SK7671Y1 - Systém vyvažovania plávajúceho lopatkového kolesa a použitie tohto systému - Google Patents

Abstract

Systém má generátor (3) energie vnútri plávajúceho lopatkového kolesa (1) posuvne uložený proti vodorovnému hriadeľu (2). Vodorovný hriadeľ (2) zachytáva momentovú reakciu generátora (3) energie. Vnútri plávajúceho lopatkového kolesa (1) je mechanizmus (5) posunu generátora (3) energie, pričom prevodový mechanizmus (4), ktorý prenáša otáčanie kolesa na rotor generátora (3), je prispôsobený na posun generátora (3) energie v smere pozdĺž osi rotácie. Vo výhodnom usporiadaní je medzi vodorovným hriadeľom (2) a závesom generátora (3) energie viacpolohová uhlová aretácia, ktorou sa môže uvoľniť rotačná väzba medzi generátorom (3) energie a vodorovným hriadeľom (2), následkom čoho generátor (3) energie klesne do najnižšej polohy. Tento proces môže ešte uľahčovať spojka medzi pastorkom (7) a rotorom generátora (3) energie. Systém vyvažovania sa môže použiť na zmenu hydrodynamickej účinnosti plávajúceho lopatkového kolesa (1), na jeho zastavenie, na zmenu otáčok alebo na stabilizáciu pri pohybe následkom vonkajšieho budenia.

Description

Technické riešenie sa týka systému na vyvažovanie plávajúceho lopatkového kolesa, ktoré je využité na premenu energie tečúcej vody. Systém vyvažovania umožňuje meniť polohu ťažiska plávajúceho lopatkového kolesa, a to lineárne pozdĺž osi rotácie plávajúceho lopatkového kolesa a prípadne umožňuje meniť aj uhlovú polohu ťažiska. Technické riešenie tiež opisuje nové spôsoby využitia systému vyvažovania na riadenie činnosti energetického zariadenia s plávajúcim lopatkovým kolesom.

Doterajší stav techniky

S nárastom využívania obnoviteľných zdrojov energie rastie počet malých vodných elektrární, ktoré na premenu energie tečúcej vody používajú lopatkové koleso s vodorovnou osou otáčania. Takéto zariadenia nepotrebujú budovanie hrádzí, čo by predstavovalo neekologický zásah do krajinného subsystému. Bez hrádzí sa zaobídu aj stabilne umiestnené lopatkové kolesá s vodorovnou osou otáčania, ako napríklad podľa EP1811170A2, CZ19339 (Ul), avšak stabilné umiestnenie si vyžaduje úpravu toku a ďalšie stavebné zásahy do prírody. To riešia plávajúce lopatkové kolesá, ktoré môžu byť umiestnené v rôznej polohe v rámci šírky vodného toku a môžu v prípade potreby môžu byť ľahko premiestnené.

Plávajúce lopatkové kolesá môžu byť nesené na pontónoch, člnoch po stranách kolesa, ako je známe napríklad zo zverejnení DE4325122A1, DE202007013855U1, DE10253998, W02004109098. Nosné pontóny alebo člny znižujú energetickú účinnosť zariadení, zvyšujú štrkový záber vo vodnom toku, čo podstatným spôsobom vyriešilo usporiadanie podľa SK UV 5361, ktoré používa lopatkové koleso, ktoré samé je plávajúce a nemusí byť teda po bokoch nesené na plávajúcich telesách. Samoplávajúce lopatkové koleso je pripútané k brehu pomocou dvojice ramien, ktoré umožňujú plávanie a rotáciu plávajúceho kolesa pri rôznej výške hladiny vody. Takéto uloženie je však citlivé na polohu ťažiska plávajúceho kolesa, ktoré sa správa v podstate ako plavidlo s príslušným výtlakom. Je žiadané také technické riešenie, ktoré umožní jednoducho nastaviť vhodnú polohu ťažiska plávajúceho kolesa, a tým zjednodušiť jeho vedenie v toku vody. Takéto riešenie vyvažovania by pritom mohlo byť použiteľné aj pri plávajúcich kolesách, ktoré sú nesené na bočných plávajúcich telesách, ak majú strojovňu alebo aspoň jej časť umiestnenú vnútri plávajúceho kolesa podobne, ako je tomu pri samoplávajúcom kolese podľa SK UV 5361. Pri vyvažovaní plavidiel sa bežne používajú komory, ktoré sa riadene napĺňajú vodou. Takéto riešenie z oblasti plavidiel je využité aj pri plávajúcom lopatkovom kolese podľa DE202007013855U1, pri samoplávajúcom lopatkovom kolese je však plnenie vnútra kolesa vodou neprípustné, resp. komplikované, keďže strojovňa nemôže byť vystavená účinkom vody.

