PL233812B1

PL233812B1 - Floating water plant

Info

Publication number: PL233812B1
Application number: PL399909A
Authority: PL
Inventors: Piotr Jeute
Original assignee: Piotr Jeute
Priority date: 2012-07-11
Filing date: 2012-07-11
Publication date: 2019-11-29
Also published as: PL399909A1

Abstract

Pływająca siłownia wodna zawiera walce (110, 120) o poziomej osi obrotu, pomiędzy którymi rozpięty jest pas napędowy (130) z łopatkami (140), co najmniej częściowo zanurzony w wodzie, tak że w biegu roboczym (138) łopatki (140) stawiają względem przepływu wody większy opór niż w biegu powrotnym (139). Walce (110, 120) mają sumaryczną wyporność konstrukcyjną, dla zanurzenia siłowni mniejszego od długości promienia (R1, R2) każdego z walców (110, 120), równą całkowitej masie siłowni, przy czym odległość pomiędzy walcami (110, 120) jest ograniczona do odległości (D), przy której długość biegu powrotnego (139) pasa napędowego jest większa od długości jego biegu roboczego (138) i w co najmniej połowie długości biegu powrotnego (139) pas napędowy (130) unosi się na wodzie.The floating water power plant contains rollers (110, 120) with a horizontal axis of rotation, between which a drive belt (130) with blades (140) is stretched, at least partially immersed in water, so that in the working run (138) the blades (140) greater resistance to water flow than in the return flow (139). The cylinders (110, 120) have a total design displacement, for an immersion of the power plant smaller than the length of the radius (R1, R2) of each of the cylinders (110, 120), equal to the total weight of the power plant, and the distance between the cylinders (110, 120) is limited to distance (D) at which the length of the return run (139) of the drive belt is greater than the length of its working run (138) and at least half of the length of the return run (139) the drive belt (130) floats on the water.

Description

Niniejszy wynalazek dotyczy pływającej siłowni wodnej, w szczególności siłowni przepływowej przeznaczonej do instalacji w wąskich i płytkich korytach wodnych.The present invention relates to a floating water power plant, in particular a flow power plant intended for installation in narrow and shallow water channels.

Siłownia wodna służy do przetwarzania energii kinetycznej płynącej wody w energię mechaniczną. Typowe siłownie wodne wykorzystują energię potencjalną wody spiętrzonej powyżej siłowni, wymagają więc instalacji w specyficznych warunkach naturalnych lub stosowania sztucznych spiętrzeń wody. Siłownie przepływowe wykorzystują energię kinetyczną wody przepływającej, mogą więc być instalowane w biegach rzek lub prądów morskich bez konieczności ich sztucznego spiętrzania, a tym samym nie wymagają dużej ingerencji w przyrodę. Jednak znane konstrukcje siłowni przepływowych nadają się do instalacji głównie w dużych rzekach lub na morzu.A water power plant is used to convert the kinetic energy of flowing water into mechanical energy. Typical water power plants use the potential energy of the water damming up above the power plant, so they require installation in specific natural conditions or the use of artificial water dams. The flow-through power plants use the kinetic energy of flowing water, so they can be installed in rivers or sea currents without the need for artificial damming up, and thus do not require much interference with nature. However, the known designs of flow-through power plants are suitable for installation mainly in large rivers or at sea.

Przykładowo, patent amerykański US 825,841 przedstawia stacjonarną siłownię z kołem wodnym napędzanym przepływem wody. Siłownia zawiera dwa walce napędowe, pomiędzy którymi rozciąga się pas napędowy z łopatkami napędzanymi przepływem wody. Osie obydwu walców są zanurzone pod wodą. Łopatki na pasie napędowym są ruchome i mają jedną konfigurację w przebiegu roboczym, gdzie układają się prostopadle do nurtu, a inną w przebiegu powrotnym, gdzie układają się płasko, nie stawiając oporu.For example, US patent 825,841 shows a stationary power plant with a water wheel driven by the flow of water. The power plant includes two drive rollers between which a drive belt with water-driven blades extends. The axles of both rollers are submerged under water. The blades on the drive belt are movable and have one configuration in the work run, where they lie perpendicular to the current, and another in the return run, where they lie flat without creating resistance.

Patent amerykański US 855,164 przedstawia siłownię stacjonarną zawierającą walce napędowe, pomiędzy którymi rozpięty jest pas napędowy z łopatkami ustawionymi sztywno względem pasa. Osie walców znajdują się ponad lustrem wody, lecz ich dolne części są zanurzone, tak że część robocza pasa napędowego jest w całości zanurzona wraz z łopatkami. Część powrotna pasa napędowego, znajdująca się wysoko ponad lustrem wody, jest podtrzymywana statywem.US patent US 855,164 shows a stationary power plant containing drive rollers between which a drive belt is stretched with blades stiffly positioned in relation to the belt. The axes of the rollers are above the water surface, but their lower parts are submerged so that the working part of the drive belt is completely submerged with the blades. The return section of the drive belt, located high above the waterline, is supported by a tripod.

