CS258125B2 - Hydropneumatický vodní stroj - Google Patents

Description

Vynález se týká hydropneumatického vodního stroje, který je připojen k tělesu jezu, které energii proudící nebo z vyšších poloh povrchového toku.

Již po tisíciletí jsou známy vodní stroje, které energii proudící nebo z vyšších poloh 'padající povrchové vody využívají k pohonu (různých pracovních strojů, zejména mlýnů, vodních čerpadel a podobně. Jsou také známa zařízení a soustavy, ve kterých se vytažívá pohyb mořské vody, to jest odlivem 'a přílivem vyvolávané periodické kolísání 'vodní hladiny, nebo kinetické energie stálého vlnobití oceánů.

Na mnoha místech jsou dosud v provozu 'vodní mlýny poháněné lopatkovými koly, 'ačkoliv tato technická zařízení jsou stále více považována již jen za pozůstatky a 'stavební památky zastaralé techniky.

Nejznámějším typem současných vodních strojů jsou různá provedení vodních turbin. K provozu turbin je však zapotřebí vysoký 'tlak, popřípadě příslušně vysoká rychlost proudění vody. Jsou například známé vodní 'elektrárny, ve kterých spád, to jest výškový rozdíl hladin nad a pod turbinou, činí více inež 200 m. Za účelem dosažení požadovaného rozdílu hladin, popřípadě dostatečné 'zásoby vody, se budují vysoké jezy a nezřídka údolní přehrady, které jsou obrovskými stavebními díly. Za tuto cenu se většinou dosáhne dobrého technického výsledku. Nevýhody spočívají v mimořádně vysokých investičních nákladech a dále v katastrofálních škodlivých účincích na životní prostředí, jejichž důsledky jsou dnes již 'dobře známy.

Úkolem vynálezu je konstrukce vodního stroje, který způsobem odpovídajícím moderním požadavkům umožní využití energie pomalu proudících velkých množství vody.

Uvedený úkol je vyřešen hydropneumaŤickým vodním strojem podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že v tělese jezu ^;je vytvořena svislá vnitřní šachta, která je 'průchozími otvory, ve kterých jsou uspořádány uzavírací orgány, propojena s vodním prostředím nad a pod jezem, přičemž v každé svislé vnitřní šachtě je posuvně ve svislém směru uloženo nejméně jedno plovákové těleso, které je táhlem propojeno s pístem dvojčinného pracovního válce, jehož výtlačná potrubí jsou propojena s hydropneumatickým tlakovým zásobníkem, jehož kapalinový prostor je tlakovým potrubím propojen s hydromotorem.

'Je výhodné, jestliže uzavírací orgány jsou spřaženy se snímači hladiny pod a nad jezem, přičemž hydromotor je opatřen záchytnou vanou, která je propojena se sacím potrubím dvojčinného pracovního válce.

Hydromotor je s výhodou spřažen s elektrickým generátorem.

Nový a vyšší účinek vynálezu spočívá v tom, že vodní stroj je schopen přeměňovat ha mechanickou práci, to jest na otáčení hnacího hřídele s příslušným otočným momentem, energii pomalu se pohybujících, popřípadě v pomalém pohybu se nacházejících velkých množství vody. Jako zvláště Výhodné se osvědčilo, Jestliže hydromotor, který může být tvořen turbinou, je spřažen β generátorem pro výrobu elektrické enerigie.

¹ Jako tlakovou kapalinu lze použít běžné hydraulické oleje nebo také vodu, které se Ipřidáním vhodných přísad dodají přiměřené mazné vlastnosti a která se současně 'zbaví pěnivost-i. Současně je samozřejmě třeba postarat se také o potlačení koroze.

