Vodný kolesový motor

Číslo patentu: U 3641

Dátum: 07.10.2003

Autori: Krížik Vladislav, Macek Jan

Stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

Technické riešenie sa týka zariadenia na premenu hydroenergetického potenciálu vodného toku na mechanickú energiu s možnosťou ďalšej premeny energie do inej formy.V súčasnosti sa vo svete používa veľa druhov zariadeni na premenu hydroenergetického potenciálu vodného toku na mechanickú energiu s možnosťou ďalšej premeny energie do inej formy. Konštrukciou a spôsobom premeny energie sa delia na vodné kolesá a vodné turbíny.Vodné kolesá sú s homým, stredným a spodným náhonom. Vodné kolesá s homým náhonom využívajú potenciálnu energiu vody. Sú korčekové, otáčajúce sa medzi homou a spodnou hladinou. Voda z homej hladiny vteká do korčekov a otočením kolesa vplyvom tiaže vody, voda vyteká na spodnú hladinu. Pracovné podmienky vodných kolies s homým náhonom sú rozdiel výšok hladín vody od 3 do 12 m, prietoky vody od 0,3 do 1,0 mĺs.Vodné kolesá so stredným a spodným náhonom sú lopatkové, os rotácie majú nad spodnou hladinou a lopatky vodného kolesa odoberajú energiu vode brodením v prúde spodnej vody, spôsobenom prítokom vody z homej hladiny. Vodné kolesá so stredným náhonom využívajú čiastočne potenciálnu energiu a čiastočne kinetickú energiu vody vtekajúcej medzi lopatky vodného kolesa približne v úrovni osi rotácie vodného kolesa. Predstaviteľmi sú Sagebienovo,Zuppingerovo a Piccardovo koleso. Vodné kolesá so spodným náhonom využívajú len kinetickú energiu vody vlekajúcej medzi lopatky vodného kolesa tangenciálne v spodnej časti vodného kolesa. Predstaviteľom je Ponceletovo koleso.Lopatky vodných kolies sú rovinné, alebo mierne zahnutć v rovine kolmej na os rotácie vodného kolesa. Pracovné podmienky vodných kolies so stredným a spodným náhonom sú rozdiel výšok hladín vody od 0,5 do 4,0 m,prietoky od 0,5 do 4,0 młs. Účinnosti všetkých vodných kolies sa pohybujú od 60 do 70 . Výhodou vodných kolies je ich jednoduchosť a nízka cena. Ich nevýhodou je nízka účinnosť a malý rozsah pracovných podmienok. Nizku účinnosť spôsobuje tvar lopatiek a odpor brodením vo vode. Malý rozsah pracovných podmienok vyplýva zo závislosti rozmeru vodného kolesa od rozdielu výšok hladín.Vodné turbíny sa delia podľa toho, akú energiu vody využívajú na rovnotlaké a pretlakové a podľa smeru prietoku vody cez turbínu na radiálne, axiálne, radiálne-axiálne,diagonálne, tangenciálne, so šikmým prietokom a s dvojnásobným prietokom. Rovnotlaké turbíny, Peltonova a Bánkiho turbína, odoberajú vodejej kinetickú energiu.Peltonova turbína je tangenciálna. Vodu privádza tlakové potrubie s dýzou na konci, kde sa mení jej tlaková energia na kinetickú a prúd vody strieka tangenciálne na priestorovo tvarované lopatky turbíny po obvode rotora turbíny. Rotor turbíny sa otáča vo vzduchu nad spodnou hladinou vody. Os rotácie môže byť horizontálna aj vertikálna. Pracovné rozsahy sú rozdiel výšok hladín vody od 30 do 900 m, prietoky od 0,02 do 1,0 más. Účinnosť sa pohybuje do 91 .Bánkiho turbína s dvojitým radiálnym prietokom lopatkovým kolesom má horizontálnu os rotácie. Lopatky kolesa odoberajú kinetickú energiu