SK7674Y1

SK7674Y1 - Small hydroelectric power plant with horizontal axis of rotation of work wheel

Info

Publication number: SK7674Y1
Application number: SK50099-2015U
Authority: SK
Inventors: VLADIMĂŤR MĂśLLER
Original assignee: Muller Vladimir
Priority date: 2015-10-19
Filing date: 2015-10-19
Publication date: 2017-01-03
Also published as: SK500992015U1

Abstract

A work wheel (2) is mounted in a cage (1) having a self-supporting frame, the cage (1) has two side walls and a bottom frame structure intended to be laid on the bottom of the water course. The cage (1) has at least one attachment element (4) to anchor the cage (1) to the substrate by means of the earth screws (5). The cage (1) may have an outer shape and dimensions of a standard freight container, preferably in the dimensional line from 1DX to 1AAA. The work wheel (2) is floating; its weight is smaller than half of the discharge of its entire volume, which makes the working wheel (2) copies the current water level. The working wheel (2) is rotatable mounted on a shaft passing continuous through its inner where is suspended a generator of electricity. It is linked to the rotation of the wheel (2). The working wheel (2) is located on two pivot arms (3), the arms (3) are guided along the inside of the side walls of the cage (1) or the work wheel (2) is stably deposited and from above is directed to it the upper head trough.

Description

Technické riešenie sa týka vodnej elektrárne, ktorá sa môže rýchlo inštalovať do vodného toku bez potreby vytvárania hrádze. Pracovné koleso vodnej elektrárne má v podstate vodorovnú os otáčania a je uložené v konštrukcii, ktorá je ľahko prenosná. Malá vodná elektráreň je určená na flexibilné nasadenie v rôznych vodných tokoch, a to aj v prípade dočasného umiestnenia, pri humanitárnom nasadení a podobne.The technical solution relates to a hydroelectric power plant which can be quickly installed in a watercourse without the need for a dam. The hydropower work wheel has a substantially horizontal axis of rotation and is mounted in a structure that is easily portable. The small hydropower plant is designed for flexible deployment in various watercourses, even in the case of temporary deployment, humanitarian deployment and the like.

Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Na využitie energie väčších vodných tokov sa používa Francisova, Peltonova alebo Kaplanova turbína. Existujú tiež rôzne typy pracovných kolies, turbín malých vodných elektrárni, ktoré sú navrhnuté na malé alebo premenlivé prietoky s malým spádom. Často sa v prípade malých vodných elektrárni používa Bánkiho turbína, má jednoduchú konštrukciu, ktorá vyvažuje nižšiu účinnosť.Francis, Pelton or Kaplan turbines are used to utilize the energy of larger watercourses. There are also various types of work wheels, turbines of small hydro power plants, which are designed for small or variable flows with a small gradient. Often, in the case of small hydropower plants, a Banki turbine is used, having a simple design that balances the lower efficiency.

Väčšina vodných elektrární si vyžaduje úpravy vodného toku, vybudovanie hrádzí a rozsiahly krajinný zásah, čo je sprevádzané komplikovaným posudzovaním, schvaľovaním a vysokými investičnými nákladmi. Tento problém čiastočne rieši technické riešenie podľa zverejnenia SK UV 50026-2009, ktoré opisuje plávajúce pracovné koleso uložené na vodiacich ramenách. Takéto usporiadanie zjednodušuje inštaláciu do vodného toku, duté pracovné koleso sa plávaním prispôsobuje aktuálnej výške vodného toku.Most hydropower plants require watercourse modifications, dam construction and extensive landscaping, accompanied by complicated assessments, approvals and high investment costs. This problem is partially solved by the technical solution according to publication SK UV 50026-2009, which describes a floating working wheel mounted on guide arms. Such an arrangement simplifies the installation in the watercourse, the hollow working wheel adjusts to the current watercourse by swimming.

Sú tiež známe riešenia ako podľa DE202007013855U1, kde je pracovné koleso s vodorovnou osou otáčania uložené na dvoch plávajúcich pontónoch, čo si však vyžaduje dostatočne široký vodný tok so zaručenou minimálnou hladinou vody, aby pontóny nadnášali pracovné koleso bez rizika jeho poškodenia nárazom na dno. Ak je základ nesúci pracovné koleso plávajúci, vždy existuje riziko odplavenia celého zariadenia v prípade veľkej vody.There are also known solutions as in DE202007013855U1, where a work wheel with a horizontal axis of rotation is supported on two floating pontoons, but this requires a sufficiently wide water flow with a guaranteed minimum water level to allow the pontoons to float the work wheel without the risk of damaging it. If the foundation carrying the work wheel is floating, there is always a risk of flushing the entire device in case of large water.

Riešenie podľa DE4313509 si vyžaduje vytvorenie pevného stavebného základu, na ktorom je letmo uložené pracovné koleso s vodorovnou osou otáčania. Existuje tiež riešenie podľa US4104536A1 s pracovným kolesom, ktoré je pripútané lanami k brehu a má pevnú výšku osi nastavenú pomocou nôh. To by si však vyžadovalo neustále ručne meniť optimálnu výšku ponoru. Ak sú pracovné kolesá plávajúce, môžu byť umiestnené v toku vody pomocou lán ako v prípade zverejnení US4872805, FR2521223, to si však vyžaduje stabilne vysokú vodnú hladinu a dostatočne široký vodný tok, inak by došlo k poškodeniu pracovného kolesa.The solution according to DE4313509 requires the creation of a solid building foundation on which a work wheel with a horizontal axis of rotation is mounted overhung. There is also a solution according to US4104536A1 with a working wheel that is lashed to the shore by ropes and has a fixed axis height adjusted by the feet. However, this would necessitate constantly changing the optimal dive height manually. If the work wheels are floating, they can be placed in the water flow by means of ropes as in the case of US4872805, FR2521223, but this requires a stable high water level and a sufficiently wide water flow, otherwise the work wheel would be damaged.

Je žiadané a nie je známe také riešenie, ktoré umožní flexibilne využiť energiu vodného toku s premenlivým alebo vopred neznámym prietokom, v širokom výkonovom spektre, a to bez vytvárania hrádze. Riešenie má byť pritom ekologické, nemá ohrozovať alebo obmedzovať vodnú faunu.It is desirable and not known to provide a flexible use of water flow energy with variable or predetermined flow rates over a wide power spectrum, without damming. At the same time, the solution should be ecological, not endanger or reduce aquatic fauna.