Podstata technického riešenia

Uvedené nedostatky v podstatnej miere odstraňuje systém vyvažovania plávajúceho lopatkového kolesa s osou otáčania okolo vodorovného hriadeľa, ktorý aspoň čiastočne prechádza vnútrom plávajúceho lopatkového kolesa, vnútri lopatkového plávajúceho kolesa je umiestnený generátor energie a prevodový mechanizmus na prenos otáčania kolesa do generátora energie, pričom vodorovný hriadeľ zachytáva momentovú reakciu skrine generátora energie podľa tohto technického riešenia, ktorého podstata spočíva v tom, že generátor energie je na hriadeli uložený posuvne v smere osi hriadeľa. Vnútro plávajúceho lopatkového telesa zahrňuje aj mechanizmus na posúvanie generátora energie. Pritom prevodový mechanizmus na prenos otáčania kolesa do generátora energie je prispôsobený na posun generátora vnútri plávajúceho lopatkového kolesa.

Vodorovný hriadeľ predstavuje vodiaci prvok, ktorý je letmo alebo na oboch stranách prichytený v ramene, resp. v ramenách. Ramená zachytávajú reakciu z odporu plávajúceho lopatkového telesa a zakotvujú určenú polohu vo vodnom toku. Označenie vodorovný v tomto spise vyjadruje prevládajúcu orientáciu osi otáčania plávajúceho lopatkového kolesa, pritom nemusí ísť vždy o presne vodorovnú polohu alebo, ako ozrejmíme neskôr, môže byť uhlová poloha osi otáčania zámerne vychýlená od vodorovnej polohy. Vodorovný hriadeľ teda označuje hriadeľ určujúci os otáčania plávajúceho lopatkového kolesa bez ohľadu na jeho presnú uhlovú polohu. Vodorovný hriadeľ bude zvyčajne, nie však nevyhnutne, vyhotovený ako dutý alebo aspoň čiastočne dutý, aby sa cez vnútro hriadeľa mohli viesť vedenia spájajúce strojovňu s vonkajšími zariadeniami.

Generátor energie bude predovšetkým, nie však výlučne generátor elektrickej energie, teda alternátor, dynamo alebo iný elektrodynamický stroj. Môže však tiež ísť o generátor hydraulického oleja, teda napríklad hydrostatické alebo hydrodynamické čerpadlo. Generátor energie v tomto spise označuje akýkoľvek aspoň čiastočne mechanický stroj, ktorý premieňa rotačnú mechanickú energiu na inú formu energie. Pojem generátor energie je teda použitý ako všeobecne známy pojem, aj keď ide o stroj, ktorý energiu netvorí, len mení jednu formu na inú.

SK 7671 Υ1

Generátor energie je svojou vonkajšou skriňou prepojený s vodorovným hriadeľom, ktorý zachytáva silový moment z vonkajšej skrine generátora energie. Bez zachytenia tejto reakcie by podľa režimu a hmotnosti generátora energie mohlo dôjsť k pretáčaniu celého vnútra plávajúceho lopatkového kolesa, čo je prirodzene nežiaduce. V riešení podľa tohto technického riešenia je však generátor energie pripojený k vodorovnému hriadeľu tak, že generátor energie sa nemôže vzhľadom na vodorovný hriadeľ ľubovoľne pretáčať, ale môže sa posúvať. Generátor energie predstavuje veľmi hmotnú, zvyčajne najťažšiu súčasť vnútra plávajúceho telesa. V tomto technickom riešení je preto práve on využitý na presúvanie ťažiska pozdĺž osi rotácie.

Technické riešenie je použiteľné pri všetkých plávajúcich lopatkových kolesách s generátorom energie vnútri, nielen teda pri samoplávajúcich lopatkových kolesách.

Posuv generátora energie pozdĺž osi rotácie môže byť nastaviteľný v rôznych rozsahoch. Bude výhodné, ak rozsah nastavenia bude zodpovedať aspoň desatine dĺžky plávajúceho lopatkového kolesa, výhodne aspoň pätine dĺžky plávajúceho lopatkového kolesa, obzvlášť výhodne polovici dĺžky plávajúceho lopatkového kolesa.