vode vytekajúcej z regulačnej klapky bezprostredne nad kolesom turbíny. Pracovné podmienky sú rozdiel výšok hladln vody od 1,5 do 50 m, prietoky od 0,02 do 1,5 m 3.s. Účinnosť sa pohybuje do B 5Základnými predstaviteľmi vodných pretlakových turbín sú Kaplanova turbína, Francisova turbína a rôzne ich modifikácie, napr. takzvaná vrtuľová alebo sacia turbína.Kaplanova turbína je axiálna. Pracovné podmienky sú rozdiel výšok hladín vody od l,5 do 75 m, príetoky od 0,2 do 20 mĺs. Účinnosť sa pohybuje od 88 do 95 .Francisova turbína je radiálne-axiálna. Pracovné rozsahy sú rozdiel výšok hladín vody od 10 do 400 m, prietoky od 0,05 do 15 m 3.s. Účinnosť sa pohybuje od 88 do 95 .Výhodou vodných turbín je veľký rozsah pracovných podmienok a vyššia účinnosť. lch nevýhodou je zložitosť zariadenia a vysoká cena.Výhody vodného kolesa, jednoduchosť a nízka cena, s výhodami vodnej turbíny, vyššia účinnosť a veľký rozsah pracovných podmienok, spája navrhované technické riešenie, vodný kolesový motor na energetické využitie hydroenergetickćho potenciálu vodného toku, ktoré pozostáva z výtokového zariadenia, odtokového zariadenia, kolesa a rovnotlakýeh lopatiek, pripevnených na kolese uloženom otočne na osi rotácie.Koleso rotujúce okolo svojej osi rotácie s pripevnenými rovnotlakými lopatkami, má takú polohu proti odlokovému zariadeniu, aby všetky ich body boli vo vzdialenosti väčšej alebo rovnajúcej sa nule nad rovinou, ktoráje totožná s rovinou, alebo ktorá je nižšie a zároveň rovnobežná s rovinou, zhora ohraničujúcou priestor odtokového zariadenia obsahujúci vodu.Os rotácie kolesa s rovnotlakými Iopatkami môže byťzvislá, vodorovná alebo šikmá. Výtokové zariadenie, svojim tvarom a polohou svojej osi proti kolesu s rovnotlakými lopatkami, usmerňuje prúd vody, spôsobený hydroenergetickým potenciálom vody, na rovnotlaké lopatky, pripevnené na kolese.Rovnotlaké lopatky odoberajú vode kinetickú energiu vplyvom silového účinku vody, prúdíacej na rovnotlaké lopatky a menia ju na mechanickú energiu rotačného pohybu kolesa, na ktorom sú prípevnené. Rovnotlaké lopatky, svojim tvarom, veľkosťou, polohou proti prúdu vody, smerom,tvarom dráhy a relatívnou rýchlosťou ich pohybu proti prúdu vody, určujú účinnosť premeny kinetickej energie vody na energiu mechanickú.Koleso svojou konštrukciou umožňuje ďalší prenos energie svojho rotačného pohybu, získanej prostredníctvom rovnotlakých lopatiek z kinetickej energie vody, na iné technické zariadenia.Prúd vody usmernený výtokovým zariadením na rovnotlaké lopatky kolesa, smeruje z rovnotlakých lopatiek kolesa, po odovzdaní kinetickej energie, pádom na hladinu vody, ktorá je totožná s rovinou, alebo ktoráje nižšie a zároveň rovnobežná s rovinou zhora ohraničujúcou priestor odtokového zariadenia obsahujúci vodu, umiestnenćho pod kolesom.Prehľad obrázkov na výkresochNa obr. l je schéma podstaty technického riešenia vodného kolesového motora. Na obr. 2 je malá vodná elektráreň s privodným žľabom, tlakovou šachtou a vodným kolesovým motorom s vodorovnou osou rotácie.Na obr. 3 je malá vodná elektráreň s prívodným žľabom, tlakovou šachtou a vodným kolesovým motorom so zvislou osou rotácie.Na obr. 4 je