жидкостью может быть компенсирована путем регулирования характеристик поплавкового блока 114.

[0099] Работа поплавковой насосной установки 100 зависит от среды, где она должна эксплуатироваться. Например, когда поплавковая насосная установка 100 расположена в океане, для которого имеются определенные средние данные за год по волнам, поплавковая насосная установка 100 должна быть закреплена на какой-либо конструкции в определенном положении относительно волн или установлен с балластом таким образом, чтобы поплавковая насосная установка сохраняла свое положение относительно волн. Такие конструкции могли бы фиксироваться или по существу фиксироваться, или могли бы содержать имеющую плавучесть емкость, конструкцию типа платформы, или непосредственное прикрепление поплавковой насосной установки 100 ко дну океана. Такие соединения являются широко распространенными, особенно в нефтяной и газовой промышленности, и предполагаются для использования с новой поплавковой насосной установкой 100 в соответствии с сущностью данного изобретения.

[00100] Гидростатический подъем для приведения в движение поршня внутри поршневого цилиндра через шток поршня непосредственно связан со способностью поплавкового блока к гидростатическому подъему. Теоретически, например, при общем водоизмещении поплавкового блока в 100 фунтов (45,36 кг), за вычетом собственного веса поплавкового блока (10 фунтов=4,536 кг), штока поршня, соединений, других вспомогательных частей (5 фунтов=2,268 кг), а также веса поршня (2,5 фунта=1,134 кг) из общего водоизмещения (100 фyнтoв=45,36 кг) остается располагаемая способность к подъему 82,5 фунта (37,422 кг). Эмпирическая проверка поплавковой насосной установки 100 говорит о приблизительно 96% соответствии этому соотношению.

[00101] Предполагается, что поплавковая насосная установка 100 может быть использована с самоустановкой положения относительно дна океана и таким образом поддержания, по существу, устойчивого положения относительно волновой среды, в которой он эксплуатируется. Например, поплавковая насосная установка 100 может иметь балластные отсеки, заполненные соответствующим балластом. Поплавковая насосная установка 100 может перекачивать газ или жидкость в эти балластные отсеки, таким образом регулируя положение поплавковой насосной установки 100 относительно волновой среды. Такая конфигурация может быть выполнена путем соединения выходной линии 130 поплавковой насосной установки 100 с балластным отсеком и выполнения системы управления, предназначенной для регулирования расхода поступления и выхода для балластного отсека по предварительно заданному условию. Могут быть использованы как газ, так и жидкость, в зависимости от требуемого регулирования положения поплавковой насосной установки 100.

[00102] Также предполагается, что длина и ширина (диаметр) поршня 120 может регулироваться с целью обеспечения соответствия перекачиваемой среде или характеристикам поршня 120, поплавковой камеры 112, а также поплавкового блока 114. Подобным образом поршень 120 может иметь телескопическое регулирование или ему подобное с целью регулирования высоты или ширины поршня 120 подобно поплавковому блоку 300 (см. Фиг.3А-3С).

[00103] Например, настройки расходов и давления внутри поплавковой насосной установки 100 связаны с внутренним диаметром и высотой поршневого цилиндра 108. Чем больше поршневой цилиндр 108 и длиннее ход поршня внутри поршневого цилиндра 108, тем большее количество жидкости или газа пропускается с минимальным располагаемым давлением. Чем меньше поршневой цилиндр 108 и чем короче ход поршня внутри поршневого цилиндра 108, тем большее давление создается в жидкости или газе и меньшее количество жидкости или газа пропускается.

[00104] Очевидно, что могут возникать, хотя и относительно незначительные, также потери на трение, которые зависят от длины и других геометрических параметров входной линии 128 и выходной линии 130 и других элементов, включая впускные и выпускные клапаны 124, 126.

[00105] Размеры поплавковой камеры 112 и поплавкового блока 114 могут также быть отрегулированы для обеспечения максимального коэффициента полезного действия поплавковой насосной установки. Такие регулировки могут быть выполнены, например, вручную, путем замены элементов, или автоматически, путем выполнения телескопических элементов в соответствующих частях, или дистанционно, путем соответствующего конфигурирования системы управления с целью регулирования характеристик необходимого элемента. Таким образом, поплавковая насосная установка 100 может быть настроена для работы в волновой среде, имеющей переменные свойства, так, что поплавковая насосная установка 100 может использовать энергию больших волн, малых волн и волн, имеющих промежуточные характеристики.

[00106] Для использования энергии таких волн поплавковая насосная установка 100 необязательно должна быть закреплена на основании 102. Эта поплавковая насосная установка также может быть, например, установлена на дне водного пространства и прикреплена к конструкции, установленной на дне водного пространства, прикреплена к жесткой плавающей платформе, прикреплена к волноотбойной стене или же к другим элементам, которые предусматривают устойчивую платформу или ее эквивалент.

[00107] Размеры поплавковой насосной установки 100 и работа этой поплавковой насосной установки 100 в отношении количества энергии в волне или зыби могут определяться несколькими факторами. Например, они включают в себя годовой график размеров, высокого, низкого и среднего уровней волны; годовой график отметок высокого, низкого и среднего уровня прилива; средний период волны или зыби; глубину жидкости в месте волны или зыби; расстояние от берега до волны или зыби; географические характеристики окрестности вблизи района волн или зыби; а также конструкцию поплавковой насосной установки 100. Предполагается, что поплавковая насосная установка 100 может быть использована в комбинации с другими поплавковыми насосными установками в сетевой конфигурации с целью перекачивания больших объемов газа или жидкости через насосы.

[00108] Для определения мощности, генерируемой из волны заданной высоты и скорости, были рассчитаны мощность волны (потенциальная энергия) и мощность поплавкового блока в конфигурациях опускания и подъема. После этого на основании этих данных была рассчитана мощность перекачивания поршня в конфигурациях для перекачивания как воды, так и воздуха. Эти расчеты описаны далее в соответствии с примером конфигурации, в которой проводились испытания.

ПРИМЕР А: Малый размер волны

1. Мощность волны

[00109] В частности, как показано на Фиг.4A-4D, мощность волны (Wave HP) определяется для волны (W), проходящей расстояние, равное половине длины волны (1/2 W_L), следующим образом:

Wave HP=[(W_V)(D)/(HP)](W_S),

где

Wv (объем волны)=(W_w)(W_D)(W_H)(галлонов воды/фут³)

W_w=ширина волны (1/2W_L)=17,5 фута

W_D=глубина волны=17,5 фута

W_H=высота волны=5 футов

и

D=плотность воды (8,33 фунт/галлон)

и

HP=лошадиные силы (550)

и

W_s=cкoрость волны (1/2 W_L/W_T)

и

W_T=время прохода волны=1/2 W_L (7,953 с).

[00110] Например, глубина волны (W_D) принимается равной ширине волны (W_w) таким образом, что профиль волны (W) полностью покроет поплавковый блок 114', который имеет цилиндрическую форму. Для величин, указанных выше, которые представляют собой примеры, расчет следующий:

Wave НР=[(11,453 галлона)(8,33 фунт/галлон)/(550)](2,2 фут/с)=382,

где

W_v=(1,531 фут³)(7,418 галлон/фут³)=1,453 галлон;

W_s=(17,5 фута)/(7,953 с)=2,2 фут/с.

2. Мощность при опускании поплавкового блока

[00111] При прохождении волны (W) через поплавковую камеру 104 во время хода опускания (Фиг.4А и Фиг.4В) поплавковый блок 104 опускается под действием силы тяжести во впадину (Т). Мощность, вырабатываемая на поплавковом блоке в течение хода опускания (ВВ_D), может определяться из следующего уравнения:

BB_D=[(BB_v)(D)(WR)/HP](DS_S)(TR_D),

где

ВВ_v (объем поплавкового блока)=(VВ+VС)(7,48 галлон/фут³)

VВ=объем основания 114'a=πr₁²h₁

VС=объем конуса 114'b=(πh₂/12)(d₁²+d₁d₂+d₂²)

и

(BB_v)(D)=водоизмещение поплавкового блока 114'

где

D=плотность воды (8,33 фунт/галлон)

и

WR=соотношение удельных весов воды и материала поплавкового блока 114'

и

HP=лошадиные силы (550)

и

DS_S=Скорость хода при опускании=B_D/T_D,

где

B_D=перемещение во время хода опускания;

Т_D=время прохода расстояния В_D

и

ТR_D=коэффициент времени, т.е. доля времени, когда поплавковый блок опускается, в течение периода волны)=50% (в предположении симметричных длинных волн).

[00112] Продолжая использовать данные примера, изложенные выше для расчетов мощности волны Wave HP, получим расчеты для ВВ_D следующим образом:

ВВ_D=[4,186 галлона)(8,333 фунт/галлон)(0,10)/550](0,25 фут/с)(0,5)=0,79 л.с.

(располагаемая мощность в процессе хода опускания поплавкового блока),

где

BB_V=(BV+VC)(7,48 галлон/фут³)=π₁²h₁+(πh₂/12)(d₁²+d₁d₂+d₂²)(7,48 галлон/фут³)

и где

d₁=17,5 фута,

r₁=8,75 фута,

d₂=3,5 фута,

h₁=1,5 фута,

h₂=2,0 фута,

так что

ВВ_V=[π(8,75)²(1,5)+(π(2,0/12)(17,5²+(17,5)(3,5)+3,5²)](7,48 галлона/фут³)=(361 ft³+199 фут³)(7,48 галлон/фут³)=(560 фут³)(7,48 галлон/фут³)=4,186 галлона

и

DS_S=(1,00 фут)/(3,976 с)=0,25 фут/с

и

(BB_V)(D)=34,874 фунта (общее водоизмещение)

и

(BB_V)(D)(WS)=3,487 (полезный вес).

2b. Мощность при подъеме поплавкового блока

[00113] При продолжении прохождения волны (W) через поплавковую камеру 104 во время хода подъема (Фиг.4В и Фиг.4С), поплавковый блок 114 поднимается вместе с волной до достижения наивысшей точки в вершине (С₂). Мощность, вырабатываемая на поплавковом блоке в течение хода подъема (BB_L), может быть определена из следующего уравнения:

BB_L=[(BB_V)(D)(l-WR)/HP](LS_S)(TR_R),

где

LS_S=cкopocть хода подъема=В_R/Т_R,

В_R=расстояние перемещение во время хода подъема=1 фут,

Т_R=время прохода расстояния В_R=4,0 с

и

TR_R=Коэффициент времени (т.е. доля времени, когда поплавковый блок поднимается, в течение периода волны)=50% в предположении симметричных длинных волн.

(BB_V)(D)(l-WR)=полезный вес в течение хода подъема (UW_L)=31,382 фунта, так что

BB_L=[(31,382 фунта)/550] (1 фут/4,0 с)(0,5)=7,13 л.с.

2с. Полная входная мощность

[00114] Соответственно общая сумма входной мощности, снимаемой с волны поплавковым блоком (ВВ_T), определяется следующим образом:

BB_T=BB_D+BB_L.

[00115] Используя данные примера, изложенные выше, общая входная мощность для поплавкового блока 114' определяется следующим образом:

ВВ_T=0,79+7,13=7,92 л.с.

3. Мощность перекачивания на поршне. (CFM/PSI)

[00116] Поршень перекачивает воду с заданной производительностью, выраженной кубическими футами в минуту (CFM) и заданным давлением, выраженным в фунтах на квадратный дюйм (PSI) для каждой половины (1/2) хода, когда поплавковая насосная установка выполнена в конфигурации для перекачивания воды; она определяется согласно следующей формуле:

PF=Расход воды на поршне=(S_v)(SPM)(BP_efr),

где

S_v=объем за 1/2 хода=(π/2)(радиус поршня)²(длина хода)=(π/2)(8,925 дюйма)²(12 дюймов)/(1,728 дюйм³/фут³)=1,74 фут³и

SРМ=рабочих ходов в минуту=7,54 ход/мин

и

В_eff=полученный эмпирическим путем коэффициент полезного действия предложенной поплавковой насосной установки=83%

так что

PF=(1,74 фут³)(7,54 ход/мин)(0,83)=10,88 фут³/мин=0,181 фут³/с.

[00117] Определение давления воды на поршне (фунт/дюйм², PSI) для каждой половины (1/2) хода в поплавковой насосной установке (РР) осуществляется при помощи следующего уравнения:

PP={UWL-[(S_V)(D)(7,48 галлона воды/фут³)]}/SA_P,

где

UW_L=полезный вес в течение хода подъема=31,386 фунта

S_V=1,74 фут³

D=плотность воды (8,33 фунт/галлон) и

SА_Р=площадь поверхности поршня (дюйм²)=π·(8,925 дюймa)²=250 дюйм².