Podstata technického riešeniaThe essence of the technical solution

Uvedené nedostatky v podstatnej miere odstraňuje malá vodná elektráreň s vodorovnou osou otáčania pracovného kolesa, ktoré je otočné uložené na hriadeli prechádzajúcom priebežne vnútrom pracovného kolesa, na hriadeli je vnútri pracovného kolesa zavesený generátor elektrickej energie, ktorý je prepojený s otáčaním pracovného kolesa podľa tohto technického riešenia, ktorého podstata spočíva v tom, že pracovné koleso je uložené v klietke so samonosným rámom, pričom klietka má dve bočné steny a spodnú rámovú konštrukciu určenú na položenie na dno vodného toku. Klietka má aspoň jeden pripevňovací prvok na zakotvenie klietky k podkladu.The above mentioned drawbacks are substantially eliminated by a small hydroelectric power plant with a horizontal axis of rotation of the working wheel, which is rotatably mounted on a shaft passing through the inside of the working wheel. characterized in that the work wheel is mounted in a cage with a self-supporting frame, the cage having two side walls and a bottom frame structure intended to be laid on the bottom of the watercourse. The cage has at least one fastener for anchoring the cage to the substrate.

Prídavné meno malá v slovnom spojení vodná elektráreň neobmedzuje riešenie na konkrétny energetický výkon. Toto prídavné meno je použité s ohľadom na ustálené slovné spojenie, ktoré je v tejto oblasti zaužívané.The adjective small in the word hydroelectric power station does not limit the solution to a specific power output. This adjective is used with regard to the established phrase used in this field.

Pojem pracovné koleso v tomto spise označuje rotujúci prvok, ktorý prenáša energiu vody na rotačný pohyb prenášaný do generátora elektrickej energie, môže sa tiež nazývať turbína, vodné koleso, vodný mlyn a podobne.The term work wheel in this specification refers to a rotating element that transmits the energy of water to the rotational movement transmitted to the power generator, also called a turbine, a water wheel, a water mill, and the like.

Skutočnosť, že os otáčania je v tomto spise označená ako vodorovná, znamená, že pracovné koleso má os aspoň približne vodorovnú, môže sa od ideálnej vodorovnej polohy líšiť podľa nepresnosti osadenia klietky na dne vodného toku.The fact that the axis of rotation in this document is indicated as horizontal means that the work wheel has an axis at least approximately horizontal may differ from the ideal horizontal position due to the inaccuracy of the cage fitting at the bottom of the watercourse.

Podstata predloženého technického riešenia spočíva najmä v použití klietky, vnútri ktorej je vedené pracovné koleso. Je výhodné, ak je klietka vytvorená priečkami umiestnenými v hranách kocky alebo kvádra. Tým sa docieli kompaktný vonkajší tvar zariadenia. Bočné steny a dno klietky môžu, ale nemusia mať celistvú výplň. Celá klietky budú zvyčajne bez výplne, budú ohraničené len priečkami na hranách čela, prípadne zavetrávacími ťahadlami. Cez čelá môže voda natekať alebo vytekať bez väčších obmedzení. Bočné steny s výplňou môžu byť využité na usmernenie toku vody cez klietku s pracovným kolesom. Ak sú bočné stenyThe essence of the present invention lies in particular in the use of a cage inside which a work wheel is guided. Preferably, the cage is formed by partitions located at the edges of the cube or cuboid. This results in a compact outer shape of the device. The side walls and bottom of the cage may or may not have a solid panel. Whole cages will usually be without filler, they will be bounded only by rungs on the edges of the forehead, eventually by winding rods. Through the forehead, water can flow or drain without major restrictions. The side walls with filler can be used to direct the flow of water through the work cage. If there are side walls

SK 7674 Υ1 bez výplne, budú mať zvyčajne uhlopriečkové výstuhy. Spodná rámová konštrukcia môže mať lyžiny, ktoré umožnia pri inštalácii a odinštalácii ťahať alebo tlačiť klietku do požadovanej polohy.SK 7674 Υ1 without filler, they will usually have diagonal braces. The subframe may have rails that allow the cage to be pulled or pushed to the desired position during installation and uninstallation.

S cieľom dosiahnuť vynikajúce transportné vlastnosti zariadenia bude mať klietka vo výhodnom usporiadaní vonkajšie rozmery a tvar zodpovedajúci prepravnému ISO nákladnému kontajneru v rozmerovom rade od 1DX až po 1AAA. V takom prípade má klietka aj pripojovacie prvky podľa príslušnej ISO normy, vďaka čomu sa môže celé zariadenie jednoducho prepravovať nosičmi kontajnerov po ceste, na železnici alebo aj lietadlom. Kontajnerový vonkajší tvar klietky umožní tiež jednoduché stohovanie, skladovanie malých vodných elektrární, napríklad v pohotovostnom sklade.In order to achieve excellent transport properties of the device, the cage will preferably have external dimensions and a shape corresponding to an ISO transport cargo container in a dimensional range from 1DX to 1AAA. In this case, the cage also has connecting elements according to the relevant ISO standard, so that the entire device can be easily transported by container carriers by road, rail or even by plane. The container outer shape of the cage also allows for easy stacking and storage of small hydro power plants, for example in a standby warehouse.

Normalizované pripojovacie prvky určené na spojenie s nosičom kontajnerov počas prepravy môžu byť využité aj ako pripevňovací prvok na zakotvenie klietky k podkladu vodného toku, bude však výhodnejšie, ak klietka má samostatné pripevňovacie prvky, ktoré sa dajú využiť z hornej strany klietky. Tieto pripevňovacie prvky môžu byť vytvorené zvislo vedenými rúrkami v rohoch klietky. Do týchto rúr sa zhora vložia zemné skrutky, ktoré sa zavŕtajú do podkladu. Rúrky pripevňovacích prvkov môžu nahor siahať až k hornej hrane klietky. Vďaka tomu sa budú môcť závrtné zemné skrutky s dostatočne dlhým driekom zavŕtať do podkladu zhora, zo suchého prostredia.Standardized fasteners intended to be coupled to the container carrier during transport may also be used as an anchoring element for anchoring the cage to the watercourse, but it will be preferable that the cage has separate fasteners that can be used from the top of the cage. These fastening elements may be formed by vertically guided tubes at the corners of the cage. Ground pipes are inserted from above into the pipes and drilled into the substrate. The fastener tubes may extend up to the upper edge of the cage. As a result, studs with a sufficiently long shaft can be drilled into the substrate from above, from a dry environment.

