Princip kola:
Ve štěrbině pod zvednutým stavidlem se celý spád vody přetransformuje na pohybovou energii. Voda vstoupí do kola a narazí na jeho lopatky, částečně po lopatce vyběhne do výše. Tím, že se opírá o lopatku a uvádí kolo do pohybu. Protože se jedná o náhlou změnu směru proudění, dochází zde k rázům a víření. Přeměna energie probíhá se značnými ztrátami. Když voda vyčerpala svou energii vytéká z lopatek. Pro usnadnění výtoku se dělává pod kolem, v místě, kde voda opouští lopatky prohlubeň, aby vytékající voda mohla rychle lopatky opustit a klidně odtékat odpadním kanálem o větším průřezu. Někdy bývá však žlab s rovným dnem, ale v tom případě lopatky před sebou vodu v odpadu hrnou a vznikají další ztráty.
Použití:
Toto kolo vyhoví pouze u velmi jednoduchých aplikací, všude tam, kde je natolik malý spád, že je použití turbíny vyloučeno a máme přitom značný přebytek energie, takže nám velké ztráty nevadí. Poměrně dobře se osvědčí i u malých přenostných agregátů volně postavených do potoka nebo plujících pontonových elektráren (například dobíjení akumulátorů aj.) či malých závlahových čerpadel, které využívají pouze rychlostní složky nepřehrazeného toku. Je nutno počítat s tím, že stroj bude veliký, pomaluběžný a bude dodávat poměrně malý výkon. To však zase vyváží jeho jednoduchost. V opačném případě je vhodnější sáhnout po kole
Ponceletově.
Rozměry kola:
Veškeré rozměry týkající se profilu a průměru kola jsou odvozeny od spádu "
H" nebo v případě, že kolo využívá jen rychlost toku od teoretického spádu, který se z rychlosti vypočítá:
Hteor=c2/19,62
Hteor...teoretický spád [m]
c...rychlost vody [m/sec]
Pro praktické použití vystačí tabulka nejdůležitějších rozměrů:
- H...jmenovitý spád v metrech
- D...vnější průměr kola v metrech (nejmenší možný)
- a...výška lopatky v metrech
- s...jmenovité otevření stavidla v metrech
- B...délka lopatky (šířka kola) v metrech
- n...otáčky kola za minutu
- lop. ...počet lopatek v kusech
H
[m] | D
[m] | a
[m] | s
[m] | Q1
[ltr./sec.] | P1
[W] | n
[ot./min] | lop.
[ks]
|
|---|
| 0,2 | 4,6 | 0,36 | 0,058 | 113 | 70 | 3,3 | 40
|
| 0,25 | 5,0 | 0,38 | 0,061 | 133 | 110 | 3,4 | 40
|
| 0,3 | 5,3 | 0,39 | 0,064 | 153 | 150 | 3,5 | 44
|
| 0,35 | 5,6 | 0,41 | 0,067 | 172 | 200 | 3,6 | 44
|
| 0,4 | 6,0 | 0,43 | 0,070 | 191 | 250 | 3,6 | 44
|
| 0,45 | 6,3 | 0,44 | 0,072 | 209 | 310 | 3,6 | 44
|
| 0,5 | 6,3 | 0,45 | 0,074 | 228 | 370 | 3,8 | 44
|
| 0,55 | 7,0 | 0,47 | 0,076 | 246 | 440 | 3,6 | 48
|
| 0,6 | 7,3 | 0,48 | 0,078 | 264 | 510 | 3,6 | 48
|
| 0,65 | 7,6 | 0,49 | 0,080 | 281 | 590 | 3,6 | 48
|
| 0,7 | 8,0 | 0,50 | 0,082 | 299 | 680 | 3,5 | 48
|
| 0,75 | 8 | 0,51 | 0,084 | 0,316 | 0,77 | 3,7 | 48
|
| 0,8 | 8 | 0,53 | 0,086 | 0,333 | 0,87 | 3,8 | 48
|
| 0,85 | 8 | 0,54 | 0,088 | 0,35 | 0,97 | 3,9 | 48
|
| 0,9 | 8 | 0,55 | 0,089 | 0,367 | 1,07 | 4,0 | 48
|
Z tabulky zjistíte:
- Q1...průtok přes kolo široké 1 metr
- P1...výkon kola širokého 1 metr
... z těchto údajů vypočtěte šířku kola:
šířka kola "B"[m] = požadovaný průtok "Q"[ltr./sec.] / průtok na metr "Q1"[ltr./sec.]
