Princip kola:
Ve štěrbině pod zvednutým stavidlem se celý spád vody přetransformuje na pohybovou energii. Voda vstoupí do kola a po skloněné zakřivené lopatce vyběhne do výše. Při změně směru pohybu z vodorovného na svislý se opírá o lopatku a uvádí kolo do pohybu. Protože se jedná o změnu pozvolnou a plynulou
(jako při průtoku zakřiveným kanálem turbínového kola), nedochází zde k rázům či víření a přeměna energie proběhne s malými ztrátami. Když voda vyčerpala svou rychlostní energii, její vzestup po lopatce vzhůru se zastaví a voda se dá do pohybu směrem dolů. Protože i zpět klouže po zakřivené ploše, opět uvádí vodní kolo do pohybu. Nakonec vytéká z lopatek kolmo dolů
(nikoliv dozadu za kolo, jak by se mnozí domnívali). Proto musí být pod kolem, v místě, kde voda opouští lopatky prohlubeň, aby vytékající voda mohla změnit směr a klidně odtékat odpadním kanálem.
Použití:
Toto kolo vyhoví všude tam, kde je natolik malý spád, že je použití turbíny vyloučeno. Velmi dobře se osvědčí i u malých agregátů přenosných volně postavených do potoka nebo u plujících pontonových elektráren či závlahových čerpadel, které využívají pouze rychlostní složky nepřehrazeného toku.
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)
- d...vnitřní průměr kola v metrech
- n...otáčky kola za minutu
- lop. ...počet lopatek v kusech
- R...poloměr zakřivení lopatek v metrech
- beta...náběžný úhel lopatek ve stupních od tečny
- s...jmenovité otevření stavidla v metrech
- hv...minimální hloubka vývařiště
H
[m] | D
[m] | d
[m] | n
[ot./min] | lop.
[ks] | R
[m] | beta
[o] | s
[m] | hv
[m] | Q1
[ltr./sec.] | P1
[W]
|
|---|
| 0,2 | 0,8 | 0,44 | 23,6 | 34 | 0,32 | 27 | 0,05 | 0,12 | 91,4 | 111
|
| 0,25 | 1 | 0,6 | 21,1 | 34 | 0,35 | 27 | 0,06 | 0,15 | 127,7 | 194
|
| 0,3 | 1,2 | 0,76 | 19,3 | 34 | 0,38 | 27 | 0,08 | 0,18 | 167,8 | 306
|
| 0,35 | 1,4 | 0,92 | 17,9 | 34 | 0,41 | 28 | 0,09 | 0,21 | 211,5 | 450
|
| 0,4 | 1,6 | 1,08 | 16,7 | 35 | 0,44 | 28 | 0,10 | 0,24 | 258,4 | 629
|
| 0,45 | 1,8 | 1,24 | 15,8 | 36 | 0,47 | 28 | 0,11 | 0,27 | 308 | 844
|
| 0,5 | 2 | 1,4 | 15,0 | 36 | 0,5 | 29 | 0,13 | 0,3 | 361 | 1098
|
| 0,55 | 2,2 | 1,56 | 14,3 | 36 | 0,53 | 29 | 0,14 | 0,33 | 417 | 1394
|
| 0,6 | 2,4 | 1,72 | 13,7 | 37 | 0,56 | 30 | 0,15 | 0,36 | 475 | 1732
|
| 0,65 | 2,6 | 1,88 | 13,1 | 37 | 0,59 | 30 | 0,16 | 0,39 | 535 | 2116
|
| 0,7 | 2,8 | 2,04 | 12,6 | 37 | 0,62 | 31 | 0,18 | 0,42 | 598 | 2547
|
| 0,75 | 3 | 2,2 | 12,2 | 38 | 0,65 | 31 | 0,19 | 0,45 | 663 | 3026
|
| 0,8 | 3,2 | 2,36 | 11,8 | 38 | 0,68 | 31 | 0,20 | 0,48 | 731 | 3556
|
| 0,85 | 3,4 | 2,52 | 11,5 | 39 | 0,71 | 32 | 0,21 | 0,51 | 800 | 4138
|
| 0,9 | 3,6 | 2,68 | 11,1 | 39 | 0,74 | 32 | 0,23 | 0,54 | 872 | 4773
|
| 1 | 4 | 3 | 10,6 | 40 | 0,8 | 33 | 0,25 | 0,6 | 1021 | 6212
|
| 1,2 | 4,8 | 3,68 | 9,7 | 42 | 0,8 | 34 | 0,30 | 0,72 | 1343 | 9799
|
| 1,4 | 5,6 | 4,36 | 8,9 | 43 | 0,8 | 36 | 0,35 | 0,84 | 1692 | 14406
|
| 1,6 | 6,4 | 5,04 | 8,4 | 45 | 0,8 | 38 | 0,40 | 0,96 | 2067 | 20115
|
| 1,8 | 7,2 | 5,72 | 7,9 | 46 | 0,8 | 39 | 0,45 | 1,08 | 2466 | 27003
|
| 2 | 8 | 6,4 | 7,5 | 48 | 0,8 | 41 | 0,50 | 1,2 | 2889 | 35140
|
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]
výkon kola lze spočítat i podle vzorce:
výkon kola "P"[W] = 6,08 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 je úplně z vody venku.
- Kolo se skládá z plných dřevěných nebo plechových věnců s plechovými, plynule zakřivenými lopatkymi. Ty mohou být v nouzi i dřevěné, zasazené v drážkách a složené z několika dílů tak, aby plynulé zakřivení vzniklo několikanásobným lomením (max. po 30o).
- Lopatky jsou přišroubovány přes věnce přímo nebo pomocí stejně tvarovaných profilů "L".
- Mimo lopatky není ve věnci kola žádné dno, takže při plnění lopatek může vzduch snadno unikat z mezilopatkového prostoru dovnitř kola.
- Kolo je připevněno k hřídeli několika páry ramen, která jsou přitažena k věncům.
- Lopatky delší než 1m jsou uprostřed svázány s předchozí a následující lopatkou pásovinou ve tvaru "Z" nebo šroubem s distanční trubkou. V případě širšího kola než 2m je kolo rozděleno dalším věncem uprostřed, který je nesen další soustavou ramen.
- Stavidlo je skloněno pod úhlem 60o.
- Stavidlo je o 4 až 20 cm užší než lopatky kola, aby voda nenarážela do věnců.
- Sklon žlabu od stavidla ke kolu má 2,5o.
- Výseč kola zaplněná vodou činí 35o, z toho 25o je uzavřeno obloukovitým dnem, 10o je již nad vývařištěm.
- Vůle mezi kolem a dnem je 1..2 cm.
Pro větší spády než 2 metry se toto kolo nestaví. Výkon kola limituje pevnost hřídele, ta za běžných okolností nedovoluje výkonnější kolo než asi 70kW. Větší průtok se rozdělí na více strojů a to podle hydrologických poměrů na lokalitě. (Optimální rozdělení je: 1.stroj = 66% a 2.stroj 33% celkového průtoku.) Část věnce tohoto vodního kola je k vidění u mlýna ve Slupi u Znojma, kde je expozice mlýnské techniky. (
seznam zajímavých odkazů)
zpět na "O vodních kolech..."
