26. Vodní 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.
Přetlaková turbína: (Francisova, Kaplanova, Dériazova)
Užitečný spád – bude záviset ne výstupní ztrátě, ale i na velikosti tlaku p p2 na konci oběžné lopatky. Větší užitečný spád se získá snížením tlaku p p2 připojením sací roury (trouby); výstupní ztrátu lze snížit pozvolna se rozšiřujícím průřezem sací trouby.
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.
Vodní díla – hydrocentrály:
Hydroelektrárna – hydrocentrála, je číst komplexního celku, tzv. vodního díla.
Vodní elektrárny vyrábějí v ČR asi 10% el. energie.
Dílo se skládá z:
– přívod vody
– zařízení pro zvýšení hladiny – jez, přehrada
– strojovna
– čističe vody
– uzavírací zařízení
– odpadní kanál
Vodní díla jsou:
Nízkotlaká – (spád do 15 m)
Využívá malých spádů – proto vyžaduje velké objemové průtoky.
a) derivační – strojovna mimo tok v derivačním kanále (obr. 224)
b) průtočné – strojovna přímo ve vodním toku
Středotlaká – (spád do 60 m)
Většinou jako akumulační nádrž s přehradní zdí – údolní přehrady. Součástí je tunel pod přehradou
– přivaděč – má 2 uzávěry (v hrázi a před turbínou).
Vysokotlaká – (spád nad 60 m)
Má zásobní nádrž, položenou mnohem výš než je strojovna. Z nádrže se přivádí voda k turbínám
potrubím. Nutné vyrovnávací nádrže – tlumí tlakovou vlnu a zamezení roztržení dolní části potrubí.
Druhy vodních turbín:
Peltonova:
Rovnotlaký vodní motor pro menší průtoky vody, ale velké spády (100 – 1000 m). Pro vyšší spády se staví dvoustupňová turbína.
Regulace – průtokem vody dopadající na oběžné kolo pomocí trysek
Francisova:
Přetlakový vodní motor; univerzální turbína pro spád 1 – 2 m, ale i pro spády až 500 m.
Regulace – změnou průtokem vody, která se řídí natáčivými rozváděcími lopatkami. Při optimálním úhlu natočení je účinnost turbíny nejlepší.
Kaplanova:
Přetlakový vrtulový motor. Rozváděcí i oběžné lopatky lze natáčet tak že polohy obou si navzájem odpovídají. Turbína má velikou účinnost i při malém zatížení. I při malých spádech a velké hmotnosti má ze všech turbín nejvyšší otáčky. Oběžné kolo – vrtule s natáčivými lopatkami.
Regulace – provádí se změnou průtoku vody rozváděcími lopatkami, ovládanými servomotorem.
Dériazova:
Přetlakový vodní motor s diagonálním průtokem vody. Je to konstrukční varianta Kaplanovy turbíny pro větší počet lopatek. Používá se pro spády 40 – 120 m. Výhodou je velký průměr náboje oběžného kola a tím větší počet lopatek. Muže být použita jako reverzní stroj – čerpadlo.