Z kolei amerykańskie zgłoszenie patentowe nr US 2006/0162330 przedstawia generator kotwiczony palami do dna, który zawiera dwa walce, pomiędzy którymi rozpięty jest pas napędowy z łopatkami, przy czym osie walców są umieszczone równo z lustrem wody. Pas jest napięty pomiędzy walcami napędowymi, tak że jego część powrotna, znajdująca się ponad lustrem wody, przebiega po linii stycznej do obydwu walców.In turn, US patent application No. US 2006/0162330 discloses a pile-anchored generator that includes two rollers between which a drive belt with blades is stretched, the axes of the rollers being flush with the water surface. The belt is taut between the drive rollers so that its return portion above the waterline runs tangent to both rollers.

Rozwiązania stacjonarne mają tę wadę, że wymagają wysokich nakładów inwestycyjnych i są przystosowane do instalacji na morzu lub na dużych rzekach. Opracowano również konstrukcje pływających siłowni wodnych o rozmiarach mniejszych od siłowni stacjonarnych. Siłownie pływające są przenośne i nie wymagają istotnych ingerencji w przyrodę.Stationary solutions have the disadvantage that they require high capital expenditure and are suitable for offshore or large river installations. There were also developed structures of floating water power plants smaller in size than stationary ones. Floating gyms are portable and do not require any significant interference with nature.

Przykładowo, patent amerykański US 787,562 przedstawia pływający silnik wodny, który ma pływający kadłub, na którym zamontowane są walce napędzane łańcuchem napędowym z łopatkami. Kadłub utrzymuje walce w całości ponad wodą, natomiast zanurzona jest tylko część łańcucha wykonująca ruch roboczy. Część powrotna łańcucha przebiega ponad górną krawędzią walców. Kadłub, ab y zapewnić odpowiednią wyporność, zwiększa znacznie rozmiary roboczej części siłowni, a łańcuch w biegu powrotnym, będąc rozpiętym nad powierzchnią wody, może ulegać odkształceniu (rozciągnięciu).For example, US Patent No. 787,562 shows a floating water engine that has a floating hull on which are mounted chain driven bladed rollers. The hull keeps the rollers completely above the water, while only the part of the chain carrying out the working movement is submerged. The return part of the chain extends over the top of the rollers. The hull, in order to ensure adequate displacement, significantly increases the size of the working part of the engine room, and the chain in the return run, being stretched over the water surface, may undergo deformation (stretching).

Patent amerykański US 3,887,817 przedstawia kolejną konstrukcję pływającej siłowni wodnej, zawierającej pojedynczy walec napędowy, którego oś jest ustawiona pionowo. Na walec napędowy założona jest linka napędowa z elementami, które odkształcają się pod wpływem prądu wody, tak że w kierunku z prądem stawiają opór, a w kierunku pod prąd składają się i minimalizują opór. Część powrotna i część robocza linki napędowej znajdują się w jednej płaszczyźnie poziomej lub tylko nieznacznie odchylonej od poziomu, jeśli koniec linki unosi się ponad płaszczyznę obrotu walca. Rozwiązanie to wymaga kotwiczenia w dnie na sztywnym palu, aby zachować pionową oś walca napędowego, a swobodna linka z elementami odkształcającymi się jest wysoce podatna na uszkodzenia, przykładowo ze strony dużych ryb lub gałęzi pływających w rzece.U.S. Patent No. 3,887,817 shows another structure of a floating hydroelectric power plant, comprising a single drive roller whose axis is vertically oriented. A drive line is mounted on the drive roller with elements that deform under the influence of the water current, so that they resist in the downstream direction, and fold up against the current and minimize the resistance. The drive cable return and working area shall be on the same horizontal plane, or only slightly offset from horizontal if the cable end is above the roller rotation plane. This solution requires anchoring in the bottom on a rigid pile to maintain the vertical axis of the drive roller, and the free cable with deformation elements is highly susceptible to damage, for example from large fish or branches floating in the river.

Ponadto, amerykańskie zgłoszenie patentowe nr US 2008/0303284 przedstawia pływającą siłownię wodną, która ma pływający kadłub, na którym zamontowane są dwa niewielkie walce napędzane pasem napędowym z łopatkami, które pod wodą w biegu roboczym przyjmują położenie stawiające opór, a w biegu powrotnym przebiegają nad wodą i pochylają się, minimalizując opór. Osie walców napędowych są umieszczone równo z lustrem wody. Ze względu na niewielkie rozmiary walców napędowych, część powrotna pasa umieszczona nad wodą nie ulega dużym odkształceniom. Jednak kadłub zwiększa rozmiary siłowni ponad jej część roboczą.In addition, US patent application no. US 2008/0303284 shows a floating hydropower plant that has a floating hull on which are mounted two small pulleys driven by a drive belt with paddles that assume a resistance position when operating underwater and over the water in the return run. and lean in to minimize drag. The axles of the drive rolls are flush with the water surface. Due to the small size of the drive rolls, the return part of the belt above the water does not undergo great deformation. However, the hull increases the size of the gym beyond its working part.

Ponadto, amerykański opis patentowy US4138601 przedstawia pływającą siłownię wodną, w której element napędowy z kubkami jest rozpięty pomiędzy dwoma walcami, przy czym walce sąMoreover, the US patent specification US4138601 describes a floating water power plant in which a drive element with cups is spanned between two rollers, the rollers being

PL 233 812 B1 zamontowane na katamaranowych pływakach, które stanowią elementy wypornościowe siłowni wodnej. Siłownia jest suwliwie zamocowana na pionowych U-kształtnych profilach przytwierdzonych do dna rzeki, a jej odległość od dna rzeki zmienia się wraz ze zmianą poziomu wody.PL 233 812 B1 mounted on catamaran floats, which are the displacement elements of the water power plant. The power plant is slidably mounted on vertical U-shaped profiles attached to the bottom of the river, and its distance from the bottom of the river changes as the water level changes.

