Turbíny

 

VODNÉ KOLESÁ

 

Oddávna sa vodná energie využívala len vodnými kolesami. Dnes sa už použí­vajú len veľmi zriedka. Bolí vytlačené vodnými turbínami. Vodné kolesá vy­užívajú prevažne len polohová energiu vody. Táto sa k ním privádza žl'a­bom a z neho padá do korčekov, umiestnených po obvode kolesa. Koleso sa otáča pôsobením tiaže vody. Otáčaním kolesa klesajú jednotlivé korčeky a pri hladine dolnej vody sa voda z nich vylieva do odpadu (obr. 8-1). Pri vodných kolesách na spodný dopad pôsobí kinetická energie vody (obr. 8-1b, c).

Podľa polohy, v ktorej sa korčeky plnil, poznáme kolesá:

s) na vrchný dopad, pre spády 3 až 12 a,

b) na stredný dopad, pre spády 1,5 až 5 m,

c) na spodný dopad, pre spády 0,4 až 3 m.

 

 

 

Niektoré kolesá, najmi na dolný dopad, bolí uspôsobené tak, že využívali časť energie polohovej a časti pohybovej. Tieto zariadenia bolí ťažkopádne, s malými otáčkami a bolí obmedzené len na určité rozmedzie spádov a prieto­kov. Bolí tiež veľmi chúlostivé na zamŕzanie. Niektoré z týchto zariadení mali však dobré účinnosti (až 80 %) a veľmi dlhú životnosť (120 rokov).

Pre malé otáčky neboli vhodné na priame spojenie s generátormi.

 

 

VODNÉ TURBÍNY

 

Vodné turbíny majú oveľa lepšie prevádzkové vlastnosti ako spomínané vodné kolesá e vodné motory, preto ich vytlačili z prevádzky. Vodné turbíny vy­užívajú prevažne pohybová energiu vody. Voda preteká najprv pevnými rozvá­dzacími kanálmi turbíny, v ktorých sa celá polohová energie, alebo jej pod­statná časť mení na pohybová. Usmernený vodný prúd vteká do opačne zakri­vených obežných kanálov (lopatiek) obežného kolesa, na ktorú pôsobi tlakom, uvádza ich do otáčavého pohybu a tak im odovzdáva svoju energiu. Podľa spô­sobu premeny energie rozoznávame vodné turbíny:

 

1. rovnotlakové

2. pretlakové

 

Pri rovnotlakových turbínach sa celá polohová energia vody mení už v rozvádzacích kanáloch turbíny na pohybovú energiu, ktorú potom odovzdáva pri nezmenenom tlaku obežnému kolesu.

Umiestňujú sa preto nad hladinou dolnej vody. Sem patria napr. turbíny Peltonova, Bánkiho,

 

Pri pretlakových turbínach sa v kanáloch rozvádzacieho kole­sa premení len časť polohovej energie vody, charakterizovanej spádom, na energiu pohybovú.

Pri výtoku z kanálov rozvádzacieho kolesa zostáva ešte zvyšná časť tlako­vej energie

vo forme hydrostatického tlaku vody, s ktorým voda vstupuje do obežného ko­lesa. Hydrostatický tlak sa od odtoku do kanálov obežného kolesa smerom k vý­toku zmenšuje, teda je v nich pretlak. Využitie zvyšku energie, ktorú od­náša vodný prúd opúšťajúci veľkou rýchlosťou obežné koleso turbíny, umožňu­je spätným saním odsávacia rúra turbíny. V nej sa rýchlosť vodného prúdu plynule zmenšuje. Do tejto skupiny patria turbíny Kaplanova, vrtulové, Francisove, diagonálne a iné.

 

Peltonova turbina

 

Je reprezentantom rovnotlakových turbin. Voda sa privádza k turbíne tangen­ciálne cez jednu alebo viac dýz, naráža na varechovité lopatky a odteká volne do odpadu. Striekajúci vodný lúč  je uná­šaný kinetickou energiou, ktorú celú odovzdáva obežnému kolesu.

 

 

 

 

Bánkiho turbína

 

Veľmi výhodne sa používala v malých vodných elektrárňach. Prívod vody je tiež tangenciálny, odtok čiastočný a prietokom cez obežné koleso

Vodný prúd po prvom prechode cez lopatky turbíny sa dostáva do stredu obež­ného kolesa a vteká rla jeho protilahlú stranu, kde znovu pôsobí na obežné lopatky. Bánkiho turbíny majú dobrú účinnoasť (často až ~Z = 85 %). Používa­li sa až na spád H = 60 m a prietok Q = 2 m3.s 1. Najčastejšie bolí in­štalované v súkromných živnostenských a malopriemyaslných závodoch, mlynoch e pílach. Predurčovala ich k tomu jednoduchá konštrukcia a spol'ahlivosť v prevádzke. V zima nezamŕzali s bolí preto ovel'a výhodnejšie ako vodné kolesá.

 

 

 

 

Kaplanova vodná  turbína

 

Tento typ turbíny vznikol zdokonalením vrtul'ovej turbíny brnenským profeso­rom Viktorom Kaplanom (1919). Vynález spočíval v tom, že pri regulácii tur­bíny súčasne s natáčaním lopatiek rozvádzacieho kolesa sa natáčajú aj lo­patky obežného kolesa (obr. 8-16). Tým sa dá turbína veľmi pohotovo prispô­sobiť zmenám prietoku a spádu.

 

Voda sa privádza do kovovej alebo betónovej špirály a z jej vnútorného ob­vodu vteká radiálnym smerom do rozvádzacieho kolesa, ktoré má na svojom ob­vode vsadené natáčavé lopatky.

 

 

 

 

Rozvádzacie koleso ako celok je pevné. Otá­čanie jeho lopatiek je usmerňované veľmi presne automatickým regulátorom. Rozvádzacími lopatkami sa dá usmerňovať, regulovať a aj celkom uzavrieť prívod vody na obežné koleso turbíny. Obežné koleso je umiestnené v strede pod rozvádzacím kolesom. Od obežného kolesa je voda odvádzaná odsávacou rú­rou do odpadu. Obežné koleso má malý počet krátkych lopatiek (obvykle 4 - 5, len pre vysoké spády je lopatiek viac, a to 8 - 10 kusou) rozložených radiálne po obvode náboje. Lopatky sú natáčavé okolo čapou upevnených na náboji.

 

 

 

Kaplanova turbina navrhovaná pre vodnú- elektráreň Gabčíkovo na Dunaji

 

 

 

 

Francisova vodná turbína

 

Má podobne ako Kaplanova turbina špirálu, rozvádzacie koleso, obežné kole­so e odsávaciu rúru. Obežné koleso je však riešené inak. Je umiestnené v strede rozvádzacieho kolesa. Delí ho od neho len úzka medzera. V obežnom kolesa sú pevné lopatky. Majú radiálno-axiálne usporiadanie, teda voda vte­ká do kolesa radiálne a vyteká axiálne do odsávacej rúry. Konštrukčne sa dá turbína prispôsobiť požiadavkám rýchlobežnosti vo veľkom rozsahu.