Prevodový mechanizmus na prenos otáčania kolesa do generátora energie môže byť prispôsobený na posun generátora rôznym konštrukčným usporiadaním podľa toho, aký konkrétny prevod sa využíva. Zvyčajne sa použije posun, ktorý je bezstupňový, plynulý a neprerušuje prenos krútiaceho momentu z plávajúceho lopatkového telesa do generátora energie.

Jeden typ prevodu môže pozostávať z venca s vnútorným ozubením a z pastorka. Veniec je súosovo pripevnený k telesu plávajúceho lopatkového kolesa a pastorok prenáša otáčanie do rotora generátora energie, a to priamo alebo cez prevodovku. V tomto prípade môže byť veniec pripevnený k telesu plávajúceho lopatkového kolesa posuvne akoby cez drážkovaný hriadeľ, kde drážkovanie je nahradené aspoň troma vodiacimi tyčami, výhodne aspoň šiestimi vodiacimi tyčami. Keďže je silový moment prenášaný na veľkom priemere, bude zaťaženie vodiacich tyčí malé. Aby nedochádzalo k priečeniu venca, môže mať veniec vodiace lišty alebo vodiace rúrky. Pri tomto usporiadaní bude mať pastorok bočné vodiace čelá s priemerom väčším, ako je vonkajší priemer ozubenia, a medzi týmito čelami bude vedený veniec. Posun generátora energie vyvoláva pohyb pastorka a ten bude posúvať aj veniec.

Na podobnom princípe, ale so zamenenou kinematickou dvojicou, môže byť použitý drážkovaný hriadeľ, ktorý teleskopický prepája stabilne umiestnený pastorok zapadajúci do venca s rotorom generátora energie. Teleskopický hriadeľ má vnútorný hriadeľ s vonkajším drážkovaním, ktoré zapadá do vnútorného ozubenia vonkajšieho dutého hriadeľa. Pri tejto konštrukcii bude veniec umiestnený mimo stredovej zóny vnútra plávajúceho lopatkového kolesa, zvyčajne pri jeho kraji, aby neprekážal posunu generátora. Drážkovaný hriadeľ môže mať konštrukciu podobnú, ako je známa z náhonu pevných náprav vozidiel. V prípade, že sa použije drážkovaný hriadeľ aj s kĺbmi, môže byť os generátora, resp. prevodovky mimo osi pastorka.

Na dosiahnutie rotačného spriahnutia plávajúceho lopatkového kolesa s generátorom pri jeho posune môže byť použité aj iné mechanické usporiadanie, konkrétny prevod môže odborník z oblasti prevodov navrhnúť bez vynaloženia vynálezcovskej námahy. Napríklad prevod môže pozostávať z pevného venca, ktorý má veľkú šírku ozubenia určujúcu rozsah možného posunu. Takýto veniec sa dá ekonomicky výhodne vyrobiť tvárením plechu najskôr do evolventných trapéz a následne skružením do venca, aby sa predišlo trieskovému obrábaniu na veľkej šírke. Potom sa ozubený veniec rozprestiera na ploche valcového vnútra a pastorok zapadá do ozubenia venca kdekoľvek v jeho šírke podľa nastavenej polohy generátora energie.

Prevodový mechanizmus v inom vyhotovení môže obsahovať planétový prevod, pri ktorom je unášač s planétovými kolesami prepojený s rotorom generátora energie. Generátor energie môže mať dutý hriadeľ rotora, v takom prípade môže byť celý generátor energie navlečený na vodorovnom hriadeli, po ktorom sa tiež dokáže posúvať.

Mechanizmus posunu generátora môže mať rôznu podobu, mechanizmus posunu môže byť mechanický, napríklad fungujúci pomocou závitovej tyče alebo pomocou lán, alebo pomocou ramien, alebo pomocou ozubeného hrebeňa a podobne. Mechanizmus môže byť aj elektrický, elektromechanický, hydraulický, elektrohydraulický alebo kombinovaný. Je výhodné, ak mechanizmus posunu je prispôsobený na diaľkové ovládanie a zahrňuje aj snímač pozdĺžnej polohy generátora energie. Udaj o pozdĺžnej polohe sa využije pri automatickom riadení vyvažovania alebo sa tiež môže prenášať do vzdialeného centra, ktoré monitoruje a riadi viacero zariadení s plávajúcim lopatkovým kolesom.

Súčasťou posuvného telesa vnútri plávajúceho lopatkového kolesa môže byť nielen generátor energie, ale aj ďalšie časti strojovne, napríklad prevodovka, elektrorozvodná skriňa a podobne. Tieto časti strojovne, resp. celá strojovňa s generátorom energie bude uložená na spoločnom závese, na spoločnom ráme, ktorý je uložený na vodorovnom hriadeli.

