УСОВЕРШЕНСТВОВАННАЯ ОПОРА ДЛЯ ОБЪЕКТОВ/НАГРУЗОК Российский патент 2011 года по МПК E02B17/08 

Изобретение относится к опоре для объектов/нагрузок, включая гидро- и/или ветротурбинные установки, на вертикальной удлиненной опоре, такой как колонна или свая.

Из уровня техники хорошо известен метод монтирования турбинных агрегатов на вертикальной колонне или свае, чтобы турбинный агрегат мог быть погруженным в воду, для приведения в действие турбины течением воды и/или потоком воздуха.

Во многих случаях возникает необходимость в смещении нагрузки, которую несет удлиненная опора, по длине удлиненной опоры и во взаимном соединении, т.е. закреплении объектов/нагрузок для исключения их смещения по длине удлиненной опоры, когда объекты/нагрузки займут нужное положение.

Разумеется, турбины, приводимые в действие водой, работают в погруженном в воду положении. Но время от времени необходимо поднимать турбину из воды. Например, для техобслуживания или для регулирования рабочего уровня турбины.

Устройства для выполнения работ такого типа изложены, например, в патентах GB 2311566 на «Column Mounted Water Current Turbine» GB 2347976 на «Variable Pitch Water Turbine», GB 2348250.

Задачей изобретения является обеспечение устройств, обеспечивающих улучшение опоры для объектов/нагрузок и облегчающих выполнение действий с ними, например таких объектов/нагрузок, как турбинные агрегаты, установленные на несущей колонне и от которых требуется, чтобы они могли смещаться по длине вертикальной несущей колонны или свае.

Согласно первой особенности изобретения обеспечивают закрепляющее устройство для избирательного предотвращения смещения трубчатой опорной конструкции, выполненное с возможностью концентрического смещения по длине вертикальной удлиненной опоры; причем трубчатая опорная конструкция содержит средство для высвобождаемого закрепления трубчатой опорной конструкции, чтобы исключить возможность упомянутого смещения по длине; при этом трубчатая опорная конструкция выполнена с возможностью обеспечения опоры турбинного агрегата или другого объекта/нагрузки по отношению к вертикальной удлиненной опоре.

Еще одна особенность изобретения заключается в том, что обеспечено закрепляющее устройство для избирательного предотвращения смещения трубчатой опорной конструкции для изделия/нагрузки, устанавливаемой вокруг вертикальной удлиненной опоры и выполненной с возможностью смещения по длине вдоль вертикальной удлиненной опоры; причем трубчатая опорная конструкция включает в себя средство для высвобождаемого закрепления трубчатой опорной конструкции, чтобы исключить упомянутое смещение по длине таким образом, что она может нести объект/нагрузку в любом нужном положении относительно этой удлиненной опоры.

Средства, осуществляющие упомянутое высвобождаемое закрепление, предпочтительно включают в себя средство избирательного создания зажимающего/захватывающего усилия по отношению к внешней поверхности удлиненной опоры таким образом, чтобы предотвращать в любом выбранном положении по длине удлиненной опоры смещение опорной конструкции по отношению к удлиненной опоре.

Закрепляющее средство включает в себя захватные устройства, выполненные внутри трубчатой опорной конструкции и концентричные с ней; причем упомянутые захватные устройства взаимодействуют с внешней поверхностью вертикальной удлиненной опоры, предотвращая смещение трубчатой опорной конструкции.

Сущность изобретения поясняется на чертежах, где:

Фиг.1А иллюстрирует в общем виде установленную на свае гидротурбину согласно нашим упомянутым выше патентам. На этом чертеже представлена «гидротурбина с переменным шагом»; и различные прочие патенты в других странах и регионах раскрывают способ установки двух роторов сбоку сваи, чтобы они были обращены к направлению течения (на этом чертеже это можно представить как снижение либо «в страницу» либо «из страницы»), и монтирование на манжете или втулке, концентричной со сваей; этот чертеж показывает погруженные турбины.

Фиг.1В показывает объект Фиг.1А - турбины приподняты над уровнем воды;

Фиг.2А - вид, аналогичный чертежу Фиг.1, показано монтирование турбин на свае и турбин в погруженном положении;

Фиг.2В - вид, аналогичный чертежу Фиг.2А, турбины приподняты над уровнем воды;

Фиг.3А - схематическая, выполненная под углом, проекция первого варианта монтирования опорной конструкции турбины на колонне;

Фиг.3В - схематическая, выполненная под углом, проекция второго варианта монтирования опорной конструкции турбины на колонне;

Фиг.4А - схематическая, выполненная под углом, проекция еще одного варианта монтирования опорной конструкции турбины на колонне;

Фиг.4В - схематическая, выполненная под углом, проекция еще одного варианта монтирования опорной конструкции турбины на колонне;

Фиг.5А - схематическая, выполненная под углом, проекция первого положения еще одного варианта монтирования опорной конструкции турбины на колонне;

Фиг.5В - схематическая, выполненная под углом, проекция второго положения варианта согласно Фиг.5А монтирования опорной конструкции турбины на колонне;

Фиг.6А - схематическая, выполненная под углом, проекция первого положения еще одного варианта монтирования опорной конструкции турбины на колонне;

Фиг.6В - схематическая, выполненная под углом, проекция второго положения варианта монтирования согласно Фиг.6А опорной конструкции турбины на колонне;

Фиг.7А и 7В показывают как вариант технических решений согласно Фиг.6А и 6В противостоит относительным крутящим усилиям, стремящимся повернуть или изогнуть манжету или втулку относительно колонной сваи.