[00118] Соответственно для величин, приведенных в примерах, указанных выше, данная величина в фунтах на квадратный дюйм/ход для данного примера поплавковой насосной установки рассчитывается следующим образом:

РР=[31,386 фунта-(1,74 фут³)(8,33 фунт/галлон)(7,48 галлон/фут³)/250 дюйм²=(31,386 фунта-108 фунтов)/250 дюйм²=125 (фунт/дюйм²)/ход.

[00119] Когда же поплавковый насос сконфигурирован для перекачивания воздуха, площадь поверхности поршня увеличивается для компенсации сжимаемости воздуха с целью достижения аналогичных результатов. Если радиус поршня увеличивается до 12,6 дюйма, площадь поверхности поршня (SA_P) возрастает до 498,76 дюйм². Также исключается дополнительный вес воды над поршнем [(SV)(D)(7,48 галлон/фут²)=108 фунтов], и, таким образом, он не вычитается из полезного веса в течение хода подъема (UW_L) при расчете давления воздуха на поршне (РР_а). Все другие цифры остаются такими же, тогда расход воздуха на поршне (PF_a) и давление воздуха на поршне (РР_а) принимают следующие значения:

PF_a=21,7 фут³/мин,

РР_а=51,8 (фунт/дюйм²)/ход.

[00120] Поскольку специалисту в данной области техники понятно различие между использованием поршня для перекачивания воды и воздуха, остальные примеры сконцентрированы на перекачивании воды.

4. Полезная мощность, вырабатываемая генератором

[00121] Когда предложенная поплавковая насосная установка, выполненная в конфигурации для перекачивания воды, соединена с какой-либо емкостью для хранения воды с целью использования для приведения в действие водяной турбины, для расчета мощности, вырабатываемой поплавковой насосной установкой, используется следующая эмпирическая формула:

ВР={(РР)(ВР_еff)(напор)-[(потери)(напор)(длина трубы/попер. ceчение)]}[(PF)(T_eff)(KW)/HP],

где

ВР_eff=полученный эмпирическим путем коэффициент полезного действия поплавкового насоса=88%

Напор=PSI коэффициент пересчета фунтов на квадратный дюйм в напор (фут)=2,310

Потери=коэффициент потерь коэффициента полезного действия в трубе=0,068

Длина трубы/попер. сечение=одна труба имеет длину 100 футов, а 10 труб=1 сечение трубы

так что

1 миля трубы=5,280 сечений трубы,

Т_eff=коэффициент полезного действия турбины для имеющейся водяной турбины=90%,

KW=коффициент пересчета фут/с в кВт=11,8,

НР=коэффициент пересчета кВт в л.с.=0,746.

[00122] Соответственно используя данные, изложенные выше, в сочетании с предыдущими расчетами, получим выходные значения ВР для предложенного устройства для получения энергии с использованием данной поплавковой насосной установки следующим образом:

ВР={[(125)(0,88)(2,310)]-[(0,068)(2,310)(10)(5,280)]}[(0,181)(0,9/11,8)/0,746]=0,4558 (общая выходная располагаемая мощность в л.с.).

[00123] Когда поплавковый насос сконфигурирован для перекачивания воздуха, выходная мощность (ВР_а) для предложенного устройства с использованием величин, указанных выше, составит приблизительно 2,72 л.с. (2000,6 Вт) Вместо использования водяной турбины для выработки энергии используется воздушная турбина, содержащая, например, устройство, описанное в патенте США №5555728, включенном посредством ссылки.

5. Коэффициент полезного действия - Соотношение входной мощности (л.с.) с выходной мощностью

[00124] Соответственно коэффициент пересчета входной мощности и выходной мощности может определяться следующим образом:

Коэффициент пересчета по коэффициенту полезного дeйcтвия=BP/BB_T=4,558/7,92=57%.

[00125] Таким образом, с использованием эмпирических и теоретических данных оказалось, что для предложенной поплавковой насосной установки в соответствии с данным изобретением, при использовании в сочетании с водяной турбиной, коэффициент полезного действия при преобразовании энергии составляет 57% для мощности, отбираемой из проходящей волны (ВВ_T) с преобразованием в энергию на выходе ВР, которая может затем быть использована в качестве источника энергии.

ПРИМЕР В: Средний размер волны

[00126] Вышеприведенный расчет выполнен для предложенного поплавкового блока 114', имеющего фиксированный диаметр (d₁), выполненный в зависимости от геометрии поплавкового блока 114' и высоты (h₁+h₂). Разумеется, что высота волны (W_H) изменяется для различных мест и для различного времени в течение года для каждого из мест. То есть желательно изменить конфигурацию или отрегулировать этот поплавковый блок на основании переменных характеристик волн, как описано выше. Для обеспечения высоких коэффициентов полезного действия высота и/или диаметр поплавкового блока 114' могут регулироваться. Например, поплавковый блок 114' может быть выполнен или отрегулирован таким образом, чтобы увеличивать высоту основания 104'а (h₁) и соответствующий диаметр с целью восприятия волн, имеющих большую высоту волны (W_H) способом, описанным далее.

[00127] В предположении, что высота волны (W_H) возрастает от 5,0 футов (1,524 м) до 9,016 фута (2,748 м) (средняя волна), высота основания поплавкового блока (h₁) возрастает на 1,5 фута (0,457 м) (см. Фиг.4D), т.е. происходит «деформация» данного поплавкового блока для улучшения общих характеристик поплавковой насосной установки в водных пространствах с увеличенной зыбью в среднем до 9 футов. Соответственно длина хода поршня увеличивается, а количество ходов уменьшается следующим образом:

Количество ходов=5,52

Длина хода поршня=42,2 дюйма

так что

S_V(объем/ход)=12,8 фут³.

[00128] В предположении, что все остальные показатели остаются теми же, и используя вышеприведенные формулы, получена Таблица 1;

[00129]

[00130] Соответственно, можно видеть, что увеличение высоты поплавкового насоса на 1,5 фута (0,457 м) приводит к увеличению мощности во время подъема и опускания поплавкового блока, а также к увеличению выходной мощности в предложенном устройстве с увеличением общего коэффициента полезного действия. В целом наличие больших волн на месте обеспечивает источник энергии волн для поплавковых насосов, имеющих большие поплавковые блоки и поршни, которые имеют большие расходы (например, PF=27,98 фут³/мин=13,21 л/с) и, следовательно, большую выходную мощность (например, ВР=20,32 л.с.=14,945 кВт) в заданном месте расположения.

[00131] Как отмечено выше, диаметр (d₁) поплавкового блока 114' (см. Фиг.4D) может также регулироваться, чтобы воспринимать большие волны в данном месте. В последующей Таблице 2 показано влияние изменения диаметра поплавкового блока на выходную мощность (ВВ_T) при изменении скорости волны (W_S) для относительной высоты волны (W_H) и при изменении высоты волны для относительной скорости.

[00132]

[00133] Данные в Таблице 2 были получены на основании характеристик волны, имеющей указанную высоту волны и перемещающейся со скоростью 3 мили в час (4,83 км/ч) для низкой волны и 8 миль в час (12,87 км/ч) для высокой волны. Уравнения, приведенные выше, использовались с целью расчета мощности для характеристик низких и высоких волн. Диаметр, или ширина, поплавкового блока регулировалась для эксплуатации в среде больших волн, как показано и описано выше, с целью увеличения коэффициента полезного действия поплавкового насоса для переменных высот волны и скоростей волны.

[00134] Чем больше и быстрее волна, зыбь или течение, тем больше потенциальная энергия, доступная для получения посредством такой поплавковой насосной установки. Подобным образом, чем больше поплавковый блок по высоте или диаметру, тем большие потенциальные энергии доступны для получения из энергии воды. Чем меньше и медленнее волна, зыбь или течение, тем меньшие потенциальные энергии доступны для получения из энергии воды при посредстве такого поплавкового насоса. Подобным образом, чем меньше поплавковый блок, тем меньшие потенциальные энергии доступны для получения энергии из воды. С целью оптимизации потенциальной энергии, располагаемой на данной поплавковой насосной установке 100, поплавковый блок 114 должен быть полностью погружен и не должен превышать ширину или высоту дуги волны или зыби.

[00135] Все примеры, описанные выше, приведены в предположении, что определенные размеры волны присутствуют в конкретном месте ежедневно на поплавковой насосной установке, предназначенной для эффективного использования в данном месте. К счастью, данные относительно высот волн в определенных местах на каждый день года доступны из нескольких источников, включая веб-сайт с адресом http://www.ndbc.noaa.gov, включенный в данный документ посредством ссылки. Последующая таблица (Таблица 3) демонстрирует данные волн на январь 2001 г. и февраль 2001 г., полученные в бухте Грейс-Харбор, штат Вашингтон, США (Grays Harbor, WA).

[00136]

·

[00137] Приведенные в Таблице 3 высоты волн измерялись в течение каждого соответствующего дня месяца для получения среднего значения за каждый день. Были получены средние значения периода волн за весь месяц, и такой же период волн использован для каждого дня этого месяца. В январе 2001 г. общее количество рабочих дней составило 31 день работы предложенной поплавковой насосной установки, имеющей минимальную потребную эксплуатационную высоту волны 5 футов (1,52 м). В феврале 2001 г., поскольку 14 числа и 25 числа высоты волны меньше чем 5 футов (1,52 м), количество дней работы предложенной поплавковой насосной установки составило только 26 дней.

[00138] В Таблице 4 показаны средние данные по высоте волн за январь и февраль, а затем за весь год (остальные данные за март-декабрь 2001 г. имеются на веб-сайте, упомянутом выше).

[00139]

[00140] Среднее значение по высотам волны для рабочих дней в январе и феврале при этом получено 9,89 фута (3,01 м) и 7,60 фута (2,32 м) соответственно. Пересчитанная на год рабочая высота волны за январь и февраль 2001 г. усредняется до 8,75 фута (2,67 м) за весь период в 57 дней работы. Для календарного 2001 г. количество дней работы составляло 236 со средней рабочей высотой волны 8,54 фута (2,60 м). Организация, эксплуатирующая поплавковую насосную установку, описанную выше, может получить общедоступные данные и определить эффективные пересчитанные на год высоты волны и рабочие дни для заданной конфигурации поплавковой насосной установки.

[00141] Компоненты поплавковой насосной установки 100 должны быть выполнены с возможностью эксплуатации в соленой среде, такой как океан. Соответственно, компоненты поплавковой насосной установки 100 должны обладать антикоррозионными свойствами и/или иным способом обеспеченную устойчивость против коррозии. Для сведения к минимуму влияния окружающей среды вход 126 поршневой камеры 122, которая может подвергаться воздействиям со стороны окружающей среды, может иметь фильтр, установленный на нем с целью фильтрации нежелательных составляющих. В случае присутствия водорослей или других разрушающих материалов, таких как морские водоросли, попадающие в поплавковую камеру 112 или поплавковый цилиндр 104, эти водоросли выступят в качестве естественных смазочных материалов между подвижными частями поплавковой насосной установки 100. Например, если водоросли попадут между шайбами 140 и поплавковым блоком 114, эти водоросли уменьшают трение между шайбами 140 и поплавковым блоком 114, таким образом увеличивая коэффициент полезного действия поплавковой насосной установки.

[00142] На Фиг.5 показан вид сбоку альтернативного варианта осуществления поплавковой насосной установки 500 в соответствии с сущностью данного изобретения. Эта поплавковая насосная установка 500 содержит основание 502, поплавковый цилиндр 504, присоединенный одной стороной к основанию 502, закрытый с другой стороны крышкой 506 поплавкового цилиндра и, по существу, соосный с поплавковым цилиндром 504. Другой конец поплавкового цилиндра 504 открыт во внешнюю среду. Поплавковый цилиндр 504 и крышка 506 поплавкового цилиндра совместно определяют поплавковую камеру 508 внутри них.

[00143] Поплавковый блок 510, по существу, цилиндрической формы размещен с возможностью скольжения внутри поплавковой камеры 508 и с возможностью перемещения в осевом направлении. Разумеется, в поплавковой насосной установке 500 в этом варианте осуществления исключена необходимость в поршне и штоке поршня путем объединения поплавкового блока, показанного на Фиг.1, с поршнем, показанным на Фиг.1, в один эквивалентный поплавковый блок 510.