Již z uvedených podstatných znaků nového vodního stroje podle vynálezu je patrné, že tento' vodní stroj může naplno pracovat 'již na rozdílu hladin 1 až 2 m, přičemž tlak tlakové kapaliny použité k přenosu energie může bez problémů dosáhnout konstantní hodnoty tlaku v rozmezí 6 až 10 kPa, který se již u vodních strojů může označit jako optimální.

Ze řešení podle vynálezu vyplývá, že vhodnou máznou tlakovou kapalinou, která neobsahuje žádné nečistoty způsobující opotřebení, mohou být přímo poháněny také hydromotory spojené s elektrickými generátory, přičemž účinnost těchto hydromotorů jak známo několikanásobně převyšuje účinnost turbin.

Výhody využití vynálezu vyplývají především z následujících skutečností:

Vodní stroj podle vynálezu může být provozován ze vzedmutí hladiny, které je menší než povodňová hladina povrchových toků, zejména řek. Zásluhou toho není třeba budovat speciální systémy ochranných hrází a přirozené okolí řeky tedy zůstane neovlivněno. Nevzniká tedy žádné, nebezpečí poškození životního prostředí.

Vynález umožňuje užitečné využití energie vodních toků, ve kterých s malým spádem proudí velké množství vody. Podobně lze k získávání energie využít nepatrný periodický pohyb mořské vody s rozdílem hladin při odlivu a přílivu jen 1 až 2 m.

Vodní stroj podle vynálezu lze provozovat 1 při navzájem se střídajících stavech vody, to jest při stálém střídáni protiproudů a souproudé strany vybudovaného jezu. Tím se ótevírají principiálně nové možnosti využití periodického pohybu mořské vody, to jest periodického kolísání výšky mořské hladiny mezi odlivem a přílivem.

K technické realizaci vodního stroje podle vynálezu nejsou zapotřebí žádné nové nebo k tomuto účelu speciálně vyvinuté materiály nebo technologie. Všechny součásti a konstrukční skupiny mohou být vyrobeny z běžných prvků, vyvinutých a vyzkoušených již v průběhu minulých desetiletí.

' Vodní stroje a systémy pro získávání energie podle vynálezu, které obsahují tyto jednotlivé vodní stroje nebo jejich skupiny, mohou být konečně zásluhou potřeby ne258125

Ipatrného vzedmutí budovány s nízkými investičními náklady a bez rizika.

Vynález je dále objasněn na příkladu jeho provedení, který je popsán na základě připojených výkresů, které znázorňují na obr. 1 značně zjednodušené funkční blokové schéma příkladného provedení vodního 'stroje podle vynálezu a na obr. 2 dílčí půdorysný pohled na jez, ve kterém jsou v řaidě vedle sebe uspořádány šachty a plováková tělesa'.

¹ Na obr. 1 je znázorněn zjednodušený řez příkladným provedením funkčních jednotek vodního stroje podle vynálezu. Ve vhodném místě povrchového toku, například řeky, je v dostatečně zpevněném podloží 33 zakotveno, těleso jezu, ve kterém je podle vynálezu vytvořena nejméně jedna svislá vnitřní šachta 1. Z půdorysného pohledu na obr. 2 je patrné, že v tělese jezu může být vedle sebe uspořádáno více takových svislých vnitřních šachet 1, čímž lze z vodního stroje podle vynálezu sestavit komplexní zařízení.

¹ Vlastní těleso, jezu může sestávat z prefabrikovaných šachtových prvků ustavených na místě v řadu přes celou šířku vodního toku. Ve svislé vnitřní šachtě 1 je mezi válečky 29 uloženo plovákové těleso 4 s dostatečnou hmotností, které je volně pohyblivé ve svislém směru. V blízkosti dna vodního toku je vnitřní prostor svislé vnitřní šachty 1 prostřednictvím průchozích otvorů, které jsou řiditelné uzavíratelné uzavíracími orgány 2, 3, propojitelný s okolní vodou, a to jak na straně od jezu proti proudu, tak i po směru proudu.

