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.