[00144] Впускной клапан 512 и выпускной клапан 514 расположены внутри крышки 506 поплавкового цилиндра и находятся в гидравлической связи с поплавковой камерой 508, предоставляя возможность прохождения газа или жидкости. Впускная линия 516 и выпускная линия 518 присоединены к впускному клапану 512 и выпускному 514 соответственно и выполнены с возможностью пропускания внутрь и соответственно наружу газа или жидкости с разных сторон.

[00145] Основание 502 может иметь множество ног 520, опирающихся на дно 522 водного пространства 524. Опорное основание 526 присоединено к ногам 520 для закрепления поплавковой насосной установки 500 на дне 522. Основание 502 присоединено к балластным отсекам 528 для удерживания поплавковой насосной установки 500 в фиксированном положении относительно места установки.

[00146] В осевом направлении над крышкой 506 поплавкового цилиндра расположена балластная крышка 530, которая также служит для того, чтобы обеспечивать устойчивость поплавковой насосной установки 500. Эта балластная крышка 530 выполнена с возможностью связывания клапанов 512, 514 и линий 516, 518 между собой сквозь нее. Вместо резервуара выпускная линия 518 может быть соединена с линией 532 для подачи газа или жидкостей к требуемому месту (не показано).

[00147] Поплавковый блок 510, расположенный внутри поплавковой камеры 508, имеет предварительно заданную плавучесть, так что поплавковый блок 510 перемещается циклически в соответствии с гидродинамическими параметрами воды, в которой установлена поплавковая насосная установка 500, а также гидравлическими или пневматическими характеристиками самой поплавковой насосной установки 500. Плавучесть поплавкового блока 510 может регулироваться способом, описанным выше. Упоры 534 расположены по внутреннему периметру снизу поплавкового цилиндра 504 с целью предотвращения выхода поплавкового блока 510 за пределы поплавкового цилиндра 504. Поплавковый блок 510 имеет уплотнение, образованное по периметру поплавкового блока 510 с целью предотвращения протечек между поплавковой камерой 508 и водной средой 524.

[00148] Впускные и выпускные клапаны 512, 514 представляют собой однонаправленные гидравлические устройства, которые позволяют потоку газа или жидкости проходить либо внутрь поплавковой камеры 508, либо наружу из нее соответственно. Предпочтительно, чтобы клапаны 512, 514 могли бы располагаться в различных местах так, чтобы обеспечивать достижение требуемого давления в поплавковой камере 508.

[00149] Во время работы, по мере того как волны проходят поплавковую насосную установку 500, вода контактирует с поплавковым блоком 510 через отверстие в поплавковом цилиндре 504, поднимая поплавковый блок 510 циклически в соответствии с гидродинамическими параметрами воды, а также гидравлическими или пневматическими характеристиками поплавковой насосной установки 500. Газ или жидкость в поплавковой камере 508 удаляются или выпускаются через выпускной клапан 514 и выпускную линию 518 в линию 532. Когда волна проходит поплавковую насосную установку 500, поплавковый блок 510 постепенно опускается под воздействием сил тяжести, создавая вакуум внутри поплавковой камеры 508. Соответственно газ или жидкость поступают внутрь через впускную линию 516 и впускной клапан 512 в поплавковую камеру 508. Когда приближается следующая волна, газ или жидкость, втянутые в поплавковую камеру 508, снова вытесняются через выпускной клапан 512, выпускную линию 518 и линию 532 соответственно положению поплавкового блока, который поднимается вместе с волной.

[00150] На Фиг.6 показан вид сбоку еще одного варианта осуществления поплавковой насосной установки 600. Поплавковая насосная установка 600 содержит основание 602, поплавковую раму 604, присоединенную к основанию 602, крышку 606 поплавковой рамы, присоединенную к поплавковой раме 604, а также основание 608 поплавковой рамы, присоединенное к другому концу поплавковой рамы 604. Ниже крышки 606 поплавковой рамы в осевом направлении расположен шток 610 поршня, соединенный с ней, а также множество опор 612 поршня. С другой стороны штока 610 поршня и опор 612 поршня расположен поршень 614. Между поршнем 614 и основанием 608 поплавковой рамы расположен поплавковый блок 616, имеющий стенки 618 поплавкового блока, простирающиеся в направлении крышки 606 поплавковой рамы. Поплавковый блок 616, стенки 618 поплавкового блока и поршень 614 образуют внутри поршневую камеру 620. Стенки 618 поплавкового блока выполнены с возможностью скольжения между поршнем 614 и поплавковой рамой 604. Основание 602 имеет множество ног 622, опирающихся на дно 624 водного пространства 626. Опорные основания 628 присоединены к ногам 622 и установлены на дно 624 водного пространства 626. Опорные основания 628 могут быть заполнены соответствующим балластом для удерживания поплавковой насосной установки 600 в определенном положении относительно места установки 626.

[00151] Поплавковая рама 604 содержит четыре расположенные вертикально стойки 630, размещенные между крышкой 606 поплавковой рамы и основанием 608 поплавковой рамы и прикрепленные к ним. Несколько упоров 632 расположены соответственно в верхней и нижней частях стоек 630 для удерживания поплавкового блока 616 внутри поплавковой рамы 604 и ограничения его осевого перемещения. Сверху поплавковой рамы 604 на ней установлена балластная крышка 634, способствующая удерживанию поплавковой насосной установки 600 в фиксированном положении относительно места установки в водном пространстве 626. Основание 608 поплавковой рамы соединено одной поверхностью с выпускным клапаном 636, а другой поверхностью с выпускной линией 638. Основание 608 поплавковой рамы предусмотрено для связи между выпускным клапаном 636 и выпускной линией 638. Выпускная линия 638 является телескопической по характеру и проходит с возможностью скольжения через основание 608 поплавковой рамы таким образом, что при перемещении поплавкового блока 616 относительно основания 608 поплавковой рамы поддерживается постоянная связь между выпускным клапаном 636 и выпускной линией 638. Шток 610 поршня и опоры 612 поршня являются неподвижными относительно крышки 606 поплавковой рамы и поршня 614 для сохранения фиксированного положения поршня 614 относительно крышки 606 поплавковой рамы.

[00152] Поршень 614 присоединен к впускному клапану 640 для предоставления возможности соединения впускного клапана 640 с поршневой камерой 620. Впускной клапан 640, в свою очередь, присоединен к впускной линии 642 для обеспечения соединения с поршневой камерой 620 и необходимым источником поставки рабочего тела.

[00153] Поплавковый блок 616 и стенки поплавкового блока 618 выполнены с возможностью скольжения относительно поплавковой рамы 604 и стоек 630 поплавковой рамы таким образом, что поплавковый блок 616 и стенки поплавкового блока 618 могут перемещаться в осевом направлении внутри поплавковой рамы 604. Стык между поршнем 614 и поплавковыми стенами 618 предпочтительно имеет уплотнение таким образом, что поршневая камера 620 может находиться под фиксированным давлением в процессе перемещения в осевом направлении поплавкового блока 616 относительно поршня 614, таким образом поддерживая давление внутри.

[00154] Впускные и выпускные клапаны 640, 636 представляют собой однонаправленные гидравлические устройства, которые позволяют потоку газа или жидкости проходить либо внутрь поршневой камеры 620, либо наружу из нее, соответственно. Предпочтительно, чтобы клапаны 640, 636 могли бы располагаться в различных местах на крышке 606 поршневого цилиндра и основании 608 поплавковой рамы соответственно, чтобы обеспечивать достижение требуемого давления внутри поршневой камеры 620.

[00155] В процессе работы, когда волна с предварительно заданными характеристиками приближается и вступает в контакт с поплавковым блоком 616 и стенками 618 поплавкового блока, поплавковый блок 616 и стенки 618 поплавкового блока перемещаются в осевом направлении вверх циклически в соответствии с гидродинамическими параметрами воды, в которой установлена поплавковая насосная установка 600, а также гидравлическими или пневматическими характеристиками самой поплавковой насосной установки 600. Плавучесть поплавкового блока 616 может регулироваться способом, описанным выше.

[00156] Поплавковый блок 616 создает давление на газ или жидкость в поршневой камере 620 таким образом, что газ или жидкость внутри поршневой камеры 620 вытесняются через выпускной клапан 636 и выпускную линию 638 с целью подачи в требуемое место через линию 644, присоединенную к выпускной линии 638. Когда волна проходит поплавковую насосную установку 600, действие силы тяжести перемещает поплавковый блок 616 и стенки 618 поплавкового блока вниз, таким образом создавая вакуум внутри поршневой камеры 620. Газ или жидкость затем всасываются через впускную линию 642 и впускной клапан 640 в поршневую камеру 620 до тех пор, пока поплавковый блок не остановится на упорах или не достигнет уровня впадины волны. По мере того как последующие волны циклически достигают поплавковой насосной установки 600, процесс повторяется.

[00157] На Фиг.7 показан вид сбоку еще одного варианта осуществления поплавковой насосной установки 700. Поплавковая насосная установка 700 содержит основание 702, поплавковую раму 704, крышку 705 поплавковой рамы, присоединенную к поплавковой раме, корпус 706 поршня, присоединенный к крышке 705 поплавковой рамы, основание 708 поплавковой рамы, присоединенное к другому концу поплавковой рамы 704, крышку 710 корпуса поршня, присоединенную к корпусу 706 поршня, а также балластную крышку 712, расположенную над крышкой 710 корпуса поршня и присоединенную к ней.

[00158] Поплавковый блок 714 расположен по оси внутри поплавковой рамы 704. Шток 716 поршня присоединен к верхней поверхности поплавкового блока 714 одним концом и к поршню 718, расположенному по оси внутри корпуса 706 поршня, другим концом. Поршневая камера 719 образована между верхней поверхностью поршня 718, нижней поверхностью крышки 710 корпуса поршня и корпусом 706 поршня.

[00159] Впускной клапан 720 и выпускной клапан 722 соединены с поршневой камерой 719 через крышку 710 корпуса поршня. Впускной клапан 720 и выпускной клапан 722 через балластную крышку 712 присоединены к впускной линии 724 и выпускной линии 726 соответственно.

[00160] Основание 702 имеет множество опорных ног 728, простирающихся навстречу опорным основаниям 730. Опорное основание 730 предпочтительно устанавливается на дно 732 водного пространства 734.

[00161] Поплавковая рама 704 имеет множество ног 736 поплавковой рамы, простирающихся навстречу основанию 708 поплавковой рамы и присоединенных к нему. Ноги 736 поплавковой рамы предоставляют возможность прохождения массы воды 734 сквозь них. Несколько стопоров 738 поплавкового блока располагаются сверху и снизу внутренней поверхности ног 736 поплавковой рамы с целью ограничения осевого перемещения поплавкового блока 714 внутри поплавковой рамы 704.

[00162] Основание 708 поплавковой рамы имеет балластный отсек 740, установленный на нем для того, чтобы сохранять положение поплавковой насосной установки 700 относительно места установки в водном пространстве 734. Основание 708 поплавковой рамы также соединено с линией 742 гидросистемы и предоставляют возможность прохождения линии 742 гидросистемы через основание 708 поплавковой рамы.

[00163] Корпус 706 поршня имеет множество поршневых упоров 744, расположенных снизу внутри корпуса 706 поршня для ограничения осевого перемещения поршня 718 в корпусе 706 поршня. Корпус 706 поршня также приспособлен для предоставления возможности скользящего осевого перемещения поршня 718 внутри корпуса 706 поршня.

[00164] Балластная крышка 712 может быть использована также для дополнительной устойчивости поплавковой насосной установки 700 относительно места установки в водном пространстве 734 путем наличия заранее установленного балласта или переменного балласта внутри балластной крышки 712.

[00165] Поплавковый блок 714, который может регулироваться способом, описанным выше, выполнен с возможностью скольжения в осевом направлении внутри поплавковой рамы 704 циклически в соответствии с гидродинамическими параметрами воды 734, в которой установлена поплавковая насосная установка 700, а также гидравлическими или пневматическими характеристиками самой поплавковой насосной установки 700.

[00166] Шток 716 поршня предпочтительно является жестким и образует жесткое соединение между поршнем 718 и поплавковым блоком 714. Поршень 718 контактирует с водой со своей нижней стороны через открытый конец корпуса 706 поршня со стороны поплавкового блока 714. Поршень 718 предпочтительно имеет уплотнение (не показано), расположенное по периметру поршня 718, что предотвращает просачивание или утечки из поршневой камеры 719 в зону под поршнем. Таким образом, поршневая камера является изолированной от внешней среды и обеспечивает эффективное удерживание перекачиваемого газа или жидкости внутри под давлением.

