turbína Setur
Vynalezena inženýrem Miroslavem Sedláčkem, systém je patentově chráněn ve většině průmyslových zemích světa. (Patent č.: EP1015760 B1, US Patent 6,139,267, RU No 2185525)
Jedná se o vertikální bezlopatkový vodní motor. Pracuje na principu odvalování rotačního tělesa ve výtokovém konfuzoru (využití principu hydrodynamického paradoxu). Účinnost podle provedení od 40 až do 75%.
Rozsah požití:
Pro spády (podle typu) od 0,6 až 20m při průtoku 4 - 500 ltr./sec.
Tento vodní motor pracuje na zcela odlišném principu, než většina ostatních turbín. Jeho pochopení bude nejsnažší, popíšeme-li si ho na turbíně uspořádané tak, jak byla v prvopočátcích svého vývoje. Tehdy se turbína se skládala z válcové komory do které tangenciálně ústilo přívodní potrubí. Ve spodní části komory bylo zůžené místo. Shora byla uvnitř komory na dlouhém tenkém a pružném hřídeli zavěšena koule s gumovým povrchem. Koule visela uprostřed komory v jejím nejužším místě.
Vlastní funkce turbíny je založena na tzv. hydrodynamickém paradoxu. To je jev, který způsobuje, že koule (nebo jiné zakřivené těleso) je přitahováno ke stěně tím více, čím rychleji mezi ním a stěnou proudí kapalina. (Vodáci tento efekt dobře znají ze situace, kdy se při rychlé jízdě střetnou dvě kánoe, které se měly zaručeně minout. Obdobný efekt nastane, zavěsíte-li několik centimetrů od sebe rovnoběžně dva listy papíru. Fouknete-li mezi ně, neoddálí se, jak by se dalo očekávat, ale naopak se přitisknou k sobě.) Když je do turbíny vpuštěna voda, proudí nejvyšší rychlostí mezi koulí a odvalovací hranou. Kdyby koule visela ideálně uprostřed, nic by se nestalo. Jenže koule je zavěšena pružně. Tangenciálně vstupující voda do turbíny způsobí mírnou rotaci. Tím dojde k vychýlení koule z klidové polohy. V místě, kde je koule blíž ke stěně, vzroste rychlost vody a klesne tlak. Koule se tak ještě víc vychýlí a přitiskne se ke stěně. Mezi koulí a stěnou vznikne štěrbina srpovitého tvaru. Vlivem celkového proudění se dostane koule do rotace. Síla která přitahuje kouli ke stěně je tím větší, čím vyšší je rychlost proudění kapaliny a ta je větší na té straně srpovité štěrbiny, kam se koule valí, protože v tom směru se štěrbina před koulí uzavírá. Koule je tedy ve štěrbině přisávána ke stěně ve směru svého odvalování. Protože se koule dotýká stěny a současně se odvaluje, funguje jako satelit v planetové převodovce a hřídel k ní připevněný se otáčí.
Malý model této turbíny najdete v každé domácnosti. Až budete po koupání vypouštět vodu z vany, povytáhněte špunt na řetízku jen několik milimetrů nad odpad. Je-li vana dostatečně plná a odpadní potrubí průchodné, začne se špunt odvalovat jako koule v této turbíně.
Během dalšího vývoje doznala turbína zásadních technických změn. Princip odvalování zůstal stejný, avšak původní koule byla nahrazena dutou polokoulí. Uspořádání turbíny se začalo odlišovat i podle použitého spádu. Ukázalo se, že pro malé průtoky a velký spád je vhodné obrátit směr proudění vody. Voda je přiváděna do skříně tvořící podstavec turbíny a strojem protéká zespodu nahoru. Díky tomuto uspořádání odpadla nutnost těsnit hřídel a vzrostla i přítlačná síla rotoru ke stěně. U malých spádů, kde je snadné vyvést hřídel až nad hladinu je možné původní směr toku shora dolů zachovat. Jak známo, prudká změna průtočných průřezů účinnosti nepřispívá a proto byl plášť turbíny v blízkosti rotoru vytvarován tak, aby se rozšiřoval pozvolna a plynule, tak, aby byly zachovány všechny vlastnosti, které má mít klasická savka. Tím se částečně využívá i zbytková energie vody za rotorem, což u původního uspořádání s prostou koulí bylo problematické. Aby nedocházelo k prokluzu mezi rotorem turbíny a stěnou po které se rotor odvaluje, bylo dokonalé odvalování zabezpečeno ozubeným převodem s jemným modulem. Rotor má nalisovaný tvrdý ozubený věnec, zatím co mezi přírubami vnějšího pláště je sevřen ozubený protikus z plastické hmoty, který tvoří současně i těsnění mezi díly turbíny. Kombinace materilů kov - plast zajišťuje tichý chod bez nutnosti mazání.