Celowym byłoby opracowanie pływającej siłowni wodnej o niewielkich rozmiarach i konstrukcji zapewniającej wysoką bezawaryjność pracy, która to siłownia mogłaby być w prosty sposób montowana i demontowana nawet w wąskich i płytkich korytach wodnych, nawet w strumieniach, przy minimalnym poziomie ingerencji w przyrodę i minimalnych zagrożeniach dla fauny wodnej.It would be advisable to develop a floating water power plant with a small size and a structure ensuring high failure-free operation, which could be easily assembled and disassembled even in narrow and shallow water channels, even in streams, with a minimum level of interference with nature and minimum threats to fauna. water.

Przedmiotem wynalazku jest pływająca siłownia wodna, zawierająca walce o poziomej osi obrotu, pomiędzy którymi rozpięty jest pas napędowy z łopatkami, co najmniej częściowo zanurzony w wodzie, tak że w biegu roboczym łopatki stawiają względem przepływu wody większy opór niż w biegu powrotnym, przy czym odległość pomiędzy walcami jest ograniczona do odległości, przy której długość biegu powrotnego pasa napędowego jest większa od długości jego biegu roboczego i w co najmniej połowie długości biegu powrotnego pas napędowy unosi się na wodzie, charakteryzująca się tym, że walce mają sumaryczną wyporność konstrukcyjną, dla zanurzenia siłowni mniejszego od długości promienia (R1, R2) każdego z walców, równą całkowitej masie siłowni.The subject of the invention is a floating water power plant comprising cylinders with a horizontal axis of rotation, between which a drive belt with blades is stretched, which is at least partially submerged in the water, so that in the working run the blades resist the water flow more than in the return run, the distance being between the rollers is limited to the distance at which the length of the return run of the drive belt is greater than the length of its working run and at least half of the length of the return run the drive belt floats in the water, characterized by the fact that the rollers have a total design displacement for the draft of a smaller engine on the radius length (R1, R2) of each cylinder, equal to the total mass of the engine.

Korzystnie, siłownia ma dwie pary współosiowych walców, a pomiędzy parami walców rozpięte są dwa pasy napędowe.Preferably, the plant has two pairs of coaxial rolls, and two drive belts are stretched between the pairs of rolls.

Korzystnie, pasy napędowe mają naprzemiennie umieszczone łopatki o kształtach wymuszających napływ wody w kierunku osi pasa na kolejną łopatkę.Preferably, the drive belts have alternately disposed blades of shapes that force the flow of water towards the belt axis on the next blade.

Korzystnie, łopatki zamontowane są na pasach za pomocą wsporników o przekroju stawiającym opór hydrodynamiczny mniejszy od oporu stawianego przez łopatkę.Preferably, the vanes are mounted on the belts by brackets with a cross-section that provides a hydrodynamic resistance less than that provided by the blade.

Korzystnie, walce mają jednakowe promienie (R1, R2).Preferably, the rolls have equal radii (R1, R2).

Korzystnie, walec roboczy przeznaczony do umieszczenia w górnym biegu nurtu wody ma promień (R1) mniejszy od promienia (R2) walca powrotnego.Preferably, the work roll to be placed upstream of the water has a radius (R1) smaller than the radius (R2) of the return roll.

Korzystnie, do walca roboczego przeznaczonego do umieszczenia w górnym biegu nurtu wody przyłączony jest generator prądowy do zamiany energii mechanicznej obracającego się walca roboczego na energię elektryczną.Preferably, a current generator is connected to the work roll intended to be placed upstream of the water stream to convert the mechanical energy of the rotating work roll into electrical energy.

Korzystnie, generator prądowy jest umieszczony poniżej osi walców roboczych i na niej zawieszony na dyszlu prostopadłym do osi.Preferably, the current generator is placed below the axis of the work rolls and suspended thereon by a drawbar perpendicular to the axis.

Korzystnie, koniec dyszla jest oddalony od osi o odległość większą niż długość promienia (R1) walców roboczych.Preferably, the end of the drawbar is spaced from the axis by a distance greater than the radius (R1) of the work rolls.

Korzystnie, siłownia jest zakotwiczona do dna lub brzegów kanału wodnego za pomocą lin lub łańcuchów.Preferably, the plant is anchored to the bottom or edges of the water channel by ropes or chains.

Korzystnie, pas napędowy ma dodatnią wyporność.Preferably, the drive belt has positive buoyancy.

Korzystnie, pas napędowy w biegu powrotnym unosi się bezpośrednio na wodzie.Preferably, the drive belt in the return run floats directly in the water.

Korzystnie, pas napędowy w biegu powrotnym unosi się na elemencie pływającym unoszącym się na wodzie.Preferably, the drive belt in reverse is floating on a floating element.

Korzystnie, walce robocze i walce powrotne mają poziome osie obrotu, które nie są wzajemnie nierównoległe, tak że bieg roboczy pasa jest odsunięty w płaszczyźnie poziomej względem biegu powrotnego pasa.Preferably, the work rollers and the return rollers have horizontal axes of rotation which are not mutually non-parallel, so that the work run of the belt is offset in a horizontal plane with respect to the return run of the belt.