[00167] Впускные и выпускные клапаны 720, 722 представляют собой однонаправленные гидравлические устройства, которые позволяют потоку газа или жидкости проходить либо внутрь поршневой камеры 719, либо наружу из нее соответственно. Предпочтительно, чтобы клапаны 720, 722 могли бы располагаться в различных местах на крышке 710 корпуса поршня, чтобы обеспечивать достижение требуемого давления внутри поршневой камеры 719.

[00168] Впускная линия 724 выполнена с возможностью соединения с необходимым источником газа или жидкости и таким образом обеспечивает связь с необходимым источником газа или жидкости, которые должны перекачиваться поплавковой насосной установкой 700. Выпускная линия 726 соединена с линией 742 гидросистемы, которая, в свою очередь, направляет поток в требуемое место.

[00169] Во время работы, по мере того как волна приближается к поплавковой насосной установке 700, поплавковый блок 714, имеющий предварительно заданную плавучесть, постепенно поднимается с волной. Поршень 718 перемещается в непосредственной связи с поплавковым блоком 714, таким образом вытесняя газ или жидкость из поршневой камеры 719 через выпускной клапан 722, выпускную линию 726 и линию 742 гидросистемы. Когда волна проходит поплавковую насосную установку 700, поплавковый блок 714 под воздействием сил тяжести опускается с волной. Поршень 718, перемещающийся в непосредственной связи с опусканием поплавкового блока 714, создает вакуум внутри поршневой камеры 719. Газ или жидкость всасываются через впускную линию 724 и впускной клапан 720 в поршневую камеру 719, заполняя поршневую камеру 719. Цикл продолжает повторяться в соответствии с циклом, сообразным гидродинамическим параметрам воды, а также гидравлическим или пневматическим характеристикам самой поплавковой насосной установки 700.

[00170] На Фиг.8 показан вид сбоку сверху альтернативного варианта осуществления поплавковой насосной установки 800 в соответствии с данным изобретением. Поплавковая насосная установка 800 содержит основание 802, раму 804, присоединенную к основанию 802, крышку 806 рамы, присоединенную к раме 804, и основание 808 рамы, присоединенное с другой стороны рамы 804. Корпус 810 поршня расположен по оси в нижней части рамы. Корпус 810 поршня содержит крышку 812 корпуса поршня и основание 814 корпуса поршня. Балластная часть 816 корпуса поршня присоединена к корпусу поршня 810 в его нижней части.

[00171] Поплавковый блок 818, имеющий предварительно заданную плавучесть, расположен внутри рамы 804. Шток 820 поршня присоединен к нижнему концу поплавкового блока 818 и расположен по его оси. Поршень 822 присоединен к другому концу штока 820 поршня. Поршень 822 выполнен с возможностью перемещения в осевом направлении внутри корпуса 810 поршня. Поршневая камера 824 образована нижней поверхностью поршня 822, основанием 814 корпуса поршня и корпусом 810 поршня.

[00172} Впускной клапан 826 присоединен через основание 814 корпуса поршня и соединен с поршневой камерой 824. Подобным образом выпускной клапан 828 присоединен к основанию 814 корпуса поршня и соединен с поршневой камерой 824. Впускная линия 830 и выпускная линия 832 соединены с другими соответствующими концами впускного клапана 826 и выпускного клапана 828.

[00173] Основание 802 содержит опорные ноги 834, которые опираются на опорное основание 836. Опорное основание 836 выполнено с возможностью опирания на дно 838 водного пространства 840. Балластные отсеки 842 присоединены к верхней поверхности опорного основания 836 и выполнены с возможностью приема и/или сброса балласта, таким образом поддерживая положение поплавковой насосной установки 800 относительно ее места установки в водном пространстве 840.

[00174] Рама 804 содержит множество ног 844 рамы, присоединенных к основанию 808 рамы с одного конца и к крышке 806 рамы с другой стороны. Ноги 844 рамы позволяют свободное прохождение воды между ними.

[00175] Отстойный резервуар 846 соединен с впускной линией 830 и выпускной линей 832; он расположен на поверхности основания 808 рамы. Отстойный резервуар 846 также соединен с линией 848 подачи и линией 850 гидросистемы. Отстойный резервуар 846 может управлять потоком в поршневую камеру 824 и из нее, а также выходным потоком непосредственно из поршневой камеры 824 в необходимое место через линию 850 гидросистемы.

[00176] Плавучесть поплавкового блока 818 может регулироваться способом, описанным выше. Поплавковый блок 818 выполнен с возможностью скольжения в осевом направлении внутри рамы 804 циклически в соответствии с гидродинамическими параметрами воды 840, в которой установлена поплавковая насосная установка 800, а также гидравлическими или пневматическими характеристикам самой поплавковой насосной установки 800.

[00177] Шток 820 поршня образует жесткое соединение между поплавковым блоком 818 и поршнем 822 таким образом, что перемещение поплавкового блока 818 соответствует перемещению поршня 822.

[00178] Рама 804 имеет множество упоров 852 поплавкового блока, расположенных внутри ног 844 рамы для того, чтобы ограничивать осевое перемещение поплавкового блока 818. Подобным образом корпус 810 поршня имеет несколько упоров 854 поршня на внутренней поверхности корпуса 810 поршня, выполненных с возможностью ограничивать осевое перемещение поршня 822.

[00179] Впускной клапан 826 и выпускной клапан 828 представляют собой однонаправленные гидравлические устройства, которые позволяют потоку газа или жидкости проходить либо внутрь поршневой камеры 824, либо наружу из нее соответственно. Предпочтительно, чтобы клапаны 826, 828 могли бы располагаться в различных местах на основании 814 корпуса поршня для того, чтобы обеспечивать достижение требуемого давления внутри поршневой камеры 824.

[00180] В процессе работы, когда волна с предварительно заданными характеристиками приближается к поплавковой насосной установке 800, поплавковый блок 818 и поршень 822 постепенно поднимаются. Внутри поршневой камеры 824 создается вакуум; при этом происходит всасывание газа или жидкости, в зависимости от источника подачи, соединенного с линией подачи 848, в поршневую камеру 824 через впускную линию 830 и впускной клапан 826. Когда волна проходит поплавковую насосную установку 800, действие силы тяжести перемещает поршень в осевом направлении вниз, сжимая газ или жидкость внутри поршневой камеры 824 и вытесняя или выпуская этот газ или жидкость, находящийся внутри поршневой камеры 824, через выпускной клапан 828, выпускную линию 832, отстойный резервуар 846 и линию 850 гидросистемы.

[00181] На Фиг.9 показан вид сбоку альтернативного варианта осуществления поплавковой насосной установки 900. Эта поплавковая насосная установка 900 содержит основание 902, раму 904, присоединенную к основанию 902, крышку 906 рамы и основание 908 рамы. Балластная часть рамы 909 расположена в осевом направлении выше крышки 906 рамы.

[00182] Металлизированный поршень 910 расположен внутри рамы 904 и выполнен с возможностью перемещения в осевом направлении внутри рамы 904. Вне рамы 904, сходясь у концов поршня 910, расположены множество намагниченных поплавковых блоков 912, имеющих предварительно заданную плавучесть. Эти намагниченные поплавковые блоки 912 расположены вблизи содержащего металл поршня 910 таким образом, что перемещение намагниченного поплавкового блока 912 соответствует перемещению металлизированного поршня 910 внутри рамы 904. Направляющая 911 предусмотрена на раме 904 для направленного перемещения намагниченного поплавкового блока 912 относительно металлизированного поршня 910. Поршневые камеры 913а, 913b выполнены с противоположных сторон поршня 910. Неметаллическое уплотнение 915 может быть установлено и закреплено на внешней поверхности металлизированного поршня 910 между этим металлизированным поршнем 910 и рамой 904 для того, чтобы предотвратить перетекание жидкости или другой текучей среды между поршневыми камерами 913а, 913b.

[00183] Первый впускной клапан 914 и первый выпускной клапан 916 соединены через крышку 906 рамы с поршневой камерой 913а. Первый впускной клапан 914 и первый выпускной клапан 916 соединены через балластную часть 909 рамы с первой впускной линией 918 и первой выпускной линией 920 соответственно.

[00184] Второй впускной клапан 922 и второй выпускной клапан 924 соединены у одного конца через основание 908 рамы с поршневой камерой 913b. Второй впускной клапан 922 и второй выпускной клапан 924 соединены у других соответствующих концов со второй впускной линией 926 и второй выпускной линией 928.

[00185] Основание 902 содержит множество опорных ног 930, присоединенных с одного конца к раме 904, а с другого конца к опорному основанию 932. Опорное основание 932 выполнено с возможностью опирания на дно 934 водного пространства, в котором установлена поплавковая насосная установка 900.

[00186] Рама 904 включает в себя множество упоров 938 на внешней поверхности, которые выполнены с возможностью ограничивания осевых перемещений намагниченных поплавковых блоков 912. Выходные линии 920, 928 соединены с линией 940 гидросистемы для прохода потока к необходимому месту.

[00187] Намагниченные поплавковые блоки 912 перемещаются циклически в соответствии с гидродинамическими параметрами воды, в которой установлена поплавковая насосная установка 900, а также гидравлическими или пневматическими характеристиками самой поплавковой насосной установки 900. Плавучесть намагниченных поплавковых блоков 912 может регулироваться путем заполнения намагниченных поплавковых блоков 912 предварительно заданным количеством жидкого или твердого вещества или же путем удаления из намагниченных поплавковых блоков 912 предварительно заданного количества жидкого или твердого вещества.

[00188] Впускные клапаны 914, 922 и выпускные клапаны 916, 924 представляют собой однонаправленные гидравлические устройства, которые позволяют потоку газа или жидкости проходить либо внутрь, либо наружу из поршневых камер 913а, 913b. Например, первый впускной клапан 914 обеспечивает подачу в поршневую камеру 913а, а первый выпускной клапан 916 обеспечивает удаление из поршневой камеры 913а. Второй впускной клапан 922 и второй выпускной клапан 924 обеспечивают подачу в поршневую камеру 913b и удаление из нее. Разумеется, первый впускной клапан 914 и первый выпускной клапан 916 могут быть расположены в различных местах на крышке 906 рамы. Подобным образом второй впускной клапан 922 и второй выпускной клапан 924 могут быть расположены в различных местах в основании 908 рамы таким образом, чтобы обеспечивать достижение требуемого давления внутри поршневых камер 913а, 913b.

[00189] Во время работы, когда волна из водного пространства 946 проходит поплавковую насосную установку 900, намагниченные поплавковые блоки 912 постепенно опускаются под действием силы тяжести, таким образом опуская металлизированный поршень 910 под действием магнитных сил для создания вакуума внутри поршневой камеры 913а. В то же время опускание намагниченных поплавковых блоков 912 и содержащего металл поршня 910 сжимает газ или жидкость внутри поршневой камеры 913b. Газ или жидкость при этом выпускаются или вытесняются через второй выпускной клапан 924, вторую выпускную линию 928 и линию 940 гидросистемы. В поршневой камере 913а вакуум всасывает газ или жидкость из первой впускной линии 918 через первый впускной клапан 914, а затем в поршневую камеру 913а.

[00190] Когда приближается следующая волна, намагниченные поплавковые блоки 912 и металлизированный поршень 910 постепенно поднимаются, находясь во взаимодействии за счет магнитных сил, соответственно уровню проходящей воды 936, таким образом сжимая газ или жидкость внутри поршневой камеры 913а и удаляя газ или жидкость через первый выпускной клапан 916 и первую выпускную линию 920 в линию 940 гидросистемы. В поршневой камере 913b создается вакуум, всасывающий газ или жидкость через вторую впускную линию 926 и второй впускной клапан 922 в поршневую камеру 913b. Процесс циклически повторяется с каждой последующей волной.

[00191] Если давление в каждом выпускном клапане 916, 924 тормозит перемещение металлизированного поршня 910, то намагниченные поплавковые блоки 912 отделяются от металлизированного поршня 910 и перемещаются относительно волны, впоследствии вновь вступая во взаимодействие с металлизированным поршнем 910 в цикле следующей волны.