(Plovákové těleso 4 je pomocí táhla 7, jehož délka je nastavitelná stavěcím válcem 6 a zubovými čerpadly 27, 28, propojeno s pístem 9 dvojčinného pracovního válce 8, který pracuje jako dvojčinné čerpadlo pro tlakovou kapalinu 10 a je svou výtlačnou stranou propojen s hydropneumatickým 'tlakovým zásobníkem 13. Soustava táhel mezi plovákovým tělesem 4 a pístem 9 dále obsahuje dva kulové klouby 5/a, 5/b, které umožňují přenos pohybu bez nebezpečí vzpříčení. Kapalinový prostor hydropneumatického tlakového zásobníku 13, který je postaven na podpěrách 32, je na jedné straně výtlačným potrubím 11 se vřazeným tlakovým regulačním ventilem 12 propojen s oběma prostory dvojčinného pracovního válce 8, a na druhé straně současně přes 'výpustní ventil 14 tlakovým potrubím 18 s expanzním prostorem 19 hydromotoru 20.

Hydropneumatický tlakový zásobník 13 je tvořen běžnou tlakovou nádobou, ve které se nad hladinou kapaliny nachází stlačený vzduch, jehož tlak závisí na okamžité výšce hladiny. Hydropneumatický tlakový zásobník 13 je dole opatřen vypouštěcím ventilem 30 pro vypouštění, plnění a čištění, nahoře je opatřen indikátorem F5 tlaku, indikátorem 10 hladiny a zabudovaným snímačem 17 hladiny pro dálkovou regulaci. 'Aby tlaková kapalina 10 měla uzavřený o'kruh, je záchytná vana 21, která je připojena k expanznímu prostoru 19 hydromotořu 20 a ve které se zachycuje a shromažďuje expandovaná tlaková kapalina 10, spojena sacím potrubím 23 přes ventil 22 se sacími stranami dvojčinného pracovního válce 8 opatřeného zpětnými ventily a pracujícího jako· dvojčinné pístové čerpadlo.

K zařízení pro automatickou regulaci vodního stroje, které není podrobně znázorněno, dále patří na obou stranách jezu, to jest jak na vyšší, tak 1 na nižší hladině uspořádané snímače 25, 24 hladiny. Na pravé straně jezu je naznačena nejvyšší hladina 26, která je na této straně jezu přípustná.

Vodní stroj podle vynálezu, který je na obr. 1 znázorněn v klidovém stavu mimo provoz, pracuje následujícím způsobem:

Při otevření uzavíracího orgánu 3 proudí voda ze strany jezu s vyšší hladinou do svislé vnitřní šachty 1 a plovákové těleso 4 je zvedáno. Prostřednictvím táhel je směrem nahoru posouván také píst 9 dvojčinného pracovního válce 8 a tlaková kapalina 10 je výtlačným potrubím 11 z horního prostoru dvojčinného pracovního válce 8 přetlačována do hydropneumatického tlakového zásobníku 13. Dochází k dalšímu stlačování stlačeného, vzduchu v hydropneumatickém tlakovém zásobníku 13, vzniká přírůstek tlaku.

Konstantní požadovaná hodnota tlaku v hydropneumatickém tlakovém zásobníku 13 je shora omezována tlakovým regulačním ventilem 12. Otevře-li se nyní výpustní ventil 14, proudí tlaková kapalina 10 tlakovým potrubím 18 do, expanzního prostoru 19 hydromotoru 20, kde při její expanzi dochází k roztočení oběžného kola.

Hydromotor 20 nebo jiný místo něj použitý hydraulický motor může pohánět například generátor pro výrobu elektrické energie. Ze záchytné vany 21 je expandovaná 'tlaková kapalina 10 při otevřeném ventilu 22 sacím potrubím 23 zpětně nasávána do dvojčinného pracovního válce 8, to jest podle směru pohybu pístu 9 do spodního nebo horního prostoru tohoto dvojčinného pracovního válce 8.

