KOCON Albert Genterovci, Slovenija

Vodno kolo

Izum se nanaša na vodno kolo, prednostno kolo kot podlivni gnani element sistema za namestitev neposredno v vodni tok reke v povezavi z elementi za tvorbo rake, z na težnosti temelječo spremenljivostjo geometrije lopatice med tisto na natočni in ono na odcedni strani kolesa, pri čemer kolo sestoji iz pesta in ploščatih lopatic, ki so si med seboj prednostno enake.

Vodno kolo uvodoma določene vrste je znano iz patenta SI-A 8812244 (Kokalj). Da se kar najbolj izkoristi energetski potencial tekoče vode na natočni strani in da je na odcedni strani kar najmanj izgub, je pri vodnem kolesu iz stanja tehnike poskrbljeno za vzpostavljanje zalivnih celic na natočni strani v povezavi z elementi za tvorbo rake in razdiranje zalivnih celic na odcedni. V ta namen je vodno kolo sestavljeno iz dvojice bočnih ploščatih kolutov, vmesnega bobna, ki je v danem primeru potopni element, in lopatic, ki so razporejene v z navedenimi sestavnimi deli in elementi za tvorbo rake zamejenem obročastem prostoru in tam prosto nihalno obešene na tečajih, nahajajočih se pri prostem obodnem robu kolutov, s prostostjo vihtenja med prvo skrajno lego, ko je lopatica postavljena v bistvu tetivno na prosti obodni rob kolutov, in drugo skrajno lego, ko je lopatica postavljena v bistvu radialno na vmesni boben. V potopljenem, torej delovnem stanju kolesa gre torej za stoječo (nasprotno: viseča) lopatico.

Znanega vodnega kolesa kot gnanega kolesa ni moč obravnavati kot splošno rešitev; v njej gre za niz splošnoprojektnih okoliščin.

Od tod cilj izuma: ustvariti gnano vodno kolo, katerega delovanje bo invariantno na vgraditvene in aplikacijske danosti.

Cilj je po izumu dosežen preprosto s tem, da so lopatice na pesto togo vezane, nadalje da je lopatica, ki ima z vidika kolesa radialno dolžino in aksialno širino, v zadevi radialne dolžine v osnovi dvodelna, tako da ima lopatica prvi, proksimalni del in drugi, distalni del, ki je na prvega vezan prek na natočni strani lopatice nahajajočega se zgiba, katerega os je vzporedna z osjo kolesa in ki je od prostega konca proksimalnega dela odmaknjen, pri čemer je prostost vihtenja distalnega dela lopatice omejena na eni strani z ravnino, ki jo določa radialni žarek lopatice, kiji zadevni del pripada, in na drugi s prostim koncem proksimalnega dela sosedne, tj. njej v vrtilnem smislu sledeče lopatice in so število lopatic, dolžina proksimalnega dela in lokacija zgiba na proksimalnem delu lopatice tako izbrani, da se pri zloženi lopatici med proksimalni m in distalnim delom na od pesta proč obrnjeni strani dobi kot 85 do 90° in da dolžina prekritja distalnega dela nad proksimalnim delom v delovni legi s potrebno varnostjo zdrži obremenitev.

Predmet izuma je tudi naprava za izkoriščanje energije tekoče vode, ki obsega vodno kolo in splav.

Pri napravi po izumu je izumsko vodno kolo vgrajeno na in med medsebojno povezana, sidrana kontejnerska splava, pri čemer je s stopnjo polnjenja splavov nastavljena optimalna globina potopitve lopatic vodnega kolesa.

Izum je v nadaljnjem pobliže predstavljen na osnovi prednostnega primera izvedbe vodnega kolesa oziroma plavajoče naprave z vgrajenim izumskim vodnim kolesom, pri čemer sledeči opis temelji na priloženi samcati skici, ki kaže vodno kolo K v narisni projekciji med obratovanjem kot podlivno kolo v sodelovanju s kontejnerskim splavom S, oboje močno poenostavljeno.

Vodno kolo po izumu sestoji iz pesta 1 in prednostno letvastih lopatic 2, ki so si med seboj prednostno enake. Lopatice 2 so na pesto 1 togo vezane.

Lopatica 2 ima z vidika kolesa radialno dolžino in aksialno širino. Kar zadeva radialno dolžino, je lopatica 2 v osnovi dvodelna: na prvi, proksimalni del 3 je prek na natočni strani lopatice nahajajočega se zgiba 4, katerega osje vzporedna z osjo kolesa in ki je od prostega konca dela 3 odmaknjen, prosto zasučno vezan drugi, distalni del

5. Prostost vihtenja dela 5 je omejena na eni strani z ravnino, ki jo določa radialni žarek lopatice, ki ji zadevni del pripada, in na drugi s prostim koncem dela 3 sosedne, tj. njej v vrtilnem smislu sledeče lopatice 2.

Število lopatic 2, dolžina proksimalnega dela 3 in lokacija zgiba 4 na delu 3 so prednostno tako izbrani, da se dobi kot a = 85 do 90° in da dolžina prekritja dela 5 nad delom 3 v delovni legi s potrebno varnostjo zdrži obremenitev.

Ko se del 3 lopatice 2 med vrtenjem kolesa bliža na natočni strani kolesa svoji vodoravni legi, se predtem nazaj zavihteni del 5 zaradi lastne teže in centrifugalnega delovanja sile mase zvrne v iztegnjeno lego. Pride do sunka in tudi težišče lopatice 2 se oddalji od osi kolesa, kar pomeni vnos določenega vrtilnega momenta v kolo že iz tega razloga. Z vstopom in potapljanjem dela 5 lopatice 2 v vodno telo reke vrtilni moment sile teže lopatice pojenjuje, zato pa raste vrtilni moment, ki ga na lopatico 2 izvaja vodni tok. Naj večji vrtilni moment se na lopatico izvaja v trenutku, ko vrtilnega momenta sile teže ni, tj. v njenem navpično visečem položaju.

Fazi največjega vrtilnega momenta sledi odcedna faza kolesa. Medtem ko se vrtilno gibanje proksimalnega dela 3 lopatice 2 normalno nadaljuje, njen distalni del 5 temu gibanju v bistvu čedalje bolj pasivno sledi in na zgibu 4 čedalje bolj prosto visi, dokler slednjič ne naleže na prosti konec proksimalnega dela 3 njej sledeče lopatice in se v tako zloženem stanju vrti naprej. Težišče lopatice 2 je tedaj premaknjeno proti osi kolesa.

Med vrtilnim momentom poravnane lopatice na natočni strani kolesa in vrtilnim momentom zložene lopatice na odcedni strani kolesa torej obstaja razlika, ki je z vidika kolesa dobrodošla.

Če vodno kolo K po izumu vgradimo na in med medsebojno povezana, sidrana kontejnerska splava S, dobimo napravo za izkoriščanje energije tekoče vode, ki jo je moč uporabiti kot plavajočo napravo. S stopnjo polnjenja splavov tedaj zlahka nastavimo optimalno globino potopitve lopatic 2. Ko je potopitev nastavljena, je naprava invariantna na nihanje vodostaja. Kot pozitivna spremljevalna značilnost se pri tem izkaže, da za vodno kolo pravzaprav ni nevarnosti, če se vodostaj reke toliko zniža, da lopatica, katere skrajni konec lahko sega tudi pod ravnino dna splava, zadene ob dno struge.

Razume se, daje vodno kolo po izumu kot tudi kombinacijo le-tega s splavom moč vzporedno vezati poljubno mnogokrat, kolikor to dopuščajo razmere na reki.