Nesouosost odvalujícího se rotoru musel dříve vypružit hřídel, nyní tuto úlohu přebírá kardanový kloub. Rotor obíhá v otvoru velmi rychle, rozdíl průměrů je však poměrně malý a tak se samotný hřídel otáčí relativně pomalu, ale s velkým kroutícím momentem. Moment je závislý na dobrém styku mezi rotorem a tělesem turbíny. Nesymetricky řešený přívod vody určuje smysl otáčení, jinak by se turbína rozběhla libovolně.
Ačkoli tento systém dosáhl mnoha ocenění a uznání na tuzemském i mezinárodním poli, byl popularizován v televizi i ostatních sdělovacích prostředcích, není dosatečně rozšířený. Je to škoda, protože je zajímavým strojem vhodným pro menší pohony. Jak uvádí výrobce - vodní motor je vhodný pro velmi malé vodní zdroje a ostrovní provoz, kdy vyrobená energie je akumulována a spotřebována v místě výroby. Vyznačuje se spolehlivostí a nemá negativní vliv na životní prostředí.
Vodní motor byl testován pro mechanický pohon závlahových čerpadel (Pro rozměrovou představu: Původní turbína s koulí o průměru cca 100 mm obíhající v otvoru o průměru 120 mm konala na spádu 1 metr přibližně 120 ot./min. a přes ojnici poháněla křídlové čerpadlo). Po zpřevodování se hodí pro pohon alternátoru s usměrňovačem - jako zdroj stejnosměrného proudu pro nabíjení akumulátorů. Stroj byl použitý i jako vodní motor pro MVE s asynchronním generátorem. K jeho výhodám patří spolehlivost, jednoduchost, necitlivost na organické nečistoty. Turbína má ekonomický provoz, protože průtok turbínou se při jejím odlehčení samočinně snižuje až o 50%, otáčky naprázdno vzrostou přibližně na jedenapůlnásobek jmenovitých.
Problémy se mohou vyskytnout s opotřebením, pokud by voda obsahovala velké množství abrazivních částic. Ale to je snadno řešitelné lapačem písku nebo vytvoření jímky před vstupem do potrubí. Turbína je v zásadě neregulovatelná, určená pro pohon stálé zátěže (čerpadlo, nabíjení akumulátoru, asynchronní generátor do sítě).
Nejvíce se osvědčila především jako přenosný mobilní stroj napojený flexibilní hadicí ke zdroji vody, v kombinaci s pomaluběžným stejnosměrným alternátorem (používaným pro větrné elektrárny). Pracuje jako nabíječ akumulátorů, ze kterých se nastřádaná elektrická energie následně mění na 230V / 50Hz (pomocí běžných polovodičových střídačů). Vývoj tohoto motoru stále pokračuje, zejména pokud jde o její samotné praktické konstrukční provedení.
Turbína nemusí být nutně použita jen na potoce. Je-li miniaturní turbína připojena na vodovod, může třeba pohánět vrtací nebo čistící nástroje. Např. rotační kartáč na mytí auta, masážní zubní kartáček, čistící zařízení kotelních trubek, vysavač bazénového dna a pod.. Může rozprašovat vodu do prostoru jako natáčivý či samochodný zahradní postřikovač a najde se samozřejmě mnoho dalších užití. Uplatní se všude tam, kde by jiná turbína byla příliš drahá, choulostivá nebo při malých rozměrech už příliš vysokootáčková.
| typ | DVE120 | DVE160 | DVE300 | DVE600 |
|---|---|---|---|---|
| spád [m] | 2..20 | 1,5..18 | 1,2..8 | 0,6..3,5 |
| průtok [ltr./sec.] | 4..20 | 10..25 | 50..160 | 100..500 |
| výkon na hřídeli [kW] | 0,075..2,1 | 0,11..2,9 | 0,4..4,3 | 0,8..7 |
| otáčky [ot./min.] | 120..150 | 90..130 | 50..80 | 22..30 |
Tabulka udává prakticky použitelný rozsah jednotlivých typů sériově vyráběných turbín Setur. Úměrně spádu odpovídá průtok a současně otáčky. Tzn. např. turbína DVE120 osazená na spádu 2 metry pojme průtok 4 lit./sec a bude mít výkon 0,075kW při 120 otáčkách za minutu. Tatáž turbína přemístěná na spád 20 metrů spotřebuje 20 ltr./sec., poskytne výkon 2,1 kW a bude mít 150 otáček za minutu. Z uvedeného je zřejmý nejen značný rozsah spádů na který lze tento vodní motor bez úprav instalovat, ale i minimální změny otáček v celém výkonovém rozsahu.
(Turbínu vyrábí Mechanika Králův Dvůr s.r.o.)