Klietka bude mať vo výhodnom usporiadaní šírku menšiu ako 3,0 m, obzvlášť výhodne menej ako 2,5 m, čo umožní jednoduchú cestnú prepravu. Z hľadiska zníženia výrobných nákladov je vhodné, ak je klietka tvorená zváranými nosníkmi nákladného kontajnera bez vložených výplni, teda bez dna, strechy, bez bočných stien a bez čiel. Podobne ako nákladný kontajner má oceľová konštrukcia klietky protikoróznu ochranu. Synergický efekt predloženého technického riešenia spočíva aj v tom, že veľkosériová výroba nákladných kontajnerov znížila ich výrobné náklady a zároveň (s ohľadom na predpokladanú prepravu na mori) majú nákladné kontajnery dobrú ochranu proti korózii, čo je potrebné aj pri uložení klietky do vodného toku. Je tiež možné na vytvorenie klietky použiť vyradený nákladný kontajner, ktorý po skončení platnosti certifikácie nie je použiteľný na prepravu tovarov, ale má naďalej dostatočné mechanické vlastnosti.The cage will preferably have a width of less than 3.0 m, particularly preferably less than 2.5 m, allowing easy road transport. In order to reduce production costs, it is advisable for the cage to be formed by welded beams of the cargo container without insertions, i.e. without a bottom, a roof, without side walls and without fronts. Like the cargo container, the steel cage construction has corrosion protection. The synergistic effect of the present invention lies in the fact that large-scale production of freight containers has reduced their production costs and at the same time (given the anticipated shipping at sea) freight containers have good corrosion protection, which is also necessary when placing the cage in the watercourse. It is also possible to use a discarded cargo container to create a cage which, after the expiry of the certification, is not usable for the carriage of goods but still has sufficient mechanical properties.

Výhodou predloženého technického riešenia je jednoduchá inštalácia a odinštalácia. Malá vodná elektráreň sa privezie ako kontajner k vodnému toku, kde sa z nosiča kontajnerov položí priamo na miesto alebo sa najskôr zloží na okraj vodného toku, odkiaľ sa žeriavom položí do vodného toku. Postačuje, aby vo vodnom toku bol krátky úsek s primerane rovným dnom, prípadne sa dno upraví strojom alebo ručne. Podľa veľkosti a požadovaného výkonu sa môže klietka zložiť mechanickou rukou priamo z nákladného vozidla. Po položení klietky na miesto sa cez pripevňovací prvok klietka pripevní k podkladu. Zemné skrutky môžu mať dlhý driek, čo umožní zavŕtať ich zhora, z úrovne hornej hrany klietky. Podľa rýchlosti toku sa môže klietka pripútať k brehu aj pomocou istiacich kotviacich lán. Bude výhodné, ak takéto kotviace laná prechádzajú cez horné rohy klietky. Zemné skrutky s vysokými driekmi môžu byť na hornom konci vybavené okami alebo otvormi, cez ktoré sa prestrčí kotviace lano alebo viaceré kotviace laná. Na brehu sa kotviace laná môžu pripevniť k zemným skrutkám alebo ku kmeňom stromu podľa miestnej situácie. Na prichytenie kotviaceho lana sa môžu použiť aj závažia alebo záťažové nádoby, ktoré sa na brehu naplnia vodou alebo pieskom. Pri bežných vodných stavoch je pozícia kovovej klietky stabilná aj bez ďalšieho istenia, istenie je potrebné najmä pre prípady náhlych povodní a podobne. V prípade predvídaného zvýšenia vodnej hladiny sa podľa pokynov vodohospodárskeho správcu môže malá vodná elektráreň podľa tohto technického riešenia včas odinštalovať, teda najmä posunúť na breh vodného toku.The advantage of the present invention is that it is easy to install and uninstall. The small hydroelectric power plant is brought as a container to the watercourse, where it is placed from the container carrier directly into place or first folded to the edge of the watercourse, from where it is laid by crane into the watercourse. It is sufficient that there is a short section with a reasonably flat bottom in the watercourse, or the bottom may be machine or hand-treated. Depending on the size and power required, the cage can be folded directly from the truck with a mechanical hand. After placing the cage in place, the cage is fastened to the substrate via the fastener. The ground screws may have a long shaft, allowing them to be drilled from above, from the level of the top edge of the cage. Depending on the flow rate, the cage may also be lashed to the shore by means of belay anchoring ropes. It will be advantageous if such anchoring ropes pass over the upper corners of the cage. Ground screws with high shafts may be provided at the upper end with eyelets or holes through which the anchoring rope or several anchoring ropes shall be inserted. On the shore, the mooring ropes can be attached to earth bolts or tree trunks depending on the local situation. Weights or ballast containers that are filled with water or sand on the shore may also be used to attach the mooring rope. In normal water conditions the position of the metal cage is stable even without further protection, the protection is necessary especially in case of sudden floods and the like. In the event of a foreseeable increase in water level, according to the instructions of the water manager, a small hydroelectric power plant according to this technical solution can be uninstalled in time, in particular shifted to the bank of the watercourse.

Do vodného toku sa podľa jeho veľkosti, šírky, výdatnosti a prevýšenia môže uložiť jedna malá vodná elektráreň alebo aj viaceré malé vodné elektrárne podľa tohto technického riešenia. Klietky môžu byť umiestnené vedľa seba naprieč vodným tokom alebo kaskádovito za sebou v smere vodného toku. V prípade potreby, napríklad v čase usporiadania vodáckej súťaže, sa malá vodná elektráreň môže odsunúť na breh. Práve takáto flexibilita zvyšuje využiteľnosť malých vodných zdrojov, keďže rôzne potenciálne konflikty pri využití vodného toku sa môžu riešiť krátkodobým odstránením klietky z profilu vodného toku. To zásadne znižuje obavy dotknutých osôb pri rozhodovaní o povolení činnosti malej vodnej elektrárne.Depending on its size, width, yield and cant, one small hydroelectric power plant or even several small hydroelectric power plants according to this invention can be stored in the watercourse. The cages may be placed side by side across the watercourse or cascaded one behind the other in the direction of the watercourse. If necessary, for example at the time of organizing a boating competition, a small hydroelectric power plant can be moved ashore. It is this flexibility that increases the usability of small water resources, as the various potential conflicts in the use of a watercourse can be solved by short-term removal of the cage from the watercourse profile. This substantially reduces the concerns of the persons concerned when deciding to authorize the operation of a small hydropower plant.