Potom, co, plovákové těleso 4 dosáhne svoji horní krajní polohu, dojde signálem ze zařízení pro automatické řízení vodního stroje k uzavření uzavíracího orgánu 3 ,a otevře se uzavírací orgán 2. Ze svislé vnitřní šachty 1 vytéká voda a plovákové těleso 4 začne vlivem gravitace klesat, v důsledku Čehož dvojčinný pracovní válec 8, který pracuje jako čerpadlo, opět, i když v opačném směru, tlačí tlakovou kapalinu 10 do hydropneumatického tlakového zásobníku 13. Potom, co plovákové těleso 4 dosáhne svoji spodní krajní polohu, dojde k uzavření uzavíracího orgánu 2 a k otevření uzavíračíhO' orgánu 3 a popsaný proces se znovu cyklicky opakuje. Tímto způsobem je zajištěn nepřetržitý provoz.

Změny stavu vody v důsledku povodně a období sucha jsou průběžně sledovány snímači 24, 25 hladiny. Jejich signály slouží k přizpůsobování délky táhel přenášejících pohyb pomocí stavěcího válce 8 ovládaného zubovými čerpadly 27, 28. Zmíněná délka se upravuje podle okamžitých výšek hladiny vody nad a pod jezem.

Zubová čerpadla 27, 28 mohou být tvořena například vysokotlakými čerpadly s nepatrným dopravním výkonem. Válečky 29, které slouží k vedení plovákového tělesa 4, jsou s výhodou tvořeny volnoběžně uloženými koly nebo válečky, které jsou 'opatřeny pružným běhounem, s výhodou z pryže. Čas od času může třeba nahra'dit ztráty tlakového vzduchu v hydropneu'matickém tlakovém zásobníku 13, což se Iprovádí vpuštěním tlakového vzduchu doplňovacím ventilem 31.

Z hlediska zajištění plynulého provozu bez tlakových rázů je výhodné připojit ke společnému hydropneumatlckému tlakovému zásobníku 13 více dvojčinných pracovních válců 8 poháněných plovákovými tělesy 4 ve vzájemném fázovém posuvu. Z takto sestavených skupin vodních strojů podle vynálezu mohou být sestaveny celé elektrárny.

V rámci připojené definice předmětu vynálezu lze samozřejmě uskutečnit také Jiná provedení vynálezu, odchylující se od popsaných provedení.

Claims (4)

1. pRedmEt

   1. Hydrepneumatický vodní stroj připojený k tělesu jezu, které je zakotveno ve zpevněném podloží povrchového toku, vyznačující se tím, že v tělese jezu je vytvořena svislá vnitřní šachta (1), která je průchozími otvory, ve kterých jsou uspořádány uzavírací orgány (2, 3), propojena s vodním prostředím nad a pod jezem, přičemž v každé svislé vnitřní šachtě (lj je posuvně ve svislém směru uloženo nejméně jedno plovákové těleso (4), které je táhlem (7) propojeno s pístem (9) dvojčinného pracovního válce (8), jehož výtlačná potrubí (11) jsou propojena s hydropneumatickým tlakovým zásobníkem (13), jehož kapalinový

   VYNALEZU prostor je tlakovým potrubím (18) propojen s hydromotorem (20).
2. 2. Hydropneumatický vodní stroj podle bodu 1, vyznačující se tím, že uzavírací orgány (2, 3) jsou spřaženy se snímači (24, '25) hladiny pod a nad jezem.
3. 3. Hydropneumatický vodní stroj podle bodu 1, vyznačující se tím, že hydromotor (20) je opatřen záchytnou vanou (21), která je propojena se sacím potrubím (23) dvojčinného pracovního válce (8).
4. 4. Hydropneumatický vodní stroj podle bodů 1 a 3, vyznačující se tím, že hydromotor (20) je spřažen s elektrickým generátorem.