Фиг.8А и 8В схематически показывают механизм/устройство высвобождаемого захватного устройства для закрепления на определенном месте манжеты или втулки опорной конструкции на вертикальной колонне или свае; при этом Фиг.8А показывает механизм/устройство в его свободном положении, и Фиг.8В показывает этот механизм/устройство в его закрепляющем положении.

Фиг.9А и 9В схематически показывают еще одно осуществление механизма/устройства высвобождаемого захватного устройства для закрепления на определенном месте манжеты или втулки опорной конструкции на вертикальной колонне или свае; при этом Фиг.9А показывает механизм/устройство в его свободном положении, и Фиг.9В показывает этот механизм/устройство в его закрепляющем положении.

Фиг.9С схематически показывает увеличенный местный вид механизма/устройства, показываемого на чертежах 9А и 9В;

Фиг.10А схематически показывает изображение в перспективе еще одного осуществления захватного механизма в связи с несущей колонной/сваей, и несущего турбину поперечного равностороннего элемента; показана только небольшая часть длины колонны и этого элемента;

Фиг.10В - изображение в перспективе опорной конструкции и поперечного равностороннего элемента, и захватного механизма, показываемых на чертеже Фиг.10А;

Фиг.10С - изображение в перспективе части механизма, показываемого на чертежах Фиг.10А и 10В;

Фиг.11А - изображение в перспективе расположенного по окружности раздвигаемого захватного механизма;

Фиг.11В - изображение в перспективе линейного типа раздвигаемого захватного узла;

Фиг.12А - изображение в перспективе, поясняющее как можно расположить друг над другом захватные узлы, показываемые на чертеже Фиг.11А;

Фиг.12В - изображение в перспективе, поясняющее как можно расположить по окружности захватные узлы, показываемые на чертеже Фиг.11В;

Фиг.13А и 13В соответственно показывают как показываемые на чертежах Фиг.12А и 12В захватные узлы можно расположить таким образом, чтобы захватные узлы можно было установить на колонне или свае, показываемой контурной линией;

Фиг.14 показывает возможный вариант расположения по окружности захватных узлов вместе с линейными захватными узлами; можно также использовать и другие компоновки.

Фиг.15А, 15В и 15С схематически показывают последовательность трех изображений в перспективе колонны или сваи с двумя манжетами, каждая из которых содержит захватные узлы и которые соединены гидравлическими или пневматическими цилиндрами, или другими подобными линейными исполнительными механизмами, в результате чего один захватный узел можно зафиксировать, а другие можно перемещать в осевом направлении от него линейными исполнительными механизмами;

Фиг.15D, 15E, 15F схематически показывают последовательность трех изображений в перспективе колонны или сваи с двумя манжетами, каждая из которых содержит захватные узлы и которые соединены гидравлическими или пневматическими цилиндрами, или другими подобными линейными исполнительными механизмами, в результате чего один захватный узел можно зафиксировать, а другие можно перемещать в осевом направлении от него линейными исполнительными механизмами;

Фиг.16А и 16В соответственно показывают изображение в перспективе и боковую проекцию; гидравлические цилиндры или другие линейные исполнительные механизмы установлены парами под соответствующим углом к вертикали; в случае их соединения с манжетой посредством соответствующих подвижных шарниров (например, шаровых или муфтовых), с последующим фиксированием их захватными механизмами верхней манжеты на свае, и при выдвижении одного исполнительного механизма с одновременным удерживанием в отведенном положении другого обусловливается поворот нижней манжеты на небольшой угол вокруг оси колонны или сваи.

Фиг.16С и 16D схематически показывают относительные положения манжет, показываемых на чертежах Фиг.16А и 16В;

Фиг.17А, 17В, 17С и 17D показывают виды, аналогичные техническим решениям согласно Фиг.16А-16D; при выдвижении и отведении парных наклонных линейных исполнительных механизмов промежуток между манжетами можно увеличивать и уменьшать, чтобы манжеты «шли» вверх или вниз по свае.

Обращаясь к чертежам для более детального ознакомления с изобретением, в частности к Фиг.1А и 1В, на которых показаны гидротурбины (и, возможно, ветряные турбины); вертикальная несущая колонна (1), вертикально установлена на дне моря или реки SB и выступает над поверхностью воды SW. На колонне (1) установлена опорная конструкция (2), имеющая манжету/втулку, на которой установлена имеющая аэродинамическую форму равносторонняя поперечина (3), проходящая по обе стороны колонны. Равносторонняя поперечина (3) несет гидротурбины (или, возможно, также ветряные турбины и их роторы (4)). Опорная конструкция (2) выполнена с возможностью вертикального подъема или опускания поперечины (3) по неподвижной несущей колонне (1). Согласно Фиг.1 равносторонняя поперечина (3) горизонтальная (или, по существу, горизонтальная) имеет аэродинамическую форму и установлена поперечно потоку, чтобы роторы турбины были перпендикулярны к нему, для эффективной работы. Корпус (5) для, например, управляющего оборудования (не показано) установлен сверху колонны.

На Фиг.1В показана опорная конструкция (2) с поперечинами (3) и роторами (4), приподнятая над поверхностью воды для техобслуживания или ремонта. В случае ветряной турбины (не показана), которая обычно но не обязательно имеет один центрально установленный ротор, силовую гондолу можно аналогичным образом опустить вниз по несущей колонне с ее поднятого рабочего положения для выполнения техобслуживания или ремонта.