malá vodná elektráreň s prívodným žľabom, vodným sklzom a vodným kolesovým motorom s vodorovnou osou rotácie.Na obr. 5 je malá vodná elektráreň s vodnou hladinou toku vzdutou oceľovým hradidlom a štyrmi samostatnými vodnými kolesovými motormi s vodorovnou osou rotácie.Na obr. 6 je malá vodná elektráreň na prepadovej hati vodného toku s vodným kolesovým motorom so zvislou osou rotácie.Na obr. 7 je závlahové zariadenie na vzdúvacej prepadovej hati s vodným kolesovým motorom s vodorovnou osou rotácie.Na obr. 8 je malá vodná elektráreň na prepade cez oceľové hradidlo toku s vodným kolesovým motorom s vodorovnou osou rotácie.Príklady uskutočnenia technického riešeniaNavrhované technické riešenie na obr. 2 bolo použité pri konštrukcii malej vodnej elektrárne kategórie mikroelektráreň s rozdielom výšok hladín 2,8 m, prietokom 0,125 až l,0 m 3.s a inštalovaným výkonom 22 kW. Zariadenie podľa obr. 2 pozostáva z prívodného žľabu homej hladiny 3 vody, tlakovej šachty 12, regulačného výtokového zariadenia 1, plavákového regulátora 11 výtokového zariadenia 1, rovnotlakých lopatiek 4 upevnených na kolese 5 s vodorovnou osou 18 rotácie, odtokového zariadenia 6, trecieho prevodu 7, generátora 8, elektrickej časti mikroelektrárrte 9,nosného rámu zariadenia 10.Vodu z odbemého miesta privedie prívodný žľab hornej hladiny 3 vody do tlakovej šachty 12, kde pôsobením hydrostatického tlaku vzniknutćho stĺpca vody, strieka voda cez výtokové zariadenie 1 v smere osi 2 výtokového zariadenia 1 na rovnotlaké lopatky 4 kolesa 5 vplyvom čoho vzniká krútiaci moment na kolese 5, pripevnenom otočne okolo vodorovnej osi 18 rotácie v nosnom ráme 10 zariadenia. Krútiaci moment sa prenáša cez treel prevod 7 z kolesa 5 na generátor 8. Voda z lopatiek 4 padá na hladinu vody,totožnú s rovinou 21, ktorá je totožná s rovinou 19, alebo ktorá je nižšie a zároveň rovnobežná s rovinou 19 zhora ohraničujúcou priestor odtokového zariadenia 6 obsahujúci vodu. Elektrická časť 9 mikroelektrárne zabezpečuje technické parametre požadované na pripojenie generátora 8 do verejnej energetickej siete. Plavákový regulátor 11 udržiava reguláciou výtokového zariadenia 1 stálu výšku hornej hladiny 3 vody bez ohľadu na prítok vody v privodnom žľabe. Navrhované technické riešenie na obr. 3 bolo použité pri konštrukcii malej vodnej elektrárne kategórie mikroelektráreň s rozdielom výšok hladín 2,0 m, prietokom 0,25 až 2,0 mĺs a inštalovaným výkonom 30 kW. Zariadenie podľa obr. 3 pozostáva z prívodného žľabu homej hladiny 3 vody,tlakovej šachty 12, regulačného výtokového zariadenia l,regulátora 11 výtokového zariadenia 1 s opto-elektronickým snímačom hladiny vody, rovnollakých lopatiek 4 pripevnených na kolese 5 so zvislou osou 18 rotácie, odtokového zariadenia 6, prevodovky 7, generátora 8, elektrickej časti 9 mikroelektrárne, nosného rámu 10 zariadenia.Vodu z odbemého miesta privedie prívodný žľab hornej hladiny 3 vody do tlakovej šachty 12, kde pôsobením hydrostatického tlaku vzniknutého stĺpca vody, strieka voda cez výtokové zariadenie 1 v smere osi 2 výtokového zariadenia 1 na rovnotlaké lopatky 4 kolesa 5, vplyvom čoho vmiká krútiaci moment na kolese 5, pripevnenom