SK7674Y1 - Malá vodná elektráreň s vodorovnou osou otáčania pracovného kolesa - Google Patents

Abstract

Pracovné koleso (2) je uložené v klietke (1) so samonosným rámom, klietka (1) má dve bočné steny a spodnú rámovú konštrukciu určenú na položenie na dno vodného toku. Klietka (1) má aspoň jeden pripevňovací prvok (4) na zakotvenie klietky (1) k podkladu pomocou zemných skrutiek (5). Klietka (1) môže mať vonkajší tvar a rozmery normalizovaného nákladného kontajnera, výhodne v rozmerovom rade od 1DX až po 1AAA. Pracovné koleso (2) je plávajúce, jeho hmotnosť je menšia ako polovica výtlaku celého jeho objemu, vďaka čomu pracovné koleso (2) kopíruje aktuálny stav hladiny vody. Pracovné koleso (2) je otočne uložené na hriadeli prechádzajúcom priebežne jeho vnútrom, kde je zavesený generátor elektrickej energie. Ten je prepojený s otáčaním pracovného kolesa (2). Pracovné koleso (2) je umiestnené na dvoch výkyvných ramenách (3), ramená (3) sú zvnútra vedené popri bočných stenách klietky (1) alebo je pracovné koleso (2) uložené stabilne a zhora je k nemu nasmerované horné nátokové koryto.

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.

Doterajší stav techniky

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.

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.

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.

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.

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.

Podstata technického riešenia

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.

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.

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.

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.

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 steny

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

SK 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 vysokový4

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.

Prehľad obrázkov na výkresoch

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.

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.

Na obrázku 3 je pohľad na zariadenie spredu, v smere toku vody.

Obrázok 3 zachytáva horný pohľad na klietku s pracovným kolesom, kde klietka je prichytená štvoricou závrtných skrutiek a je tiež pripútaná istiacim lanom.

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.

Na obrázku 7 je bočný pohľad na malú vodnú elektráreň s horným nátokom vody.

Obrázok 8 znázorňuje pohľad spredu a obrázok 9 pohľad zhora na malú vodnú elektráreň s horným nátokom vody.

Príklady uskutočnenia

Príklad 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.

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.

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.

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.

Príklad 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.

SK 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.

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.

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.

Príklad 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.

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.

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.

Po privedení vody do horného nátokového koryta 7 je malá vodná elektráreň pripravená vyrábať elektrickú energiu.

Priemyselná využiteľnosť

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.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (15)

1. Malá vodná elektráreň s vodorovnou osou otáčania pracovného kolesa, ktoré je otočné uložené na hriadeli prechádzajúcom priebežne vnútrom pracovného kolesa (2), na hriadeli je vnútri pracovného kolesa (2) zavesený generátor elektrickej energie, ktorý je rotačné prepojený s pracovným kolesom (2), vyznačujúca sa tým, že pracovné koleso (2) je uložené v klietke (1) so samonosným rámom, pričom klietka (1) má aspoň dve bočné steny a spodnú rámovú konštrukciu určenú na položenie na dno vodného toku, pričom klietka (1) má aspoň jeden pripevňovací prvok (4) na zakotvenie klietky (1) k podkladu.

2. Malá vodná elektráreň s vodorovnou osou otáčania pracovného kolesa podľa nároku 1, vyznačujúca sa tým, že klietka (1) má priečky umiestnené v hranách kocky alebo kvádra.

3. Malá vodná elektráreň s vodorovnou osou otáčania pracovného kolesa podľa nároku 1 alebo 2, v y značujúca sa tým, že klietka (1) má steny bez výplne zavetrané uhlopriečkovo vedenými výstuhami.

4. Malá vodná elektráreň s vodorovnou osou otáčania pracovného kolesa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 3, vyznačujúca sa tým, že bočná stena klietky (1) a/alebo dno klietky (1) majú celistvú výplň.

5. Malá vodná elektráreň s vodorovnou osou otáčania pracovného kolesa podľa ktoréhokoľvek z nárokov laž4, vyznačujúca sa tým, že spodná rámová konštrukcia klietky (1) má po okrajoch umiestnené klzné lyžiny, výhodne sú konce lyžín zahnuté dohora.

6. Malá vodná elektráreň s vodorovnou osou otáčania pracovného kolesa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 5, vyznačujúca sa tým, že klietka (1) má vonkajší tvar a rozmery normalizovaného nákladného kontajnera, výhodne v rozmerovej rade od 1DX až po 1AAA.

7. Malá vodná elektráreň s vodorovnou osou otáčania pracovného kolesa podľa nároku 6, vyznačujúca sa tým, že klietka (1) má pripojovacie prvky na spojenie s nosičom nákladných kontajnerov pri jej preprave.

SK 7674 Υ1

8. Malá vodná elektráreň s vodorovnou osou otáčania pracovného kolesa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 7, vyznačujúca sa tým, že pripevňovací prvok (4) je tvorený zvislou rúrou v rohu klietky (1), kde rúra je určená na vloženie zemnej skrutky (5).

9. Malá vodná elektráreň s vodorovnou osou otáčania pracovného kolesa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 8, vyznačujúca sa tým, že má aspoňjedno kotviace lano (6) na zaistenie klietky (1) proti brehu, výhodne je kotviace lano (6) vedené cez otvory v horných rohoch klietky (1) a/alebo cez otvory v driekoch zemných skrutiek (5).

10. Malá vodná elektráreň s vodorovnou osou otáčania pracovného kolesa podľa ktoréhokoľvek z nárokov laž9, vyznačujúca sa tým, že pracovné koleso (2) je plávajúce, kde jeho hmotnosť je menšia ako polovica výtlaku jeho celého objemu.

11. Malá vodná elektráreň s vodorovnou osou otáčania pracovného kolesa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 10, vyznačujúca sa tým, že pracovné koleso (2) je umiestnené na dvoch výkyvných ramenách (3), ramená (3) sú zvnútra vedené popri bočných stenách klietky (1).

12. Malá vodná elektráreň s vodorovnou osou otáčania pracovného kolesa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 11, vyznačujúca sa tým, že má spodný usmerňovač (8) vody, ktorý ako náplavná plošina prechádza z prednej časti klietky (1) k pracovnému kolesu (2), pričom spodný usmerňovač (8) vody je v prednej časti klietky (1) uložený výkyvné a je prepojený s ramenami (3), na ktorých je uložené pracovné koleso (2).

13. Malá vodná elektráreň s vodorovnou osou otáčania pracovného kolesa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 12, vyznačujúca sa tým, že má horné nátokové koryto (7) na prívod vody padajúcej zhora na lopatky pracovného kolesa (2).

14. Malá vodná elektráreň s vodorovnou osou otáčania pracovného kolesa podľa nároku 13, vyznačujúca sa tým, že v prednej časti klietky (1) je okolo obvodu pracovného kolesa (2) umiestnený valcový obvodový usmerňovač vody.

15. Malá vodná elektráreň s vodorovnou osou otáčania pracovného kolesa podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 14, vyznačujúca sa tým, že má informačný modul, ktorý je prepojený s aspoň jedným snímačom, výhodne so snímačom výšky hladiny vody alebo s GPS snímačom polohy klietky (1).

9 výkresov