Vahadlový regulátor hladiny

Problém všech neregulovatelných vodních motorů(turbín s pevným rozváděčem) spočívá v tom, že dokáží pracovat jen a pouze při jmenovitém průtoku. Větší průtok nemohou pomout a tak nevyužitá voda přetéká přez přepad. To je běžné i u jiných vodních motorů, zvláště u turbín. Nedokáží však pracovat ani v případě menšího průtoku, protože vlivem nadměrné spotřeby vody dojde k poklesu spádu v horším případě k úplnému zavzdušnění stroje. Při menších průtocích, než na jaké je neregulovatelný vodní motor stavěn je potřeba využít akumulace vody v nějaké nádrži (nadjezí, rybníku nebo rozšířeném náhonu). Po nashromáždění potřebného množství vody stroj spustit a po jejím vyčerpání zastavit a opět vyčkat naplnění. Pokud je akumulační prostor malý, opakuje se tato činnost v krátkých cyklech za sebou (např. i několikrát za hodinu). V takovém případě není možno vodní motor spouštět a zastavovat ručně. U velmi malých strojů, jejichž uzavírací orgán jde dostatečně lehce a nepůsobí zpětnými silami (klapka, hradítko) je možno využít následujícího vahadlového systému.

Jeho výhoda spočívá v tom, že nevyžaduje žádný cizí zdroj hnací energie a pracuje nezávisle na vlastním vodním motoru. Je velmi jednoduchý a tím i spolehlivý. Pro svůj pohon využívá přímo vody, která v něm působí váhou. Svoje využití najde u přímého mechanického pohonu čerpadel nebo u malých elektrárniček pro nabíjení akumulátorů na chatách.

Popis:
Jedná se o vahadlo, na jehož jednom konci je nádržka spojená u dna pomocí pružné hadice s akumulačním prostorem vodního díla. V horní části je opatřená odvzdušňovací trubkou.
V druhé části vahadla je protizávaží. (hmotnost závaží je právě poloviční, než nádržky zcela naplněné vodou).

Náklon vahadla je naznačen na náčrtku.

V horní poloze musí být horní okraj nádrže na úrovni nejvyšší dosařené hladiny, kdy má dojít ke spuštění vodního motoru.
V dolní poloze vahadla musí být dno nádržky ve výši nejnižší přípustné hladiny, kdy má být provoz vodního motoru ukončen.

Funkce:

Představte si situaci, kdy je vodní motor zastaven, vody v akumulační nádrži je málo. Nádržka na vahadle je prázdná, tedy lehká. Závaží ji převážilo, zdvihlo do výše a klapka přítoku k vodnímu motoru je uzavřená. Akumulační prostor se pozvolna plní. Když je již téměř naplněn, stoupá voda hadicí i do zdvihnuté nádržky na vahadle a pozvolna ji plní. Pojednou je nádržka těžší než závaží a vahadlo se začíná pozvolna překlápět. Tím se dostává nádržka níže než hladina v akumulační nádrži, vyniká spád, rychlost v hadici se zvyšuje. Nádržka se plní rychleji a překlápění pokračuje. Vahadlo se překlopilo, nádržka je zcela naplněna vodou až do úrovně odvzdušňovací trubky. Přes pákový mechanismus se otevřela klapka přívodního potrubí k turbíně a ta se rozběhla. (Vahadlo mezitím narazilo na koncový doraz a konc. spínač připojil generátor. ) Neregulovatelná turbína právě běží pod zátěží na plný výkon s vysokou účinností vlastní i generátoru.

Přítok v potoce však neodpovídá požadavkům turbíny, akumulační nádrž se pozvolna vyprazdňuje a její hladina začíná klesat. V okamžiku, kdy je již téměř celá akumulační nádrž vyčerpaná, poklesne její hladina níž než je její úrověň v nádržce na konci pokleslého vahadla. Voda z nádržky se začíná hadicí vracet a nádržka se tím vyprazdňuje. Stává se lehčí a závaží ji převáží a zdvihá do výše. Nádržka se zvedá výrazně nad úroveň hladiny v akumulační nádrži. Tím se její vyprazdňování zrychluje. Vahadlo se úplně překlopí nádržkou vzhůru a současně s tím se uzavírá přítok do turbíny. Prázdná nádržka se zastavila v nejvyšší poloze, turbína je definitivně úplně zastavená. Jeden pracovní cyklus se ukončil. Čeká se, až voda v akumulační nádrži opět dosáhne tak vysoko, aby se mohla nádržka na vahadle začít plnit vodou a převážit vahadlo.

Praktické provedení:

Podmínkou je, aby měla nádržka velký objem při malé změně hladiny v ní. To dobře splňuje válcovitá nebo soudečkovitá dosti dlouhá nádrž, která je objímkou upevněná na konci vahadla tak, že její osa je rovnoběžná s osou čepu na kterém se vahadlo kýve.
Závaží musí být posuvné, aby bylo možno regulátor vyvážit.
Hadice musí tvořit úplně volnou smyčku, aby se nezavzdušňovala a nekladla mechanismu odpor.
Odvzdušňovací trubka musí s rezervou vyčnívat nad nejvyšší hladinu.

Regulátor může být vzdálen od akumulační nádrže, pouze výškové poměry musí být dodrženy.
Pokud by turbíně a jejímu uzávěru vadilo prudké překlopení vahadla, je možné jeho pohyb zpomalit pomocí hydraulického tlumiče, stejného, jaký se používá u pérování automobilů.

Tento regulátor je možno kombinovat s havarijní automatikou tak, že přívod do hadice bude rozbočen navíc ještě na výpustný elektromagnetický ventil. Ventil má velký průřez, přívodní potrubí z akumulační nádrže výrazně menší. Ventil je trvale držený v uzavřeném stavu správně fungující elektrorozvodnou sítí. A zařízení pracuje v cyklickém řežimu jak bylo výše popsáno. Pokud dojde k problému v síti nebo na generátoru, ocitne se ventil bez proudu, otevře se a vypustí vodu z nádržky. (Přítok menší světlostí ji nestihne naplnit.) Nádržka se vyprázdní závaží ji převáží a turbínu uzavře. Současně s tím se rozpojí koncový spínač ovládající generátor nebo dynamo. Když problém, kvůli kterému bylo soustrojí odstaveno pomine, elektromagnetický ventil se opět uzavře. Tak se nádržka může zase začít plnit vodou a provoz se sám automaticky obnoví.

Obdobně jako tento regulátor se chová násoska, jenže ta má podstatně větší průtokové ztráty.

Zajímavost:
Kutilové a zahrádkáři určitě přišli na to, že tento regulátor by mohl v miniaturní verzi docela obstojně regulovat samočinné jednorázové zavlažování na zahradě (ze sudu, do kterého se celý den hromadí voda pumpovaná třeba trkačem nebo větrným čerpadlem).