Korzystnie, siłownia zawiera rolki dociążające, które dociążają bieg roboczy pasa tak, aby biegł w oddaleniu poniżej biegu powrotnego pasa.Preferably, the power plant includes ballast rollers which load the running run of the belt to run at a distance below the belt return run.

Przedmiot rozwiązania został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym:The subject of the solution is presented in the example in the drawing, where:

Fig. 1 przedstawia schematycznie rozwiązanie według wynalazku w widoku z góry,Fig. 1 shows schematically a solution according to the invention in a top view,

Fig. 2 przedstawia schematycznie rozwiązanie według wynalazku w widoku z boku,Fig. 2 shows a schematic side view of the solution according to the invention,

Fig. 3A-3C przedstawiają pierwszy przykład wykonania rozwiązania według wynalazku w widoku z boku, z góry i z ukosa,Figs. 3A-3C show a first embodiment of the solution according to the invention in side, top and oblique views.

Fig. 4 przedstawia przykład wykonania walca roboczego,Fig. 4 shows an embodiment of a work roller,

Fig. 5 przedstawia przykład wykonania dyszla kotwicznego,Fig. 5 shows an embodiment of an anchor drawbar,

Fig. 6A-6C przedstawiają pojedynczy segment gąsienicy z łopatką w widoku w przekroju z boku, w widoku z góry i w widoku z ukosa,Figs. 6A-6C show a single track segment with a paddle in a cross-sectional side view, in top view and in a skew view.

Fig. 7 przedstawia drugi przykład wykonania rozwiązania według wynalazku,Fig. 7 shows a second embodiment of the solution according to the invention,

Fig. 8 przedstawia trzeci przykład wykonania rozwiązania według wynalazku,Fig. 8 shows a third embodiment of the solution according to the invention,

Fig. 9 przedstawia czwarty przykład wykonania rozwiązania według wynalazku.Fig. 9 shows a fourth embodiment of the solution according to the invention.

Fig. 1 i 2 przedstawiają schematycznie rozwiązanie według wynalazku w widoku odpowiednio z góry i z boku. Pływająca siłownia wodna może być zainstalowana w biegu nawet niewielkich ciągówFigures 1 and 2 schematically show an embodiment of the invention in top and side view, respectively. The floating gym can be installed in the course of even small drafts

PL 233 812 B1 wodnych 100, takich jak wąskie rzeki lub strumienie, i kotwiczona do dna lub brzegu za pomocą lin 102. Siłownia zawiera dwa walce 110, 120 o poziomej osi obrotu, pomiędzy którymi rozpięty jest pas napędowy 130 z łopatkami 140 stawiającymi opór po zanurzeniu w wodzie, tj. poniżej powierzchni lustra wody 101. Walce napędowe 110, 120 mają sumaryczną wyporność konstrukcyjną, dla zanurzenia mniejszego od długości promienia R1, R2 każdego z walców, równą całkowitej masie siłowni. Wyporność konstrukcyjną rozumiemy jako masę własną walców oraz ich nośność odpowiadającą maksymalnemu dopuszczalnemu zanurzeniu siłowni. Dzięki temu, co najmniej połowa objętości obydwu walców napędowych 110, 120 utrzymywana jest powyżej lustra wody 101, a tym samym woda nie stanowi dużego oporu dla obracających się walców. Korzystnie, zanurzenie siłowni nie przekracza jednej czwartej promienia R1, R2 każdego z walców.Of water 100, such as narrow rivers or streams, and anchored to the bottom or shore by ropes 102. The power plant includes two rollers 110, 120 with a horizontal axis of rotation, between which a drive belt 130 is stretched with the blades 140 resisting the immersion in water, ie below the surface of the water 101. The drive rollers 110, 120 have a total design displacement, for a draft less than the radius length R1, R2 of each of the rollers, equal to the total mass of the engine. Design displacement is understood as the self-weight of the rollers and their load-bearing capacity corresponding to the maximum allowable draft of the engine room. As a result, at least half the volume of the two drive rolls 110, 120 is kept above the water level 101, and thus the water does not present much resistance to the rotating rolls. Preferably, the immersion of the power plant does not exceed a quarter of the radius R1, R2 of each of the rollers.

W korzystnym przykładzie wykonania, jak przedstawiono na Fig. 3 i 4, walce 110, 120 mają takie same wymiary. Jeśli walce 110, 120 mają różne wymiary, to korzystniej jest, aby walec roboczy 110, znajdujący się w górnym odcinku nurtu, miał mniejszą średnicę od walca powrotnego 120, znajdującego się w dolnym odcinku nurtu.In a preferred embodiment, as shown in Figs. 3 and 4, the rollers 110, 120 are of the same dimensions. If the rollers 110, 120 are of different dimensions, it is more preferred that the work roll 110 in the upstream section has a smaller diameter than the return roll 120 in the downstream section.

Do walca roboczego 110 przyłączony jest generator 150, który zamienia energię mechaniczną obracającego się walca 110 na energię elektryczną, która może być magazynowana w akumulatorze na siłowni lub przesyłana na brzeg, przykładowo za pomocą odrębnego kabla lub poprzez jedną z lin lub łańcuchów mocujących 102.Attached to the work roll 110 is a generator 150 that converts the mechanical energy of the rotating roll 110 into electrical energy that can be stored in an accumulator in the power plant or sent ashore, for example by a separate cable or through one of the fastening ropes or chains 102.