otočneokolo zvislej osi 18 rotácie v nosnom ráme 10 zariadenia. Krútiaci moment sa prenáša cez prevodovku 7 z kolesa 5 na generátor 8. Voda z lopatiek 4 padá na hladinu vody totožnú s rovinou 21, ktorá je totožná s rovinou 19, alebo ktorá je nižšie a zároveň rovnobežná s rovinou 19, zhora ohraničujúcou priestor odtokového zariadenia 6 obsahujúci vodu. Elektrická čast 9 mikroelektráme zabezpečuje technické parametre, požadované na pripojenie generátora 8 do verejnej energetickej siete. Regulátor ll výtokového zariadenia 1 s opto-elektronickým snímačom hladiny vody, udržiava reguláciou výtokového zariadenia 1 stálu výšku hornej hladiny 3 vody bez ohľadu na prítok vody v privodnom žľabeNavrhované technické riešenie na obr. 4 bolo použité pri konštrukcii malej vodnej elektrárne kategórie mikroelektráreň s rozdielom výšok hladín 14,0 m, prietokom 0,035 až 0,28 m 3.s a inštalovaným výkonom 37 kW. Zariadenie je navrhnuté, s ohľadom na dosiahnuté veľké rýchlosti vody vo výtoku na koleso tak, že otáčky kolesa sú zhodné s požadovanými otáčkami generátora, a nieje nutné prevodňovanie otáčok. Zariadenie podľa obr. 4 pozostáva z prívodného žľabu, homej hladiny 3 vody, vodného sklzu 15, výtokového zariadenia 1, rovnotlalcých lopatiek 4 pripevnených na kolese 5 s vodorovnou osou 18 rotácie, odtokovćho zariadenia 6, generátora 8, elektrickej časti 9 mikroelektrárne, nosnej konštrukcie žľabu 13, nosného rámu 10 zariadenia.Vodu z odbemého miesta privedie prívodný žľab hornej hladiny 3 vody k vodnćmu sklzu 15, kde pôsobením gravitačnej sily sa hydroenergetický potenciál vody pádom vo vodnom sklze 15 premení na kinetickú energiu vody,vplyvom ktorej voda strieka cez výtokové zariadenie 1 v smere osi 2 výtokového mriadenia 1 na rovnotlaké lopatky 4 kolesa 5, vplyvom čoho vzniká krútiaci moment na kolese 5, pripevnenom otočne okolo vodorovnej osi 18 rotácie v nosnom ráme 10 zariadenia. Krútiaci moment sa prenáša z kolesa 5 priamo na generátor 8. Voda z lopatiek 4 padá na hladinu vody totožnú s rovinou 21, ktorá je totožná s rovinou 19, alebo ktorá je nižšie a zároveň rovnobežná s rovinou 19, zhora ohraničujúcou priestor odtokového zariadenia 6 obsahujúci vodu. Elektrická časť 9 mikroelektráme zabezpečuje technické parametre požadované na pripojenie generátora 8 do verejnej energetickej siete.Navrhované technické riešenie na obr. 5 bolo použité pri konštrukcii malej vodnej elektráme s rozdielom výšok hladín 4,2 m, prietokom 0,375 až 12,0 m 3.s a inštalovaným výkonom 380 kW. Zariadenie podľa obr. 5 pozostáva zo vzdúvacieho prehradenia toku a homej hladiny 3, štyroch výtokových zariadení 1, regulátora 11 výtokových zariadení s opto-elektronickým snímačom hladiny vody, štyroch kolies 5 s pripevnenými rovnotlakými lopatkami 4 a vodorovnou osou 18 rotácie, štyroch trecích prevodov 7 a,štyroch prevodoviek 7 h, odtokového zariadenia 6, štyroch generátorov 8, elektrickej časti 9 mikroelektrárne, nosného rámu 10 zariadenia.Pôsobenim hydrostatického tlaku vzniknutého stĺpca vody, vzdutím homej hladiny 3 vody, strieka voda cez výtokové zariadenia 1 v smere osl 2 výtokových zariadení 1 na rovnotlaké lopatky 4 kolies 5, vplyvom čoho vzniká krútiaci moment