DISPOSITIVO DE ELEVACION CON UN SISTEMA PARA EL ALMACENAMIENTO, SUMINISTRO Y RECUPERACION DE ENERGIA.

Dispositivo de elevación, que comprende un sistema para almacenar,

suministrar y recuperar energía, cuyo sistema está dotado de un conjunto (7) de cilindro y pistón para absorber una carga (2) inducida por una masa, cuyo conjunto se encuentra en conexión de fluido con una fuente de presión (19), caracterizado porque el área superficial efectiva del pistón (6) del conjunto de cilindro y pistón (7) es variable

Dispositivo de elevación con un sistema para el almacenamiento, suministro y recuperación de energía.

La presente invención se refiere en primer lugar a un dispositivo de elevación que comprende un sistema para almacenamiento, suministro y recuperación de energía, dotado de un conjunto de cilindro y pistón destinado a absorber una carga inducida por una masa, cuyo conjunto se encuentra en conexión de fluido con una fuente de presión. Un dispositivo de elevación, según el preámbulo de la reivindicación 1, es conocido por el documento US 4 098 082.

Este sistema es utilizado, entre otros objetivos, en un sistema de compensación del efecto de las olas para compensar el movimiento inducido por las olas o mar tendida de una masa suspendida de un cable de suspensión en barcos u otras instalaciones flotantes.

Los sistemas conocidos pueden ser divididos en una serie de tipos distintos. A continuación se facilitará un resumen simplificado de dichos tipos y de sus problemas específicos.

En un sistema pasivo, el conjunto de cilindro y pistón está conectado directamente a un recipiente de presión (que contiene un gas compresible). Este sistema pasivo se comporta sustancialmente como un sistema de resorte de masa, en el que el volumen gaseoso y la presión del gas cambian bajo la influencia de la carga inducida por la masa. Los inconvenientes de este sistema son la existencia de efectos de amplificación con resonancia, la presencia de un movimiento residual sustancial y la exigencia de un recipiente de presión de gran volumen. Además, el sistema es adecuado solamente para su utilización con masas no variables.

Si bien un sistema activo (en el que un conjunto de cilindro y pistón puede ser controlado activamente, entre otros medios, mediante la colocación de un mecanismo de control entre el recipiente de presión y el conjunto de cilindro y pistón) permite la utilización de un menor volumen de recipiente a presión y una masa ligeramente variable, este sistema tiene, entre otros, el inconveniente de que su consumo de energía es muy elevado, de manera que solamente es adecuado para masas pequeñas.

Las características de un sistema combinado pasivo/activo comprenden: el volumen de gas en el recipiente a presión puede ser adaptado a la masa; el movimiento residual es pequeño; el volumen de gas en el recipiente a presión es más reducido que en el caso de un sistema pasivo; solamente es adecuado para masas no variables.

Finalmente se pueden mencionar los sistemas dotados de un llamado mecanismo de control secundario (usualmente en polipastos) por medio del cual puede ser controlado el volumen de la carrera y, por lo tanto, el par de un motor hidráulico de impulsión. Dado que el momento de inercia de estos motores de impulsión hidráulicos es muy bajo, el par se convierte muy rápidamente en velocidad en el caso de una carga variable, de manera que el recipiente de presión, que contiene una gran cantidad de energía, puede hacer que el número de revoluciones del motor aumente hasta un valor elevado, no admisible dentro de un tiempo reducido. En principio, este sistema es inestable y, por lo tanto, requiere ser controlado por medio de sistemas complejos y dinámicos de medición y control. Por razones de seguridad, se deben utilizar sensores gemelos que en combinación con la utilización de costosos componentes hidráulicos, procesadores y elementos electrónicos hacen que el sistema sea muy costoso. Además, las pérdidas de energía que tienen lugar en este sistema son muy elevadas y el sistema puede ser utilizado solamente con masas de una magnitud limitada.

Teniendo en cuenta lo anterior, es un objetivo de la presente invención dar a conocer un dispositivo de elevación que comprende un sistema que combina las ventajas de los sistemas conocidos sin tener los inconvenientes de dichos sistemas. En particular, este sistema tiene preferentemente las siguientes características: debe ser adecuado para su utilización con un rango amplio de masas; debe ser capaz de cambiar de forma dinámica de una masa a otra; el volumen del recipiente a presión debe ser pequeño; el consumo de energía del sistema debe ser reducido y la precisión de seguimiento (es decir, el grado de compensación del oleaje) debe ser elevada y finalmente, el peso del sistema debe ser mínimo y el sistema debe ser fiable y poco oneroso.

El documento US 5.992.819 se refiere a una disposición en un accionador de válvulas, que actúa sobre un vástago de válvula dotado de un pistón, a efectos de cerrar o abrir la válvula y a efectos de conseguir un pistón/cilindro hidráulico de área variable, sugiriéndose que además del pistón del vástago de la válvula se podría disponer de uno o varios pistones suplementarios.

Además, el documento US 5.011.180 se refiere a un sistema de suspensión hidráulica, más particularmente a un sistema de suspensión hidráulica controlada de modo digital por un ordenador de ajuste de fuerza.

De acuerdo con la presente invención, se da a conocer un dispositivo de elevación que comprende un sistema para el almacenamiento, suministro y recuperación de energía dotado de un conjunto de cilindro y pistón para absorber una carga inducida por una masa, cuyo conjunto se encuentra en conexión de fluido con una fuente de presión, caracterizándose el sistema porque el área superficial efectiva del pistón del conjunto de cilindro y pistón es variable.