Pas napędowy 130 w biegu roboczym 138 znajduje się pod wodą, a jego łopatki 140 są tak ukształtowane, że stawiają opór wodzie i tym samym przepływ wody napędza pas napędowy. W biegu powrotnym 139 pas napędowy 130 wychodzi ponad powierzchnię wody na wysokość określoną średnicą walców 110, 120 i poziomem ich zanurzenia, przy czym w co najmniej połowie długości swego biegu powrotnego 139 pas napędowy 130 unosi się swobodnie na powierzchni wody 101. Uzyskuje się to poprzez ograniczenie odległości D pomiędzy walcami napędowymi 110, 120. Tak więc, długość biegu roboczego 138 jest mniejsza od długości biegu powrotnego 139 pasa napędowego 130. Ograniczenie odległości D można uzyskać poprzez zazębienie pasa 130 w odpowiednich miejscach na kołach napędowych 110, 120, poprzez łącznik pomiędzy osiami walców 110, 120, rolki dociążające lub w inny sposób. Dzięki temu, że co najmniej połowa długości pasa napędowego 130 w biegu powrotnym 139 unosi się na wodzie, redukuje się zużycie pasa, gdyż ulega on innym obciążeniom niż gdyby unosił się w całości biegu powrotnego w powietrzu. Prowadzenie pasa nad wodą musiałoby wiązać się z dodatkowymi oporami oraz kosztami elementów nośnych lub napinających. Aby pas swobodnie unosił się na powierzchni wody, powinien mieć dodatnią wyporność, tj. być wykonany z materiału lżejszego od wody lub zawierać komory powietrzne zwiększające wyporność pasa.The drive belt 130 is under the water in power run 138 and its blades 140 are shaped to resist the water and thus the flow of water drives the drive belt. On return 139, the drive belt 130 extends above the water surface to a height determined by the diameter of the rollers 110, 120 and their draft level, with the drive belt 130 floating freely on the water 101 for at least half the length of its return 139 run. restriction of the distance D between the drive rolls 110, 120. Thus, the length of the run 138 is less than the length of the return 139 of the drive belt 130. The restriction of the distance D can be achieved by meshing the belt 130 at appropriate locations on the drive wheels 110, 120 through a link between roll axes 110, 120, ballast rollers or other means. Due to the fact that at least half of the length of the drive belt 130 in the return run 139 floats in the water, belt wear is reduced as it is subjected to other loads than if it was floating entirely in the air. Running the belt over water would have to be associated with additional resistance and costs for the load-bearing or tensioning elements. In order for the belt to float freely on the water surface, it should have positive buoyancy, i.e. be made of a material lighter than water or contain air chambers to increase belt buoyancy.

Pas napędowy 130 ma postać gąsienicy i składa się z segmentów 133, wykonanych korzystnie z twardego polietylenu (częściowo spienionego lub pustego w środku) i połączonych między sobą sworzniami ze stali kwasoodpornej. Każdy segment 133 gąsienicy stanowi integralną część z łopatką roboczą 140 i jej wspornikami oraz ma dodatnią wyporność, dzięki czemu może utrzymywać się na powierzchni wody. Wyporność segmentu 133 gąsienicy jest tak dobrana, że w biegu powrotnym 139, gdzie łopatki 140 są skierowane ku górze i znajdują się ponad powierzchnią wody, większość objętości segmentu gąsienicy, korzystnie ponad 90%, znajduje się pod powierzchnią wody. Segment 133 gąsienicy po stronie przeciwnej do strony, na której zamontowana jest łopatka 140, jest płaska i ma zaokrąglone krawędzie, tak aby w czasie ruchu powrotnego po wodzie stwarzać jak najmniejszy opór. Łopatka wraz z elementami nośnymi powinna mieć ciężar właściwy zbliżony do ciężaru właściwego wody, korzystnie powyżej 0,9 kg/m³. Takie rozłożenie wyporności ułatwia redukcję oporów tarcia pomiędzy częścią roboczą i powrotną gąsienicy.The drive belt 130 is in the form of a crawler and consists of segments 133, preferably made of hard polyethylene (partially foamed or hollow) and connected to each other by bolts of stainless steel. Each track segment 133 is integral with the working paddle 140 and its supports, and has positive buoyancy so that it can stay afloat. The buoyancy of the track segment 133 is selected such that on the return flight 139 where the blades 140 point upwards and are above the waterline, most of the track segment volume, preferably more than 90%, is below the waterline. The track segment 133 on the side opposite to the side where the paddle 140 is mounted is flat and has rounded edges to provide as little drag as possible on the return movement through the water. Together with the blade support elements should have a specific gravity similar to the specific weight of water, preferably over 0.9 kg / m ^3. Such a displacement distribution helps to reduce the frictional resistance between the working and return track of the track.

Fig. 3A-3C przedstawiają pierwszy przykład wykonania siłowni według wynalazku, w widoku odpowiednio z boku, z góry i z ukosa. W przykładzie tym siłownia zawiera dwie pary 110, 120 współosiowych walców 111-112, 121-122 o poziomych osiach 113, 114 obrotu, pomiędzy którymi rozpięte są pasy napędowe 131, 132.Figures 3A-3C show a first embodiment of the plant according to the invention in a side, top and oblique view, respectively. In this example, the power plant includes two pairs 110, 120 of coaxial rollers 111-112, 121-122 with horizontal axes 113, 114 of rotation, between which the drive belts 131, 132 are stretched.