На Фиг.2А и 2В показано возможное использование двух свай или несущих колонн (1) аналогично Фиг.1 для установки на них турбин и роторов (4) на равносторонней горизонтальной аэродинамической поперечине (3), которая может проходить между двумя несущими колоннами (1) и также может проходить далее колонн по обе стороны от них, консольно. Для пояснения показаны пять роторов, но в вариантах изобретения можно использовать и другое их число. В этом случае опорные конструкции (2) выполнены с возможностью перемещения со скольжением по каждой несущей колонне (1), и их нужно поднимать или опускать одновременно, чтобы обеспечивалась горизонтальность роторов и их несущих элементов. Как и в осуществлении с одной сваей или колонной (1) согласно Фиг.1А и 1В, весь комплект турбин и роторов (4) можно поднять над поверхностью воды (WS). Это показано на чертеже Фиг.2В.

На Фиг.3А схематически показана аэродинамическая горизонтальная поперечина (3), предназначенная для установки на ней двух или более роторов (не показаны) и установленная на опорной конструкции (2); согласно Фиг.3В альтернативно осевая линия аэродинамической горизонтальной поперечины (3) совпадает с осевой линией колонны (1) и манжеты (2) опорной конструкции и симметрична с ней. Нужно отметить, что можно использовать промежуточные местоположения, в которых аэродинамическая горизонтальная поперечина (3) частично смещена и частично налагается на колонну и опорную конструкцию (не показано).

Согласно Фиг.4а и 4В аэродинамическая горизонтальная поперечина (3) может изменяться по длине хорды профиля и быть более широкой в горизонтальной плоскости, чем диаметр опоры поперечины, вместо деления поперечины (3) на две части по обе стороны колонны (1). Либо поперечина (3) может быть уже по длине хорды, чем конструкция (2), и в этом случае поперечина (3) расположена консольно по отношению к манжете в виде двух отдельных элементов, отделенных опорной конструкцией, и имеет форму, соответствующую профилю манжеты опорной конструкции. Примеры согласно Фиг.3А и 4В показывают, что длина хорды горизонтальной поперечины совпадает с диаметром манжеты опорной конструкции, аналогично варианту согласно Фиг.4В, и показывают, что горизонтальная поперечина (3), по существу, состоит из двух частей. Компоновка согласно Фиг. 4А показывает, что поперечина (3) может быть выполнена как одно целое и соединена с манжетой опорной конструкции одним круговым швом или соединением на ее верхней и нижней поверхностях, где манжета проходит через поперечину. На практике осуществление согласно Фиг. 4А предпочтительное, т.к. создается более целесообразное соединение между поперечиной и манжетой или втулкой.

Согласно Фиг.3А, 3В и 4А, 4В представлены разные способы выполнения межсоединения горизонтальной поперечины или поперечин с вертикально подвижной концентричной манжетой. На чертеже Фиг.3 показано, как горизонтальный элемент можно либо сместить относительно сваи либо расположить его таким образом, что его осевая линия будет на одной прямой с осевой линией сваи; причем также возможны компоновки, промежуточные по отношению к тем, которые показаны на чертеже Фиг.3. Фиг.4 показывает случай, когда горизонтальный элемент совмещен (или налагается на нее) со сваей; при этом его длина хорды или ширина больше, чем манжета или втулка, либо она может быть меньшей.

На Фиг.5А и 5В показано, что колонна (1) может иметь один или более суживающихся выступов (6), выступающих из нее и выполненных с возможностью зацепления, при их опускании, с имеющей соответствующую форму прорезью/углублением (7) в основании манжеты или втулки (2). На практике можно предусмотреть несколько выступов и углублений. Согласно Фиг.5А манжета (2) конструкции с ее прорезью (7) зацепляет выступ (6) в ее самом нижнем положении, соответствующем турбинам на колонне (1) в погруженном положении; на чертеже Фиг.5В конструкция (2) приподнята для наглядности выступов и прорезей/углублений.

На практике выступ (6) действует как стопор, не давая манжете (2) опуститься ниже ее нужного рабочего положения, и также обеспечивает точную посадку между прорезью (7) в конструкции (2); и выступ (6) предотвращает поворот опорной конструкции по отношению к свае или колонне (1) под действием разности осевых усилий от двух роторов (4) или даже одного ротора (4). То есть выступ и прорези действуют как «шпонка», обеспечивая передачу в опорную конструкцию усилий, идущих от роторов по поперечине (3) в конструкцию (2), оттуда к свае или колонне (1), и далее к дну (SB), в котором установлена свая или колонна (1).

Конусность комбинации выступа и углубления достаточна для исключения возможности надвигания манжеты на выступ, которую поэтому можно будет при необходимости легко поднять. На практике значительные нагрузки, воздействующие на прорезь (7) в манжете, могут деформировать нижнюю часть манжеты. Для этого можно предусмотреть фасонный фланец (8), чтобы обеспечить определенную направленность нагрузке. Можно обеспечить и другие виды упрочнения, такие как фланцы (не показано). На Фиг.5А и 5В показано, как можно предотвратить поворот опорной конструкции, несущей горизонтальную равностороннюю поперечину (3), по отношению к свае во время опускания.