Ľahká manipulácia a inštalácia umožňuje vytvoriť dočasnú vodnú elektráreň bez zásahu do krajinného rázu. Neskôr sa vodná elektráreň dá jednoducho odstrániť z vodného toku a premiestniť inam alebo sa môže uskladniť, a to aj stohovaním na seba podobne ako nákladné kontajnery.Easy handling and installation makes it possible to create a temporary hydroelectric power plant without affecting the landscape. Later, the hydroelectric power plant can be easily removed from the watercourse and relocated elsewhere, or stored, even by stacking, similar to cargo containers.

Jedno základné vyhotovenie malej vodnej elektrárne sa vyznačuje tým, že pracovné koleso je umiestnené na dvoch výkyvných ramenách. Ramená sú vedené zvnútra popri bočných stenách klietky. Pracovné koleso je duté a zahrňuje vo svojom vnútri strojovňu. Pracovné koleso je plávajúce, to znamená, že jeho výtlačný objem a hmotnosť spolu so strojovňou a s hmotnosťou polovice ramien sú nastavené tak, aby voda nadnášala pracovné koleso. Pracovné koleso, vedené ramenami a nadnášané vodou, kopíruje aktuálnu výšku vodného stavu v danom mieste. Pritom je zanorené do vody v podstate vždy rovnako podľa pôvodného nastavenia výtlaku a celkovej hmotnosti. Toto riešenie je použiteľné najmä pri vodných tokoch s dostatočnou výškou v danom mieste profilu vodného toku, prevýšenie a spád pri tomto vyhotovení nie je dôležitý a môže byť aj veľmi malý.One basic design of a small hydropower plant is characterized in that the working wheel is located on two swinging arms. The arms are guided from the inside along the side walls of the cage. The working wheel is hollow and includes an engine room inside. The working wheel is floating, that is, its displacement volume and weight, together with the engine room and half-arm weight, are adjusted so that the water floats the working wheel. The working wheel, guided by the shoulders and carried by the water, follows the actual height of the water level at the given location. In this case, it is always immersed in the water essentially in the same way according to the initial displacement setting and the total weight. This solution is particularly useful for watercourses with sufficient height at a given location of the watercourse profile, the elevation and gradient in this embodiment is not important and can be very small.

SK 7674 YlSK 7674 Yl

Dĺžka ramien a ich možná uhlová výchylka definuje rozsah prijateľných výšok vodnej hladiny. Ramená môžu mať spodný doraz, ktorý zabráni, aby sa pri malej výške vodnej hladiny dostalo pracovné koleso do kontaktu s dnom vodného toku. Tento doraz slúži tiež pri preprave, keď je vhodné aretovať polohou pracovného kolesa.The length of the arms and their possible angular deflection define a range of acceptable water level heights. The booms may have a lower stop to prevent the working wheel from coming into contact with the bottom of the watercourse at a low water level. This stop also serves for transport when it is advisable to lock the position of the working wheel.

Výkon zariadenia sa môže zvýšiť, ak sa tok vody usmerní. Ako veľmi efektívne sa ukázalo riešenie, kedy sa pod pracovným kolesom umiestni spodný usmerňovač vody, ktorý ako náplavná plošina prechádza z prednej časti klietky k pracovnému kolesu, pričom spodný usmerňovač vody je v prednej časti klietky uložený výkyvné a pri pracovnom kolese je prepojený s ramenami, na ktorých je uložené pracovné koleso. Pri zmene výškovej polohy pracovného kolesa sa mení aj poloha spodného usmerňovača, medzi spodným usmerňovačom a spodnou časťou pracovného kolesa je rovnaká, stabilná medzera. Na spriahnutie medzi ramenami a náplavnou plošinou spodného usmerňovača sa môže použiť ťahadlo na každej strane klietky.The performance of the equipment can be increased if the water flow is controlled. It has proved to be very effective to place a lower water baffle under the work wheel, which as a platform passes from the front of the cage to the work wheel, the lower water baffle being pivoted in the front part of the cage and connected to the arms at the work wheel. on which the work wheel is mounted. When the working wheel height position is changed, the position of the lower baffle also changes; there is an equal, stable gap between the lower baffle and the lower part of the working wheel. A drawbar on either side of the cage may be used to couple between the shoulders and the lower baffle platform.

V druhom type vyhotovení môže byť pracovné koleso uložené tak, že jeho hriadeľ je prichytený pevne v bočných stenách klietky, poloha pracovného kolesa počas jeho otáčania je v takom prípade stabilná ku klietke a aj k okolitému prostrediu a voda k pracovnému kolesu bude privádzaná zhora. Pri tomto usporiadaní malá vodná elektráreň pracuje ako rovnotlaká turbína podobne ako Bánkiho turbína. Na rozdiel od Bánkiho turbíny je v predloženom technickom riešení v dutom vnútri pracovného kolesa umiestnená strojovňa, teda generátor elektrickej energie s prevodom podobne ako pri prvom type vyhotovenia. To vedie k priestorovo úspornej konštrukcii, ktorá si nevyžaduje suchú strojovňu v oddelenom priestore. Takéto strojovne v prípade klasických Bánkiho turbín majú zvyčajne podobu budovy, ktorá je bezpečne postavená nad hladinou vodného toku, čo je investične a časovo náročné riešenie.In the second embodiment, the work wheel may be mounted such that its shaft is fixed firmly in the side walls of the cage, the position of the work wheel during its rotation is stable to the cage and to the environment, and water to the work wheel will be supplied from above. In this arrangement, a small hydroelectric power plant operates as an equal pressure turbine similar to a Banki turbine. In contrast to the Banki turbine, in the present technical solution, a machine room, i.e. a power generator with a transmission similar to that of the first embodiment, is located in the hollow interior of the working wheel. This leads to a space-saving design that does not require a dry machine room in a separate space. In the case of conventional Bánki turbines, such machine rooms usually have the form of a building that is safely built above the watercourse, which is an investment and time consuming solution.