Plávajúce lopatkové koleso s vyvažovacím systémom podľa tohto technického riešenia môže meniť polohu svojho ťažiska pozdĺž osi rotácie. Tým dochádza k zmene sklonu plávajúceho lopatkového kolesa.

Systém vyvažovania je použiteľný už pri inštalácii, kedy sa jemným nastavením posuvnej polohy generátora energie dá nastaviť presná vodorovná poloha plávajúceho lopatkového kolesa. Sklon má dôležitý vplyv

SK 7671 Yl na hydrodynamickú účinnosť zariadenia. Meniaci sa sklon plávajúceho lopatkového kolesa dokáže kompenzovať následky bočnej vlny, napríklad bočnej vlny od motorového plavidla prechádzajúceho popri zariadení.

Najčastejšie bude plávajúce lopatkové koleso využité na výrobu elektrickej energie, generátor energie bude teda elektrický. To prináša relatívne ťažkú hmotu generátora, keďže náviny vinutí sú medené a meď má vysokú mernú hmotnosť. Vďaka tomu máme k dispozícii ťažké teleso s malými vonkajšími rozmermi, čo je výhodné pre vysokú mieru nastaviteľnosti polohy ťažiska.

Zmena ťažiska plávajúceho lopatkového kolesa je vhodná aj pri zmene prúdenia vodného toku v mieste ukotvenia zariadenia, napríklad pri povodni, dažďovom prívale a podobne.

Systém vyvažovania môže byť vo výhodnom usporiadaní doplnený o mechanickú brzdu, ktorá brzdí alebo až zastavuje otáčanie plávajúceho lopatkového kolesa. Je výhodné, ak sa použije kotúčová brzda, kde kotúč je pripevnený k bočnému čelu plávajúceho lopatkového kolesa a strmeň je pripevnený k vodorovnému hriadeľu.

Systém vyvažovania poskytuje aj ďalšie operačné výhody, umožňuje meniť hydrodynamickú účinnosť, a tým meniť otáčky plávajúceho lopatkového kolesa. Ak sa ťažisko presunie na okraj, plávajúce lopatkové koleso sa na zaťaženej strane natoľko ponorí do vody, že sa môže docieliť až jeho zastavenie. Medzi týmto momentom zastavenia a stavom s najvyššou hydrodynamickou účinnosťou sa môže docieliť požadovaný režim práce zariadenia. Novým je aj použitie vyvažovacieho systému na zmenu hydrodynamickej účinnosti plávajúceho lopatkového kolesa. Pre daný tvar lopatiek existuje najvhodnejšia hĺbka ponorenia plávajúceho lopatkového kolesa, ktorá by mala byť dosiahnutá pozdĺž celej šírky plávajúceho lopatkového kolesa.

Systém vyvažovania môže byť prispôsobený aj na zmenu výšky ťažiska. Plávajúce lopatkové koleso je ukotvené vo vodnom toku cez výkyvné rameno, resp. cez dve výkyvné ramená, ktoré sa pohybujú nahor alebo nadol podľa zmeny výšky vodnej hladiny. Pri zmene uhla ramena dochádza aj k uhlovému natočeniu polohy generátora energie. Podľa obrázka 5 sa generátor energie nachádza v najspodnejšej polohe v prípade najnižšej prevádzkovej hladiny vodného toku. Pri stúpaní hladiny sa mení uhol natočenia vodorovného hriadeľa, a tým sa mení rotačná poloha generátora energie, ktorý je zavesený na vodorovnom hriadeli. Obrázok 6 vyobrazuje polohu s vysokou hladinou vody, keď je generátor energie natočený tak, že je zdvihnutý do roviny osi rotácie. To významne ovplyvňuje stabilitu plávajúceho lopatkového kolesa. Práve pri vysokej hladine vody je veľmi pravdepodobné, že vo vodnom toku plávajú rôzne predmety, ako sú kmene stromov a podobne. V princípe je plávajúce lopatkové koleso veľmi odolné proti stretu s takýmito cudzími predmetmi, vysporiada sa s nimi tak, že sa nadvihne a koleso sa odvaľuje po cudzom predmete. Stret s cudzím telesom je veľmi náhodný, nedá sa vopred predpokladať veľkosť cudzieho predmetu ani miesto jeho nárazu na plávajúce lopatkové koleso. V každom prípade je dôležité, aby pri „prekračovaní“ cudzieho telesa nedošlo k prevráteniu plávajúceho lopatkového kolesa, čo hrozí najmä v prípade, že rozmerný cudzí predmet vchádza pod plávajúce lopatkové koleso pri jeho okraji. Napriek otáčaniu a ukotveniu cez vodorovný hriadeľ sa koleso správa ako plavidlo, a preto zmena metacentrickej výšky má nepriaznivý vplyv na jeho stabilitu.

