Ob∞₧nΘ kolo Peltonovy turbφny.

CESTA K TURB═N┴M

Vodnφ kolo bylo v²sledkem genißlnφho nßpadu a dokonalΘho °emeslnΘho zpracovßnφ na zßklad∞ dlouholet²ch zkuÜenostφ. Dosßhlo svΘho vrcholu a nastal Φas, kdy se nedalo zlepÜit. Nov² kvalitativnφ skok ve vyu₧itφ vodnφ sφly p°inesly a₧ turbφny, v²sledek v∞deckΘho bßdßnφ a p°esn²ch v²poΦt∙ v oboru zvanΘm hydromechanika. Jejφ zßkony prvnφ popsal a matematicky stanovil francouzsk² fyzik Daniel Bernoulli. Z jeho teoretick²ch pracφ pak vyÜel profesor g÷ttingenskΘ univerzity Jan A. Segner a sestavil pravzor turbφny - Segnerovo kolo.
   Segnerovo kolo mß velmi jednoduch² princip - dut²m h°φdelem se ₧ene voda pod vysok²m tlakem do trysek, z kter²ch tryskß ven a podle zßkona akce a reakce roztßΦφ systΘm.
   Profesor Segner se narodil v Bratislav∞, tam vystudoval gymnßzium, v Jen∞ univerzitu. Stal se lΘka°em, ale zßhy zaΦal p°ednßÜet matematiku na svΘ mate°skΘ univerzit∞. SvΘ "kolo" sestrojil za p∙sobenφ na univerzit∞ v G÷ttingenu, kupodivu vÜak nedokßzal v∞decky zd∙vodnit, proΦ se vlastn∞ otßΦφ. To uΦinil a₧ dalÜφ slavn² matematik L. Euler (jeho Φφslo se uΦφme dodnes). Ke skuteΦn∞ praktickΘmu vyu₧iti Segnerovy praturbφny doÜlo jen jednou, snad i proto, ₧e byla konstrukΦn∞ velmi nedokonalß. V jednΘ vesniΦce poblφ₧ G÷ttingenu pohßn∞la stoupy v lisovn∞ oleje. Stoupy drtily r∙znß olejnatß semena a vymaΦkßvaly z nich olej.

R∙znΘ typy Segnerova kola.

Nep°φm²m pokraΦovatelem Segnerov²ch snah se stal francouzsk² in₧en²r B. Fourneyron. Vystudoval hornickou Ükolu, kde poslouchal p°ednßÜky profesora Burdina o hydrodynamice a vodnφch kolech, tehdy v hornictvφ velmi rozÜφ°en²ch. Fourneyron vyÜel ze zajφmavΘ myÜlenky, ₧e zßkladem pro dokonalejÜφ vodnφ motor nebude v²konn∞jÜφ svislΘ vodnφ kolo, ale naopak kolo vodorovnΘ. V tom se shodoval se sv²m uΦitelem Burdinem, kter² dokonce p°edlo₧il francouzskΘ Akademii spis o vodnφch kolech spolu s nßvrhem dokonalejÜφho °eÜenφ, je₧ nazval turbφnou podle latinskΘho turbo = krou₧iti. Burdinovo °eÜenφ bylo zajφmavΘ, ale konstrukΦn∞ jen naznaΦenΘ. A prßv∞ v tΘto chvφli vstoupil do hry Fourneyron. Postavil malou pokusnou turbφnku o v²konu pouh²ch 6 ks (podle tehdejÜφch m∞°enφ), ale co bylo d∙le₧it∞jÜφ - m∞la ·Φinnost pln²ch 80 %, co₧ je Φφslo, o kterΘm se ₧ßdnΘmu vodnφmu kolu nem∙₧e ani snφt.

Ob∞₧nΘ kolo Kaplanovy turbφny (vlevo zav°enΘ, vpravo otev°enΘ).

Vodnφ turbφny

Fourneyron dal sv∞tu nov², vysoce ·Φinn², ekologicky neÜkodn² a prakticky zadarmo fungujφcφ motor. V²voj se vÜak samoz°ejm∞ nezastavil. Fourneyronova turbφna byla radißlnφ - to znamenß, ₧e voda protΘkala ob∞₧n²m kolem turbφny ve sm∞ru jeho polom∞ru. Brzy se objevily i turbφny axißlnφ, ve kter²ch voda protΘkß ve sm∞ru osy.
   DalÜφ rozhodujφcφ slovo ve v²voji turbφn vyslovil anglick² konstruktΘr, ₧ijφcφ v USA, J.B. Francis. P°i konstrukci pou₧il na svou dobu velice modernφ metodu modelovßnφ. Ironiφ osudu mu to p°ineslo velkΘ obtφ₧e. Jeho turbφny m∞ly sice vynikajφcφ parametry, nedaly se vÜak matematicky vyjßd°it. A to bylo pro konzervativnφ evropskΘ v∞dce zßminkou k jejich odmφtnutφ. PraktickΘ v²sledky vÜak brzy prokßzaly, ₧e lepÜφ turbφny neexistujφ, a tak se zaΦaly rychle Üφ°it i v dosud skeptickΘ Evrop∞.
   TakΘ dalÜφ konstruktΘr turbφn pochßzel z Ameriky. Jmenoval se Pelton a postavil turbφnu bez rozvßd∞cφho kola. Vodu na lopatky (ve tvaru zvlßÜtnφch misek) p°ivßd∞jφ trysky. TakΘ tuto pon∞kud netradiΦnφ turbφnu (naz²vß se Peltonovo kolo) evropÜtφ hydrotechnici zprvu zavrhli. Brzy se vÜak prokßzalo, ₧e na mal²ch tocφch, kterΘ ale majφ velk² spßd, je nenahraditelnß.

Kaplanova turbφna a jejφ tv∙rce ing. Viktor Kaplan.

   Porovnßvat kvalitu turbφn je toti₧ oÜidnΘ. Nedß se jednoznaΦn∞ °φci, kterß je lepÜφ a kterß horÜφ. VÜechno toti₧ zßle₧φ na typu vodnφho toku, kter² mß turbφnu pohßn∞t. Prßv∞ konkrΘtnφm podmφnkßm je t°eba konstrukci turbφny p°izp∙sobit. ZkuÜenosti a praxe tak nakonec prokßzaly, ₧e pro prudkΘ horskΘ °eky je nejv²hodn∞jÜφ Peltonova turbφna, pro dolnφ toky s mal²mi spßdy jsou lepÜφ turbφny Francisovy. Ty m∞ly vÜak jednu nev²hodu. Jejich otßΦky byly p°φliÜ nφzkΘ, tak₧e generßtor na v²robu elektrickΘho proudu k nim musel b²t p°ipojovßn p°es slo₧itΘ p°evody, co₧ znaΦn∞ sni₧ovalo celkovou ·Φinnost.
   Tento problΘm vy°eÜil a₧ profesor n∞meckΘ univerzity v Brn∞ Viktor Kaplan. Po dlouh²ch pokusech postavil vhodnou rychlob∞₧nou turbφnu pro malΘ spßdy. Ani on vÜak nebyl uÜet°en obrovsk²ch potφ₧φ a ·tok∙ z odborn²ch kruh∙. Kritiky se nakonec vystup≥ovaly do takovΘ intenzity, a₧ se p°epracovan² Kaplan zhroutil. Ale to ji₧ m∞la jeho turbφna °adu stoupenc∙, mimo jinΘ i mezi jeho Φesk²mi spolupracovnφky. Netrvalo dlouho a vydala se na vφt∞znΘ ta₧enφ sv∞tem. Dnes jich po celΘm sv∞t∞ pracujφ stovky Φi tisφce. V²razn²m znakem Kaplanov²ch turbφn je mo₧nost nastavovßnφ lopatek rozvßd∞cφho i ob∞₧nΘho kola podle pr∙toΦnΘho mno₧stvφ. Aby nedochßzelo k vφ°enφ vody, kterΘ ohro₧uje hladk² chod turbφny, mß ob∞₧nΘ kolo Kaplanovy turbφny jen Φty°i lopatky.

Vybere si jen ten, kdo se vyznß

   Je asi naΦase °φci si, proΦ jsou vlastn∞ turbφny o tolik v²hodn∞jÜφ ne₧ vodnφ kola. Odpov∞∩ je jednoduchß - majφ mnohem v∞tÜφ ·Φinnost, to znamenß, ₧e dokß₧φ vyu₧φt ze stejnΘho vodnφho toku mnohem vφce energie. Zatφmco vodnφ kola zφskajφ z energie skrytΘ ve vodnφm proudu asi 30 % k u₧iteΦnΘ prßci, ·Φinnost turbφn je a₧ 90 %. Pat°φ k nej·Φinn∞jÜφm motor∙m v∙bec.

	Bßnkiho turbφna.

   Je to proto, ₧e zatφmco vodnφ kola zu₧itkujφ pouze rßz (tlak vody, jejφ.polohovou energii) na lopatky, v p°φpad∞ kola na svrchnφ vodu i jejφ hmotnost, turbφny zu₧itkujφ pohybovou energii vody, Navφc voda v turbφn∞ p∙sobφ souΦasn∞ na vÜechny lopatky, u vodnφho kola jen na pom∞rn∞ malou Φßst jeho obvodu.
   V principu majφ turbφny rovn∞₧ ob∞₧nΘ kolo s lopatkami. Voda jφm vÜak protΘkß pln∞, na jednΘ stran∞ ob∞₧nΘho kola do lopatek vstupuje, na druhΘ vychßzφ. V∞tÜina turbφn mß navφc jeÜt∞ rozvßd∞cφ kolo, kterΘ je pevnΘ, neotßΦφ se a slou₧φ k p°ivßd∞nφ vody na lopatky ob∞₧nΘho kola. ZaruΦuje vlastn∞, aby voda na lopatky p°ichßzela v tom nejoptimßln∞jÜφm sm∞ru. Velmi d∙le₧itΘ je zak°ivenφ lopatek obou kol, urΦovanΘ podle nßroΦn²ch hydrodynamick²ch v²poΦt∙ nebo pomocφ modelovßnφ. Rozvßd∞cφ kolo b²vß v n∞kter²ch p°φpadech nahrazeno n∞kolika tryskami.
   OtßΦejφcφ se h°φdel ob∞₧nΘho kola pak m∙₧e p°φmo pohßn∞t pracovnφ mechanismus. NejΦast∞ji to b²vß generßtor pro v²robu elektrickΘho proudu.
   Podle zp∙sobu prßce se modernφ turbφny d∞lφ na rovnotlakΘ a p°etlakovΘ. V rovnotlak²ch turbφnßch z∙stßvß tlak vody stßle stejn² - to znamenß, ₧e voda vychßzφ z turbφny pod stejn²m tlakem, pod jak²m do nφ vstupuje. P°φkladem je Peltonovo kolo, nejv²hodn∞jÜφ pro toky s mal²m pr∙tokem vody, ale s velk²m spßdem. TakovΘ podmφnky nalΘzßme nejΦast∞ji v horsk²ch oblastech.

Francisova turbφna.

U p°etlakov²ch turbφn vstupuje voda do ob∞₧nΘho kola s urΦit²m p°etlakem, kter² p°i pr∙toku turbφnou klesß. P°i v²stupu z turbφny mß tedy voda ni₧Üφ tlak ne₧ p°i vstupu do nφ. Prßv∞ takhle pracujφ Francisovy turbφny, vhodnΘ pro st°ednφ spßdy.
   Pro malΘ v²kony na mal²ch spßdech jsou vhodnΘ horizontßlnφ turbφny, pro malΘ spßdy a velkΘ v²kony se stav∞jφ vertikßlnφ turbφny.
   V²voj Francisov²ch turbφn jeÜt∞ nenφ ukonΦen. Dosahujφ v²kon∙ a₧ 250 MW, jsou vÜak schopny i 1000 MW a vφce.
   Pro nejmenÜφ spßdy a velk² pr∙tok vody - to znamenß pro elektrßrny na p°ehradnφch jezerech dolnφch tok∙ velk²ch °ek - se jako nejv²hodn∞jÜφ ukazujφ Kaplanovy turbφny.
   Tam, kde by bylo nehospodßrnΘ p°ivßd∞t elektrick² proud z velk²ch vzdßlenostφ, nebo dokonce stav∞t velkΘ vodnφ elektrßrny, dob°e slou₧φ miniaturnφ vodnφ turbφny. StaΦφ jim pom∞rn∞ malΘ mno₧stvφ vody, nevelk² spßd a jednoduchΘ stavebnφ vybavenφ. Jejich v²kony se pohybujφ od 5 kW v²Üe.