На Фиг.6А и 6В показана альтернативная компоновка осуществлений согласно Фиг.5А и 5В для тех же целей обеспечения стопорного положения, которое ограничивает ход манжеты (2) вниз по колонне (1). В этом случае на колонне установлен фиксированный кронштейновый элемент (9), предпочтительно по окружности, как показано на чертеже, чтобы равномерно распределять нагрузку; и этот элемент зацепляет имеющий аналогичную форму кронштейновый элемент (10), прикрепленный к манжете. Элемент (9) имеет конические выступы (11), которые зацепляют полые сопрягающиеся поверхности, схематически показываемые (12) в элементе (10). Взаимное зацепление выступов (11) и поверхностей (12) одновременно служит опорой для манжетно/втулковой конструкции (2) с ее аэродинамической поперечиной (3) и помогает роторам (не показаны) оказывать сопротивление скручивающим усилиям, стремящимся повернуть или изогнуть опорную конструкцию (2) колонны или сваи (1); и также предотвращает поворот турбины (4) вокруг вертикальной оси сваи или несущей колонны (1). Коническая форма выступов (11) не дает элементу (10) находить на элемент (9), в результате чего его легко можно поднять. Фиг.6В показывает манжету опорной конструкции и поперечину, когда они в своем самом нижнем положении с элементами (9 и 10) зацепляются друг с другом; Фиг.6А и 5В показывают их в разделенном положении. Опорный элемент (9) и его соединительный элемент (10) расположены по одной прямой с течением воды для сведения к минимуму нарушения течения вокруг сваи или колонны (1), при этом выступая в достаточной степени далеко «вперед и назад» от колонны, чтобы снижать нагрузки на элементы (9 и 10).

На Фиг.7А и 7В показано техническое решение, которое в принципе действует во многом аналогично техническому решению согласно Фиг.6А и 6В, за тем исключением, что техническое решение согласно Фиг.7А и 7В предусматривает расположение несущего кронштейна (4А) поперечно свае или несущей колонне (1) и поперек направления течения воды. Хотя в результате такого расположения нарушение течения воды увеличивается, что может быть менее желательным по сравнению с техническим решением согласно Фиг.6А и 6В, но поперечину (3) можно использовать для зацепления с несущим кронштейном (9) за счет соответствующих отверстий или сопрягающихся поверхностей с полыми углублениями на его нижней поверхности (на чертеже не показано). Преимущество этого технического решения в том, что он устраняет необходимость в кронштейновом элементе (10), который используется в осуществлении согласно Фиг.6А и 6В. Как и в осуществлении согласно Фиг.6А и 6В, осуществление согласно Фиг.7А и 7В оказывает сопротивление относительным скручивающим усилиям, стремящимся повернуть или изогнуть манжету или втулку опорной конструкции относительно колонны (1).

Для обеспечения средства закрепления конструкции (2) на колонне, т.е. в поднятом положении, предусмотрены средства самого нижнего положения и любого промежуточного положения для закрепления опорной конструкции (2) и поэтому равностороннего поперечного элемента (3) на колонне (1). Одно такое средство схематически показано на чертежах Фиг.8А и 8В: схематически показаны поперечные сечения манжеты/втулки сваи/несущей колонны в горизонтальной плоскости осуществления закрепляющего средства, которое закрепляет с возможностью отсоединения конструкцию (2) на колонне или свае (1) раздвигаемыми элементами или захватными устройствами (13).

На чертеже Фиг.8А раздвигаемые захватные элементы (13) прочно прикреплены к внутренней поверхности (14) манжеты (2), и показаны в своем отведенном - отсоединенном - положении, в котором создан зазор (15) между захватной поверхностью захватной/фрикционной площадки (16) и внешней поверхностью (17) сваи или колонны (1).

В положении согласно Фиг.8А узел, состоящий из манжеты/втулки (2) с их расположенными внутри раздвигаемыми элементами или захватными устройствами (13), можно либо перемещать в осевом направлении вверх или вниз по свае или колонне (1) либо поворачивать вокруг сваи или колонны (возможны оба вида перемещения). Согласно чертежам 8А и 8В захватные устройства (13) представляют собой короткие гидравлические или пневматические цилиндры (18) с перемещающимися внутри них поршнями (19), оси которых имеют радиальное расположение относительно манжеты опорной конструкции или относительно сваи.

Согласно Фиг.8В захватные устройства (13) показаны в своем закрепляющем положении, при этом цилиндры (18) приведены в действие соответствующим давлением, и при этом поршни прижаты к фрикционным поверхностям (16) фрикционных площадок в радиальном направлении к внешней поверхности (17) колонны (1), причем давление достаточное для того, чтобы опорная конструкция (2) прикрепилась на колонне (1), или захватила ее, и при этом она будет сопротивляться перемещению относительно колонны в любом направлении.

Хотя в пояснительных целях указано использование гидравлических или пневматических цилиндров, они не являются обязательно самыми практичными средствами обеспечения нужного захватного эффекта в связи с ограниченным пространством (15) между манжетой/втулкой (2) и внешней поверхностью (17) колонны (1). Обнаружено, что на практике целесообразно уменьшить это пространство (15), чтобы размеры манжеты были как можно меньшими: для экономии стоимости и веса и также для уменьшения нарушения потока воды (или воздуха) колонной (1). Поэтому в данном изобретении, в котором захватные устройства используются для закрепления конструкции (2) на колонне или свае, можно использовать любой вид действия, например раздвигаемые механизмы с гидравлическим, пневматическим, механическим или электрическим приводом. Помимо этого, вместо домкратов или цилиндров можно использовать клинья или винты в соответствии с известным уровнем техники.

Обращаясь к Фиг.9А, 9В, 9С, на Фиг.9А и 9В схематически показано еще одно осуществление захватного механизма/устройства для закрепления манжетной конструкции на колонне (1). Согласно чертежам 9А и 9В показано горизонтальное сечение сваи или колонны (1) и манжеты или втулки (2) вокруг нее. Захватный механизм/средство включает в себя множество захватных устройств (13), установленных внутри манжеты.

Согласно Фиг.9А устройства (13) находятся в своем отведенном положении, чтобы манжета/втулка (2) могла свободно двигаться по свае. Согласно Фиг.9В устройства (13) находятся в положении, в котором они контактируют с колонной (1) и захватывают ее, предотвращая перемещение относительно колонны.