Aby sa eliminoval nepriaznivý vplyv zmeny ťažiska oproti metacentru pri zmene uhla vodiaceho ramena, teda pri zmene výšky hladiny vodného toku, má systém vyvažovania plávajúceho lopatkového kolesa viacpolohovú uhlovú aretáciu uloženia generátora energie vzhľadom na vodorovný hriadeľ. Uhlová aretácia sa vhodne kombinuje s posuvným závesom generátora energie. Záves môže byť napríklad vybavený zubovou spojkou, ktorá je nasadená na vodorovný hriadeľ, rotačné prepája hriadeľ so závesom. Po uvoľnení záberu spojky (obrázok 8) sa môže generátor pootočiť okolo hriadeľa, ak dočasne prerušíme prevod medzi vencom a rotorom generátora energie, ten vlastnou hmotnosťou zostúpi do najnižšej polohy. V nej sa aktivuje zubová spojka na vodorovnom hriadeli a následne sa obnoví prepojenie venca s rotorom generátora energie. Pomocou dvoch jednoduchých zubových spojok a krátkodobého voľnobehu generátora energie sa v každej polohe sklonu ramena dá dosiahnuť najnižšia poloha generátora energie, resp. celej strojovne. V inom usporiadaní sa môže použiť zubová spojka na vodorovnom hriadeli a zdvíhacie zariadenie, ktoré nadvihne generátor energie s pastorkom od vnútorného ozubenia venca.

Je výhodné, ak uhlová aretácia má obmedzenie dosiahnuteľného uhla natočenia, ktoré zodpovedá maximálnemu výkyvu vodiacich ramien. Tie sa môžu vykyvovať podľa výšky hladiny najviac o 90 stupňov. Obmedzenie voľnosti uhlovej aretácie zabezpečuje, aby sa v žiadnom režime alebo pri poruche nemohol generátor energie pretáčať ľubovoľne dookola vodorovného hriadeľa, čo by viedlo k poškodeniu zariadenia.

Uhlová aretácia spolu s pozdĺžnym posunom poskytuje komplexnú možnosť vyvažovania plávajúceho lopatkového kolesa, pričom nie je potrebné k zariadeniu pridávať žiadne telesá, ktoré by zväčšovali vonkajšie rozmery a tvar zariadenia, k vyvažovaniu sa použijú len už existujúce vnútorné súčasti, ktoré sú nevyhnutné na premenu energie vodného toku.

Na zabezpečenie stálej uhlovej polohy strojovne sa môže použiť aj usporiadanie, pri ktorom je hriadeľ otočné uložený na ramenách a momentovú reakciu zachytáva ťahadlo rovnobežne vedené s ramenom. Takýmto paralelogramom pri zmene výšky hladiny vody natáča hriadeľ vnútri pracovného kolesa oproti polohe ramena, a tým sa dosiahne rovnaká pozícia strojovne vzhľadom na zvislú rovinu.

SK 7671 Yl

S odstraňovaním nedostatkov uvedených v stave techniky je spojené aj nové použitie vyvažovacieho systému plávajúceho lopatkového kolesa na zmenu sklonu jeho osi rotácie. Nové je aj použitie vyvažovacieho systému na reguláciu otáčok plávajúceho lopatkového kolesa.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Technické riešenie je bližšie vysvetlené pomocou obrázkov 1 až 9. Použitá mierka zobrazenia a pomer veľkostí jednotlivých prvkov a mechanizmov nemusí zodpovedať opisu v príkladoch a tieto mierky a pomery veľkostí nie je možné vysvetľovať ako zužujúce rozsah ochrany. Rovnako ilustratívny je konkrétny druh zobrazených prevodov, tvar lopatiek a ostatných prvkov.

Na obrázku 1 je pozdĺžny rez vnútrom plávajúceho lopatkového kolesa, pre prehľadnosť nie sú lopatky znázornené. Veniec je uložený posuvne.

Obrázok 2 vyobrazuje priečny rez vnútrom plávajúceho lopatkového kolesa zo strany uloženia generátora energie s prevodovkou.

Na obrázku 3 je vyobrazený veniec s vnútorným ozubením a s otvormi, pomocou ktorých je posuvne uložený proti valcovému telesu plávajúceho lopatkového kolesa.