... z těchto údajů vypočtěte výkon kola na hřídeli:
výkon kola "P"[W] = šířka kola "B"[m] x výkon na metr "P1"[W]
Poznámka:
Na větších tocích může vycházet kolo mimořádně široké (5 i více metrů). V takovém případě je možné zdvojnásobit hodnotu "a" i hodnotu "s". Tím se stejným poměrem zvýší "Q1" i "P1" a kolo vyjde užší, avšak pokud dodatečně nezvětšíme i průměr, dopracujeme se k trochu nižší účinnosti.
výkon kola lze spočítat přibližně i podle vzorce:
výkon kola "P"[W] = 3 x spád "H"[m] x požadovaný průtok "Q"[ltr./sec.]
Konstrukční detaily:
- Voda v odtokovém kanále musí stát ve stejné výši, jako voda do kola vstupující. (Musí být v úrovni spodní hrany stavidla otevřeného na 75% průtoku.) To v praxi znamená, že zastavené kolo může být i úplně z vody venku.
- Kolo se skládá z jednoho nebo více nosných kruhů. Úzká kola (do šíšky 0,6m) mají kruh pouze jeden. Kola širší pak dva. Ty jsou umístěny vždy 1/4 šířky od okraje lopatky. Velmi široká kola (nad 2 m) mají navíc ještě třetí kruh - prostřední. Ten je nesen další soustavou ramen.
Kruhy bývají z dubového dřeva, ale mohou být i skruženy z železných profilů. Kruhy jsou drženy soustavou několika ramen, vetknutých v hřídeli.
- Do kruhů jsou naklínovány nebo přišroubovány tzv. ručky, které drží a zespodu podpírají dřevěné nebo plechové lopatky.
- Lopatky jsou ploché a rovné. Kolo nemá plné boky, lopatky jsou po stranách otevřené, pohybují se však těsně mezi stěnami žlabu. U nejstarších konstrukcí bývají lopatky zcela kolmé a jejich rovina míří přesně do osy hřídele. Novější konstrukce mají již lopatky mírně skloněné, což mírně zlepšuje účinnost. Sklon lopatky se pak volí takový, aby lopatka v okamžiku, kdy se právě vynořuje z odtékající vody stála přesně svisle. Této podmínce většinou vyhovuje úhel okolo 15...20°.
- Lopatky delší než 1m jsou uprostřed svázány s předchozí a následující lopatkou pásovinou ve tvaru "Z" nebo šroubem s distanční trubkou.
- Mimo lopatky není ve věnci kola žádné dno, takže při plnění lopatek může vzduch snadno unikat z mezilopatkového prostoru dovnitř kola.
- Stavidlo je skloněno pod úhlem 60o a je co nejblíže u kola. Náběžnou hranu má velmi zaoblenou nebo je ze strany přítoku na stavidlovou desku připevněn půlkulatý profil omezující kontrakci. Někdy může být voda ke kolu přivedena pouze volně, bez stavidla, prostřednictvím skloněného žlabu. V takovém případě dbáme, aby bylo kolo zcela na konci žlabu a těsně nad spodní vodou.
- Sklon žlabu od stavidla ke kolu činí 5 cm na 1m. Není-li stavidlo použito, pak může být až dvojnásobný.
- Vůle mezi kolem, dnem a stěnami žlabu je 1..2 cm.
- Pokud pracuje hřebenáč jako lodní mlýn (např. MVE mezi dvěma pontony), je zanořen tak, že 3/4 výšky lopatky "a" jsou pod hladinou a pouze 1/4 vyčnívá.
Pro větší spády než
0,75 metry se toto kolo nestaví. V minulosti se tato kola stavěla značně veliká a používala se i na větších spádech (
např. 2 metry). Stejně tak se pro dosažení potřebného výkonu (
např. 3kW) pouštělo na kolo mnohem více vody, než bylo efektivní a než doporučuje tabulka. Často bylo kolo pouze postaveno do žlabu, bez toho, aby nátok na ně upravovalo stavidlo. Voda získala rychlost po skloněném dně. Lopatky tak pracovaly víceméně jako pohyblivé písty. To ještě zhoršovalo nevalnou účinnost tohoto typu kola (pod 25%). Čtyři vodní kola tohoto typu jsou v provozu u mlýna ve Slupi u Znojma, kde je expozice mlýnské techniky. (
seznam zajímavých odkazů)
zpět na "O vodních kolech..."