На Фиг.9С показано увеличенное поперечное сечение одного захватного устройства (13). Захватное устройство (13) имеет жесткий и прочный коробчатый кожух (21), открытый с его внутренней стороны (22), обращенной к свае или колонне (1); и своей закрытой стороной (23) кожух примыкает к внутренней поверхности (14) манжеты/втулки (2). Внутри кожуха (21) находится точно посаженный эластомерный мешок, камера или трубка (24). Открытая часть кожуха закрыта подвижной жесткой площадкой из фрикционного материала (25), которая в некоторых случаях может быть отдельной деталью, или в некоторых случаях ее целесообразно будет прикрепить и соединить с камерой или эластомерным мешком (24). Наружная сторона (26) упомянутого фрикционного материала (25) предпочтительно соответствует радиусу сваи или колонны (1) и поэтому, прижимаясь к внешней поверхности (17) сваи или колонны (1), она точно к ней прилегает.

Поэтому, если текучую среду (газ или гидравлическую среду) закачать в эластомерную внутреннюю трубку или камеру (24), то они раздуются и прижмут фрикционный материал (25) с потенциально большим усилием к внешней поверхности (17) сваи или колонны (1).

Согласно Фиг.9В при одновременном прижатии всех захватных устройств (13) манжета или втулка (2) захватит колонну (1) с еще большим усилием, и прекращение действия давления отсоединит манжету или втулку (2), и тогда она сможет перемещаться по длине колонны (1).

На Фиг.9А, 9В и 9С показан эластомерный мешок или камера (24) в отдельном кожухе (21) и поэтому каждое захватное устройство (13) может объединить кожух со втулкой или манжетой, и при этом он будет иметь внутренние расположенные приблизительно в радиальном направлении фланцы, в результате чего камеры (24) можно будет удерживать между парами этих фланцев.

На описываемых выше Фиг.8А, 8В, 9А, 9В и 9С показан основной принцип захватных устройств; на Фиг.10А, 10В и 10С представлено еще одно осуществление этих чертежей; при этом Фиг.10В поясняет строение манжеты или втулки с ее собственными захватными устройствами. На Фиг.10А схематически показана комбинация опорной конструкции (20) и захватных устройств (13), и часть равносторонней несущей поперечины (3). На Фиг.10А наглядно показано, что захватные устройства (13) с надувными внутренними камерами согласно Фиг.9А, 9В и 9С расположены и прочно прикреплены вокруг внутренней поверхности (14) манжеты или втулки (2). Нужно также отметить, что как вариант захватные устройства можно установить между внутренними вертикальными радиальными фланцами вокруг внутренней поверхности втулки или манжеты.

Патрубок (26) предназначен для распределения такого газа, как воздух, или гидравлической текучей среды по всем захватным устройствам (13) из наружного насоса или компрессора (не показаны). В некоторых осуществлениях могут использоваться несколько патрубков и поэтому захватные устройства (13) можно будет сгруппировать таким образом, что в случае утечки будет затронута работа только некоторой подгруппы захватных устройств, а другие, не имеющие нарушения подгруппы, могут обеспечиваться достаточным давлением для создания надлежащего захвата. Например, если присутствуют 24 захватных устройства (13), то можно предусмотреть четыре патрубка, каждый из которых будет иметь обратные клапаны, в результате чего утечка из одной камеры или системы не затронет 18 исправно действующих захватных устройств, даже если 4 устройства временно не будут работать в ожидании ремонта. Верх манжеты или втулки может иметь съемную крышку (27), которую можно будет снять для доступа к захватным устройствам, чтобы их можно было отдельно отсоединить и вертикально переместить для техобслуживания или ремонта, когда будет поднята вся система. В этом случае манжету (2) можно будет поднять и затем закрепить ее механически на конструкции на верхе сваи или колонны, чтобы захватные устройства можно было вывести из действия без опускания манжеты или втулки.

На Фиг.11А и 11В показаны варианты захватного средства/узла, излагаемого со ссылкой на Фиг.9А-9С. В частности, на Фиг.11А показано, что круглую камеру (28), похожую на камеру автомобильной шины, можно частично заключить в соответствующем круговом кожухе (29). На Фиг.11В показана линейная камера (30) в прямоугольном кожухе (31). Захватное средство/узел с круглой камерой (28) установлено в манжете в горизонтальной плоскости и оно в надутом состоянии захватывает колонну (1) горизонтально, и при этом линейное захватное устройство (30, 31), описываемое выше, выполняет вертикальный захват.

На Фиг.12А схематически показано возможное расположение круглых средств/узлов (28, 29) на колонне или свае (не показано).

На Фиг.12В схематически показано возможное расположение линейных средств/узлов (30, 31) на колонне или свае (не показано).

На Фиг.13А и 13В соответственно схематически показаны компоновки согласно Фиг.12А и 12В, установленные на колонне или свае (1).

На Фиг.14 показана комбинация линейных захватных средств/узлов (30, 31) и круглых захватных устройств/узлов (28, 29), которые можно применить для колонны или сваи (1); при этом втулка не показана для ясности. Причина наличия двух типов захватных устройств заключается в том, что круглое захватное устройство, вероятно, наиболее эффективно для закрепления опорной конструкции (2) для предотвращения вертикального перемещения, а линейное захватное устройство наиболее действенно закрепляет ее для предотвращения скручивающего перемещения по колонне (1). На практике действенными являются оба вида захватного устройства и в отношении вертикального перемещения, и в отношении скручивающего перемещения но они обеспечивают разные степени жесткости.