[00192] На Фиг.10 показан другой вариант осуществления поплавковой насосной установки 1000 в соответствии с сущностью данного изобретения. Поплавковая насосная установка 1000 содержит основание 1002, раму 1004, прикрепленную к основанию 1002, крышку 1006 рамы, прикрепленную к раме 1004, и основание рамы 1008. Поршневой цилиндр 1010 расположен внутри рамы 1004 и содержит крышку 1012 поршневого цилиндра, а также балластную часть 1014 поршневого цилиндра, прикрепленную к поршневому цилиндру 1010 и расположенную над крышкой 1012 поршневого цилиндра 1012. Поршень 1016 выполнен с возможностью перемещения в осевом направлении внутри поршневого цилиндра 1010. Поплавковый блок 1018 расположен по оси корпуса рамы 1004 над поршневым цилиндром 1010 и выполнен с возможностью перемещения в осевом направлении внутри рамы 1004. Множество штоков 1020 поршня прикреплены к нижней поверхности поршня 1016 и прикреплены к боковым поверхностям поплавкового блока 1018.

[00193] Впускной клапан 1022 и выпускной клапан 1024 соединены через крышку 1012 поршневого цилиндра с поршневой камерой 1026, образованной крышкой 1012 поршневого цилиндра, поршневым цилиндром 1010 и верхней поверхностью поршня 1016. Впускная линия 1028 и выпускная линия 1030 соединены с впускным клапаном 1022 и выпускным клапаном 1024 соответственно. Впускная линия 1028 и выпускная линия 1030 проходят через балластную часть 1014 поршневого цилиндра.

[00194] Основание 1002 включает в себя опорные ноги 1032, присоединенные к нижней части рамы 1004 с одной стороны и к опорному основанию 1034 с другой стороны. Опорное основание 1034 выполнено с возможностью опирания на дно 1036 водного пространства 1038. Балластный отсек 1040 размещен на верхней части опорного основания 1034 для удерживания поплавковой насосной установки 1000 в определенном положении относительно места установки в водном пространстве 1038.

[00195] Рама 1004 включает в себя несколько ног 1042 рамы, которые выполнены с возможностью прохождения воды 1038 между ними. Ноги рамы 1042 присоединены к основанию 1008 рамы. Рама 1004 дополнительно содержит несколько упоров 1045, выполненных на внутренней поверхности ног 1042 рамы для того, чтобы ограничивать осевое перемещение поплавкового блока 1018.

[00196] С выпускной линией соединен отстойный резервуар, который соединен также с основанием рамы 1008. Отстойный резервуар 1046 выполнен с возможностью направления потока, приходящего из выпускной линии 1030, и подавания потока из выпускной линии 1040 в линию 1048 гидросистемы.

[00197] Поршневой цилиндр 1010 является открытым со стороны, противоположной крышке 1012 поршневого цилиндра таким образом, что вода может вступать в контакт с нижней поверхностью поршня 1016. Уплотнение (не показано) предусмотрено по периметру поршня 1016 для предотвращения перетечек между поршневой камерой 1026 и водным пространством 1038.

[00198] Поршень 1016, который выполнен с возможностью регулирования способом, описанным выше, размещен с возможностью скольжения внутри поршневого цилиндра 1010. Поскольку поршень 1016 и поплавковый блок 1018 соединены через шток поршня 1020, перемещение поплавкового блока 1018 находится в прямом соответствии с перемещением поршня 1016.

[00199] Поплавковый блок 1018 имеет предварительно заданную плавучесть таким образом, что поплавковый блок 1018 циклически перемещается в соответствии с гидродинамическими параметрами воды, в которой установлена поплавковая насосная установка 1000. Плавучесть поплавкового блока 1018 может регулироваться способом, описанным выше, в зависимости от свойств и гидродинамических характеристик воды и системы.

[00200] Впускные и выпускные клапаны 1022, 1024 представляют собой однонаправленные гидравлические устройства, которые позволяют потоку газа или жидкости проходить либо внутрь поршневой камеры 1026, либо наружу из нее соответственно. Предпочтительно, чтобы клапаны 1022, 1024 могли быть расположены в различных местах на крышке 1012 поршневого цилиндра, чтобы обеспечивать достижение требуемого давления внутри поршневой камеры 1026.

[00201] Во время работы, после того как поплавковая насосная установка 1000 первоначально помещена в водное пространство, такое как океан, озеро, река, или другую среду, в которой образуются волны, первоначальное давление в выпускной линии 1030, выпускном клапане 1024 и поршневой камере 1026 является нулевым. Волна, имеющая определенные свойства, приходит на поплавковую насосную установку 1000. Вода волны постепенно поднимает поплавковый блок 1018, таким образом поднимая как поплавковый блок 1018, так и поршень 1016. Газ или жидкость, попавшие в поршневую камеру 1026, начинают сжиматься до тех пор, пока давление в поршневой камере 1026 не преодолеет давление в выпускной линии 1030. В этот момент жидкость начинает течь через выпускной клапан 1024 и выпускную линию 1030 и подается в требуемое место для использования или хранения.

[00202] Когда волна проходит поплавковую насосную установку 1000, действие силы тяжести перемещает поплавковый блок 1018 вниз, что приводит к соответствующему перемещению поршня 1016 в осевом направлении вниз внутри поршневого цилиндра 1010. Внутри поршневой камеры 1026 создается вакуум; при этом происходит всасывание газа или жидкости через впускную линию 1028 и впускной клапан 1022 в поршневую камеру 1026. Процесс циклически повторяется с каждой последующей волной.

[00203] На Фиг.11 показаны виды сбоку предложенной поплавковой насосной установки 100, показанной на Фиг.1, установленной на оборудовании 1100 для культивирования водных организмов. В этой конфигурации оборудование 1100 для культивирования водных организмов содержит множество балластных баков 1110, концентрически размещенных вокруг и присоединенных к поплавковой насосной установке 100. Эти балластные баки 1110 также присоединены к смежным балластным бакам 1110 при помощи множества проволочных растяжек 1120. Множество балластных баков 1110 могут меняться по длине или ширине для обеспечения устойчивости поплавковой насосной установки 100 в отношении волн, набегающих из водного пространства 1130, в котором установлена поплавковая насосная установка 100.

[00204] Эта поплавковая насосная установка может иметь модульную конструкцию для обеспечения ее мобильности. Мобильная поплавковая насосная установка может быть установлена в одном месте, а затем разобрана и установлена в другом месте. Мобильность поплавковой насосной установки может являться отличием от других гидроэлектроэнергетических устройств, которые не являются мобильными, таких как гидротурбина, которая сооружается постоянно для эксплуатации на одном месте. Кроме того, группа или поле мобильных поплавковых насосных установок может перемещаться для обеспечения энергией различных наземных или морских потребителей (подвергающихся изменениям спроса на энергию). Например, группа из одного или нескольких поплавковых насосных установок может быть развернута на территории морской акватории с целью обеспечения военной базы, которая развертывается в новом районе дислокации на неизвестный срок и которая впоследствии передислоцируется в другой район дислокации. Группа поплавковых насосных установок может быть развернута, по существу, везде, где имеются достаточные источники энергии волн, которые соответствуют техническим характеристикам поплавковых насосных установок.

[00205] На Фиг.12А показано кольцо 1200 поплавковой камеры, которое может быть использовано в качестве структурного компонента для создания предложенной конструкции, показанной на Фиг.12В и образованной из нескольких колец 1200 поплавковых камер для функционирования, по существу, подобно поплавковому цилиндру 104 (см. Фиг.1) поплавковой насосной установки. Поплавковая насосная установка, в которой используется кольцо 1200 поплавковой камеры, является по конструкции модульной. Кольцо 1200 поплавковой камеры содержит внешнее кольцо 1202 и внутреннее кольцо 1204. Внешние и внутренние кольца 1202 и 1204 являются концентрическими и могут быть соединены при помощи некоторого количества распорок, образующих пары распорок 1206a-1206d (в целом 1206). Пары распорок 1206 могут быть скомпонованы параллельно и расположены симметрично относительно осей x и y. Эти пары распорок 1206 обеспечивают поддержку конструкции внешних и внутренних колец 1202 и 1204. Другие конструктивные и/или геометрические конфигурации распорок также могут использоваться для того, чтобы обеспечить поддержку конструкции внешних и внутренних колец 1202 и 1204. Например, может быть использована ферменная конфигурация распорок между внешними и внутренними кольцами 1202 и 1204.

[00206] Направляющие кольцевые цилиндры 1210 могут быть расположены между парами распорок 1206 и прикреплены как к внешним, так и внутренним кольцам 1202 и 1204. Эти направляющие кольцевые цилиндры 1210 могут быть использованы для позиционирования и удерживания кольца 1200 поплавковой камеры на свайных основаниях 1216 (как показано ниже на Фиг.12В). Каждый компонент кольца 1200 поплавковой камеры может выполняться из стали и/или таких материалов, как стекловолокно или пластмасса, устойчивых к воздействию внешних условий, которые наблюдаются в океане или других средах.

[00207] Фиг.12В представляет собой вид сверху в перспективе примера поплавковой насосной установки 1212, выполненный в направлении поперечного сечения поплавковой камеры 104 (см. также Фиг.1), где используется кольцо поплавковой камеры, показанное на Фиг.12А. Поплавковая камера 104 образована путем соединения множества колец 1200 поплавковой камеры в осевом направлении вдоль восьми свайных оснований или стоек 1216, которые могут быть установлены на основании (не показано) и расположены на нем вертикально, опираясь на дно водного пространства. В зависимости от глубины водоема каждое из свайных оснований 1216 может формироваться из нескольких сегментов. Как показано на чертеже, свайные основания 1216 могут проходить через направляющие кольцевые элементы 1210, расположенные радиально вокруг кольца 1200 поплавковой камеры.

[00208] Трубчатые проставки 1218, установленные вертикально на основании поплавковой насосной установки 1212, могут быть присоединены к внутреннему кольцу 1204 в местах установки каждой распорки в паре распорок 1206. Эти трубчатые проставки 1218 использованы как направляющие для поплавкового блока 1220 (показаны частично). Поплавковый блок 1220 может содержать или быть присоединенным к поплавковому кольцу 1222. Это поплавковое кольцо 1222 может присоединяться к или направляться трубчатыми проставками 1218 для того, чтобы сохранять осевую ориентацию поплавкового блока 1220 при его перемещении вверх и вниз внутри поплавковой камеры 104. Благодаря модульности конструкции поплавковая насосная установка 1212 может быть установлена и разобрана с целью смены места расположения.

[00209] На Фиг.12С показан другой вариант осуществления кольца поплавковой камеры 1200', сконфигурированный в виде крышки для поплавковой камеры 104. Кольцо поплавковой камеры 1200' также может быть сконфигурировано таким образом, чтобы позиционировать поршневую камеру 1224. Позиционирующие распорки 1226 могут быть, по существу, совмещены с парами распорок 1206 с образованием прямоугольной зоны 1228 вокруг центра внешнего и внутреннего колец 1202 и 1204. Прямоугольный направляющий блок 1230 может быть расположен в этой прямоугольной зоне 1228 и присоединен к позиционирующим распоркам 1226. Этот прямоугольный направляющий блок 1230 может иметь отверстие 1232 с размерами, достаточными для того, чтобы вставить поршневую камеру 1224 насквозь и удерживать поршневую камеру 1214 в нем при помощи соединительных элементов (не показаны). Следует понимать, что отверстие 1232 может также иметь размеры и форму в зависимости от формы и размера элемента конструкции (например, поршневой камеры 1224), которая опирается и центруется кольцом поплавковой камеры 1200'.

[00210] Фиг.13 представляет собой схему устройства 1300 для динамического определения и/или регулирования размера поплавкового блока на основании данных по волнам, на которой показано схематическое изображение предложенного поплавкового блока 1302 на мониторе 1303 вычислительной системы 1304. Вычислительная система 1304 содержит процессор 1306, выполненный с возможностью работы с программным обеспечением 1308. Программное обеспечение 1308 используется для того, чтобы рассчитывать размеры и/или модель функционирования поплавкового блока 1302 на основании статистических данных по волнам для места в водном пространстве, в котором устанавливается поплавковая насосная установка, содержащая поплавковый блок 1302. Программное обеспечение 1308 может формироваться, например, из строк кода или формул, содержащихся в электронной таблице. Программное обеспечение 1308 содержит алгоритм, который имеет входные параметры для обработки статистических данных по волнам и выдает механические характеристики и эксплуатационные данные устройства.

