Fourneyronova turbína

(Vynalezena v rozmezí let 1827 až 1833 francouzským inženýrem Benoitem Fourneyronem)

Typově se jedná o přetlakovou vertikální turbínu s centrifugálním průtokem. Přesný rozsah použití se v dostupné litaratůře neuvádí. Její konstrukční řešení nasvědčuje spolehlivému využití spádů od 1 do 5 metrů. Stavěla se až do výkonu 40kW.

    

Princip turbíny:

Voda je k turbíně přiváděna otevřenou strouhou a těsně před ní dřevěným vantrokem. Vantrok je na svém konci zaslepen a v jeho dně je osazen válcový mezikus, kterým voda klesá dolů k vlastní turbíně. Uprostřed tohoto mezikusu je vsazena trubka, která nese samostatné dno, součástí kterého jsou i zakřivené rozváděcí lopatky. Voda vyplňuje pouze prostor mezi válcovým mezikusem a trubkou, zatím co vnitřní prostor trubky je suchý a prochází tudy hřídel. Válcový mezikus pokračuje dolů ve formě válcového uzávěru se zaoblenou spodní hranou. Tento díl se dá uvnitř dílu předchozího výškově posouvat. Je-li zcela dole, dosedá na dno a voda je uvnitř stroje uzavřená. Pozdvižením tohoto dílu se po obvodu utvoří štěrbina, kterou z rozváděcích lopatek vtéká voda zevnitř do věnce oběžného kola. Výška zdvižení válcového uzávěru určuje, jaká plocha lopatek bude vodou zasažena a jaká se bude jen volně otáčet ve vzduchu. Z tohoto důvodu býval věnec oběžného kola často rozdělený na několik samostatně pracujících pater. (Obrázek znázorňuje turbínu otevřenou přibližně na 50%.) Díky zakřivenému tvaru rozváděcích lopatek získá voda vhodný směr (rotaci) pro optimální vstup do otáčejícího se věnce oběžného kola. Na dlouhých a silně zakřivených lopatkách kola voda mění směr a ve zužujícím se kanále zvyšuje rychlost. Tím na lopatku působí silou a předává tak svoji energii. Nakonec na vnější straně vytéká přibližně stejnou rychlostí, jakou se věnec otáčí, jenže v opačném smyslu. Vlivem rozdílných směrů těchto rychlostí dojde k tomu, že voda opustí oběžné kolo s nulovou rotací a s minimální zbytkovou energií volně dopadá na spodní hladinu v odpadním kanále.

Konstrukční detaily:

• Turbína se zásadně konstruuje jako vertikální.
• Oběžné kolo se otáčí volně ve vzduchu nebo se pouze v nejspodnější části mírně brodí.
• Hřídel je pod vodou opřen v patním ložisku.
• Pokud nevadí rozstřik, není turbína kapotována.
• Regulačním orgánem je tělěso válcového uzávěru, na svém spodním okraji opatřené zařezy tak, že zapadá do mezer mezi rozváděcí lopatky. Pohyb válcového uzávěru zajišťují dlouhé tyče procházející vodním prostorem turbíny (na obrázku nejsou nakresleny). Tyče (většinou tři) jsou posouvány regulačními šrouby ovládanými od jednoho ručního kolečka.
• Protože má turbína nízký počet otáček, je doplněna kuželovým převodem, který otáčky zvyšuje a převádí na horizontální hřídel k dalšímu využití.
• Axiální sílu, způsobenou hmotností rozměrného oběžného kola, zachycuje axiálně-radiální ložisko pod kuželovým kolem, patní ložisko je pouze radiální.
• Středová trubka nesoucí dno s rozváděcími lopatkami bývá pro větší pevnost a stabilitu uchycena i několika centračními výztuhami k hornímu válcovému mezikusu.
• Problémovým místem bývá těsnění válcového uzávěru, který se v místě styku s horním válcovým mezikusem často zadírá. Aby bylo možno turbínu i v tomto případě zastavit, musí být na vstupu do vandroku bezpečnostní stavidlo.

Použití:

Tato turbína se v současnosti už nepoužívá. Patřila k prvním prakticky použitelným turbínám, které se ve své době pokoušely konkurovat hojně rozšířeným vodním kolům . Její hlavní nevýhodou byla značná složitost, těžkopádná regulace, pomaluběžnost a citlivost na nečistoty. Přes tyto nedostatky byla dobrým motorem pro pohon přádelen, tkalcoven, skláren, železáren a všech větších manufaktur v první polovině 19.století. Jako pomaluběžný stroj nebyla citlivá na proměnné zatížení, jak bylo nutné pro přímý mechanický pohon (protože jiný se v době jejího vzniku nepoužíval). Na všech lokalitách, kde byla v minulosti Fourneyronova turbína používána, byla vytlačena turbínou Girardovou a posléze přetlakovou turbínou Francisovou.