На Фиг.15А-15F показан основной вариант технических решений изобретения, согласно которым на одной свае (1) установлены две манжеты (2А) и (2В). Согласно этим чертежам на манжете 2В установлена поперечина 5, несущая турбину. Захватные узлы 2А и 2В выполнены с возможностью независимого захвата колонны или сваи и отсоединения их от захвата. Две манжеты 2А и 2В взаимно соединены выдвигаемыми и отводимыми исполнительными механизмами (32), такими как гидравлические цилиндры, пневматические цилиндры или винтовые домкраты. Использование этих четырех выдвигаемых исполнительных механизмов показано на чертежах. На практике можно использовать и другое число исполнительных механизмов, но предпочтительно располагать их симметрично по окружности манжет. На Фиг.15А, 15В и 15С показано изображение в перспективе, и на Фиг.15D, 15Е и 15D показаны вертикальные проекции с изображением возможной последовательности рабочих действий; на чертеже Фиг.15А показано, что верхняя манжета (2А) захвачена на свае (1) и манжета (2В) высвобождена. Согласно Фиг.15В нижняя манжета (2В) поднята за счет отведения исполнительных механизмов (32), при этом подняты манжета (2В) и поперечина (3) с прикрепленными к ней турбинами и роторами (4) на расстояние, равное ходу исполнительного механизма. Нижняя манжета (2В) затем захватывает колонну (1) своими захватными устройствами, и верхняя манжета высвобождается, в результате чего когда исполнительные механизмы (32) раздвинуты, как показано на чертеже Фиг.15С, верхняя манжета (2А) поднимается. Верхняя манжета (2А) затем может захватить колонну или сваю (1), нижняя манжета может высвободиться, и этот процесс можно повторить, чтобы поднять обе манжеты вверх по свае или колонне (1) приблизительно на расстояние хода исполнительного механизма в каждом цикле. Этот процесс может служить двум важным задачам:

i) его можно использовать как способ подъема поперечины и турбин от поверхности воды (или для опускания ветряной турбины ближе к уровню земли) - Фиг.1

ii) его можно использовать для приливной турбины, чтобы изменить положение роторов турбин в толще воды. Это обстоятельство имеет важное значение в местах, где уровень прилива имеет значения в широких пределах, т.к. максимальная энергия в потоке приходится на уровни вблизи поверхности, и при приливе система сможет следовать за поднимающейся поверхностью и тем самым извлекать несколько больший объем энергии, чем в том случае, когда она оставалась бы на месте ниже положения отлива

iii) при неблагоприятных погодных условиях его можно использовать, чтобы снижать систему ближе ко дну в целях уменьшения возмущения и турбулентности, вызываемых большими проходящими волнами.

На Фиг.16А, 16В, 16С и 16D показан вариант осуществления согласно Фиг.15; и на Фиг.16А и 16В показаны виды в перспективе; и на Фиг.16С и 16D показаны вертикальные проекции.

Как и в осуществлении согласно Фиг.15А-15F, две манжеты 2А и 2В установлены на колонне или свае 1. В этом осуществлении две манжеты соединены друг с другом выдвижными исполнительными механизмами 32, установленными под углом друг к другу в конфигурации в виде перевернутой буквы V. Крепления выдвижных исполнительных механизмов, которыми они прикрепляются к манжетам, должны быть выполнены в виде вилочного или шарового и муфтового соединения, чтобы они совместно смогли изменять свой наклон и частично изгибаться по отношению к манжетам/втулкам, к которым они прикреплены. Согласно Фиг.16А-16D при закреплении захватных устройств на верхней манжете (2А) на колонне или свае (1) высвобождение захватных устройств для более нижней сваи (2В) и последующее выдвижение одной из пар наклонных выдвижных исполнительных механизмов (33) производит поворот нижней манжеты (2В) вокруг оси колонны или сваи относительно верхней манжеты (2А). Нижняя манжета (2В) затем может захватить колонну или сваю, и при высвобождении верхней манжеты (2А) ее можно сдвинуть назад за счет отведения выдвинутого исполнительного механизма вровень с нижней манжетой (2В). Этот процесс затем можно повторить для поворота нижней манжеты несколько дальше в горизонтальной плоскости. Таким образом, ориентацию ротора турбины можно изменять в случаях, когда течения не выравнены по отливу и приливу.

На Фиг.17А, 17В, 17С и 17D показано, как осуществления согласно Фиг.16А-16D можно использовать для подъема и опускания манжеты и поперечины действием захватных устройств в верхней манжете 2А и высвобождением захватных устройств на нижней манжете 2В, - Фиг.1А. Затем путем отведения обоих выдвижных исполнительных механизмов (33) нижняя манжета (2В) с поперечиной и роторами поднимается на небольшую величину. Затем нижняя манжета (2В) может захватить сваю с одновременным высвобождением верхней манжеты (2А), чтобы ее можно было поднять выдвижными исполнительными механизмами (33), действующими вместе, тем самым осуществляя поэтапный процесс, который затем можно повторять до достижения нужного вертикального положения на колонне или свае.