Lopatky pracovného kolesa zachytávajú natekajúcu vodu, voda klesá, otáča pracovné koleso a následne vyteká spodnou časťou klietky, najmä cez prázdne zadné čelo klietky. V klietke môžu byť umiestnené usmerňovače toku vody, najmä horné nátokové koryto a obvodový usmerňovač. Malá vodná elektráreň s horným nátokom je vhodná najmä pre malé vodné toky v horskom prostredí s dostatočným prevýšením na toku, kde postačuje zemným strojom odkopať podklad a tým vytvoriť schod, do ktorého sa vloží klietka. Do horného nátokového koryta sa usmerní tok vody a malá vodná elektráreň je schopná uvedenia do prevádzky. V prípade potreby sa na vedenie vody do horného nátokového koryta použije primerane dlhé vedenie alebo potrubie. Výška uloženia pracovného kolesa s lopatkami v rámci klietky môže byť prestaviteľná. Hriadeľ pracovného kolesa je vtedy posuvne uložený v zvislom vedení v bočných stenách klietky. Nastavením výšky sa zariadenie adaptuje na dané podmienky vodného toku, teda najmä na dosiahnuté prevýšenie nátoku.The blades of the working wheel catch the flowing water, the water drops, rotates the working wheel and then flows out through the bottom of the cage, especially through the empty rear face of the cage. Water flow baffles, in particular an upper inlet trough and a circumferential baffle, may be provided in the cage. The small hydroelectric power plant with an upper inlet is suitable especially for small watercourses in mountain environment with sufficient cant on the flow, where it is sufficient to excavate the ground with earthmoving machines and thus create a step into which the cage is inserted. Water flow is directed to the upper headwater bed and the small hydroelectric power plant is capable of commissioning. If necessary, an appropriately long conduit or pipeline shall be used to guide the water into the upper inlet trough. The height of the support wheel with blades within the cage may be adjustable. The working wheel shaft is then slidably mounted in a vertical guide in the side walls of the cage. By adjusting the height, the device adapts to the given water flow conditions, in particular to the achieved inlet elevation.

Pri druhom type vyhotovenia, kde je pracovné koleso v pevnej výške bez potreby kopírovania aktuálnej hladiny vodného toku, nemusí byť pracovné koleso konštruované ako plávajúce, aj keď z dôvodu unifikácie môže byť plávajúce rovnaké ako pri prvom type vyhotovenia. Aj pri pevnom osadení pracovného kolesa s horným nátokom vody je však vhodné, aby pracovné koleso bolo vyhotovené ako duté, uzavreté teleso, ktoré vo svojom vnútri vodotesné chráni generátor energie a všetky príslušné zariadenia.In the second embodiment, where the work wheel is at a fixed height without the need to copy the current watercourse level, the work wheel need not be constructed as floating, although, for reasons of unification, the working wheel may be the same as in the first type. However, even when the working wheel is fixedly fitted with the upper water inlet, it is advisable for the working wheel to be designed as a hollow, sealed body which protects the power generator and all the associated devices within it.

Technické riešenie môže mať usporiadanie kombinujúce znaky oboch predchádzajúcich vyhotovení. Pracovné koleso môže byť plávajúce, uložené na ramenách, ktorých poloha sa dá zablokovať do stabilnej výšky. Potom sa ku klietke pripojí horné nátokové koryto a elektráreň môže pracovať ako pri druhom type vyhotovenia s vodou natekajúcou zhora. Po uvoľnení ramien môže pracovné koleso pracovať ako plávajúce na hladine. To poskytuje jednej konštrukcii vysokú variabilitu nasadenia.The technical solution may have an arrangement combining the features of both previous embodiments. The working wheel can be floating, supported on the arms, whose position can be locked to a stable height. Then, the headbox is connected to the cage and the plant can operate as in the second type with water flowing from above. When the arms are released, the work wheel can operate as floating on the surface. This gives one design a high deployment variability.

Súčasťou malej vodnej elektrárne môže byť aj informačný modul, ku ktorému je pripojený aspoň jeden snímač, napríklad snímač výšky hladiny vody, alebo GPS snímač polohy. Získané údaje môže informačný systém zasielať v nastavenej konfigurácii do centrály. Môže tak upozorňovať, že rýchlo narastá výška hladiny vody alebo že sa klietka pohybuje, čo môže znamenať jej uvoľnenie alebo pokus o krádež.A small hydropower plant may also include an information module to which at least one sensor, such as a water level sensor, or a GPS position sensor, is connected. Obtained data can be sent by the Infotainment system to the central office in the configured configuration. This may indicate that the water level is rising rapidly or that the cage is moving, which may mean loosening or attempting to steal.

Malá vodná elektráreň môže mať farebné vyhotovenie, v ktorom prevládajú prírodné odtiene zelenej, hnedej farby, aby vo vodnom toku nepôsobila rušivo. Výnimkou by malo byť výrazné označenie predného čela klietky, aby sa vyhlo kolízii splavujúcich člnov s konštrukciou klietky.A small hydroelectric power plant may have a color design in which natural shades of green, brown color predominate, so as not to interfere with the watercourse. The exception should be to clearly mark the front face of the cage in order to avoid collision of navigable boats with the cage structure.

Technické riešenie prináša veľmi kompaktnú konštrukciu vodnej elektrárne, ktorá sa môže rýchlo nasadiť podobne ako motorový elektrogenerátor, postačuje prepraviť malú konštrukciu klietky s pracovným kolesom do blízkeho vodného toku. Rovnako rýchlo sa môže táto malá vodná elektráreň odinštalovať, nezostanú po nej žiadne betónové diela a terénne zmeny. Umiestnenie malej vodnej elektrárne si nevyžaduje vytváranie hrádze ani nemení krajinný ráz.The technical solution provides a very compact design of the hydroelectric power plant, which can be quickly deployed similarly to a motor electric generator, it is sufficient to transport the small construction of the work cage to a nearby watercourse. Just as quickly this small hydroelectric power plant can be uninstalled, leaving no concrete works and landscaping changes. The location of a small hydroelectric power station does not require the creation of a dam or changes the landscape character.