Na obrázku 4 je pohľad na systém vyvažovania so stabilným vencom a s teleskopickým drážkovaným hriadeľom medzi pastorkom a generátorom energie.

Obrázky 5 a 6 zviditeľňujú výškovú polohu generátora energie pri nízkej a vysokej hladine vode.

Obrázok 7 vyobrazuje základný princíp uhlovej aretácie závesu generátora energie s prevodovkou. Následne obrázok 8 zachytáva úkon uvoľnenia závesu v hornej polohe, kedy uvoľnený generátor klesá do spodnej polohy.

Na obrázku 9 je znázornené usporiadanie s uhlovým polohovaním strojovne pomocou ťahadla, ktoré je rovnobežne vedené s ramenom.

Príklady uskutočnenia

Príklad 1

V tomto príklade podľa obrázkov 1 až 3 je plávajúce lopatkové koleso X použité na výrobu elektrickej energie na strednom vodnom toku. Má dutý vodorovný hriadeľ 2, ktorý prechádza cez celé vnútro plávajúceho lopatkového kolesa X. Vodorovný hriadeľ 2 je pripojený k dvom ramenám 10, ktoré sú výkyvné uložené a kotvia polohu zariadenia vzhľadom na breh vodného toku. Vnútri plávajúceho lopatkového kolesa X je umiestnený elektrický generátor 3 energie s prevodovým mechanizmom 4 v podobe prevodovky, ktorá je priskrutkovaná priamo na prírubu generátora 3. Generátor 3 energie s prevodovkou a so skriňou primárneho regulátora tvoria v tomto príklade jeden celok strojovne. Tento celok je posuvne zavesený na vodorovnom hriadeli 2, na ktorom je nasunutá a privarená rúra so štvorcovým prierezom. Tomuto tvaru zodpovedá prierez otvoru v závese strojovne. Záves je takto rotačné viazaný na vodorovný hriadeľ 2, ale môže sa po ňom posúvať. Tomu napomáhajú aj maznice, cez ktoré sa vytláča mazivo do styku závesu s povrchom rúry. Posuvná poloha závesu je určená mechanizmom 5 posunu, ktorý je v tomto príklade tvorený elektricky poháňanou závitovkovou prevodovkou s pohybovou skrutkou. Mechanizmus 5 posunu má elektrický snímač polohy závesu na vodorovnom hriadeli 2. Udaj o polohe je prenášaný do vzdialenej centrály, kam sa tiež prenáša údaj o uhlovej polohe plávajúceho lopatkového kolesa X.

Otáčaním pohybovej skrutky dosahujeme posun závesu generátora 3 s prevodovkou a pastorkom 7 pozdĺž osi rotácie. Pastorok 7 má kužeľovo sklonené bočné čelá, ktoré sa odvaľujú po bokoch venca 6, a tým ho vedú pri posune. Veniec 6 je uložený posuvne na ôsmich vodiacich tyčiach 8. Takto dochádza k prenosu krútiaceho momentu z plávajúceho lopatkového kolesa X na veniec 6, následne na pastorok 7, cez prevodovku až na rotor generátora 3 energie, pričom tento prenos momentu je zabezpečený aj počas zmeny posunu polohy generátora 3 energie.

Riadenie posunu prostredníctvom elektrického pohonu mechanizmu 5 posunu má dve zložky. Automatická zložka riadenia spočíva v tom, že pri náhlej zmene náklonu, ktorý je detekovaný samostatným polohovým snímačom uhla plávajúceho lopatkového kolesa X, sa automaticky spustí pohon mechanizmu 5 posunu a ťažisko sa mení v protifáze s vlnou, ktorá zmenu sklonu spôsobila. Druhá zložka riadenia má diaľkový charakter. Obsluha v centrále monitoruje viacero zariadení s plávajúcimi lopatkovými kolesami X. Podľa požadovaného režimu sa obsluha môže rozhodnúť zmenšiť otáčky plávajúceho lopatkového kolesa X a dosiahne to tým, že zmenou uhla náklonu zníži hydrodynamickú účinnosť. Nemusí pritom teda aktivovať mechanické brzdy, ktoré by sa po čase prehrievali a zbytočne opotrebovávali.