[00211] Вычислительная система 1304 также содержит запоминающее устройство 1310, связанное с процессором 1306. Это запоминающее устройство может быть использовано для хранения программы 1308 и данных, полученных в результате ее работы. Устройство ввода/вывода (I/O) 1312 связано с процессором 1306 и используется для принятия и передачи данных внутри системы внутри или вне нее из вычислительной системы 1304. Устройство хранения 1314 связано с процессором 1306 и выполнено с возможностью хранения базы 1316 данных. База 1316 данных может хранить статистические данные по волнам и другие данные, связанные с конфигурацией одного или более поплавковых насосных установок для их установки. В одном из вариантов осуществления база 1316 данных является файлом данных, связанных с поплавковым блоком 1302.

[00212] Вычислительная система 1304 может быть связана с сетью 1318 через линию связи 1320. В одном из вариантов осуществления сетью 1318 является Интернет. Альтернативно сеть 1318 может быть спутниковой системой связи. Сервер 1322 статистических данных по волнам, который поддерживает базу 1324 данных или другой файл данных, содержащий данные по волнам, собранные буями из различных мест водных пространств по всему миру, как понятно для специалиста в данной области техники. Сервер 1322 статистических данных по волнам связан с сетью 1318 через линию связи 1326 таким образом, что вычислительная система 1304 может иметь доступ или вести поиск данных по волнам, хранимым в базе 1324 данных. Эти данные по волнам, к которым осуществляется доступ для их получения с сервера 1322 статистических данных по волнам при помощи вычислительной системы 1304, могут вручную, полуавтоматически или автоматически включаться в базу 1316 данных и использоваться программным обеспечением 1308 для генерирования размеров и/или модели функционирования поплавкового блока 1302.

[00213] Изображение 1301 поплавкового блока 1302 может дополнительно содержать целый ряд областей данных, предназначенных для того, чтобы получать входные параметры и/или отображать вычисленные результаты в определенных полях дисплея для проектирования поплавкового блока 1302. Разработчик поплавкового блока 1302 может использовать эти входные параметры для того, чтобы вводить информацию, связанную со специфическими или типичными статистическими движениями волн за определенные периоды времени. Альтернативно входные параметры могут быть считаны из файла данных, хранимых в устройстве 1314 хранения на сервере 1322 данных по волнам или где-либо еще, и отображены на изображении 1301.

[00214] При проектировании поплавкового блока 1302 должны быть приняты во внимание соображения места установки и длительности установки. Например, если поплавковая насосная установка должна быть установлена в определенном месте на определенный период времени, такой как три месяца, то разработчик может ввести низкий, пиковый и средний уровень статистических данных по движению волны в течение тех конкретных месяцев в конкретном месте при проектировании поплавкового блока 1302. Если поплавковый насос должен быть установлен на больший период времени, то низкий, пиковый и средний уровень статистических данных по движению волны может быть введен на более длинный период времени, такой как пять лет, с целью определения размеров поплавкового блока 1302.

[00215] Изображение 1301 может содержать входные и выходные поля, включая таблицы, матрицы, графические изображения или другой визуальный материал для того, чтобы помочь разработчику поплавковой насосной установки. В течение фазы конструирования поплавковой насосной установки разработчик может выполнять процесс конструирования, такой как предложен в соответствии с примерами А и В, таблицами 1-4 и Фиг.3A-3F и Фиг.4D. В процессе выполнения конструирования пример А (низкий размер волны), пример В (средний размер волны) и таблица 1 дают примеры для использования статистических данных по волнам при расчете размеров различных узлов (например, поплавкового блока) и параметров системы (например, мощности). Размеры, такие как объем поплавкового блока (BBv), объем конуса (VC), объем основания (VB) и другие размеры могут быть рассчитаны как величины, зависимые от статистических данных по волнам. Таблица 2, в которой приведен диаметр поплавкового блока как функция высоты волны (W_H), может быть использована для того, чтобы определить как размеры, так и рабочие параметры системы. Результаты, показанные на изображении 1301, могут графически отображаться в связи с элементами и размерами, показанными, например, на Фиг.3A-3F и Фиг.4D. Следует понимать, что более простые или подробные графические изображения элементов поплавковой насосной установки также могут быть рассчитаны и показаны на изображении 1301. Входные данные, приведенные в таблице 3 (Средние данные волн по годам) и таблице 4, отражающие среднюю ежемесячную информацию по волнам, могут быть введены в вычислительную систему 1300 в процессе проектирования узлов поплавковой насосной установки на основании данных по месту и длительности установки.

[00216] На Фиг.13 также показаны поля дисплея, используемые для того, чтобы показать результаты расчетов, произведенных с программным обеспечением 1308 вычислительной системой 1304. Результаты, показанные в этих полях дисплея, могут содержать целый ряд механических характеристик для поплавкового блока 1301, включая высоту (h₁) основания (см. Фиг.4D), диаметр (d₁) основания, высоту (h₂) конуса и другие размеры. К тому же могут быть рассчитаны и другие размеры узлов поплавковой насосной установки, такие как размеры поршня. Поля дисплея могут также содержать параметры, которые влияют на рабочие характеристики, такие как располагаемую длину хода и время хода подъема, а также давление при подъеме, которое является величиной давления, направленного вверх и создаваемого поплавковым блоком 1301 как функция параметров волн (например, высота и длина).

[00217] Поплавковые насосные установки являются также наращиваемыми для того, чтобы отвечать потребностям конкретного региона. Например, предварительно заданное количество поплавковых насосных установок может первоначально устанавливаться для того, чтобы отвечать потребностям конкретного региона или части региона, а затем дополняться другими поплавковыми насосными установками для обслуживания этого региона при его расширении или для оставшейся части исходного региона. Такой регион может иметь только небольшую потребность в энергии, требующую, например, только 200 поплавковых насосных установок, или иметь большую потребность в энергии, которая покрывалась бы несколькими квадратными милями поплавковых насосных установок и была сравнима с мощностью плотины с энергетической установкой. То есть поплавковые насосные установки являются наращиваемыми и адаптируемыми к любым энергетическим потребностям для конкретного обслуживаемого региона.

[00218] На Фиг.14 показан вариант осуществления предложенной энергетической системы 1400 на базе поплавковых насосов, в которой используется водонапорная башня. Группа 1405 из одного или нескольких поплавковых устройств 1410 размещена на дне 1415 водоема 1420 в предварительно заданной конфигурации. Эта группа 1405 поплавковой насосной установки (установок) 1410 может конфигурироваться в сеть, массив или размещена иным способом так, чтобы установить каждую поплавковую насосную установку 1410 с целью приема движения волн с минимальным или вообще без взаимного влияния других поплавковых насосных установок 1410.

[00219] Выпускные линии 1425 из поплавковых насосных установок 1410 могут проходить по дну 1415 в направлении к берегу 1430, где установлена водонапорная башня 1435. Эти выпускные линии 1425 функционируют как линии подачи воды, которые доставляют воду на или вблизи вершины водонапорной башни 1435.

[00220] Водонапорная башня 1435 функционирует как резервуар для перекачиваемой воды, которая приводит в действие одну или более турбин 1439, расположенных в машинном зале 1440 внутри или вблизи основания водонапорной башни 1435. Следует понимать, что машинный зал 1440 может быть расположен внутри, рядом или вблизи водонапорной башни 1435 таким образом, чтобы получать воду, хранимую в водонапорной башне 1435, за счет силы тяжести для вырабатывания электрической энергии из потока воды, проходящей через турбину (турбины) 1439. Вода, проходящая через турбину (турбины) 1439, может быть возвращена обратно в водное пространство 1420 через водовыпуск 1440 турбины. Альтернативно вода может быть подана для распределения для другого вида использования, такого как, например, орошение или опреснение с целью превращения в питьевую воду.

[00221] Линии 1445 электропередачи могут быть подключены к турбине (турбинам) 1439 для передачи электроэнергии, выработанной этими турбинами, в электрическую сеть 1450, в которую включены линии 1445 электропередачи. Предполагается, что насосы, которые вырабатывают энергию другим способом, отличным от использования принципов поплавковых устройств, также могут использоваться для того, чтобы подавать воду в водонапорную башню 1435 в соответствии с сущностью данного изобретения. Например, насосы, которые вырабатывают энергию за счет вращения и/или энергии ветра, также могут использоваться для того, чтобы подавать воду в водонапорную башню 1435.

[00222] Фиг.15 представляет собой изображение другого примера варианта осуществления энергетической системы 1500 на базе поплавковых насосов. Может быть установлена такая же или подобная компоновка группы 1505 из одной или более поплавковых насосных блоков установок 1510, расположенных на дне 1515 водного пространства 1520, как показано на Фиг.14. Эта группа 1505 поплавковых насосных установок 1510 может быть скомпонована в сеть, массив или размещена иным способом так, чтобы установить каждую поплавковую насосную установку 1510 для приема движения волн с минимальным влиянием или вообще без взаимного влияния других поплавковых насосных блоков установок 1510.

[00223] Выпускные линии 1525 из поплавковых насосных установок 1510 могут проходить по дну 1515 по направлению к скале 1530, где установлены один или более резервуаров 1535 на вершине 1540. Альтернативно резервуар (резервуары) 1535 могут быть выполнены на вершине 1540 скалы в виде одного или нескольких бассейнов или емкостей. Выпускные линии 1525 функционируют как средства для подачи воды в или вблизи верхней части резервуара 1535. В одном из вариантов осуществления резервуар (резервуары) 1535 могут быть выполнены таким образом, чтобы обеспечивать вторичное использование. Одним из таких вторичных видов использования является рыбопитомник. Резервуар 1535 функционирует для того, чтобы хранить воду, перекачиваемую от поплавковых насосных установок 1510, с целью приведения в действие одной или нескольких турбин 1538, расположенных в машинном зале 1545 у или вблизи основания скалы 1530 для обеспечения максимального давления воды на турбине (турбинах) 1538 за счет силы тяготения. Альтернативно машинный зал 1545 может быть расположен и в других местах ниже резервуара с возможностью приведения в действие турбины (турбин) 1538. Как понятно для специалиста в данной области техники, различные турбины работают при различных давлениях воды, так что высота скалы и/или превышение резервуара 1535 над турбинами могут быть выбраны на основании типа используемой турбины. Электрическая энергия, вырабатываемая турбинами 1538, может передаваться по линиям 1550 электропередачи в энергетическую сеть 1555.

[00224] На Фиг.16 показан другой пример компоновки поплавковых насосных установок 1602, расположенных в водном пространстве 1604 для преобразования энергии волн в механическую энергию. Поплавковые насосные установки 1602 сконфигурированы таким образом, чтобы подавать газ, такой как воздух, через выпускные линии 1606 в зависимости от перемещения волнами поплавков (не показаны) поплавковых насосных установок 1602. Резервуар 1608 может располагаться на берегу 1610 или под землей на берегу 1610, поскольку газ может сжиматься, и нет необходимости его поднимать для того, чтобы приводить в действие турбину 1612, установленную в машинном зале 1614. Турбина 1612 может быть соединена с резервуаром 1608 через входные линии 1616 подачи для подвода сжатого газа с целью приведения в действие турбины 1612. Турбина подключена к линиям 1618 электропередачи для передачи электричества, вырабатываемого турбиной 1612, в электрическую сеть 1620 или другому потребителю, такому как предприятие.

[00225] Фиг.17А иллюстрирует предложенное поле 1700 насосов, которое включает в себя поплавковые насосные установки 1702, скомпонованные так, чтобы подавать текучую среду в резервуар 1704 под действием волн 1706 в океане 1708. Поле 1700 насосов скомпоновано как сеть поплавковых насосных установок 1702, содержащая ряды 1710 и колонны 1712 участков 1713, предназначенных для установки поплавковых насосных установок 1702. Пустой участок вдоль колонны разделяет или отделяет друг от друга две поплавковые насосные установки 1702 в каждом ряду. Подобным образом пустой участок вдоль ряда отделяет друг от друга две поплавковые насосные установки 1702 в каждой колонне. При разделении или отделении друг от друга поплавковых насосных установок 1702, как показано на чертеже, волна, которая проходит через первую колонну c₁ и между двух поплавковых насосных установок 1714а и 1714b, восстанавливая свою форму перед поплавковой насосной установкой 1714с во второй колонне с₂, и по ряду r₁₄, перпендикулярно расположенному между рядами r₁₃ и r₁₅, на две поплавковые насосные установки 1714а и 1714b, таким образом обеспечивая получение поплавковой насосной установкой 1714с во второй колонне с₂, по существу, той же энергии волн, которая получена поплавковыми насосными установками 1714а и 1714b в первой колонне c₁. Разделение поплавковых насосных установок 1702 также способствует минимизации количества энергии, отбираемой из каждой волны. Путем минимизации количества энергии, отбираемой из каждой волны, каждая поплавковая насосная установка 1702, расположенная в поле 1700 насосов, получает, по существу, одинаковое количество энергии. Следует понимать, что могут быть использованы и другие конфигурации поплавковых насосных установок 1702, которые обеспечивают такую же или подобную картину минимального изменения в течении волн с целью подвода максимальной энергии волн к каждому насосу. При использовании компоновки поля 1700 насосов, показанного на Фиг.17, на берег 1714 попадают волны, по существу, такие же, как и в случае, если бы поля 1700 насосов не было перед берегом 1714. Таким образом, эта компоновка поля 1700 насосов является решением для получения энергии из волн, не наносящим ущерба окружающей среде.