Из приводимых выше описаний в отношении разных чертежей следует, что настоящее изобретение можно рассматривать как не ограничивающееся использованием описанных здесь вариантов его осуществления для гидротурбин или ветряных турбин; и в более общем смысле его можно считать относящимся к средствам позиционированного закрепления объекта/нагрузки на трубчатой опорной конструкции, для фиксирования положения объекта на вертикальной опоре, или для обеспечения средств, с помощью которых объект/нагрузку можно избирательно позиционно монтировать на вертикальной несущей колонне, на которой объект/нагрузка концентрично смонтированы. В той части, в которой данное описание относится к позиционированию турбинных агрегатов, его можно считать обеспечивающим усовершенствования технического решения, описываемого в указанных выше патентах Великобритании и в их разных иностранных вариантах. То есть имеется в виду работающая от течения воды или воздуха (ветра) турбинная система, включая одну или более колонн или свай на соответствующих фундаментах, выступающих вертикально из дна реки или моря (или из земли в случае ветровой турбин) и всегда над поверхностью моря или реки в случае гидротурбины. Втулка или манжета концентрично окружает каждую упомянутую сваю или колонну, и она выполнена с возможностью ее перемещения вертикально вверх или вниз по сваям или колоннам. На втулке или манжете непосредственно установлен (или опосредованно посредством вспомогательной конструкции) один или более роторов турбин и их необходимые трансмиссии (термин «трансмиссия» означает коробки передач, генераторы, насосы, компрессоры и пр. средства, осуществляющие практическое использование энергии вала ротора). Упомянутая вспомогательная конструкция, несущая роторы и трансмиссию, предпочтительно может быть аэродинамическим равносторонним элементом, по существу, горизонтально расположенным поперек направлению течения текучей среды и прочно прикрепленным к упомянутой втулке или манжете; причем упомянутый равносторонний элемент(ы) может быть установлен консольно по обеим сторонам упомянутой втулки или манжеты либо может быть установлен между втулками или манжетами на двух или более вертикальных колоннах или сваях. В частности, изобретение относится к обладающим новизной способам, при помощи которых упомянутую концентрично расположенную манжету(ы) или втулку(и) можно закрепить или соединить, и отсоединить при необходимости от, по существу, вертикальной несущей колонны или сваи. Цель заключается в надежном прикреплении роторов турбин и трансмиссий на месте во время их работы и нахождении под нагрузкой с одновременной возможностью их высвобождения и подъема над поверхностью моря или воды для техобслуживания или ремонта. Изобретение согласно настоящей патентной заявке также относится и к ветряным турбинам, при использовании которых ротор и трансмиссия могут быть закреплены в нужном положении на вертикальной колонне для работы в приподнятом положении, но с возможностью высвобождения и отсоединения от упомянутой колонны, чтобы их можно было опустить ближе к уровню земли для удобства техобслуживания.

Изобретение относится к опоре для объектов/нагрузок, включая гидро- и/или ветротурбинные установки, на вертикальной удлиненной опоре, такой как колонна или свая. Обеспечивает регулирование размещения под требуемым углом и на требуемой высоте объекта/нагрузки относительно опоры. Устройство для избирательного позиционирования и регулируемого смещения объекта/нагрузки относительно вертикальной удлиненной опоры содержит объект/нагрузку, удлиненную опору. Объект/нагрузка опорной конструкции включает в себя избирательно действующее средство для осуществления избирательного регулируемого смещения по длине и вращения опорной конструкции относительно вертикальной удлиненной опоры и средство для закрепления объекта/нагрузки опорной конструкции по длине и смещения с возможностью вращения, тем самым объект/нагрузка позиционируются и удерживаются в любом требуемом положении по длине и с возможностью вращения относительно вертикальной удлиненной опоры. 17 з.п. ф-лы, 17 ил.

1. Устройство для избирательного позиционирования и регулируемого смещения объекта/нагрузки относительно вертикальной удлиненной опоры, содержащее объект/нагрузку опорной конструкции для крепления объекта/нагрузки к удлиненной опоре для избирательного смещения относительно нее, отличающееся тем, что объект/нагрузка опорной конструкции включает в себя избирательно действующее средство для осуществления избирательного регулируемого смещения по длине и вращения опорной конструкции относительно вертикальной удлиненной опоры и средство для закрепления объекта/нагрузки опорной конструкции по длине и смещения с возможностью вращения, тем самым, объект/нагрузка позиционируются и удерживаются в любом требуемом положении по длине и с возможностью вращения относительно вертикальной удлиненной опоры.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что объект/нагрузка опорной конструкции содержит первую и вторую втулки/манжеты, соединенные друг с другом таким образом, что обеспечивается возможность попеременного действия этих двух втулок/манжет между закрепляющим и незакрепленным положениями так, что осуществляется установка и удерживание объекта/нагрузки в нужном положении относительно вертикальной удлиненной опоры.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что первая и вторая втулки/манжеты установлены на вертикальной удлиненной опоре одна над другой, при этом устройство содержит средства для смещения регулируемым образом двух втулок/манжет относительно друг друга в отношении вертикальной удлиненной опоры таким образом, что во время любого смещения одной из втулок/манжет другая втулка/манжета всегда находится в своем закрепленном положении, тем самым объект/нагрузка постоянно опирается на вертикальную удлиненную опору.

4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что первая и вторая втулки/манжеты выполнены с возможностью взаимодействия друг с другом таким образом, что они обе смещаются по оси относительно вертикальной удлиненной опоры, а также выполнены с возможностью вращения относительно друг друга.

5. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что первая и вторая втулки/манжеты расположены на расстоянии друг от друга на удлиненной опоре и взаимосвязаны между собой множеством выдвигающихся и сжимающихся исполнительных механизмов, таких как гидравлические цилиндры, пневматические цилиндры или винтовые домкраты.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что исполнительные механизмы расположены в ряд парами таким образом, что они взаимодействуют друг с другом с возможностью аксиального вращения одной втулки/манжеты относительно другой.

7. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что избирательно действующее закрепляющее устройство включает в себя захватное устройство для создания значительного зажимающего/захватывающего усилия, направленного к внешней поверхности вертикальной удлиненной опоры для предотвращения, в любом выбранном положении относительно вертикальной удлиненной опоры, смещения объекта/нагрузки опорной конструкции.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что захватные устройства выполнены с возможностью размещения между не осуществляющим захват положением, в котором соответствующая опорная втулка/манжета смещается по длине вертикальной удлиненной опоры, и рабочим захватным положением, в котором соответствующая втулка/манжета действенным образом закрепляется для предотвращения смещения по отношению к вертикальной удлиненной опоре.

9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что захватные устройства расположены внутри и концентрично по отношению к соответствующему объекту/нагрузке опорной конструкции, при этом захватные устройства выполнены с возможностью взаимодействия с внешней поверхностью вертикальной удлиненной опоры, предотвращая смещение соответствующего объекта/нагрузки опорной конструкции по длине и/или вращение и тем самым сохраняя нужное положение несущей объект/нагрузку опорной конструкции и любого объекта/нагрузки на ней по отношению к удлиненной опоре, причем со значительным усилием для предотвращения скручивания в горизонтальной плоскости объекта/нагрузки опорной конструкции вокруг вертикальной удлиненной опоры.

10. Устройство по п.7, отличающееся тем, что каждое захватное устройство имеет жесткий кожух, прочно прикрепленный к внутренней поверхности соответствующей несущей опорной конструкции и открытой в сторону внешней поверхности вертикальной удлиненной опоры, причем жесткий кожух вмещает в себя точно посаженную надувную емкость с имеющим твердую поверхность фрикционным средством для взаимодействия с внешней поверхностью вертикальной удлиненной опоры таким образом, что надувная емкость ограничена тремя сторонами кожуха, но может расширяться в наружном направлении, нажимая на имеющий твердую поверхность фрикционный элемент, к соседней внешней поверхности вертикальной удлиненной опоры для оказания нужного захватного усилия на вертикальную удлиненную опору для обеспечения несущей опорной конструкции и любому соответствующему объекту/нагрузке нужного положения относительно вертикальной удлиненной опоры.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что надувные емкости выполнены с возможностью их наполнения сжатым газом, или жидкостью, или текучей средой под давлением, обеспечиваемыми из камеры, в которой создается повышенное давление.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что кожухи захватных устройств расположены группами для их действия от отдельных камер с жидкостью или текучей средой, в которых создается повышенное давление таким образом, что каждая группа соединена с конкретной отдельной камерой, причем в случае утечки в какой-либо отдельной камере утечка будет воздействовать только на группу захватных устройств, соединенную с соответствующей отдельной камерой, тем самым, оставляя достаточную избыточность для незатронутых утечкой групп, чтобы обеспечивать нужное усилие, необходимое для соответствующей несущей опорной конструкции для ее прочного закрепления на вертикальной удлиненной опоре.

13. Устройство по п.8, отличающееся тем, что каждое захватное устройство содержит гидравлический или пневматический цилиндр, или механическое действующее по принципу винтового домкрата устройство.

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что цилиндры или устройства в виде винтового домкрата выполнены с возможностью действия в радиальном направлении или с возможностью прижатия клиновидных элементов к внешней поверхности вертикальной удлиненной опоры для создания достаточного усилия, действующего на внешнюю сторону вертикальной удлиненной опоры для осуществления действенного закрепления объекта/нагрузки опорной конструкции к вертикальной удлиненной конструкции, когда нужно предотвратить смещение объекта/нагрузки по отношению к вертикальной удлиненной опоре.

15. Устройство по п.7, отличающееся тем, что объект/нагрузка опорной конструкции выполнены удлиненными, причем захватные устройства расположены горизонтально и по окружности на внутренней стороне соответствующего объекта/нагрузки опорной втулки/манжеты, и содержат множество круглых емкостей, вмещающих в себя точно посаженные надувные мешки/емкости, прочно прикрепленные к внутренней поверхности соответствующего объекта/нагрузки опорной втулки/манжеты, но открытые внутри с той стороны, которая обращена к внешней поверхности вертикальной удлиненной опоры, тем самым, при надувании оболочки/контейнеры оказывают захватное усилие на внешнюю поверхность удлиненной опоры.

16. Устройство по п.7, отличающееся тем, что несущие опорные втулки/манжеты выполнены удлиненными, а захватные устройства имеют удлиненную форму и расположены вертикально и по окружности на внутренней стороне соответствующей опорной втулки/манжеты, и содержат множество прямоугольных емкостей, прочно прикрепленных к внутренней поверхности соответствующей опорной втулки/манжеты, но открыты с внутренней стороны, которой они обращены к внешней поверхности вертикальной удлиненной опоры, причем емкости вмещают в себя точно посаженные прямоугольные надувные мешки/емкости, таким образом, что при их надувании они способны оказывать давление на вертикальную удлиненную опору.

17. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит средства, которые ограничивают смещение вниз объекта/нагрузки опорной конструкции по длине вертикальной удлиненной опоры.

18. Устройство по п.17, отличающееся тем, что объект/нагрузка опорной конструкции имеет один суживающийся выступающий внутрь выступ в виде зубца или углубление, или множество таких выступов в виде зубца или углублений расположено вокруг заданного участка объекта/нагрузки опорной конструкции, причем вертикальная удлиненная опора содержит имеющее сопряженную форму углубление или выступ, или множество углублений или выступов, каждый из которых выполнен с возможностью соответствующего зацепления с выступом или углублением соответствующего объекта/нагрузки опорной конструкции для обеспечения установки в нужном положении соответствующего объекта/нагрузки опорной конструкции по отношению к удлиненной опоре при ее нахождении в самом нижнем пределе перемещения вниз по длине удлиненной опоры.