Dado que el área efectiva del pistón del conjunto de cilindro y pistón es variable, de acuerdo con la presente invención se puede hallar en todo momento el equilibrio entre la masa y la presión (de gas) de la fuente de presión (recipiente de presión). Como consecuencia de ello, la presión de gas puede variar muy fuertemente (por ejemplo, sin riesgo de resonancia) de manera que será suficiente un volumen muy reducido del recipiente de presión. Seleccionando un área de pistón adecuada en cualquier momento, se puede realizar para cualquier situación (dentro de los límites del sistema para cualquier presión del recipiente de presión) la fuerza deseada para una aceleración o desaceleración deseadas del pistón del conjunto de cilindro y pistón y, por lo tanto, de la masa. Por una parte, la energía requerida es obtenida a partir del recipiente a presión, pero por otra parte se devuelve energía al recipiente de presión (para su almacenamiento) cuando tiene lugar el movimiento en dirección inversa. Dado que prácticamente no se encuentran presentes componentes adicionales entre el recipiente de presión y el conjunto de cilindro y pistón, las pérdidas del sistema son muy bajas y el rendimiento es, por lo tanto, elevado.

En la práctica, dicha variación del área efectiva del pistón del conjunto de cilindro y pistón difícilmente tendrá lugar de manera infinitamente variable, en caso de que tenga lugar en absoluto, (ello no sería factible técnicamente o, en último lugar, muy complicado). Por lo tanto, de acuerdo con una realización ventajosa de la presente invención, el conjunto de cilindro y pistón consiste en una serie de cilindros conectados en paralelo, que pueden ser accionados selectivamente por la fuente de presión.

De esta manera se puede conseguir una variación del área de pistón efectiva al activar un cilindro o cilindros adecuados.

Dentro de este concepto general, es preferible además disponer los cilindros en grupos de cilindros que consisten en un cilindro o en una serie de cilindros para su accionamiento simultaneo cada vez, de manera que la superficie total de los pistones que corresponden al mismo grupo de cilindros se reduce a la mitad o se dobla cada vez, según sea el caso, entre grupos sucesivos de cilindros.

De esta manera se consigue una solución binaria para variar el área del pistón. El número de áreas de pistón efectivas a realizar es 2ⁿ-1, en el caso en que n = número de grupos de cilindros. La precisión de la variación (en otras palabras, la precisión de ajuste o resolución del sistema) está determinada en principio por el tamaño mínimo del escalón, es decir, el área del pistón del grupo de cilindros que tiene la menor área total de pistón.

A efectos de no generar fuerzas asimétricas dentro del conjunto de cilindro y pistón (lo cual conduce a un mayor rozamiento y desgaste y un consumo de energía más elevado) en una situación en la que se utilizan dichos grupos de cilindros, se da a conocer una realización ventajosa de la invención en la que el conjunto de cilindro y pistón tiene un eje central y en el que los cilindros de un grupo de cilindros están dispuestos...

1. Dispositivo de elevación, que comprende un sistema para almacenar, suministrar y recuperar energía, cuyo sistema está dotado de un conjunto (7) de cilindro y pistón para absorber una carga (2) inducida por una masa, cuyo conjunto se encuentra en conexión de fluido con una fuente de presión (19), caracterizado porque el área superficial efectiva del pistón (6) del conjunto de cilindro y pistón (7) es variable.

2. Dispositivo de elevación, según la reivindicación 1, en el que el conjunto (7) de cilindro y pistón consiste en una serie de cilindros (22-24, 27, 28, 29-34) conectados en paralelo, que se pueden accionar selectivamente por la fuente de presión (19).

3. Dispositivo de elevación, según la reivindicación 2, en el que los cilindros (22-24, 27, 28, 29-34) están dispuestos en grupos de cilindros que consisten en un cilindro o una serie de cilindros a accionar simultáneamente cada vez, de manera que el área superficial total de los pistones que corresponden al mismo grupo de cilindros se hace la mitad o el doble cada vez, según sea el caso, entre grupos sucesivos de cilindros.

4. Dispositivo de elevación, según la reivindicación 3, en el que el conjunto (7) de cilindro y pistón tiene un eje central (21), y en el que los cilindros (22-24, 27, 28, 29- 34) de un grupo de cilindros están dispuestos de manera tal que la fuerza producida por el grupo de cilindros se transmite a través de dicho eje central (21).

5. Dispositivo de elevación, según la reivindicación 3 ó 4, en el que la presión de, como mínimo, el grupo de cilindros que tienen el área de pistón más reducida se puede controlar.

6. Dispositivo de elevación, según la reivindicación 3, 4 ó 5, en el que el conjunto (7) de cilindro y pistón está constituido de la forma siguiente:

en el que

7. Dispositivo de elevación, según la reivindicación 3, 4 ó 5, en el que el conjunto (7) de cilindro y pistón está constituido de la forma siguiente:

en el que

8. Dispositivo de elevación, según cualquiera de las reivindicaciones 2-7, dotado de medios de control (15) para conectar selectivamente los cilindros (22-24, 27, 28, 29-34) a la fuente de presión (10).

9. Dispositivo de elevación, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la fuente de presión (10) es un recipiente de presión (10).

10. Dispositivo de elevación, según cualquiera de las reivindicaciones 2-9, que comprende un recipiente de baja presión y un recipiente de presión intermedia, en el que los cilindros (22-24, 27, 28, 29-34) pueden ser conectados a cualquiera de dichos recipientes.

11. Sistema de compensación de oleaje, que comprende un sistema de almacenamiento, suministro y recuperación de energía, de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores.