SE538319C2 - Transportör och fisksluss - Google Patents

Abstract

SAMMANDRAG En transportor och fisksluss innefattar ett byre inlopp (5) och ett ovre utlopp (9) avsedda att placeras i flOdeskommunikation med en Ovre vattenvolym, samt ett nedre utlopp (6) och ett nedre inlopp (8) avsedda att placeras i flodeskommunika- tion med en nedre vattenvolym. Det Ovre inloppet och det nedre utloppet kommunicerar via en nedstroms passage (2) som har en forsta effektiv genomstromningsarea, och det nedre inloppet och det Ovre utloppet kommunicerar via en uppstrOms passage (3) som har en andra effektiv genomstrOmningsarea. Den nedstroms passagen innefattar en fOrsta spiralgdende rotor (10) med en gangriktning som av ett nedstrOms riktat flOde orsakar den fOrsta rotorn att rotera omkring dess axel. Den uppstroms passagen innefattar en andra spiralgdende rotor (14), varvid rotorerna dr inbordes fOrbundna sâ att den fOrsta rotorn driver den andra rotorn i rotation runt dess axel, och den andra rotorn (14) uppvisar en gangriktning som vid namnda rotation alstrar ett uppstroms riktat flOde.

Description

Transportör och fisksluss UPPFINNINGENS TEKNISKA OMRÅDE Föreliggande uppfinning avser en transportör som är verksam för dubbelriktad transport av vatten och vattenlevande organismer, däribland fisk, mellan en vattenvolym belägen vid en lägre nivå och en vattenvolym belägen vid en i jämförelse med den lägre nivån högre liggande nivå.

BAKGRUND OCH KÄND TEKNIK Uppfinningen har sin bakgrund i önskemålet och behovet att erbjuda säkra vandringsvägar för fisk och andra vattenlevande organismer förbi kraftverk, dammbyggnader och andra vattenanläggningar.

Uppfinningen bygger på utnyttjande av en Arkimedesskruv vilken drivs i rotation och därigenom är verksam för att lyfta vätska och i vätskan levande organismer från den lägre belägna vattenvolymen till den högre belägna vattenvolymen. Uppfinningen kan genom sin funktion som transportör av vatten även tjänstgöra som en pump verksam för uppfordring av vatten från den lägre till den högre belägna vattenvolymen.

Arkimedesskruvar har tidigare utnyttjats för dessa ändamål. I det holländska patentet nummer NL 1029915 visas ett exempel på utnyttjande av en motordriven skruv för lyft av vatten och fisk över en dammbyggnad. Ett annat exempel på en motordriven skruv i en apparat för infångning och uppforsling av levande fisk från en bassäng visas i det amerikanska patentet med nummer US 4, 217, 718. Ett tredje exempel på utnyttjande av en motordriven skruv för uppforsling av fisk visas i den internationella publikationen WO 95/ 15079.

Gemensamt för dessa kända lösningar är att de bygger på utnyttjande av en enstaka, motordriven skruv verksam för enkelriktad transport av vatten och fisk. En pumpenhet i vilken utnyttjas dubbla Arkimedesskruvar är känd från den japanska skriften JP 57088277 A. I denna pump är en inre skruv lagrad i koaxiellt förhållande till en yttre skruv, varvid skruvarna är tillordnade ett drivorgan och genom en kraftdistributionsanordning individuellt drivbara i rotation för att möjliggöra reglering och behovsanpassning av pumpens lyftkapacitet.

I tillägg skall inses att det från kraftindustrin är känt att utnyttja en Arkimedesskruv för energiproduktion genom att anordna skruven så att den drivs i rotation av ett vattenflöde från en högre till en lägre belägen vattenvolym, varvid skruven är kopplad till en generator för elproduktion.

KORT REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Uppfinningen syftar till ett effektivt utnyttjande av Arkimedesskruvar i samverkan för en dubbelriktad transport av vatten och vattenlevande organismer, däribland fisk, mellan en vattenvolym belägen vid en lägre nivå och en vattenvolym belägen vid en i jämförelse med den lägre nivån högre liggande nivå.

Syftet uppnås i form av en transportör som innefattar ett övre inlopp och ett övre utlopp avsedda att placeras i flödeskommunikation med den övre vattenvolymen, samt ett nedre utlopp och ett nedre inlopp avsedda att placeras i flödeskommunikation med den nedre vattenvolymen. Det övre inloppet och det nedre utloppet kommunicerar via en nedströms passage som har en första effektiv genomströmningsarea, och det nedre inloppet och det övre utloppet kommunicerar via en uppströms passage som har en andra effektiv genomströmningsarea. Den nedströms passagen innefattar en första spiralgående rötor med en gängriktning som av ett nedströms riktat flöde orsakar den första rotorn att rotera omkring sin axel. Den uppströms passagen innefattar en andra spiralgående rötor, varvid rotorerna är inbördes förbundna så att den första rotorn driver den andra rotorn i rotation runt dess axel, och den andra rotorn uppvisar en gängriktning som vid nämnda rotation alstrar ett uppströms riktat flöde.

Uppfinningen kan realiseras i flera utföringsformer. Alternativt kan den första och andra rotorn vara indirekt kopplade till varandra via en kraftöverföring för rotation runt separata vridaxlar, med eller utan i kraftöverföringen ingående generator och drivenhet. Föredraget är dock att den första och andra rotorn är direkt och fast kopplade till varandra för samrotation runt en och samma, gemensamma, rotationsaxel.

Ett särskilt föredraget utförande innefattar att den första och den andra rotorn är inbördes kopplade i koncentriskt förhållande, och den andra rotorn medbringas i den första rotorns rotation runt en för rotorerna gemensam vridaxel. Det inses att den andra rotorn i detta utförande drivs av den första rotorn att rotera i samma rotationsriktning som den första rotorn, och följaktligen har en gängriktning som är motriktad gängriktningen av den första rotorn.

I ett mera föredraget utförande är den drivande första rotorn centralt anordnad i ett rörformigt inre hölje, medan den drivna andra rotorn är perifert anordnad i ett ringformigt utrymme bildat mellan det inre höljet och ett tillkommande yttre hölje, koncentriskt med det inre höljet. Den drivna andra rotorn bildar därvid en spiralgående vägg som sammanbinder de yttre och inre höljena av transportören.

Inloppet till den nedströms passagen med den drivande rotorn är i detta utförande lämpligen beläget axiellt utanför utloppet från den uppströms passagen. Längden av den nedströms passagen kan vara reglerbar med hjälp av en ring vilken är axiellt flyttbart anordnad i den uppströms belägna änden av den nedströms passagen, vilken ring bildar ett till den övre vattenvolymens nivå inställbart inlopp till den nedströms passagen.

Likaledes i ett föredraget utförande kan inloppet till den nedströms passagen omges av en radiellt utskjutande, strömningspåverkande krage. Nämnda krage är i förekommande fall verksam för att strömningsmässigt separera ett i den nedströms passagen inströmmande flöde från ett ur den uppströms passagen utströmmande flöde.

I ett föredraget utförande kan inloppet till den uppströms passagen sträcka sig axiellt förbi utloppet från den nedströms passagen. Inloppet till den uppströms passagen är därvid lämpligen koniskt divergerande i den uppströms flödesrikt ningen, medan utloppet från den nedströms passagen kan vara koniskt avsmalnande i den nedströms flödesriktningen.

Ett läckflöde som utmatas från den nedströms passagen kan vara anordnat att mynna i närhet av inloppet till den uppströms passagen, på sådant sätt att läck-flödet attraherar och lockar stigande vandringsfisk till inloppet av den uppströms passagen.