SK 7671 Υ1

Príklad 2

V tomto príklade podľa obrázku 4 je veniec 6 pevne umiestnený pri okraji plávajúceho lopatkového kolesa 1, je súčasťou zvarenca bočného čela. Pastorok 7 zapadá do vnútorného ozubenia venca 6 a je nesený drážkovaným teleskopickým hriadeľom 9. Pastorok 7 má na oboch čelách axiálne ložiská, jedno pri posune dolieha na bočné čelo, druhé dolieha na prírubu pri skrutkovanú k vencu 6. Generátor 3 energie s prevodovkou je posuvne uložený v závese na vodorovnom hriadeli 2. Pri posune sa pastorok 7 vymedzuje bočným dotykom a to vyvolá skrátenie alebo predĺženie drážkovaného teleskopického hriadeľa 9.

Príklad 3

Plávajúce lopatkové koleso 1 je v tomto príklade podľa obrázka 7 a 8 doplnené o uhlovú aretáciu 11 závesu generátora 3 energie.

Uhlová aretácia 11 má podobu zubovej spojky s obmedzeným uhlom natočenia v rozsahu 90 stupňov. Medzi rotorom generátora 3 energie a vencom 6 je zaradená magnetický ovládaná trecia spojka. Pri zmene polohy ramien 10 o viac ako 15 stupňov obsluha z centrály v čase mimo energetickej špičky odpojí náhon generátora 3 energie pomocou trecej spojky. Následne odpojí aj zubovú spojku, čím sa preruší rotačná väzba medzi vodorovným hriadeľom 2 a závesom strojovne s generátorom 3 energie. Strojovňa vlastnou hmotnosťou klesne do najspodnejšej polohy vnútri plávajúceho lopatkového kolesa L Tým sa dosiahne nízka poloha ťažiska a stabilnejšia metacentrická výška.

Príklad 4

Plávajúce lopatkové koleso 1 je v tomto príklade podľa obrázka 9 uložené na vodorovnom hriadeli 2, ktorý je otočné uložený na ramenách K). Vodorovný hriadeľ 2 má po bokoch ramien 10 pripevnené krátke kľuky s čapmi, do ktorých sú zapojené ťahadlá. Ťahadlá sú vedené rovnobežne s ramenami 10 a majú nastavovacie skrutky na presné nastavenie uhlovej polohy strojovne. Tiahla zachytávajú momentovú reakciu strojovne a pri zmenách výšky hladiny natáčajú vodorovný hriadeľ 2 tak, že strojovňa je stále vo zvislej polohe, s generátorom 3 pod vodorovným hriadeľom 2. Ťahadlá sú vedené a ukotvené ako kinematický paralelogram. Vodorovný hriadeľ 2 má dutý kruhový prierez a v časti, kde sa na ňom posúva strojovňa s generátorom 3 a s prevodovým mechanizmom 4, má navarenú rúru so štvorcovým prierezom, ktorý zabezpečuje rotačnú väzbu závesu strojovne s vodorovným hriadeľom 2.

Priemyselná využiteľnosť

Priemyselná využiteľnosť je zrejmá. Podľa tohto technického riešenia je možné priemyselne a opakovane vyrábať a používať systém vyvažovania plávajúceho lopatkového kolesa, najmä samoplávajúceho lopatkového kolesa.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (20)

1. Systém vyvažovania plávajúceho lopatkového kolesa s osou otáčania okolo vodorovného hriadeľa (2), ktorý aspoň čiastočne prechádza vnútrom plávajúceho lopatkového kolesa (1), kde vnútri lopatkového plávajúceho kolesa (1) je umiestnený generátor (3) energie a prevodový mechanizmus (4) na prenos otáčania plávajúceho lopatkového kolesa (1) do generátora (3) energie, pričom vodorovný hriadeľ (2) zachytáva momentovú reakciu generátora (3) energie, vyznačujúci sa tým, že generátor (3) energie je vzhľadom na vodorovný hriadeľ (2) uložený posuvne v smere osi rotácie, vnútri plávajúceho lopatkového kolesa (1) je mechanizmus (5) posunu generátora (3) energie, pričom prevodový mechanizmus (4) je prispôsobený na posun generátora (3) energie vnútri plávajúceho lopatkového kolesa (1).

2. Systém vyvažovania plávajúceho lopatkového kolesa podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že s posuvne uloženým generátorom (3) energie je spojená prevodovka.

3. Systém vyvažovania plávajúceho lopatkového kolesa podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že vodorovný hriadeľ (2) je aspoň čiastočne dutý a v dutine je vedenie spájajúce vnútro plávajúceho lopatkového kolesa (1) s vonkajším prostredím.

