TURBÍNY

Vodní turbíny (vodní motory) jsou rotační lopatkové stroje, v nichž se využívá energie vody. Voda mění svou potenciální energii na kinetickou, která se odvádí ze stroje jako točivý moment na hřídeli.

Rovnotlaková turbína: (Peltonova)

Užitečný spád - závisí na rozdílu vstupní a výstupní energie.

Přeměňuje veškerou tlakovou energii na pohybovou energii vody v rozváděcím zařízení. Před i za lopatkami oběžného kola je stejný tlak. Na lopatkách oběžného kola odevzdává voda měrnou pohybovou energii oběžnému kolu. Ztrátu představuje nevyužitý spád mezi oběžným kolem a hladinou vtékající vody - zanedbatelná ztráta. Ztrátová je kinetická energie vystupující vody.

[m] průtok[ltr./sec.]

(min.1) 30 až 200 (max.1770) 1,5 až max.34000

      

Vynalezena r.1880 Lesterem Allenem Peltonem.

Typově se jedná o rovnotlakou turbínu s parciálním tangenciálním ostřikem. Účinnost u malé turbíny 80 až 85%, u velké 85 až 95%. Tato turbína se používá pro malá množství vody při velkých spádech. Vyhoví na

malých tocích v horách a všude tam, kde je nutno zpracovat relativně malé množství vody při velkém tlaku (používá se i ve vodárenském průmyslu na energetické využití rozdílu hladin ve vodojemech, dříve také k pohonu vysokootáčkových cukrovarnických odstředivek.

Výrazně okysličuje vodu. Je snadno a rychle regulovatelná. Ve srovnání s Francisovou turbínou pro velké spády je daleko více odolná proti otěru

pískem. Turbína se může točit bez vody a neklade odpor - to je výhodné na přečerpávacích

elektrárnách a při kombinování více turbín k jednomu generátoru kdy se nemusí spojkou odpojovat.

Bohužel její použitelnost v hydrologických poměrech České republiky je omezená. Na menších spádech ji zastoupí úzká Bánkiho turbína na větších lze snadněji realizovat turbínu systému Turgo.

Nevýhodou je složitý tvar lopatek, který brání levné amatérské výrobě. Další nevýhodou je část ztraceného spádu. Oběžné kolo musí být nízko a vadí jí vzestup spodní vody. Na menších spádech dává příliš malý počet otáček a vyžaduje převod.

Princip turbíny: Voda je vedena potrubím do jedné ze čtyř trysek, ze kterých vytéká velkou rychlostí na lopatky oběžného kola. Tlaková energie se v tryskách přeměňuje v energii pohybovou. Lopatky mají tvar dvojité misky. Výkon turbíny lze regulovat změnou průtoku vody lopatkami.

Přetlaková turbína: (Francisova, Kaplanova, Dériazova)

Francisova turbína

Přeměňuje v rozváděcím zařízení jen část tlakové energie vody na kinetickou. V oběžném kole se tedy mění měrná tlaková i kinetická energie vody na mechanickou energii. Před oběžným kolem je menší tlak než za ním.

Základem Francisovy turbíny je zdokonalená Fourneyronova turbína, kde průtok vody byl volen směrem od obvodu ke středu. Odstředivá síla působí na průtok vody v opačném smyslu a pomáhá udržet stálé otáčky turbíny. Tak se postupně přešlo na tvar, jímž se vyznačuje Francisova turbína,

Historie Francisovy turbíny

Francisova turbína byla poprvé postavená v roce 1849. Jedná se o přetlakovou turbínu. Konstrukce Francisovy turbíny vychází z teoretických základů významného matematika Leonarda Eulera . Tato turbína je aktuální dodnes.

Francisova turbína má dvě podvarianty podle uložení hřídele:

Vertikální Horizontální

Hlavní části jsou spirální skříň, rozváděcí kolo, oběžné kolo a sací trouba. Voda je vedena spirální skříní do rozváděcího kola. Lopatky v rozváděcím kole lze natáčet tak, aby voda proudila v náležitém směru na lopatky oběžného kola. Rozváděcí kolo je pevné, neotáčí se. Voda vytéká z rozváděcích lopatek na oběžné lopatky.

Použití Francisovy turbíny

Francisovy turbíny se používají v energetice. Jsou určeny pro střední a větší průtoky a spády, zejména u přečerpávacích elektráren. Například největší evropská přečerpávací vodní elektrárna Dlouhé Stráně, používá dvě Francisovy turbíny o výkonu 325 MW.

Štvanice-Francisova turbína

Malá Francisova turbína spojená s generátorem

Kaplanova turbína

Historie Kaplanovy turbíny

První Kaplanovu turbínu zkonstruoval brněnský profesor Viktor Kaplan (1876 – 1934) v roce 1919. Účinnosti až 86 %.

Tato turbína se stala nejvýznamnějším typem turbíny užívaným ve velkých vodních elektrárnách po celém světě.

Princip činnosti Kaplanovy turbínyKaplanova turbína je přetlaková axiální turbína s velmi dobrou možností regulace.

Toho se využívá především v místech, kde není možné zajistit stálý průtok, nebo spád.

Turbínu vynalezl profesor brněnské techniky Viktor Kaplan. Od svého předchůdce, Francisovy turbíny, se liší především menším počtem lopatek, tvarem oběžného kola a především možností regulace náklonu lopatek u oběžného i rozváděcího kola.

Má vyšší účinnost než Francisova turbína, je ale výrazně složitější a dražší.

Oběžné kolo bez vnějšího věnce má oběžné lopatky upevněny natáčivě v náboji kola.

Náboj má hydrodynamicky vhodný tvar (v prostoru lopatek je plocha náboje kulová).

Lopatky jsou ovládané regulačním mechanizmem osazeným uvnitř náboje kola. Osa čepů lopatek svírá s osou náboje úhel 90o. U standardních provedení se jejich plynulé natáčení provádí za provozu stroje. Rozvaděč, který může být řešen jako radiální, diagonální až téměř axiální, má rovněž natáčivé lopatky, ovládané vlastním regulačním mechanizmem. Změna polohy oběžných a rozváděcích lopatek je prováděna současně, vázaně. U turbín větších výkonů je obvyklé provedení vertikální. Kaplanovy turbíny menších výkonů mohou být i horizontální nebo s mírně šikmou osou rotoru.