Ytterligare detaljer och aspekter av uppfinningen framgår närmare av nedanstående detaljerade beskrivning.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Utföringsexempel av uppfinningen förklaras närmare nedan med hänvisning till bifogade schematiska ritningar, av vilka Fig. 1 visar en transportör och fisksluss i ett första utförande, Fig. 2 visar ett tvärsnitt längs linjen II-II genom transportören av Fig. 1, och Fig. 3 visar ett alternativt utförande av en transportör och fisksluss.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSEXEMPEL I partiellt bortbruten sidovy visas i Fig. 1 en transportör och fisksluss 1 bildande kommunikationsväg mellan en övre vattenvolym, vars yta är belägen vid en nivå Ll, och en i jämförelse därmed lägre liggande vattenvolym vars yta är belägen vid en nivå L2. Transportören 1 är verksam för dubbelriktad kommunikation mellan de två vattenvolymerna. För ändamålet innefattar transportören 1 en nedströms passage 2 och en uppströms passage 3. Den nedströms passagen 2 är begränsad inom ett rörformigt inre hölje 4 och sträcker sig mellan ett inlopp 5 i den nedströms passagens högre liggande ände och ett utlopp 6 i den nedströms passagens lägre liggande ände. Den uppströms passagen 3 är begränsad av det inre höljet 4 och ett koncentriskt med det inre höljet anordnat rörformigt yttre hölje 7, och sträcker sig således ringformigt mellan ett inlopp 8 i den uppströms passagens lägre liggande ände och ett utlopp 9 i den uppströms passagens högre liggande ände.

I den nedströms passagen 2 är anordnad en första rötor 10 med en spiralgående vägg eller skovel 11 vilken längs sin yttre periferi är förankrad vid insidan av det inre höljet 4. Den första rotorn 10 har en central axel 13, vilken lämpligen sträcker sig axiellt förbi inloppet 5 till den nedströms passagen 2. Den första rotorn 10 har sådan gängriktning att ett flöde av vatten genom den nedströms passagen orsakar rotorn 10 att rotera runt sin vridaxel, till exempel i en rotationsriktning R enligt Fig. 2.

I den uppströms passagen 3 är anordnad en andra rötor 14 med en spiralgående vägg eller skovel 15 vilken längs sin yttre periferi är förankrad vid insidan av det yttre höljet 7. Denna andra rötor 14 har en inre periferi vilken är förankrad vid utsidan av det inre höljet 4, och den andra rotorn 14 kopplar således de yttre och inre höljena samt de två rotorerna samman till bildande av en samroterande enhet. Denna enhet, det vill säga transportören eller fiskslussen 1, är vridbart lagrad i steget mellan de övre och nedre vattenvolymerna och närmare bestämt i för ändamålet dimensionerade vridlager 16 och 17.

Härav inses att den första rotorn 10 är den drivande rotorn som orsakar den andra och drivna rotorn 14 att rotera i samma rotationsriktning som den första rotorn 10. Den andra rotorn 14 har emellertid en gängriktning som är motsatt den första ro torns gängriktning, varför den andra rotorn 14 vid nämnda rotation alstrar ett uppströms riktat flöde i den uppströms passagen 3.

Mellan på varandra följande varv av skoveln 15 i den spiralgående andra rotorn 14 bildas, i det ringformade utrymmet mellan de inre och yttre höljena, diskreta vattenvolymer eller bassänger 18 som successivt lyfts till utloppet 9 och töms i den övre liggande vattenvolymen.

För att locka vandringsfisk och andra vattenlevande organismer att vandra in i dessa bassänger 18 är flera samverkande åtgärder vidtagna i det i Fig. 1 och 2 visade utföringsexemplet. En av dessa åtgärder innefattar att inloppsdelen 8 till den uppströms passagen sträcker sig axiellt förbi utloppet 6 från den nedströms passagen, samt öppnar sig divergerande i den uppströms flödesriktningen. På detta sätt skapas en bottennära ingång till den uppströms passagen 3. En annan åtgärd innefattar att utloppsdelen av den nedströms passagen sträcker sig koniskt avsmalnande i den nedströms flödesriktningen. På detta sätt bildas utrymme för att via öppningar 19 i det inre höljets koniska nedre ände skapa ett läckflöde 20 som lockar vandringsfisken fram till bassängerna 18 i inloppsdelen av den uppströms passagen.

Ett lockflöde kan alternativt eller i tillägg skapas genom att rotorn i den uppströms passagen, i området av inloppet till den uppströms passagen, utförs med över-strömningsöppningar genom vilka vatten kan läcka nedströms från det uppströms riktade flödet (ej visat i ritningarna).

En tredje åtgärd ägnad att understödja fiskens invandring i bassängerna 18 är att höjden av den spiralgående skoveln 15 är anordnad att öka successivt, sett i radiell riktning, från mynningen av det yttre höljet 7 tills skoveln möter och kopplar till utsidan av det inre höljet 4. På detta sätt kommer fisk som lockas fram till fiskslussen att på ett milt sätt drivas in i de inledningsvis relativt öppna bassängerna 18, av en underifrån mot fisken stigande skovel, för att till slut fångas i en instängd, avgränsad vattenvolym mellan de inre och yttre höljena av transportören.

Fiskens vandring in i och ut ur den uppströms passagen, eller med andra ord in i och ut ur den spiralgående rotorn 14, underlättas även av att både inlopp 8 och utlopp 9 ligger på större vattendjup än motsvarande inlopp och utlopp av den nedströms passagen. Detta är en följd dels av att det yttre höljet 7 och den uppströms passagen sträcker sig axiellt förbi det inre höljet 4 och den nedströms passagen i den nedre änden av transportören, det vill säga i den lägre belägna vattenvolymen. Nämnda djupförhållande är även till en del resultatet av att det inre höljet 4 och den nedströms passagen sträcker sig axiellt förbi det yttre höljet 7 och den uppströms passagen i transportörens övre ände, i den högre belägna vattenvolymen.

Med syftet att strömningsmässigt separera ingående och utgående flöden i transportörens övre ände kan en radiellt utskjutande krage 21 vara anordnad att omge inloppet till den nedströms passagen.

Vidare kan på sätt som visas i utföringsexemplet en ring 22 vara flyttbart anordnad i den övre änden av det inre höljet 4, varigenom transportören vid behov kan inställas till varierande nivåer L1, och även om så önskas inställas med avseende på reglering av inflödet till och flödet genom den nedströms passagen.

Det inses att transportörens 1 dimensioner bör anpassas till varje tillämpning på sådant sätt att energin i det nedströms flödet uppväger arbetet som krävs för att lyfta det uppströms flödet samt de oundvikliga förluster som är förknippade med transportörens rotation och lagring. Typiskt uppvisar därför den nedströms passagen ett flöde och effektiv genomströmningsarea som är större än flödet och den effektiva genomströmningsarean av den uppströms passagen. Med effektiv genomströmningsarea avses här den verkliga genomsnittliga tvärsnittsarean hos flödet genom respektive passage, såsom schematiskt illustreras i Fig. 2.

Några fasta riktlinjer för dimensionering av en transportör/fisksluss 1 enligt Fig. 1 och 2 kan därför inte ges. Dock kan förutses att i en transportör avsedd för stigande lax och havsöring, till exempel, kan lämpligen krävas bassänger 18 rymmande i storleksordningen 500-1000 liter vatten. För sådana vattenvolymer kan för det yttre höljet 7 krävas en radie i storleksordningen åtminstone 1,5 - 2,5 meter. Transportörens lutning, rotorns stigvinkel och tätheten mellan varven av de spiralgående rotorerna påverkar dock övriga dimensioner och flödena på ett sätt som måste beaktas särskilt från fall till fall.

Om förutsättningar finns i form av vattentillgång, fallhöjd och fallvinkel etc, kan överskottsenergi återvinnas genom att den första och drivande rotorn 10 kopplas verksamt till en roterande maskin 23, såsom en generator 23, på sätt som schematiskt indikeras i Fig. 1. Denna lösning kan vara särskilt fördelaktig i tillämpningar vari den uppströms passagen periodvis kan stängas under årstider då ingen stigning av fisk förväntas ske.

Det skall tilläggas att utvandring av fisk nedströms kan ske riskfritt emedan den drivna rotorn 10 inte roterar snabbar än vattnets flödeshastighet och därför inte kan skada fisk som följer med vattnet genom den nedströms passagen. Därtill skonas fisken från de snabba tryckförändringar som den vanligtvis utsätts för vid passage av skovelhjulet i en konventionell turbin.

I Fig. 3 visas översiktligt ett alternativt utförande av en transportör 100 verksam för dubbelriktad transport av vatten och vattenlevande organismer, däribland fisk, mellan en övre vattenvolym liggande vid en högre nivå Ll och en nedre vattenvolym liggande vid en i jämförelse med den högre nivån lägre liggande nivå L2.

Transportören 100 innefattar en drivande första rötor 101 vilken i form av en spiralgående vägg eller skovel 102 kopplar ett rörformigt yttre hölje 103 i koncentriskt förhållande till ett rörformigt inre hölje 104. Rotorn 101 är på detta sätt anordnad i en ringformig nedströms passage 105 som sträcker sig mellan ett inlopp 106, i kommunikation med den övre vattenvolymen, och ett utlopp 107 i kommunikation med den nedre vattenvolymen. Transportören 100 innefattar vidare en driven andra rötor 108, vars gängriktning är motriktad gängriktningen av den drivande rotorn 101, och vilken i form av en spiralgående vägg eller skovel 109 är kopplad till insidan av det inre höljet 104. Rotorn 108 är på detta sätt anordnad i en rörformig uppströms passage 110 som sträcker sig mellan ett inlopp 111, i kommunikation med den nedre vattenvolymen, och ett utlopp 112 i kommunikation med den övre vattenvolymen.

I transportören 100 mynnar med andra ord utloppet 112 från den uppströms passagen axiellt utanför inloppet 106 till den nedströms passagen. Genom detta i jämförelse med transportören 1 omvända förhållande blir det även möjligt att med transportören 100 lyfta vatten från den nedre vattenvolymen till en högre nivå L3 över nivån Ll av den övre vattenvolymen. Denna möjlighet kan i förekommande fall utnyttjas för att lyfta vatten från den nedre vattenvolymen till en ränna 113, vilken kan anordnas att leda det uppfordrade vattnet bort från inloppet 106 till den nedströms passagen. Utförandet med en tillordnad ränna kan vara fördelaktigt i samband med förekomst av mindre starka simmare som bör flyttas bort från inloppet till den nedströms passagen. Den tillordnade rännan kan i förekommande fall utnyttjas för att leda det uppfordrade vattnet och däri levande organismer förbi mellanliggande vandringshinder.

Uppfinningens dubbelverkande transportör, som i ett av sina primära använd-ningsområden även kan betecknas som en fisksluss, har här visats i två utföranden vilka båda kan sammanföras till den generella beskrivningen av en roterande maskin som utan tillförsel av extern energi drivs av ett nedströms riktat flöde för att alstra ett uppströms riktat returflöde till samma vattenkropp, såsom ett vattendrag, eller mellan diskreta vattenvolymer såsom i en terrassodling eller liknande. Det skall inses att med utgångspunkt i den beskrivning av uppfinningen som framläggs i ansökningen kan avsteg från detaljer i de visade utföringsformerna göras, utan att uppfinningstanken, så som denna anges i anslutande patentkrav, frångås.

Claims (11)

1. PATENTKRAV 1. Transportor (1; 100), verksam RV dubbelriktad transport av vatten och vattenlevande organismer, ddribland fisk, mellan en ovre vattenvolym liggande vid en hogre nivd. (L1) och en nedre vattenvolym liggande vid en i jamfOrelse med den hogre nivan ldgre liggande nivd. (L2), vilken transportor innefattar: 1. ett Ovre inlopp (5; 106) och ett Ovre utlopp (9; 112) avsedda att placeras i flodeskommunikation med den Ovre vattenvolymen, samt ett nedre utlopp (6; 107) och ett nedre inlopp (8; 111) avsedda att placeras i fllideskommunikation med den nedre vattenvolymen, 2. van det Ovre inloppet och det nedre utloppet kommunicerar via en nedstrOms passage (2; 105) som har en fOrsta effektiv genomstromningsarea, och det nedre inloppet och det Ovre utloppet kommunicerar via en uppstrOms passage (3; 110) som har en andra effektiv genomstromningsarea, 3. och van den nedstrOms passagen innefattar en fOrsta spiralgdende rotor (10; 101) med en gangriktning som av ett nedstrOms riktat flode orsakar den fOrsta rotorn att rotera omkring dess axel, 4. och den uppstroms passagen innefattar en andra spiralgdende rotor (14; 108), vilka rotorer är inbOrdes fOrbundna sá att den fOrsta rotorn (10; 101) driver den andra rotorn (14; 108) i rotation runt dess axel, och varvid den andra rotorn (14; 108) har en gangriktning som vid namnda rotation alstrar ett uppstrOms riktat flode (3; 110) 5. van i den fOrsta och den andra rotorn är inbOrdes kopplade i koncentriskt fOrhdllande och den andra rotorn (14; 108) medbringas i den forsta rotorns (10; 101) rotation runt en fOr rotorerna gemensam vridaxel, kannetecknad av att den drivande fOrsta rotorn (10) ãr centralt anordnad i ett rorformigt inre holje (4), och den drivna andra rotorn (14) ãr perifert anordnad i ett ringformigt utrymme mellan det inre hOljet (4) och ett tillkommande yttre hOlje (7), koncentriskt med det inre hOljet, varvid den drivna rotorn (14) bildar en spiralgaende vagg som sammanbinder de yttre och inre hOljena av transportoren.

2. Transport& enligt krav 1, van inloppet (5) till den nedstrOms passagen (2) med den drivande rotorn (10) är beldget wdellt utanfOr utloppet (9) fran den uppstroms passagen (3).

3. Transportor enligt nagot av kraven 1-2, van i inloppet (8) till den uppstr8ms passagen (3) är beldget axiellt utanfOr utloppet (6) fran den nedstrOms passagen (2).

4. Transportor enligt krav 3, van i inloppet (8) till den uppstr8ms passagen är koniskt divergerande i flOdesriktningen.

5. Transport& enligt krav 4, van i utloppet (6) fran den nedstrOms passagen dr koniskt avsmalnande i flOdesriktningen.

6. Transport& enligt krav 5, van ett lackflOde (20) som utmatas fran den nedstroms passagen (2) ãr anordnat att mynna i narhet av inloppet (8) till den uppstroms passagen (3).

7. Transport& enligt krav 2, van i langden av den nedstroms passagen (2) ãr reglerbar med hjalp av en ring (22) vilken är axiellt flyttbart anordnad i den uppstroms belagna anden av den nedstroms passagen, vilken ring bildar ett till den ovre vattenvolymens niva (L1) installbart inlopp till den nedstrOms passagen.

8. Transportor enligt krav 2, van i inloppet (5) till den nedstroms passagen '(2) omges av en radiellt utskjutande, strOmningspaverkande krage (21).

9. Transport& enligt krav 8, van namnda krage strOmningsmassigt separerar ett i den nedstrOms passagen instrommande flOde fran ett ur den uppstrOms passagen utstrommande flOde.

10. Transportor enligt nagot av ovanstaende krav, van i den drivande rotorn (10) ãr verksamt forbunden med en roterande maskin (23), sasom en motor eller en generator.

11. Transport& enligt krav 1, van i den andra rotorn (14; 108) har en gangriktning som är motriktad gdngriktningen av den forsta rotorn (10; 101), och av den forsta rotorn drivs att rotera i samma rotationsriktning som den fOrsta rotorn. 11 /7/ c• 'NJ 0'1 46. 14 41, ,7V,#,4441IPP -411°. AfTw 4tr ?,/