Henschel - Jonvalova turbína

(vynalezena r.1837 v Německu Henschelem a zdokonalena ve Francii Jonvalem r.1841)

Typově se jedná o axiální přetlakovou vertikální turbínu s přímou savkou, regulovanou škrcením na výstupu. Stavěla se na spády již od 0,6 metru a byla použitelná až do spádu 40 metrů. Její účinnost při plném otevření dosahovala až 85%. Maximální dosažená hltnost byla 22m ³ /sec a výkon 1,1MW. Typická rychloběžnost tohoto vodního motoru se pohybovala v rozmezí n _s = 205 až 263, podle geometrie lopatek. Oběžné kolo mělo průměr až 5 metrů.

Princip turbíny:

Voda se k turbíně přivádí většinou otevřenou strouhou a těsně před ní dřevěným vantrokem. Vantrok je na svém konci zaslepen a tvoří kašnu. Na jeho dně je umístěna samotná turbína. Ta se skládá z kompaktního odlitku, jehož součástí jsou pevně nastavené rozváděcí lopatky a středová trubka, kryjící hřídel. Voda prochází rozváděcími lopatkami a ty jí udělí vhodný směr (rotaci) pro vstup do otáčejícího se oběžného kola. Energie vody se však v rozváděcím ústrojí využívá jen zčásti. Voda s jistým přetlakem projde mezerou a vstoupí do oběžného kola. Kanály mezi lopatkami oběžného kola jsou zakřiveny a současně se jejich průřez zužuje. Voda je v nich přinucena zvýšit rychlost a tím předává svou energii oběžnému kolu. Nejužší průřez je v místě, kde voda opouští oběžné kolo. V něm také získá nejvyšší rychlost. Ta je téměř shodná s rychlostí otáčení oběžného kola, jenže v opačném směru, takže ve svém výsledku pozbyla kapalina po opuštění lopatek rotaci a volně klesá dolů. Tento prostor je uzavřen válcovitým pláštěm - zvaným savka , do kterého nemá přístup vzduch. Protože je oběžné kolo výš než hladina v odpadním kanále, uplatňuje se v tomto případě hmotnost sloupce kapaliny v savce pod oběžným kolem, která způsobuje na odtokové straně oběžného kola výrazný podtlak. Ten pomáhá zvýšit rychlost vody na lopatkách. Tím způsobem je využit nejen spád od hladiny k oběžnému kolu, ale i spád od oběžného kola ke spodní hladině. Turbína tak snadno využívá celý rozdíl hladin H. Průtok turbínou Q se reguluje spouštěním nebo zdviháním válcového uzávěru, který je z vnější strany axiálně posuvný po savce. Jeho spuštěním ke dnu se omezí odtok vody ze savky, na oběžné kolo začne působit protitlak a výkon turbíny se sníží. Úplným spuštěním se průtok turbínou zcela znemožní, ale savka zůstane zaplněná vodou.

Konstrukční detaily:

• Turbína se zásadně konstruuje jako vertikální.
• Oběžné kolo se otáčí těsně pod rozváděcími lopatkami, mezera musí být naprosto minimální.
• Hřídel je pod vodou opřen v patním ložisku a na výstupu trubky utěsněn, aby se tudy nepřisával do turbíny vzduch a nepoškozoval podtlak v savce.
• Spodní díl savky musí být vždy zanořen pod hladinu.
• Regulačním orgánem je tělěso válcového uzávěru. Za klidu spodním okrajem leží na dně odpadního kanálu. Po vnitřním plášti se musí posouvat těsně. Pohyb válcového uzávěru zajišťují - za jeho horní lem - dlouhé tyče procházející těsně dnem kašny nad její hladinu a dále vzhůru do strojovny (na obrázku nejsou nakresleny). Tyče (většinou tři) jsou posouvány regulačními šrouby ovládanými od jednoho ručního kolečka.
• Protože má turbína na malých spádech nízký počet otáček, je doplněna kuželovým převodem, který otáčky zvyšuje a převádí na horizontální hřídel k dalšímu využití.
• Oběžné kolo můsí být důkladně axiálně zajištěno, nejlépe osazením na hřídeli.
• Značnou axiální sílu zachycuje axiálně-radiální ložisko pod kuželovým kolem, patní ložisko je pouze radiální a hřídel centruje. Konstrukce nesoucí převod musí být dostatečně tuhá, aby se vlivem zatížení překladů nezvětšila mezera mezi rozváděčem a oběžným kolem.

Použití:

Tato turbína se vyráběla od r.1841 až do r.1905. V současnosti už nepoužívá. Patřila k prvním prakticky použitelným přetlakovým turbínám s širokým rozsahem použití. Na svou dobu převratné řešení umožňovalo umístění oběžného kola i v jiné výšce než bezprostředně nad spodní hladinou. Její hlavní nevýhodou byla těžkopádná a neekonomická regulace. Ta se v prvopočátcích podle Henschelova návrhu prováděla uzavíráním jednotlivých kanálů rozváděče , posléze jednodužším a provozně spolehlivějším škrcením výstupního průřezu savky . Oba způsoby však při menších průtocích negativně ovlivňovaly rychlostní poměry a tím i účinnost. Přes tyto problémy byla dobrým motorem všech větších továren v první polovině 19.století, zejména tam, kde kolísání spodní hladiny znemožňovalo použití rovnotlakých turbín. Pomohla využít velkou vodní sílu, která nebyla zvládnutelná pomocí vodních kol. Jako pomaluběžný stroj s velkou setrvačností nebyla citlivá na proměnné zatížení. Uspořádání s otevřenou kašnou se nehodilo pro větší spády. Proto tam, kde byl spád větší než asi 8 metrů, byla celá turbína uzavřená do nýtovaného pláště - kotle a přívod vody byl řešen potrubím. Ze všech lokalit, kde byla v minulosti Henschel-Jonvalova turbína používána, byla vytlačena turbínou Francisovou ať už kašnovou, kotlovou nebo spirální.