PL233813B1

PL233813B1 - Floating water plant

Info

Publication number: PL233813B1
Application number: PL399910A
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: PL399910A1

Abstract

Pływająca siłownia wodna, zawiera 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. Siłownia ma dwie pary współosiowych walców, które mają sumaryczną wyporność konstrukcyjną, dla zanurzenia siłowni mniejszego od długości promienia każdego z walców, równą całkowitej masie siłowni, przy czym pomiędzy parami walców rozpięte są dwa pasy napędowe (131, 132), przy czym co najmniej jeden pas napędowy (131) ma łopatki w kształcie asymetrycznej łukowatej płetwy, przy czym po zainstalowaniu siłowni w nurcie wody: siła wywierana przez ten nurt na bieg roboczy pasa (131) jest większa przy ustawieniu osi pasa (131) pod kątem innym niż równoległy do kierunku nurtu.A floating water power plant contains rollers with a horizontal axis of rotation, between which a drive belt with blades is stretched, at least partially immersed in water, so that in the working run the blades pose greater resistance to the water flow than in the return run. The power plant has two pairs of coaxial cylinders, which have a total design displacement for the immersion of the power plant smaller than the radius of each of the rollers, equal to the total weight of the power plant, and two drive belts (131, 132) are stretched between the pairs of rollers, with at least one the drive belt (131) has blades in the shape of an asymmetrical arched fin, and after installing the power plant in a water current: the force exerted by this current on the working course of the belt (131) is greater when the belt axis (131) is set at an angle other than parallel to the direction current.

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, known designs of flow-through 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. Kadłub zwiększa jednak 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 engine room beyond its working part.

Wszystkie opisane powyżej siłownie są zainstalowane tak, że oś ich pasa roboczego jest równoległa do kierunku nurtu wody.All the power plants described above are installed so that the axis of their working belt is parallel to the direction of the water current.

PL 233 813 B1PL 233 813 B1

Celowym byłoby opracowanie pływającej siłowni wodnej o niewielkich rozmiarach i konstrukcji zapewniającej wysoką wydajność i bezawaryjność pracy, która to siłownia mogłaby być w prosty sposób montowana i demontowana nawet w wąskich i płytkich korytach wodnych, przykładowo 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 structure ensuring high efficiency and failure-free operation, which could be easily assembled and disassembled even in narrow and shallow water channels, for example in streams, with a minimum level of interference with nature and minimal threats for aquatic fauna.

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, charakteryzująca się tym, że ma dwie pary współosiowych walców, które mają sumaryczną wyporność konstrukcyjną, dla zanurzenia siłowni mniejszego od długości promienia (R1, R2) każdego z walców, równą całkowitej masie siłowni, przy czym pomiędzy parami walców rozpięte są dwa pasy napędowe, przy czym co najmniej jeden pas napędowy ma łopatki w kształcie asymetrycznej łukowatej płetwy.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 create a greater resistance to the flow of water than in the return run, characterized by this that it has two pairs of coaxial rollers, which have a total design displacement for the engine's draft less than the radius length (R1, R2) of each of the cylinders, equal to the total mass of the engine, with two drive belts stretched between the pairs of rollers, at least one drive belt has blades in the shape of an asymmetric arcuate fin.

Korzystnie, łopatki są zamontowane na pasie napędowym za pomocą wsporników o przekroju stawiającym opór hydrodynamiczny mniejszy od oporu stawianego przez łopatki.Preferably, the vanes are mounted on the drive belt by brackets having a cross section that provides a hydrodynamic drag less than that of the vanes.

Korzystnie, siłownia jest zakotwiczona do dna lub brzegów kanału wodnego za pomocą lin lub łańcuchów pod kątem od 10° do 45° względem kierunku nurtu wody.Preferably, the plant is anchored to the bottom or edges of the water channel by ropes or chains at an angle of 10 ° to 45 ° to the direction of the water current.

Korzystnie, łopatki przedniego pasa napędowego, eksponowanego na składową boczną siły nurtu jako pierwszego, stawiają opór hydrodynamiczny mniejszy od oporu stawianego przez łopatki tylnego pasa napędowego.Preferably, the blades of the front driving belt, exposed to the lateral component of the current force first, have a hydrodynamic resistance lower than that of the blades of the rear driving belt.

Korzystnie, do osi walców roboczych przeznaczonych do umieszczenia w górnym biegu nurtu wody przyłączony jest generator prądowy do zamiany energii mechanicznej obracających się walców roboczych na energię elektryczną.Preferably, a current generator is connected to the axis of the work rolls intended to be placed upstream of the water current to convert the mechanical energy of the rotating work rolls 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, pas napędowy ma dodatnią wyporność.Preferably, the drive belt has positive buoyancy.

Korzystnie, pas lub pasy napędowe są segmentowymi gąsienicami, których segmenty są wykonane z polietylenu.Preferably, the drive belt or belts are segmented tracks, the segments of which are made of polyethylene.

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

Fig. 3 przedstawia rozwiązanie według wynalazku w widoku z góry,Fig. 3 shows a solution according to the invention in a top view,

Fig. 4 przedstawia rozwiązanie według wynalazku w widoku z przodu,Fig. 4 shows a solution according to the invention in a front view,

Fig. 5 przedstawia rozwiązanie według wynalazku w widoku z ukosa,Fig. 5 shows the solution according to the invention in a side view,

Fig. 6 przedstawia walec roboczy,Fig. 6 shows the work roller,

Fig. 7 przedstawia dyszel kotwiczny,Fig. 7 shows the anchor drawbar,

Fig. 8A, 8B i 8C przedstawiają segment pasa z łopatką asymetryczną w widoku odpowiednio z ukosa i z góry oraz w widoku przekroju z boku,Figures 8A, 8B and 8C show a belt segment with an asymmetric blade in oblique and top view, respectively, and in sectional side view,

Fig. 9A, 9B i 9C przedstawiają segment pasa z łopatką symetryczną w widoku odpowiednio z ukosa i z góry oraz w widoku przekroju z boku.Figures 9A, 9B and 9C show a belt segment with a symmetrical vane in oblique and top view, respectively, and in sectional side view.

Rozwiązanie według wynalazku, przedstawione na Fig. 1-5, jest pływającą siłownią wodną, która może być zainstalowana w biegu nawet niewielkich ciągów wodnych 100, takich jak wąskie rzeki lub strumienie, i kotwiczona do dna lub brzegu za pomocą lin lub łańcuchów 102. 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 z łopatkami 140 stawiającymi opór po zanurzeniu w wodzie, tj. poniżej powierzchni lustra wody 101. Walce napędowe 111, 112, 121, 122 mają sumaryczną wyporność konstrukcyjną, dla zanurzenia mniejszego od długości promienia R1, R2 każdego z walców, równą całkowitej masie siłowni. Wyporność konstrukcyjna rozumiana jest jako masa własna walców oraz ich nośność odpowiadająca maksymalnemu dopuszczalnemu zanurzeniu siłowni. Dzięki temu, co najmniej połowa objętości obydwu walców napędowych 111, 112, 121, 122 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.The invention, illustrated in Figs. 1-5, is a floating water power plant that can be installed in the course of even small waterways 100, such as narrow rivers or streams, and anchored to the bottom or shore by ropes or chains 102. comprises two pairs 110, 120 of coaxial rollers 111-112, 121-122 with horizontal axes 113, 114 of rotation, between which drive belts 131, 132 are stretched with blades 140 resisting when submerged in water, i.e. below the water surface 101. The drive rollers 111, 112, 121, 122 have a total design displacement, for a draft less than the radius R1, R2 of each of the rollers, equal to the total mass of the engine. Structural displacement is understood as the weight of the rollers and their load capacity corresponding to the maximum allowable draft of the engine room. As a result, at least half the volume of both drive rolls 111, 112, 121, 122 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 przedstawionym przykładzie wykonania walce 111, 112, 121, 122 mają takie same wymiary. Jeśli walce 111, 112, 121, 122 mają różne wymiary, to korzystniej jest, aby walce w parze walców roboczych 111, 112, znajdującej się w górnym odcinku nurtu, miały mniejszą średnicę od walców w parze walców powrotnych 121, 122 znajdującej się w dolnym odcinku nurtu.In the illustrated embodiment, the rollers 111, 112, 121, 122 have the same dimensions. If the rollers 111, 112, 121, 122 have different dimensions, it is more preferred that the rollers of the work roller pair 111, 112 in the upstream section have a smaller diameter than the rollers in the return roller pair 121, 122 in the lower stream. section of the stream.

PL 233 813 B1PL 233 813 B1

Oś obrotu 113 walców roboczych 111, 112 połączona jest z generatorem 150, który zamienia energię mechaniczną obracających się walców 111, 112 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.The axis of rotation 113 of the work rolls 111, 112 is connected to a generator 150, which converts the mechanical energy of the rotating rolls 111, 112 into electrical energy, which can be stored in an accumulator in the power plant or sent to the shore, for example via a separate cable or via one of the lashing ropes or chains 102.

Pas napędowy 131, 132 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 111, 112, 121, 122 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 111, 112, 121,122. 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 111, 112, 121, 122, poprzez łącznik pomiędzy osiami 113, 123 walców, 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 131, 132 in the power run 138 is underwater 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 111, 112, 121, 122 and their draft level, with at least half of the length of its return 139 running belt 130 floating on the water surface 101. This is achieved by limiting the distance D between the drive rolls 111, 112, 121, 122. Thus, the length of the service run 138 is less than the length of the return run 139 of the drive belt 130. The limitation of the distance D can be obtained by engaging the belt 130 at appropriate locations on the drive wheels 111, 112, 121, 122, through a link between the axes 113, 123 of the rollers, load 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 subject to loads other than if it was floating entirely in the air for the return run. 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 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. 6, przedstawiającej walec roboczy 111.The drive belt 130 is in the form of a caterpillar consisting of segments 133. The work 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, 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. 6 showing the work roller 111.

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. 7. 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 112 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. 7. The arm of the first tow bar 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 112 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 pod kątem do osi nurtu rzeki, zależnie od przyjętego kształtu łopatek roboczych 140. Korzystnie, siłownia jest przystosowana do mocowania pod kątem od 10 do 45 stopni w stosunku do osi nurtu. Odchylenie biegu pasa napędowego od osi nurtu zwiększa ekspozycję każdej łopatki roboczej gąsie nicy na napór wody w porównaniu do siłowni mocowanej wzdłuż nurtu.The extending arms of the drawbars 115, 125 beyond the rollers 110, 120 enable the attachment of the power plant at an angle to the axis of the river current, depending on the shape of the working blades 140 adopted. Preferably, the power plant is adapted to be mounted at an angle of 10 to 45 degrees to the axis of the current. The deviation of the drive belt from the axis of the current increases the exposure of each working blade of the crawler to the water pressure compared to the power plant mounted along the current.

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. ŁopatkaThe 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 track segment 133 is selected such that on the return flight 139, where the blades 140 point upward 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. Blade

PL 233 813 B1 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.GB 233 813 B1 together with the 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.

Łopatki robocze 141 przedniego pasa 131, eksponowanego na składową boczną siły nurtu jako pierwszego składają się z segmentów z łopatkami o kształcie asymetrycznym, przedstawionym na Fig. 8A-8C. Łopatka asymetryczna 141 ma kształt asymetrycznej łukowatej płetwy, której wierzchołek jest odsunięty od osi symetrii pasa 131. Asymetryczny kształt łopatek 141 ułatwia ustawienie siłowni pod kątem do osi nurtu rzeki i minimalizuje siłę znoszącą siłownię w bok. Łopatki 142 tylnego pasa 132 mogą być również łopatkami asymetrycznymi lub mogą być łopatkami o kształcie symetrycznym, w kształcie symetrycznej łukowatej płetwy, której wierzchołek leży na osi symetrii pasa 132, przedstawionym na Fig. 9A-9C. Korzystnie, łopatki 141 przedniego pasa napędowego 131 stawiają opór hydrodynamiczny mniejszy od oporu stawianego przez łopatki 142 tylnego pasa napędowego 132, tak aby kierować przyspieszone strumienie wody na łopatki tylnego pasa. Kształt łopatek 141, 142 jest tak dobrany, aby przepływająca woda wytwarzała maksymalną siłę działającą zgodnie z wektorem ruchu części roboczej gąsienicy przy minimalizacji spiętrzeń w nurcie rzeki.The working blades 141 of the forward belt 131 exposed to the lateral component of the current first consist of segments with blades of an asymmetric shape, shown in Figs. 8A-8C. The asymmetric blade 141 has the shape of an asymmetric arcuate fin, the tip of which is offset from the symmetry axis of the belt 131. The asymmetric shape of the blades 141 makes it easier to position the power plant at an angle to the river current axis and minimize the force carrying the gym sideways. The vanes 142 of the rear belt 132 may also be asymmetric blades or may be symmetrical blades in the shape of a symmetrical arcuate fin with the apex on the belt symmetry axis 132 shown in Figs. 9A-9C. Preferably, the blades 141 of the front drive belt 131 provide a hydrodynamic resistance that is less than that of the blades 142 of the rear drive belt 132 so as to direct accelerated water jets onto the rear belt blades. The shape of the blades 141, 142 is selected such that the flowing water generates a maximum force acting in accordance with the vector of motion of the track working part while minimizing damming in the river current.

Możliwe są również inne kształty łopatek 141, o ile łopatki 141 są ukształtowane tak, że po zainstalowaniu siłowni w nurcie wody, siła wywierana przez ten nurt na bieg roboczy 138 pasa 130 jest większa przy ustawieniu osi pasa pod kątem innym niż równoległy do kierunku nurtu niż pod kątem równoległym do kierunku nurtu. Korzystnie, łopatki są dobrane tak, aby siłownia była przystosowana do pracy w najbardziej optymalnych warunkach przy jej ustawieniu pod kątem od 10 stopni do 45 stopni względem kierunku nurtu wody, jak przedstawiono na Fig. 1. Dzięki temu, każda kolejna łopatka jest jedynie częściowo przesłonięta przez poprzednią łopatkę i uzyskuje się znacznie efektywniejszą pracę biegu roboczego pasa w porównaniu do siłowni instalowanych równolegle do kierunku nurtu wody.Other shapes of the paddles 141 are also possible, as long as the paddles 141 are shaped such that, when the power plant is installed in the water current, the force exerted by the current on the run 138 of the belt 130 is greater at an angle other than parallel to the direction of the current. at an angle parallel to the flow direction. Preferably, the blades are selected so that the plant is adapted to operate under the most optimal conditions with its orientation at an angle of 10 degrees to 45 degrees with respect to the direction of the water current, as shown in Fig. 1. Thus, each successive blade is only partially obstructed. through the previous paddle and a much more effective operation of the belt run is achieved compared to power plants installed parallel to the direction of the water 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.

Ze względu na to, że pasy robocze 131,132 mają dodatnią wyporność, zastosowano rolki dociążające 160, których zadaniem jest utrzymanie roboczej części gąsienicy w zanurzeniu pod lustrem wody 101. Rolki dociążające 160 są zaczepione do dyszla 115 i połączone w szereg, korzystnie o długości równej zasadniczo długości całego biegu roboczego pasa, lub nie mniejszej niż długość biegu powrotnego pasa unoszącego się na wodzie. Rolki dociążające 160 mogą stykać się z częścią powrotną 139 pasa roboczego i utrzymywać ją na powierzchni wody. Alternatywnie, rolki dociążające 160 mogą znajdować się w oddaleniu poniżej części powrotnej 139. Dzięki temu łopatki pracują w efektywnym miejscu nurtu, a część robocza i powrotna są oddalone od siebie.Since the working belts 131,132 have positive buoyancy, weighting rollers 160 are used to keep the working part of the track submerged below the waterline 101. The weighting rollers 160 are attached to the drawbar 115 and connected in series, preferably with a length of substantially equal to substantially equal to the entire working belt length, or not less than the floating belt return length. Backload rollers 160 can contact the work belt return 139 and keep it afloat. Alternatively, the pinch rollers 160 may be spaced below the return portion 139. Thus, the paddles operate at the effective current location and the work and return portions are spaced apart.

Zastrzeżenia patentowePatent claims

Claims

1. A floating water gym, including:

- rollers (110, 120) with a horizontal axis of rotation,

- between which a drive belt (130) with blades (140) is stretched, which is at least partially submerged in the water, so that in the working run (138) the blades (140) have a greater resistance to the water flow than in the return run (139), characterized by in that

- has two pairs (110, 120) of coaxial (113, 123) cylinders (111-112; 121-122), which have a total design displacement for the draft of the engine smaller than the radius length (R1, R2) of each of the cylinders (111- 112, 121-122), equal to the total weight of the gym,

- wherein two drive belts (131, 132) are stretched between the pairs (110, 120) of rollers, at least one drive belt (131) having blades (141) in the shape of an asymmetric arcuate fin.

PL 233 813 B1

2. A floating water gym according to claim 1 6. A method as claimed in claim 1, characterized in that the blades (141) are mounted on the drive belt (130) by means of brackets having a cross-section that provides a hydrodynamic resistance less than that provided by the blades (141).

3. The floating water gym of claim 1 The method of claim 1, wherein it is anchored to the bottom or edges of the water channel by ropes or chains (102) at an angle of 10 ° to 45 ° to the direction of the water current.

4. The floating water gym of claim 1 The method of claim 3, characterized in that the blades (141) of the front driving belt (131), exposed to the lateral component of the current first, have a hydrodynamic resistance less than that of the blades (142) of the rear driving belt (132).

5. The floating hydroelectric facility according to claim 1, A current generator (150) for converting the mechanical energy of the rotating work rolls (110, 111, 112) into energy is connected to the axis (113) of the work rolls (111, 112) intended to be placed upstream of the water current. electric.

6. The floating water gym of claim 6 A device according to claim 5, 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).

7. The floating hydroelectric facility according to claim 7, The method of claim 6, 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).

8. The floating water gym of claim 8 The belt of claim 1, wherein the drive belt (130, 131, 132) has positive displacement.

9. The floating water gym of claim 9 3. The belt or belts of claim 1, wherein the drive belts (130, 131, 132) are segmented tracks whose segments (133) are made of polyethylene.