Pas roboczy 130 ma postać gąsienicy składającej się z segmentów 133. Walce robocze 111, 112 mają na swej zewnętrznej powierzchni zęby 118, wchodzące w odpowiednie otwory w segmentach gąsienicy, przenoszące moment poruszającej się z nurtem gąsienicy na ruch obrotowy osi roboczej 113, połączonej za pomocą przekładni multiplikującej do generatora 150. Ponadto, walce 111, 112, 121,122 mają prowadnice boczne 117, które utrzymują pasy napędowe 131, 132 i utrudniają ich wysunięcie się z walców, co widać szczegółowo na Fig. 4, przedstawiającej walec roboczy 111.The working belt 130 has the form of a caterpillar consisting of segments 133. The working rollers 111, 112 have teeth 118 on their outer surface, engaging in appropriate openings in the track segments, transmitting the moment of the track moving with the current to the rotation of the working axis 113 connected by means of multiplication gear to generator 150. Further, the rollers 111, 112, 121, 122 have side guides 117 that hold the drive belts 131, 132 and prevent them from slipping from the rollers, as can be seen in detail in Fig. 4, showing the work roller 111.

PL 233 812 B1PL 233 812 B1

Na wale 113 walców roboczych 111-112 zamontowana jest, za pomocą łożysk, obudowa 151 generatora 150 z przekładnią multiplikującą oraz mocowanie pierwszego dyszla kotwicznego 115, przedstawionego szczegółowo na Fig. 5. Ramię pierwszego dyszla kotwicznego 115 ma długość większą od promienia R1 walców roboczych 111, 112 i zakończone jest otworem 116 do mocowania liny lub łańcucha 102 kotwiczącego część roboczą siłowni w nurcie. Dzięki temu, że generator 150 z przekładnią multiplikującą jest umieszczony poniżej osi 113 i pod kątem prostym do dyszla kotwicznego 115, możliwe jest równoważenie momentu działającego przez przekładnię bez konieczności dodatkowych konstrukcji mocujących.Mounted on the shaft 113 of the work rolls 111-112, by means of bearings, is the housing 151 of the generator 150 with the multiplier gear and the mounting of the first anchor drawbar 115, shown in detail in Fig. 5. The arm of the first drawbar 115 has a length greater than the radius R1 of the work rolls 111 , 112 and terminates in a hole 116 for attaching a rope or chain 102 to anchor the power unit in the current. Due to the fact that the multiplier gear generator 150 is positioned below the axis 113 and at right angles to the anchor drawbar 115, it is possible to balance the torque acting through the gear without the need for additional fastening structures.

Zamocowanie generatora 150 wraz z przekładnią poniżej osi 113 i pod kątem prostym do ramienia kotwiczącego 115 powoduje, że jego ciężar pełni rolę ramienia reakcyjnego skutecznie kompensując siłę oporu wynikającą z przenoszenia momentu obrotowego osi 113 na generator 150 bez dodatkowych konstrukcji mocujących.Mounting the generator 150 with the gear below the axis 113 and at right angles to the anchor arm 115 causes its weight to act as a reaction arm effectively compensating for the drag force resulting from transmitting the torque of the axis 113 to the generator 150 without additional mounting structures.

Podobnie, na osi 123 walców powrotnych 121,122 zamontowany jest, za pomocą dwóch łożysk połączonych stalowym trójkątem, drugi dyszel kotwiczny 125, który umożliwia zakotwiczenie części powrotnej siłowni w nurcie. Ramię drugiego dyszla kotwicznego 125 ma długość większą od promienia R2 walców powrotnych 121, 122.Similarly, on the axis 123 of the return rollers 121,122, a second anchor drawbar 125 is mounted by means of two bearings connected by a steel triangle, which enables the anchoring of the return part of the engine in the current. The arm of the second anchor drawbar 125 has a length greater than the radius R2 of the return rollers 121, 122.

Wystające poza walce 110, 120 ramiona dyszlów 115, 125 umożliwiają mocowanie siłowni za pomocą lin kotwiczących dany dyszel 115, 125 do przeciwległych brzegów rzeki.The arms of the drawbars 115, 125 protruding beyond the rollers 110, 120 make it possible to fasten the power plant by means of the lines anchoring the respective drawbars 115, 125 to the opposite banks of the river.

Na pasach 131, 132 zamontowane są łopatki robocze 140 w dwóch odmianach 141, 142 stanowiących swoje lustrzane odbicie, naprzemiennie na kolejnych segmentach pasów. Ich kształt kieruje napierającą i opływającą wodę z każdej kolejnej łopatki ku osi pasa na następną łopatkę. Wraz z nieco rosnącym zanurzeniem każdej następnej łopatki, zapewnia to korzystną ekspozycję kolejnych łopatek na działanie nurtu wody. Przykład wykonania pojedynczego segmentu z łopatką prawostronną przedstawiono na Fig. 6A-6C w widoku w przekroju z boku, w widoku z góry i w widoku z ukosa. Łopatka 141 ma kształt asymetrycznej łukowatej płetwy, której wierzchołek jest odsunięty od osi symetrii pasa 131 w kierunku, który powoduje napływ wody do wewnątrz pasa. Kształt łopatki 141 jest tak dobrany, aby przepływająca woda wytwarzała maksymalną siłę działającą zgodnie z wektorem ruchu części roboczej gąsienicy przy minimalizacji spiętrzeń w nurcie rzeki.On the belts 131, 132 are mounted working blades 140 in two variations 141, 142 mirroring each other, alternately on successive belt segments. Their shape directs the pressing and flowing water from each successive shoulder blade towards the belt axis onto the next shoulder blade. Along with the slightly increasing immersion of each successive blade, it provides favorable exposure of the successive blades to the water current. An embodiment of a single right-hand vane segment is shown in Figs. 6A-6C in sectional side view, in top view and in oblique view. The blade 141 has the shape of an asymmetric arcuate fin, the tip of which is offset from the centerline of the strip 131 in the direction that causes the water to flow inward. The shape of the paddle 141 is selected so that the flowing water generates a maximum force acting in accordance with the vector of motion of the working part of the caterpillar while minimizing damming in the river current.