[00226] Фиг.17В представляет собой увеличенное изображение компоновки поплавковых насосных установок 1702, содержащих отдельные поплавковые насосные установки 1714а-1714 с. Выпускные линии 1718а и 1718b поплавковых насосных установок 1714а и 1714b соответственно выполнены выходящими из каждой поплавковой насосной установки 1714а и 1714b вдоль первой колонны c₁ в направлении к ряду r₁₄, содержащему поплавковую насосную установку 1714с. Выпускные линии 1718а и 1718b соединены с другой выпускной линией 1718с, которая проходит вдоль ряда 1-14 по направлению к берегу (1716). Соответственно выпускная линия (не показана) из поплавкового насоса 1714с может быть соединена с выпускной линией 1718с. Кроме того, выпускные линии из других поплавковых насосов 1702, расположенных в рядах r₁₃-r₁₅, могут соединяться с выпускной линией 1718с для подачи текучей среды (т.е. жидкости или газа), выходящей из поплавковых насосных установок 1702, в резервуар (не показан), расположенный на земле или иным способом. Следует понимать, что могут быть использованы и другие конфигурации выпускных линий для текучей среды, подаваемой в резервуар. Другие компоновки могут конструктивно или геометрически отличаться. Например, вместо соединения выходных линий 1718а и 1718b с одной выпускной линией 1718с каждая выпускная линия 1718а и 1718b может оставаться отдельной.

[00227] Также на Фиг.17В показаны предлагаемые в качестве примера компоновочные размеры для сети насосов. Каждая поплавковая насосная установка 1702 имеет размер основания 47,3 фут² (4,39 м²). Принято расстояние в 15,8 футов (4,81 м) между рядами (например, рядами r₁ и r₂) поплавковых насосных установок 1702.

[00228] На Фиг.17А резервуар 1704 расположен на вершине скалы 1718 и принимает воду, перекачиваемую из поплавковых насосных установок 1702, через выпускные линии 1720. Вода может храниться в резервуаре 1704 и вытекать через выпускные линии подачи 1722 на турбину (турбины) (не показаны), расположенные в машинном зале 1724. Вода может сбрасываться снова в океан 1708 через линии 1726 сброса. В другом варианте осуществления резервуар может быть расположен над уровнем водного пространства, то есть на судне или нефтяной платформе.

[00229] Разумеется, что система поплавковых насосов может быть предназначена и для того, чтобы полностью поглощать почти всю потенциальную энергию из проходящей волны и использовать эту энергию способом, описанным и показанным в данном описании. Также эта система поплавковых насосов может предназначаться и для того, чтобы поглощать часть (например, 50%) потенциальной энергии из проходящей волны. Такие технические решения могут использовать сеть или другую структуру поля насосов, однако содержать поплавковые насосные установки в некоторых или всех пустых участках.

[00230] На Фиг.18 система 1811 поплавковых насосов в соответствии с сущностью данного изобретения содержит по меньшей мере один поплавковый насос 1813, имеющий поплавковый блок 1815, который осуществляет поступательное движение в соответствии с движением волн. Поплавковый блок 1815 перекачивает рабочую текучую среду предпочтительно с использованием поршня и штока поршня подобно вышеописанным системам. Рабочая текучая среда, предпочтительно вода, перекачивается из места расположения поплавкового насоса 1813 на некотором расстоянии от берега либо в низкий резервуар 1821, либо в высокий резервуар 1823. Предпочтительно резервуары расположены на берегу, однако могут быть расположены на некотором расстоянии от берега на существующей или новой платформе. Низкий резервуар 1821 предназначен для того, чтобы получать воду, перекачиваемую при нормальных условиях работы поплавкового насоса 1813. Нормальные условия работы обычно имеют место при нормальной высоте волны или при условиях, для которых данный поплавковый насос изначально спроектирован. Когда присутствуют волны большей высоты, поплавковый насос может использовать большие высоты волн для создания более высоких давлений в рабочей текучей среде, перекачивая эту рабочую текучую среду в высокий резервуар 1823. Для того чтобы перекачивать рабочую текучую среду при более высоком давлении (то есть при более высоком, чем при нормальных условиях работы), внутренний объем поплавкового блока должен быть увеличен путем процесса «деформации». Процесс деформации предусматривает увеличение либо высоты, либо диаметра поплавкового блока одним из описанных выше способов (см. Фиг.3D-3F). При наличии больших волн увеличенный объем поплавкового блока дает возможность увеличить давление, передаваемое на рабочую текучую среду, сохраняя приблизительно тот же расход потока, что и при нормальных условиях работы. Важно использовать наличие более высоких высот волн путем хранения рабочей текучей среды в резервуаре с большей высотой (то есть высоком резервуаре 1823) для более эффективной выработки электричества. Это происходит преимущественно вследствие того, что турбина 1831, которая приводится в действие рабочей текучей средой, сбрасываемой из этого резервуара, работает более эффективно под действием высокого давления и низкого расхода текучей среды по сравнению с низким давлением и высоким расходом текучей среды. И хотя принцип использования нескольких резервуаров для хранения рабочей текучей среды описан выше со ссылкой на два резервуара разных высот, специалистам в данной области техники понятно, что данный принцип может быть распространен и на несколько резервуаров, каждый из которых может быть спроектирован для идеального приема рабочей текучей среды при наличии волн определенной высоты и регулировке поплавкового блока (путем его деформации) на конкретный объем.

[00231] Показанная на Фиг.19 система 1911 поплавковых насосов в соответствии с сущностью данного изобретения содержит по меньшей мере один поплавковый насос 1913, имеющий поплавковый блок 1915, который осуществляет поступательное движение в соответствии с движением волн. Из-за возможности сильных штормов и ураганов в тех регионах, где используются поплавковые насосы, поплавковый насос может оказаться в опасности отрыва от дна океана, если высоты волн станут чрезмерно высокими. Для того чтобы свести к минимуму эту опасность, поплавковый блок 1915 имеет разгрузочное отверстие 1917, которое позволяет регулируемое заполнение поплавкового блока 1915. При заполнении поплавковый блок не будет создавать никаких выталкивающих усилий на поршне или других элементах поплавкового насоса 1913 (либо при частичном заполнении будет создавать меньшие выталкивающие усилия), что предохраняет поплавковый насос от отрыва от дна океана. Разгрузочное отверстие 1917 выполнено с возможностью открывания клапаном 1921 и контроллером (не показан), как показано на Фиг.19. Сигнал на открытие клапана 1921 может быть подан вручную, дистанционно либо автоматически по информации датчика, который измеряет высоту волны, давление воды вблизи поплавкового блока, или же выталкивающее усилие, создаваемое поплавковым блоком. Вместо использования клапана для открывания и закрывания разгрузочного отверстия 1917, это разгрузочное отверстие 1917 может быть перекрыто пробкой, которая прикреплена на привязи к неподвижной конструкции, такой как свайное основание поплавкового насоса или дно океана. Эта привязь может иметь такую предварительно заданную длину, что чрезмерное перемещение поплавкового блока внутри поплавковой камеры (например, вследствие высокой волны) вызывает извлечение привязью пробки из разгрузочного отверстия 1917, таким образом заполняя поплавковый блок. Дополнительно к разгрузочному отверстию 1917 поплавковый насос 1913 может содержать источник 1931 сжатого газа для продувки поплавкового блока после его заполнения. Этот сжатый газ вытесняет воду, находящуюся в поплавковом блоке, таким образом обеспечивая возвращение поплавкового насоса к нормальной работе.

[00232] Поплавковые насосы в соответствии с сущностью данного изобретения содержат поплавковые блоки, которые изначально спроектированы на «соответствие» средней длине волн в регионе, в котором работает данный поплавковый насос. Предпочтительно поплавковый блок имеет такие размеры, что он при данной длине волны достаточно велик для создания достаточно больших выталкивающих усилий для перекачивания рабочей текучей среды и достаточно мал, чтобы улавливать энергию волны без образования приповерхностных волн, которые существенно препятствуют улавливанию этой энергии. Предпочтительно диаметр поплавкового блока больше или равен приблизительно 1/6 средней длины волны и меньше или равен приблизительно 1/2 средней длины. Хотя обычно это и не является предпочтительным, поплавковый блок может быть выполнен таким образом, что диаметр поплавкового блока соответствует средней длине волны.

[00233] Также важно заметить, что поплавковый блок в соответствии с сущностью данного изобретения предпочтительно выполнен таким образом, что приблизительно 1/3 объема поплавкового блока остается над водой тогда, когда поплавковый блок достигает максимальной высоты при подъеме на средней волне. Если же поплавковый блок полностью погружается во время каждого хода вверх, то способность поплавкового блока быстро следовать за движением волны (и таким образом перекачивать рабочую текучую среду) может существенно ухудшиться. При существенной величине надводной части поплавкового блока он быстро следует за движением каждой волны и более эффективно перекачивает рабочую текучую среду. Разумеется, надводный объем поплавкового блока изменяется в процессе всего хода вверх и точное значение надводного объема в максимальной точке хода вверх может быть больше или меньше, чем 1/3 общего объема.

[00234] Пример предлагаемого поплавкового насоса 2111 в соответствии с сущностью данного изобретения показан на Фиг.20-39. Все размеры, указанные в отношении этих чертежей, являются лишь примерами и не должны истолковываться как ограничение объема формулы изобретения. Вид в собранном состоянии поплавкового насоса 2111 показан на Фиг.21. Этот насос 2111 содержит поплавковый блок 2113, соединенный штоком поршня 2115 с поршнем 2117. Поплавковый блок 2111 осуществляет поступательное движение под действием волн и приводит в поступательное движение поршень 2117 таким образом, что рабочая текучая среда всасывается через заборную трубу 2121 в поршневую камеру 2125 во время хода поршня 2117 вниз. Во время хода поршня 2117 вверх рабочая текучая среда выталкивается из поршневой камеры 2125 в выходную трубу 2129.

[00235] На Фиг.26-36 шток 2115 поршня показан более подробно. Шток 2115 поршня содержит множество расположенных внутри друг друга трубок 2141, 2143, 2145, имеющих с обоих концов элементы шарового шарнира 2147. Трубка 2141 имеет минимальный диаметр и расположена внутри трубки 2143, которая, в свою очередь, расположена внутри трубки 2145. Каждая из этих трубок имеет внутреннюю резьбу с обеих сторон для присоединения на резьбе элемента 2147 шарового шарнира. Элемент 2147 шарового шарнира имеет ступенчатую ось 2149, состоящую из меньшей части 2151, промежуточной части 2153 и большей части 2155. Большая часть 2155 жестко прикреплена к шарообразному наконечнику 2159. И меньшая часть 2151, и промежуточная часть 2153, и большая часть 2155 имеют внешнюю резьбу. При сборке штока 2115 поршня по одному элементу 2147 шарового шарнира прикрепляют к трубкам 2141, 2143, 2145 с обоих концов таким образом, что меньшая часть 2155 образует резьбовое соединение с трубкой 2141, промежуточная часть 2153 образует резьбовое соединение с трубкой 2143, а большая часть 2155 образует резьбовое соединение с трубкой 2145. Элементы 2147 шарового шарнира способствуют закреплению трубок относительно друг друга и обеспечивают распределение нагрузок, приложенных к штоку поршня 2115, на все отдельные трубки 2141, 2143, 2145. Шарообразный наконечник 2159 элемента 2147 шарового шарнира входит в шаровой шарнир 2165. Первый шаровой шарнир находится на поплавковом блоке, а второй шаровой шарнир находится на поршне. Шаровой шарнир 2165 имеет крышку 2167 с полусферическим углублением 2169 для размещения шарообразного наконечника 2159. Присоединительная часть 2175 шарового шарнира 2165 соединена с крышкой 2167 для удержания шарообразного наконечника 2159 в шаровом шарнире 2165. Присоединительная часть 2175 имеет окно 2177 с частично сферическим заплечиком 2179, примыкающим к расширяющейся части 2181. Сферический заплечик 2179 служит для удержания шарообразного наконечника 2159 в полусферическом углублении 2169. Расширяющаяся часть 2181 расширяется наружу от сферического заплечика 2179. Расширяющаяся часть обеспечивает возможность штоку 2115 поршня поворачиваться относительно шарообразного наконечника 2159 в шаровом шарнире 2165 таким образом, что небольшие угловые перемещения поплавкового блока внутри поплавковой камеры не создают значительных скручивающих или изгибающих усилий на штоке 2115 поршня. Основными угловыми перемещениями поплавкового блока 2113, от которых предохраняет шаровой шарнир 2165, являются угловые перемещения вокруг осей, перпендикулярных направлению поступательного движения поплавкового блока 2113.