Malá vodná elektráreň sa môže využiť aj na dočasné zásobovanie elektrickej energie, napríklad pri vytvorení táboriska v blízkosti vodného toku, pri rôznych humanitárnych akciách, na vojenské účely a podobne. Malá vodná elektráreňje ekologickou alternatívou k elektrogenerátorom so spaľovacím motorom. Na rozdiel od slnečnej alebo veternej elektrárne, ktoré tiež môžu byť prenosné, prináša stabilnejší výkon bez výkyvov v dodávke elektrickej energie. Zároveň môže byť malá vodná elektráreň podľa tohto technického riešenia použitá aj na dlhodobú prevádzku, postupným osádzaním viacerých klietok vedľa seba alebo kaskádovo za sebou za môže zvyšovať dostupný elektrický výkon. Malá vodná elektráreňje ekologická aj z dôvodu, že nedochádza k prehradeniu vodného toku s nepriaznivým vplyvom na život rýb. Keďže na rozdiel od vysokový4A small hydroelectric power plant can also be used for the temporary supply of electricity, for example by setting up a camp near the watercourse, during various humanitarian actions, for military purposes and the like. A small hydroelectric power plant is an environmentally friendly alternative to internal combustion engine power generators. Unlike a solar or wind power plant, which can also be portable, it delivers more stable power without any fluctuations in the power supply. At the same time, a small hydroelectric power plant according to this invention can also be used for long-term operation, by gradually installing several cages side by side or cascading in succession, increasing the available electrical output. A small hydroelectric power plant is also ecological due to the fact that there is no damming of the watercourse with an adverse impact on fish life. Because unlike high4

SK 7674 Υ1 konných turbín so zvislou osou otáčania nedochádza k zvyšovaniu prietokovej rýchlosti vody, nevzniká pre migrujúce vodné živočíchy nebezpečenstvo. Obvodová rýchlosť odvaľovania pracovného kolesa nepresahuje rýchlosť pohybu vody v danom vodnom toku.SK 7674 Υ1 final turbines with vertical axis of rotation do not increase water flow rate, there is no danger to migrating aquatic animals. The peripheral rolling speed of the working wheel does not exceed the speed of movement of the water in a given watercourse.

Prehľad obrázkov na výkresochBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Technické riešenie je bližšie vysvetlené pomocou obrázkov 1 až 9. Použitá mierka zobrazenia a pomer veľkostí jednotlivých prvkov, pomer strán klietky, ako aj tvary jednotlivých prvkov sú len ilustratívne, prípadne boli pre prehľadnosť upravené a nie je ich možné vysvetľovať ako zužujúce rozsah ochrany. Elektrogenerátor, strojovňa, ako aj prípadné ostatné prvku vnútri pracovného kolesa nie sú pre prehľadnosť zobrazené, môžu byť umiestnené podobne, ako je známe zo stavu techniky.The technical solution is explained in more detail with the help of Figures 1 to 9. The scale of display and the size ratio of the individual elements, the aspect ratio of the cage as well as the shapes of the individual elements are only illustrative or modified for clarity and cannot be explained as restrictive scope. The power generator, the engine room, and any other elements inside the working wheel are not shown for clarity, they can be positioned similarly as known in the art.

Obrázok 1 znázorňuje bočný pohľad na malú vodnú elektráreň s čiastočne ponorenou klietkou pri nízkej hladine vody. Rovnaká konštrukcia je na obrázku 2 vyobrazená pri zvýšenej hladine vody.Figure 1 shows a side view of a small hydroelectric power plant with a partially submerged cage at low water level. The same construction is shown in Figure 2 at an elevated water level.

Na obrázku 3 je pohľad na zariadenie spredu, v smere toku vody.Figure 3 is a front view of the device in the direction of the water flow.

Obrázok 3 zachytáva horný pohľad na klietku s pracovným kolesom, kde klietka je prichytená štvoricou závrtných skrutiek a je tiež pripútaná istiacim lanom.Figure 3 shows a top view of a cage with a working wheel, where the cage is fastened by four studs and is also fastened by a belay rope.

Obrázok 5 je bočný pohľad na vyhotovenie malej vodnej elektrárne s navádzacím korytom, ktoré vytvára spodný usmerňovač vody. Na obrázku 6 je toto vyhotovenie pri pohľade v smere toku vody.Figure 5 is a side view of an embodiment of a small hydroelectric power plant with a trough forming a bottom water rectifier. Figure 6 shows this embodiment in the direction of the water flow.

Na obrázku 7 je bočný pohľad na malú vodnú elektráreň s horným nátokom vody.Figure 7 is a side view of a small hydroelectric power plant with an upper water inlet.

Obrázok 8 znázorňuje pohľad spredu a obrázok 9 pohľad zhora na malú vodnú elektráreň s horným nátokom vody.Figure 8 shows a front view and Figure 9 a top view of a small hydroelectric power plant with an upper water inlet.

Príklady uskutočneniaEXAMPLES

Príklad 1Example 1

V tomto príklade podľa obrázkov 1 až 4 je klietka 1 vytvorená zváraním oceľových profilov do tvaru kvádra so šírkou 8' 00 = 2438 mm a dĺžkou 6 m. Oceľové profily prechádzajú v hranách kvádra, v rohoch sú navarené pripojovacie kocky s otvormi podľa ISO normy pre nákladné kontajnery. Klietka X v tomto príklade vonkajším tvarom zodpovedá ISO kontajneru 1C. Celá klietka X je žiarovo pozinkovaná. Vnútri klietky X pri bočných stenách je dvojica ramien 3 so spoločnou osou otáčania. Na koncoch ramien 3 je priečne vedený dutý hriadeľ, na ktorom je otočné uložené pracovné koleso 2. Aby nedochádzalo ku kríženiu ramien 3, napríklad pri vplávaní naplaveného dreva pod pracovné koleso 2, sú ramená 3 vzájomne spriahnuté tým, že sú spojené spoločným hriadeľom v osi výkyvného uloženia.In this example of Figures 1 to 4, the cage 1 is formed by welding the steel profiles into a cuboid with a width of 8'00 = 2438 mm and a length of 6 m. Steel profiles pass in the edges of the cube, in corners are welded connecting cubes with holes according to ISO standard for cargo containers. The cage X in this example with the outer shape corresponds to the ISO container 1C. The entire X cage is hot-dip galvanized. Inside the cage X at the side walls is a pair of arms 3 with a common axis of rotation. A hollow shaft is guided transversely at the ends of the arms 3, on which the working wheel 2 is rotatably mounted. In order not to cross the arms 3, for example when the driftwood enters under the working wheel 2, the arms 3 are mutually coupled by being connected by a common shaft in axis pivot bearing.