Łopatki 141, 142 zamontowane są na segmentach 133 za pomocą wsporników 135 o przekroju stawiającym opór hydrodynamiczny mniejszy od oporu stawianego przez łopatkę, tak aby zmniejszyć opór powodowany przez wodę przelewającą się nad pasem powrotnym gąsienicy, na przykład w wyniku zafalowania powierzchni wody. Całkowity korzystny moment turbiny generowany jest za pomocą różnicy oporu hydrodynamicznego części roboczej 138 i powrotnej 139 pasa, co umożliwia wykorzystanie części energii kinetycznej nurtu wody w celu wytworzenia momentu na wale 113 pozwalającym za pomocą przekładni multiplikującej napędzić generator 150.The vanes 141, 142 are mounted on the segments 133 by brackets 135 with a cross section that provides a hydrodynamic drag less than that of the paddle, so as to reduce drag caused by water overflowing over the track return belt, for example due to undulations in the water surface. The overall advantageous torque of the turbine is generated by the difference in the hydrodynamic resistance of the belt's working portion 138 and return 139, which makes it possible to use some of the kinetic energy of the water current to create a torque on the shaft 113 allowing the generator 150 to be driven by a multiplier gear.

Pomiędzy pasami zastosowano rolki dociążające 160, których zadaniem jest utrzymanie roboczej części gąsienicy w zanurzeniu pod lustrem wody 101. W przedstawionym przykładzie wykonania dolna krawędź walców roboczych 111, 112 o promieniu R1 znajduje się powyżej dolnej krawędzi walców powrotnych 121, 122 o promieniu R2 większym od promienia R1. W związku z tym, pasy napędowe 131, 132 w części roboczej 138 są odchylone od poziomu, co zwiększa skuteczność pracy ze względu na wystawienie łopatek 140 na większą ilość napierającej wody w porównaniu z rozwiązaniem, w którym część robocza 138 pasa przebiegałaby poziomo. Rolki dociążające 160 są więc rozmieszczone tak, że ułatwiają zwiększenie zanurzenia pasa w kierunku do walców powrotnych 121, 122. Korzystnie, rolki dociążające 160 są rozmieszczone na długości równej zasadniczo całej długości biegu roboczego pasa, lub nie mniejszej niż długość biegu powrotnego pasa unoszącego się na wodzie. Korzystnie, zanurzenie walców roboczych 111, 112 i powrotnych 121, 122 nie przekracza 40% i korzystnie wynosi około 25% dla walca roboczego i około 35% dla walca powrotnego, przy stosunku długości promieni walców R1 : R2 równym około 1 : 2. W tym celu wyporność walców roboczych 111, 112 musi odpowiednio skom pensować ciężar generatora 150 wraz z przekładnią multiplikującą oraz obudową.Between the belts, weighting rollers 160 are used to keep the working part of the track submerged under the waterline 101. In the illustrated embodiment, the lower edge of the working rolls 111, 112 with radius R1 is above the lower edge of return rolls 121, 122 with radius R2 greater than radius R1. Accordingly, the drive belts 131, 132 in the operating portion 138 are angled from the horizontal, which increases the operating efficiency due to the exposure of the blades 140 to a greater amount of pressing water compared to an arrangement where the running portion 138 of the belt would run horizontally. The back-up rollers 160 are thus arranged to facilitate increasing the draft of the belt towards the return rolls 121, 122. Preferably, the back-up rollers 160 are distributed over a length substantially equal to the entire length of the working belt run, or not less than the length of the return run of the belt floating on the belt. water. Preferably, the draft of the work rolls 111, 112 and the return rolls 121, 122 does not exceed 40%, and preferably is about 25% for the work roll and about 35% for the return roll, with a roll radius length R1: R2 ratio of about 1: 2. In order to obtain the displacement of the work rolls 111, 112, it must adequately compensate for the weight of the generator 150 together with the multiplying gear and housing.

Fig. 7 przedstawia drugi przykład wykonania rozwiązania według wynalazku, w którym walce robocze 210 i powrotne 220 mają poziome osie obrotu 213, 214, lecz osie te są nierównoległe. Dzięki temu bieg roboczy 238 pasa jest odsunięty w płaszczyźnie poziomej względem biegu powrotnego 239 i porusza się obok niego. Pozwala to zminimalizować zaburzenia nurtu pomiędzy biegami. Ponadto, umożliwia to poprowadzenie biegu roboczego pasa 238 tuż pod powierzchnią wody w sposób nie zaburzany przez bieg powrotny 239.Fig. 7 shows a second embodiment of the invention, in which the work rolls 210 and return rolls 220 have horizontal axes of rotation 213, 214, but the axes are non-parallel. Thereby the belt run 238 is horizontally offset from the return run 239 and moves past it. This allows you to minimize the disturbance of the current between runs. Moreover, this allows the running run of belt 238 to be routed just below the water surface in a manner not disturbed by the return run 239.