[00235] Как показано на Фиг.37-39 и Фиг.27, угловые перемещения поплавкового блока 2113, описанные выше, минимизированы наличием по меньшей мере одной опоры 2211 скольжения, прикрепленной к внешней поверхности поплавкового блока 2113. Опора 2211 скольжения содержит направляющее отверстие 2215, расположенное так, что сквозь него проходит одна из направляющих стоек 2217, расположенных по периметру поплавковой камеры. Опора 2211 скольжения направляет поступательное перемещение поплавкового блока 2113 внутри поплавковой камеры. Предпочтительно эта опора 2211 скольжения содержит две отдельные части, как показано на Фиг.38 и Фиг.39, для облегчения установки. Предпочтительно направляющее отверстие 2215 покрыто полимерным материалом для уменьшения трения между опорой 2211 скольжения и направляющей стойкой 2217.

(00237] Как показано на Фиг.21-25, поплавковый насос 2111 закреплен с использованием множества свайных оснований, которые обеспечивают конструктивную опору различным платформам, поршневой камере, трубопроводам и другим системам поплавкового насоса 2111. Предпочтительно поплавковый насос 2111 содержит восемь свайных оснований (свайные основания 2311 по периметру), которые расположены на одинаковом расстоянии по окружности, а также дополнительное центральное свайное основание 2313, расположенное в центре этой окружности. Поскольку длина свайных оснований является относительно большой, а также, поскольку эти свайные основания подвергаются воздействию усилий, вызванных работой насоса, морскими течениями, приливами и волнами, то предусмотрено множество распорок 2315 между каждым из внешних свайных оснований 2311 и центральным свайным основанием 2313. Каждая из распорок 2315 имеет хомуты 2317 с обеих сторон, причем каждый хомут крепится к одному свайному основанию. Предпочтительно каждый хомут покрыт полимером для предотвращения контакта типа металл по металлу между распоркой 2315 и свайными основаниями. Кроме предотвращения чрезмерного перемещения свайных оснований относительно друг друга (что повышает жесткость свайных оснований), распорки 2315 существенно увеличивают вес поплавкового насоса 2111. Вес распорок 2315 существенно способствует закреплению поплавкового насоса 2111, что особенно важно при использовании портативного поплавкового насоса, такого как показан на Фиг.21.

[00238] На Фиг.40-43 показан поплавковый насос 4011 в соответствии с сущностью данного изобретения. Все размеры, указанные в отношении этих чертежей, являются только примерами и не должны истолковываться как ограничение объема формулы изобретения. Насос 4011 содержит поплавковый блок 4013, размещенный с возможностью перемещения внутри поплавковой камеры 4014 и соединенный при помощи верхнего штока 4015 поршня с верхним поршнем 4017, а при помощи нижнего штока 4025 поршня с нижним поршнем 4027. Поплавковый блок 4013 осуществляет поступательное движение под действием волн. Когда поплавковый блок 4013 поднимается на волне, нижний поршень 4027 также поднимается, обеспечивая поступление рабочей текучей среды через заборную трубу 4031 в нижнюю поршневую камеру 4033. Когда поплавковый блок 4013 опускается в соответствии с движением волн, то нижний поршень 4027 под действием веса поплавкового блока 4013 вытесняет рабочую текучую среду из нижней поршневой камеры 4033 в трубопровод 4039, а затем в верхнюю поршневую камеру 4041. Во время этого хода поплавкового блока 4013 вниз верхний поршень 4017 перемещается вниз, тем самым обеспечивая поступление рабочей текучей среды из трубопровода 4039 в верхнюю поршневую камеру 4041. Когда поплавковый блок 4013 перемещается снова вверх, то верхний поршень 4017 перемещается вверх под воздействием выталкивающего усилия, вытесняя рабочую текучую среду из верхней поршневой камеры 4041 в выходную трубу 4045. Обратный клапан 4049 предотвращает перетекание рабочей текучей среды из верхней поршневой камеры 4041 в обратном направлении через трубопровод 4039.

[00239] Способность поплавкового насоса 4011 перекачивать рабочую текучую среду путем воздействия избыточного давления как во время хода вверх, так и хода вниз поплавкового блока 4013 обеспечивает эффективную работу поплавкового насоса 4011, особенно когда волновая обстановка для конкретного региона требует выполнения высокой поплавковой камеры 4014 и верхней поршневой камеры 4041. Для поплавковых насосов, имеющих только один поршень, операционная текучая среда должна подаваться (то есть засасываться) в поршневую камеру, заполняя ее. Поршень в этом типе системы втягивает рабочую текучую среду в поршневую камеру путем воздействия отрицательного давления на рабочую текучую среду. Некоторые конструкции насосов могут требовать слишком большого отрицательного давления для того, чтобы заполнить поршневую камеру. Это обычно вызвано наличием очень высокой поплавковой камеры и/или поршневой камеры, расположенной значительно выше поверхности воды в месте, где установлен поплавковый насос. Большое отрицательное давление может вызвать вспенивание или вскипание рабочей текучей среды, что значительно снижает способность поплавкового насоса к наполнению поршневой камеры.

[00240] Для поплавкового насоса 4011, показанного на Фиг.40-43, предпочтительной рабочей текучей средой является вода, а размер и расположение поршневой камеры может потребовать высоты всасывания в 60 футов (18,29 м) для наполнения поршневой камеры, что с высокой степенью вероятности вызывает вспенивание или вскипание воды. Для предотвращения вскипания поплавковый насос 4011 по данному изобретению использует избыточное давление для того, чтобы проталкивать рабочую текучую среду в верхнюю поршневую камеру 4041, в отличие от использования отрицательного давления для всасывания рабочей текучей среды в верхнюю поршневую камеру 4041. Положительное давление создается ходом вниз нижнего поршня 4027, который приводится в действие весом поплавкового блока 4013. По этой причине поплавковый блок 4013 может быть выполнен более тяжелым, чем поплавковый блок, который присоединен только к одному поршню. Разумеется, что если поплавковый блок 4013 является более тяжелым, то полезно также увеличить объем, вытесняемый поплавковым блоком 4013, чтобы поддерживать дополнительный вес при перемещении в воде.

[00241] Верхний и нижний штоки 4015, 4025 поршня содержат множество расположенных внутри друг друга трубок, имеющих с обоих концов элементы 4057 шарового шарнира. Каждая из этих трубок имеет внутреннюю резьбу с обеих сторон для присоединения на резьбе элемента 4057 шарового шарнира. Элемент 4057 шарового шарнира имеет ступенчатую ось, состоящую из меньшей части, промежуточной части и большей части. Большая часть жестко прикреплена к шарообразному наконечнику 4059. И меньшая часть, и промежуточная часть, и большая часть имеют внешнюю резьбу. При сборке штоков 4015, 4025 поршня по одному элементу 4057 шарового шарнира прикрепляют к трубкам с обоих их концов таким образом, что меньшая часть, промежуточная часть и большая часть образуют соединение с трубками. Элементы 4057 шарового шарнира способствуют закреплению трубок относительно друг друга и обеспечивают распределение нагрузок, приложенных к штокам поршней 4015, 4025, на все отдельные трубки. Шарообразный наконечник 4059 элемента 4057 шарового шарнира входит в шаровой шарнир 4065. Шаровые шарниры 4065 прикреплены к верхней и нижней поверхности поплавкового блока 4013, а также шаровые шарниры 4065 прикреплены к верхнему и нижнему поршню 4017, 4027. Шаровой шарнир 4065 имеет полусферическое углубление для размещения шарообразного наконечника 4059. Присоединительная часть 4065 шарового шарнира 4059 выполнена для удержания шарообразного наконечника 4059 в шаровом шарнире 4065. Компоновка шарового шарнира обеспечивает возможность штоку 4015 поршня поворачиваться относительно шарообразного наконечника 4059 в шаровом шарнире 4065 таким образом, что небольшие угловые перемещения поплавкового блока внутри поплавковой камеры не создают значительных скручивающих или изгибающих усилий на штоке 4015 поршня. Основными угловыми перемещениями поплавкового блока 4013, от которых предохраняет шаровой шарнир 4065, являются угловые перемещения вокруг осей, перпендикулярных направлению поступательного движения поплавка поплавкового блока 4013.

[00242] Угловые перемещения поплавкового блока 4013, описанные выше, минимизированы наличием по меньшей мере одной опоры 4111 скольжения, прикрепленной к внешней поверхности поплавкового блока 4013. Опора 4111 скольжения содержит направляющее отверстие 4117, расположенное так, что сквозь него проходит одна из направляющих стоек, расположенных по периметру поплавковой камеры. Опора 4111 скольжения направляет поступательное перемещение поплавкового блока 4013 внутри поплавковой камеры 4014. Предпочтительно направляющее отверстие покрыто полимерным материалом для уменьшения трения между опорой 4111 скольжения и направляющей стойкой 4117. Угловые перемещения поплавкового блока 4013 дополнительно минимизированы наличием штоков 4015, 4025 верхнего и нижнего поршней.

[00243] Поплавковый насос 4011 закреплен с использованием множества свайных оснований, которые обеспечивают конструктивную опору различным платформам, поршневой камере, трубопроводам и другим системам поплавкового насоса 4011. Предпочтительно поплавковый насос 4011 содержит восемь свайных оснований (свайные основания 4211 по периметру), которые расположены на одинаковом расстоянии по окружности, а также дополнительное центральное свайное основание 4213, расположенное в центре этой окружности. Поскольку длина свайных оснований является относительно большой, а также, поскольку эти свайные основания подвергаются воздействию усилий, вызванных работой насоса, морскими течениями, приливами и волнами, то предусмотрено множество распорок 4215 между каждым из внешних свайных оснований 4211 и центральным свайным основанием 4213. Каждая из распорок 4215 имеет хомуты 4217 с обеих сторон, причем каждый хомут крепится к одному свайному основанию. Предпочтительно каждый хомут покрыт полимером для предотвращения контакта типа металл по металлу между распоркой 4215 и свайными основаниями. Кроме предотвращения чрезмерного перемещения свайных оснований относительно друг друга (что повышает жесткость свайных оснований), распорки 4215 существенно увеличивают вес поплавкового насоса 4011. Вес распорок 4215 существенно способствует закреплению поплавкового насоса 4011, что особенно важно при использовании портативного поплавкового насоса.

[00244] Предшествующее описание выполнено для предпочтительных вариантов осуществления изобретения и не должно ограничивать область данного изобретения. Рамки данного изобретения определяются только изложенной далее формулой изобретения.

Реферат

Изобретение относится к поплавковым насосным установкам в энергетических системах на базе поплавковых насосов. Система 1911 для вырабатывания электричества содержит насос 1913, имеющий входное отверстие и выходное отверстие и выполненный с возможностью принятия рабочей текучей среды через входное отверстие и выталкивания рабочей текучей среды через выходное отверстие, первую выпускную линию, находящуюся в гидравлической связи с выходным отверстием, вторую выпускную линию, находящуюся в гидравлической связи с выходным отверстием, первый резервуар, находящийся в гидравлической связи с первой выпускной линией, и второй резервуар, находящийся в гидравлической связи со второй выпускной линией. Первая выпускная линия выполнена с возможностью пропускания рабочей текучей среды, выталкиваемой через выходное отверстие. Вторая выпускная линия выполнена с возможностью пропускания рабочей текучей среды, выталкиваемой через выходное отверстие. Насос 1913 выполнен с возможностью выталкивания рабочей текучей среды в первый резервуар в случае волн с первыми размерами и выталкивания рабочей текучей среды во второй резервуар в случае волн со вторыми размерами. Изобретение направлено на создание экологически безопасных, высокоэффективных, имеющих низкую стоимость устройств для выработки энергии. 2 н. и 19 з.п-ф-лы, 68 ил., 4 табл.

Формула