na kolesách 5, pripevnených otočne okolo vodorovnej osi 18 rotácie v nosnom ráme 10 zariadenia. Krútiaci moment sa prenáša cez trecie prevody 71 a následne cez prevodovky 7 b z kolies 5 na generátory 8. Voda z lopatiek 4 padá na hladinu vody totožnú s rovinou 21, ktorá je totožná s rovinou 19, alebo ktoráje nižšie a zároveň rovnobežná s rovinou 19, zhora ohraničujúcou priestor odtokového zariadenia 6 obsahujúci vodu. Elektrická časť 9 mikroelektráme zabezpečuje technické parametre požado SK 3641 Uvané na pripojenie generátorov 8 do verejnej energetickej siete. Regulátor 11 výtokových zariadení 1 s optoelektronickým snímačom hladiny vody, udržiava reguláciou výtokových zariadení 1 stálu výšku homej hladiny 3 vody bez ohľadu na prítok vody k vzdúvaciemu prehradeniu toku.Navrhované technické riešenie na obr. 6 bolo použité pri konštrukcii malej vodnej elektrárne na prepadovej hati s rozdielom výšok hladín 3,1 m, prietokom 0,06 až 0,5 m 3.sl a inštalovaným výkonom ll kW. Zariadenie podľa obr. 6 pozostáva z vodného sklzu 15, výtokového zariadenia 1,rovnotlakých lopatiek 4 pripevnených na kolese 5 so zvislou osou 18 rotácie, prevodovky 7, odtokového zariadenia 6, generátora 8, elektrickej časti 9 mikroelektráme a nosného rámu 10 zariadenia.Vplyvom prepadovej hate vzniká vzdutie homej hladiny 3 vody, ktorá prepadáva cez korunu hate, kde pôsobením gravitačnej sily sa hydroenergetický potenciál vody pádom vo vodnom sklze 15 premení na kinetickú energiu vody, vplyvom ktorej voda strieka cez výtokové zariadenie 1 v smere osi 2 výtokového zariadenia 1 na rovnotlaké lopatky 4 kolesa 5, vplyvom čoho vzniká krútiaci moment na kolese 5, pripevnenom otočne okolo zvislej osi 18 rotácie v nosnom ráme 10 zariadenia. Krútiaci moment sa prenáša z kolesa 5 cez prevodovku 7 na generátor 8. Voda z lopatiek 4 padá na hladinu vody totožnú s rovinou 21, ktorá je totožná s rovinou 19, alebo ktorá je nižšie a zároveň rovnobežná s rovinou 19, zhora ohraničujúcou priestor odtokového zariadenia 6 obsahujúci vodu. Elektrická časť 9 mikroelektrárne zabezpečuje technické parametre požadované na pripojenie generátora 8 do verejnej energetickej siete.Navrhované technické riešenie na obr. 7 bolo použité pri konštrukcii závlahovćho zariadenia na zdrží, s rozdielom výšok hladín 2,2 m, prietokom 2,2 m 3.s, s výtlakom 30 m a výkonom 100 lit./s. Zariadenie podľa obr. 7 pozostáva tlakovej šachty 12, výtokového zariadenia 1 s ručným regulátorom 11 výtokového zariadenia 1, rovnotlakých lopatiek 4 pripevnených na kolese S s vodorovnou osou 18 rotácie, odtokového zariadenia 6, vodného odstredivého čerpadla 16 s prevodovkou 7, sacieho potrubia so sacím košom 17, výtlakovćho potrubia 14, nosného rámu 10 zariadenia.Vplyvom zdrže vzniká vzdutie homej hladiny 3 vody,prepojenej prietočne s tlakovou šachtou 12, kde pôsobením hydrostatického tlaku vzniknutćho stĺpca vody, strieka voda cez výtokové zariadenie 1 v smere osi 2 výtokového zariadenia 1 na rovnotlaké lopatky 4 kolesa 5, vplyvom čoho vzniká krútiaci moment na kolese 5, pripevnenom otočne okolo vodorovnej osi 18 rotácie v nosnom ráme 10 zariadenia. Krútiaci moment sa prenáša cez prevodovku 7 z kolesa 5 na