Pracovné koleso 2 je duté, uzavreté dvoma kruhovými čelami. Výtlačný objem pracovného kolesa 2 je k jeho celkovej hmotnosti nastavený tak, aby sa pracovné koleso 2 ponáralo do vody v určenej miere. V pracovnom kolese 2 je strojovňa s elektrogenerátorom, ktorý je poháňaný cez prevodový mechanizmus z rotácie pracovného kolesa 2. Momentová a silová reakcia elektrogenerátora je zachytená jeho závesom na hriadeľ, ktorý priečne prechádza osou pracovného kolesa 2 a ktorý je prichytený k ramenám 3. Ramená 3 umožňujú meniť výšku pracovného kolesa 2. Ramená 3 majú doraz spodnej polohy, aby sa pri prevoze pracovné koleso 2 nepoškodilo dotykom s podlahou dopravného prostriedku a aby sa pri prevádzke nedotýkalo dna vodného toku, ak je hladina vody nízka.The working wheel 2 is hollow, closed by two circular faces. The dispensing volume of the working wheel 2 is adjusted to its total weight so that the working wheel 2 is immersed in the water to a specified extent. In the working wheel 2 there is a machine room with an electric generator, which is driven by a gear mechanism from the rotation of the working wheel 2. The torque and force response of the generator is captured by its suspension on the shaft. The arms 3 have a lower position stop so that during transport the working wheel 2 is not damaged by contact with the floor of the vehicle and during operation it does not touch the bottom of the watercourse when the water level is low.

Malá vodná elektráreň sa privezie k vodnému toku bežným nosičom kontajnerov. Na zvolené miesto v toku vody sa položí pomocou žeriavu, pričom je potrebné zachovať vyznačenú orientáciu klietky X, a to podľa šípky so smerom toku vody. Po položení klietky X sa do rúrok v jej rohoch zhora nasunú zemné skrutky 5 s vysokým driekom a zaskrutkujú sa do podložia na dne vodného toku. Rúry privarené v rohoch klietky X tvoria pripevňovacie prvky 4. Cez otvory v hornej časti drieku dvoch zemných skrutiek 5 sa prevlečie kotviace lano 6. Jeho konce sa pripevnia na brehu.A small hydroelectric power plant is brought to the watercourse by a conventional container carrier. It is placed at the selected point in the water flow by crane, while maintaining the marked orientation of the cage X, according to the arrow with the direction of water flow. After laying the cage X, the high shank ground screws 5 are inserted from above into the pipes at their corners and screwed into the ground at the bottom of the watercourse. The pipes welded in the corners of the cage X form the fastening elements 4. Anchoring rope 6 is threaded through the holes in the upper part of the shaft of the two ground screws 5. Its ends are fastened to the shore.

Následne sa malá vodná elektráreň prepojí s elektrickým vedením na brehu. Vedenie z elektrogenerátora prechádza do dutého hriadeľa, odtiaľ cez rameno 3 do vodotesnej inštalačnej skrine. Po uvoľnení ramien 3 a pracovného kolesa 2 malá vodná elektráreň vyrába elektrickú energiu a dodáva ju do pripojenej siete, resp. k zapojeným spotrebičom.Subsequently, the small hydroelectric power plant is connected to the shore power line. The conduit from the power generator passes to the hollow shaft, from there via arm 3 to the waterproof installation box. After the arms 3 and the working wheel 2 have been released, the small hydroelectric power plant generates electricity and supplies it to the connected grid, respectively. connected appliances.

Príklad 2Example 2

V tomto príklade je malá vodná elektráreň podľa predchádzajúceho príkladu doplnená o spodný usmerňovač 8 vody podľa obrázka 5 a 6. Ten má plochý tvar, vytvára náplavnú plošinu, ktorá je výkyvné uložená v prednej spodnej časti klietky X. Na opačnom konci je spodný usmerňovač 8 vody privedený pod pracovné koleso 2, pričom je po bokoch pomocou ťahadiel prepojený s ramenami 3. Spodný usmerňovač 8 vody kopíruje klesanie alebo stúpanie výšky pracovného kolesa 2 podľa aktuálnej výšky hladiny vody vo vodnom toku.In this example, a small hydroelectric power plant according to the preceding example is supplemented by a lower water rectifier 8 according to Figures 5 and 6. This has a flat shape, forming a float platform which is pivotably mounted in the front bottom of the cage X. The lower water baffle 8 follows the lowering or rising of the height of the working wheel 2 according to the current water level in the watercourse.

SK 7674 Υ1SK 7674 Υ1

V prípade najnižšej hladiny vody je platňa spodného usmerňovača 8 vody položená na dne, teda je v úrovni spodnej hrany klietky X a nezasahuje svojím priečnym profilom do prúdenia vody.In the case of the lowest water level, the plate of the lower water baffle 8 is laid at the bottom, that is to say at the level of the lower edge of the cage X and does not interfere with its water profile in the water flow.

Klietka X má po bokoch v spodnej časti lyžiny s nahor ohnutými koncami. Tieto lyžiny umožňujú ťahať klietku X navijakom do toku vody. Na umiestnenie klietky X tak postačuje dostupné vybavenie nákladného vozidla, ktoré klietku X priviezlo ako kontajner na miesto určenia.Cage X has sides at the bottom of the skid with upwardly bent ends. These skids allow the cage X to be pulled through the reel into the water flow. The location of the X cage is thus sufficient for the available equipment of the truck that has brought the X cage as a container to its destination.

Súčasťou zariadenia je snímač uhla sklonu ramena 3 a snímač GPS polohy klietky χ. V prípade zmeny uhla ramena 3 väčšej ako 10° a v prípade zmeny polohy celej klietky X je príslušná informácia zaslaná cez GSM komunikačný modul správcovi zariadenia. Ten podnikne príslušné kroky.The device includes a tilt angle sensor 3 and a GPS cage position sensor χ. In the case of a change in the angle of the arm 3 greater than 10 ° and in the case of a change in the position of the entire cage X, the relevant information is sent via the GSM communication module to the device manager. He shall take appropriate action.