4. Systém vyvažovania plávajúceho lopatkového kolesa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 3, vyznačujúci sa tým, že prevodový mechanizmus (4) zahŕňa veniec (6) prepojený s telesom plávajúceho lopatkového kolesa (1), do vnútorného ozubenia venca (6) zapadá pastorok (7), ktorý je prepojený priamo alebo cez prevodovku s rotorom generátora (3) energie.

5. Systém vyvažovania plávajúceho lopatkového kolesa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 4, vyznačujúci sa tým, že veniec (6) je posuvne uložený proti telesu plávajúceho lopatkového kolesa (1) a pastorok (7) je nesený skriňou na strane generátora (3) energie a je axiálne previazaný s vencom (6).

SK 7671 Υ1

6. Systém vyvažovania plávajúceho lopatkového kolesa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 4, vyznačujúci sa tým, že veniec (6) je pevne spojený s telesom plávajúceho lopatkového kolesa (1) a pastorok (7) je axiálne previazaný s vencom (6), pričom pastorok (7) je spojený so stranou generátora (3) energie pomocou drážkovaného teleskopického hriadeľa (9).

7. Systém vyvažovania plávajúceho lopatkového kolesa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 6, vyznačujúci sa tým, že generátor (3) energie je elektrický.

8. Systém vyvažovania plávajúceho lopatkového kolesa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 6, vyznačujúci sa tým, že generátor (3) energie je hydraulický alebo pneumatický.

9. Systém vyvažovania plávajúceho lopatkového kolesa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 8, vyznačujúci sa tým, že rozsah nastavenia posunu generátora (3) energie zodpovedá aspoň desatine dĺžky plávajúceho lopatkového kolesa (1), výhodne aspoň pätine dĺžky plávajúceho lopatkového kolesa (1), obzvlášť výhodne polovici dĺžky plávajúceho lopatkového kolesa (1).

10. Systém vyvažovania plávajúceho lopatkového kolesa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 9, vyznačujúci sa tým, že mechanizmus (5) posunu má pohybovú skrutku poháňanú závitovkovou prevodovkou s elektrickým pohonom.

11. Systém vyvažovania plávajúceho lopatkového kolesa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 10, vyznačujúci sa tým, že zahrňuje snímač polohy generátora (3) energie.

12. Systém vyvažovania plávajúceho lopatkového kolesa podľa nároku 11, vyznačujúci sa tým, že mechanizmus (5) posunuje prepojený s riadiacou jednotkou na automatické posúvanie generátora (3) energie v protifáze s budiacou vlnou.

13. Systém vyvažovania plávajúceho lopatkového kolesa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 12, vyznačujúci sa tým, že má mechanickú brzdu, výhodne kotúčovú brzdu.

14. Systém vyvažovania plávajúceho lopatkového kolesa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 13, vyznačujúci sa tým, že medzi vodorovným hriadeľom (2) a závesom generátora (3) energie je viacpolohová uhlová aretácia (11) uloženia generátora (3) energie vzhľadom na vodorovný hriadeľ (2).

15. Systém vyvažovania plávajúceho lopatkového kolesa podľa nároku 14, vyznačujúci sa tým, že uhlová aretácia (11) má podobu zubovej spojky.

16. Systém vyvažovania plávajúceho lopatkového kolesa podľa nároku 14 alebo 15, vyznačujúci sa tým, že uhlová aretácia (11) má obmedzený uhol natočenia medzi krajnými polohami, výhodne najviac 90 stupňov.

17. Systém vyvažovania plávajúceho lopatkového kolesa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 14 až 16, vyznačujúci sa tým, že medzi rotorom generátora (3) energie a telesom plávajúceho lopatkového kolesa (1) je zaradený prvok na prerušenie prenosu krútiaceho momentu, výhodne v podobe spojky.

18. Systém vyvažovania plávajúceho lopatkového kolesa podľa nároku 17, vyznačujúci sa tým, že spojka je elektricky ovládaná.

19. Systém vyvažovania plávajúceho lopatkového kolesa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 13, vyznačujúci sa tým, že vodorovný hriadeľ (2) je v ramenách (10) uložený otočné, aspoňna jednej strane vodorovného hriadeľa (2) je pripevnená páka a popri ramene (10) je vedené ťahadlo pripojené na jednom konci k páke a na druhom konci k základu nesúcemu rameno (10), výhodne je ťahadlo vedené rovnobežne s ramenom (10).

20. Použitie systému vyvažovania plávajúceho lopatkového kolesa (1) podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 19 na zmenu sklonu osi rotácie plávajúceho lopatkového kolesa (1) oproti hladine vodného toku, čím sa regulujú otáčky plávajúceho lopatkového kolesa (1).

5 výkresov