vodné odstredivé čerpadlo 16, ktore saje vodu z priestoru vzdutej hladiny vody cez sacie potrubie so sacím košom 17 a tlačí ho cez výtlakovć potrubie 14 do poľnohospodárskeho závlahového systému. Voda z lopatiek 4 padá na hladinu vody totožnú s rovinou 21, ktoráje totožná s rovinou 19, alebo ktorá je nižšie a zároveň rovnobežná s rovinou 19, zhora ohraničujúcou priestor odtokového zariadenia 6 obsahujúci vodu. Ručným regulátorom 11 výrokového zariadenia 1 sa reguluje výkon zariadenia.Navrhované technické riešenie na obr. 8 bolo použité pri konštrukcii mikroelektráme na jestvujúcom prepadovom hradidle toku s rozdielom výšok hladín 3,0 m, prietokom 0,125 až 1,0 młs a inštalovaným výkonom 22,5 kW. Zariadenie podľa obr. 8 pozostáva z usmerňovača prúdu vody plniaceho funkciu výtokového zariadenia 1, rovnotlakých lopatiek 4 pripevnených na kolese 5 s vodorovnou osou 18 rotácie, odtokového zariadenia 6, remeňového pre vodu 7, generátora 8, elektrickej časti 9 mikroelektráme,pohyblivého nosného rámu 10 zariadenia.Vplyvom jestvujúceho prepadového hradidla toku vzniká vzdutie homej hladiny 3 vody, ktorá prepadáva z homej hladiny 3 vody cez korunu hradidla, kde sa pádom premení hydroenergetický potenciál vody na kinetickú energiu vody, vplyvom ktorej voda strieka cez usmerňovač prúdu vody plniaci funkciu výtokového zariadenia 1 v smere osi 2 výtokovćho zariadenia 1 na rovnotlaké lopatky 4 kolesa 5, vplyvom čoho vzniká krútiaci moment na kolese 5, pripevnenom otočné okolo vodorovnej osi 18 rotácie v pohyblivom nosnom ráme 10 zariadenia. Krútiaci moment sa prenáša z kolesa 5 cez remeňový prevod 7 na generátor 8. Voda z lopatiek 4 padá na hladinu vody totožnú s rovinou 21, ktoráje totožná s rovinou 19, alebo ktoráje nižšie a zároveň rovnobežná s rovinou 19, zhora ohraničujúcou priestor odtokového zariadenia 6 obsahujúci vodu. Elektrická časť 9 mikroelektráme zabezpečuje technické parametre požadované na pripojenie generátora 8 do verejnej energetickej siete. Mechanické spriahnutie pohyblivého nosného rámu 10 zariadenia s hradidlom zabezpečí ich vzájomnú polohu tak, aby padajúca voda smerovala do usmerňovača prúdu plniaceho funkciu výtokového zariadenia 1 bez ohľadu na polohu hradidla.Navrhované technické riešenie, vodný kolesový motor je použiteľné k mechanickému náhonu zariadeni v mieste,kde je k dispozícii hydroenergetický potenciál v rozmedzí požadovaných pracovných podmienok.l. Vodný kolesový motor pozostávajúci z výtokového zariadenia umiestnenćho pred kolesom, odtokového zariadenia umiestneného pod kolesom, rovnotlakých lopatiek,pripevnených na kolese uloženom otočne na osi rotácie,vyznačujúci sa tým, ževšetkybodykolesa (5) a rovnotlakých lopatiek (4) sú vo vzdialenosti väčšej,alebo rovnej nule, nad rovinou (21), ktoráje totožná s rovinou (19), alebo ktoráje nižšie a zároveň rovnobežná s rovinou (19), zhora ohraničujúcou priestor odtokového zariadenia (6) obsahujúci vodu.

MPK / Značky

MPK: F03B 1/02, F03B 7/00

Značky: motor, vodný, kolesový

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/8-u3641-vodny-kolesovy-motor.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Vodný kolesový motor</a>

Podobne patenty