Príklad 3Example 3

Podľa obrázkov 7 až 9 má malá vodná elektráreň klietku X so stabilne umiestnenou polohou pracovného kolesa 2. Hriadeľ pracovného kolesa 2 je na bokoch klietky X zakončený klznými hlavami, ktoré sú posuvne vedené vo zvislých tvarovaných lištách.According to Figures 7 to 9, the small hydroelectric power plant has a cage X with a fixed position of the working wheel 2. The shaft of the working wheel 2 is on the sides of the cage X terminated by sliding heads which are slidably guided in vertical molded strips.

Klietka X sa ako kontajner privezie napríklad do horskej oblasti, kde má byť malá vodná elektráreň inštalovaná. Na prednú stranu klietky X sa po bokoch namontujú dočasné kolesá. Traktorom sa zariadenie vytlačí do určenej pozície vodného toku, kde sa odmontujú dočasné kolesá a klietka X sa ukotví do zeme. V toku vody sa predtým odkopal schod, ktorým sa zväčšilo dostupné prevýšenie.The cage X is brought as a container to, for example, a mountain area where a small hydroelectric power plant is to be installed. Temporary wheels are mounted on the sides of the X cage. The tractor pushes the machine into the designated position of the watercourse where the temporary wheels are removed and the X cage is anchored to the ground. Previously, a step in the watercourse was dug to increase the available elevation.

V prednej hornej časti má klietka X pripevnené horné nátokové koryto 7, ktoré po rozložení do prevádzkovej polohy prečnieva z prednej hrany klietky χ. Rozložené nátokové koryto 7 sa zasunie dopredu do vodného toku. V prednej časti klietky X je okolo obvodu pracovného kolesa 2 umiestnený valcový usmerňovač, ktorý bráni zbytočnému vytekaniu vody z lopatiek v horných polohách.In the front upper part, the cage X has an upper inlet trough 7 which, when unfolded into the operating position, protrudes from the front edge of the cage χ. The unfolded inlet trough 7 is pushed forward into the watercourse. In the front part of the cage X there is a cylindrical rectifier around the circumference of the working wheel 2, which prevents unnecessary water leakage from the blades in the upper positions.

Po privedení vody do horného nátokového koryta 7 je malá vodná elektráreň pripravená vyrábať elektrickú energiu.Upon supplying water to the headbox 7, a small hydroelectric power plant is ready to generate electricity.

Priemyselná využiteľnosťIndustrial usability

Priemyselná využiteľnosť je zrejmá. Podľa tohto technického riešenia je možné priemyselne a opakovane vyrábať, inštalovať a používať malú vodnú elektráreň s priestorovou klietkou, ktorá tvorí základ pre vedenie pracovného kolesa. Malá vodná elektráreň sa môže použiť ako dočasný alebo ako trvalý zdroj elektrickej energie.Industrial applicability is obvious. According to this technical solution, it is possible to industrially and repeatedly produce, install and use a small hydroelectric power plant with a space cage, which forms the basis for guiding the work wheel. A small hydropower plant can be used as a temporary or permanent source of electricity.

NÁROKY NA OCHRANUPROTECTION REQUIREMENTS

Claims

1. A small hydroelectric power plant with a horizontal axis of rotation of a working wheel rotatably mounted on a shaft extending continuously inside the working wheel (2); ), characterized in that the work wheel (2) is mounted in a cage (1) with a self-supporting frame, the cage (1) having at least two side walls and a bottom frame structure to be laid on the bottom of the watercourse, the cage (1) has at least one fastening element (4) for anchoring the cage (1) to the substrate.

A small hydroelectric power plant with a horizontal axis of rotation of the working wheel according to claim 1, characterized in that the cage (1) has partitions located in the edges of the cube or cuboid.

A small hydroelectric power plant with a horizontal axis of rotation of a working wheel according to claim 1 or 2, characterized in that the cage (1) has walls without fillings coated with diagonally guided stiffeners.

A small hydroelectric power plant with a horizontal axis of rotation of the working wheel according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the side wall of the cage (1) and / or the bottom of the cage (1) has an integral filling.

A small hydroelectric power plant with a horizontal axis of rotation of the working wheel according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the lower frame structure of the cage (1) has sliding rails located at the edges, preferably the ski ends are bent up.

A small hydroelectric power plant with a horizontal axis of rotation of the working wheel according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the cage (1) has the outer shape and dimensions of a standardized cargo container, preferably in a dimensional range of 1DX to 1AAA.

A small hydroelectric power plant with a horizontal axis of rotation of a working wheel according to claim 6, characterized in that the cage (1) has connecting elements for connection with the carrier of the freight containers during its transport.

SK 7674 Υ1

A small hydroelectric power plant with a horizontal axis of rotation of a working wheel according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the fastening element (4) is formed by a vertical pipe at the corner of the cage (1), where the pipe is intended to receive a ground screw (5). ).

A small hydroelectric power plant with a horizontal axis of rotation of a working wheel according to any one of claims 1 to 8, characterized in that it has at least one anchoring rope (6) for securing the cage (1) against the shore, preferably the anchoring rope (6) in the upper corners of the cage (1) and / or through the holes in the shafts of the ground screws (5).

A small hydroelectric power plant with a horizontal axis of rotation of a working wheel according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the working wheel (2) is floating, its mass being less than half its displacement.

A small hydropower plant with a horizontal axis of rotation of a working wheel according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the working wheel (2) is arranged on two swinging arms (3), the arms (3) being guided from the inside along the side walls of the cage (1).

A small hydroelectric power plant with a horizontal axis of rotation of a working wheel according to any one of claims 1 to 11, characterized in that it has a lower water baffle (8) which as a platform passes from the front of the cage (1) to the working wheel (2) wherein the lower water baffle (8) is pivotably mounted in the front part of the cage (1) and communicates with the arms (3) on which the work wheel (2) is mounted.

A small hydroelectric power plant with a horizontal axis of rotation of a working wheel according to any one of claims 1 to 12, characterized in that it has an upper inlet trough (7) for supplying water falling from above onto the blades of the working wheel (2).

A small hydropower plant with a horizontal axis of rotation of the working wheel according to claim 13, characterized in that a cylindrical circumferential water rectifier is arranged around the periphery of the working wheel (2) in the front part of the cage (1).

A small hydropower plant with a horizontal axis of rotation of a working wheel according to any one of claims 1 to 14, characterized in that it has an information module which is connected to at least one sensor, preferably a water level sensor or a GPS cage position sensor (1). ).

9 drawings