PL 233 812 B1PL 233 812 B1

Fig. 8 przedstawia trzeci przykład wykonania rozwiązania według wynalazku, w którym rolki dociążające 360 dociążają bieg roboczy 338 tak, aby biegł w oddaleniu poniżej biegu powrotnego 339 pasa. Rolki 360 są przyłączone do linek stalowych 361 łączących osie obrotu walca roboczego 310 i powrotnego 320 z obydwu stron pasa 330.Fig. 8 shows a third embodiment of the invention in which the load rollers 360 load the operating run 338 to be spaced apart from the belt return 339. The rollers 360 are attached to steel cables 361 connecting the axes of rotation of the work roll 310 and return roll 320 on both sides of the belt 330.

Fig. 9 przedstawia czwarty przykład wykonania rozwiązania według wynalazku, z powiększonym widokiem fragmentu A, w którym bieg roboczy 438 jest połączony z biegiem powrotnym 439 pasa za pomocą rolek 460, które są niewielkich rozmiarów i ich głównym celem nie jest dociążenie, lecz maksymalne przybliżenie biegów 438, 439 pasa do siebie, tak aby bieg powrotny „ślizgał” się po biegu roboczym. Rolki 460 są przyłączone do linek stalowych 461 łączących osie obrotu walca roboczego 410 i powrotnego 420 z obydwu stron pasa 430.Fig. 9 shows the fourth embodiment of the solution according to the invention, with an enlarged view of the fragment A, in which the working gear 438 is connected to the belt return 439 by means of rollers 460, which are small in size and their main purpose is not to add weight, but to bring the gears as close as possible. 438, 439 of the belt towards each other so that the return run "slides" along the work run. The rollers 460 are attached to steel cables 461 connecting the axes of rotation of the work roll 410 and return roll 420 on both sides of the belt 430.

Zastrzeżenia patentowePatent claims

Claims

1. A floating water gym, including:

- rollers with a horizontal axis of rotation,

- between which a drive belt with blades is stretched, at least partially submerged in the water, so that in the working run the blades create a greater resistance to the flow of water than in the return run,

- the distance between the rollers being limited to the distance at which the length of the return run of the drive belt is greater than the length of its working run, and the drive belt is floating in the water for at least half of the length of the return run, characterized in that

- the rollers (110, 120) have a total design displacement for the draft of the engine less than the radius length (R1, R2) of each of the cylinders (110, 120), equal to the total mass of the engine.

2. A floating water gym according to claim 1 A machine as claimed in claim 1, characterized in that it has two pairs (110, 120) of coaxial (113, 123) rolls (111-112; 121-122), and two drive belts (131, 132) are stretched between the pairs (110, 120) .

3. A floating gym according to claim 1 The belt of claim 2, characterized in that the drive belts (131, 132) have alternating blades (141, 142) shaped to force the flow of water towards the belt axis on the next blade (141, 142).

4. The floating water gym of claim 1 2. The blade of claim 2, characterized in that the blades (141, 142) are mounted on the belts (131, 132) by brackets (135) having a cross-section that provides a hydrodynamic resistance less than that of the blade (141, 142).

5. The floating hydroelectric facility according to claim 1, The method of claim 1, characterized in that the rollers (110, 120) have equal radii (R1, R2).

6. The floating water gym of claim 6 The process of claim 1, characterized in that the work roller (110) to be placed upstream has a radius (R1) smaller than the radius (R2) of the return roller (120).

7. The floating hydroelectric facility according to claim 7, A current generator (150) for converting the mechanical energy of the rotating work roll (110) into electrical energy is connected to the work roll (110) to be placed upstream of the water current.

8. The floating water gym of claim 8 A device as claimed in claim 7, characterized in that the current generator (150) is positioned below the axis (113) of the work rolls (111, 112) and suspended thereon by a drawbar (115) perpendicular to the axis (113).

9. The floating water gym of claim 9 The method of claim 8, characterized in that the end of the drawbar (116) is spaced from the axis (113) by a distance greater than the radius (R1) of the work rolls (111, 112).

10. The floating water gym of claim 10 The method of claim 1, wherein it is anchored to the bottom or edges of the water channel by ropes or chains (102).

11. The floating water gym of claim 11 The belt of claim 1, wherein the drive belt (130) has positive displacement.

12. The floating water gym of claim 12 The apparatus of claim 1, wherein the drive belt (130) floats directly in the water on the return run (139).

PL 233 812 Β1

13. The floating water gym of claim 13 The apparatus of claim 1, wherein the drive belt (130), while running back (139), floats on a floating body.

14. The floating water gym of claim 14 The belt of claim 1, characterized in that the work rolls (210) and the return rolls (220) have horizontal axes of rotation (213, 214) that are not mutually non-parallel, such that the working run (238) of the belt is offset in a horizontal plane with respect to the return run ( 239) of the belt.

15. The floating water gym of claim 15 The belt of claim 1, wherein the weighting rollers (360) load the belt run (338) to run at a distance below the belt return run (339).

Drawings