Potrubí (tlakový přivaděč)
Tlakový přivaděč je typický pro vysokotlaké vodní dílo kde se používá pro přívod vody bezprostředně k vodnímu motoru tehdy, není-li použita turbínová kašna. Své uplatnění najde také jako podzemní přivaděč do kašny, všude tam kde není možno vést vodu po povrchu otevřenou strouhou ať již z důvodů nevhodné výšky terénu nebo z důvodů bezpečnostních (nebezpečí přelití náhonu, nežádoucí prosaky případně pro nežádoucí zábor pozemků).
Potrubí používáme jen tehdy, když je to nevyhnutelné a nelze použít jiných prostředků. Potrubí použijeme přímé nebo s pozvolnými oblouky a na co nejkratší trase. V této souvislosti je nutné si uvědomit, že potrubí má při stejné délce mnohem větší ztráty než otevřený náhon a je podstatně dražší. Také oprava v případě poruchy (ucpání, prasknutí, netěsnosti), zvláště je-li položeno pod zemí nebo dokonce pod budovami, je mnohem komplikovanější a technologicky náročnější.
Průměr potrubí se odvíjí od požadovaného průtoku a rychlosti jakou voda proudí. Doporučená rychlost pro přivádění vody k vodnímu motoru je v rozmezí 1 až 3 [m/sec.] . Pro odvod vody od motoru odpadem pouze 0,4 až 1 [m/sec.]. Rychlost je nutné zvolit velmi uvážlivě. Zvětšením rychlosti získáme sice menší a tudíž i lacinnější potrubí, to však bude svým odporem zapřičiňovat trvalou ztrátu (pokles spádu), což se projeví menším výkonem vodního motoru po celou dobu životnosti díla. Odpor se bude měnit podle otevření vodního motoru. Při malém výkonu bude nepatrný, avšak a s otevíráním jeho rozváděcího ústrojí bude prudce narůstat. To se projeví „měkkostí“ vodního stroje a nechutí „táhnout“ při plném otevření.
K rychlé předběžné orientaci poslouží tabulka. Podle zvolené rychlosti proudění [m/sec.] vyberte příslušný sloupec. V něm vyberte hodnotu průtoku [ltr./sec.] stejnou nebo o trošku vyšší, než je hltnost vodního motoru a v levém krajním sloupci přečtěte doporučený rozměr trubky. Rozměry a rychlosti platí pro zcela zahlcené potrubí bez zbytků vzduchu.
| typizovaná ocelová trubka průměr [mm] × síla stěny [mm] | zvolená střední rychlost proudění [m/sec.] | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1,5 | 2 | 2,5 | 3 | |
| 51×3,2 | 1,56 | 2,34 | 3,12 | 3,91 | 4,69 |
| 57×3,2 | 2,01 | 3,02 | 4,02 | 5,03 | 6,03 |
| 60,3×4 | 2,15 | 3,22 | 4,3 | 5,37 | 6,44 |
| 70×4 | 3,02 | 4,53 | 6,04 | 7,55 | 9,06 |
| 76,1×5 | 3,43 | 5,15 | 6,86 | 8,58 | 10,3 |
| 80×5 | 3,85 | 5,77 | 7,7 | 9,62 | 11,6 |
| 89×6,3 | 4,58 | 6,88 | 9,17 | 11,5 | 13,8 |
| 102×6,3 | 6,28 | 9,42 | 12,6 | 15,7 | 18,8 |
| 108×6,3 | 7,15 | 10,7 | 14,3 | 17,9 | 21,4 |
| 114×6,3 | 8,08 | 12,1 | 16,2 | 20,2 | 24,2 |
| 127×6,3 | 10,3 | 15,4 | 20,6 | 25,7 | 30,8 |
| 133×6,3 | 11,4 | 17,1 | 22,8 | 28,5 | 34,2 |
| 140×8 | 12,1 | 18,1 | 24,2 | 30,2 | 36,2 |
| 152×8 | 14,5 | 21,9 | 29,1 | 36,3 | 43,6 |
| 159×8 | 16,1 | 24,1 | 32,1 | 40,2 | 48,2 |
| 168×8 | 18,2 | 27,2 | 36,3 | 45,4 | 54,4 |
| 194×8 | 24,9 | 37,33 | 49,8 | 62,2 | 74,7 |
| 219×8 | 32,4 | 48,55 | 64,7 | 80,9 | 97,1 |
| 245×8 | 41,2 | 61,78 | 82,4 | 103 | 124 |
| 273×8 | 52,7 | 79,1 | 105 | 132 | 158 |
| 324×8 | 74,5 | 112 | 149 | 186 | 224 |
| 406,4×7,1 | 121 | 181 | 242 | 302 | 362 |
| 426×7,1 | 133 | 200 | 266 | 333 | 400 |
| 508×8 | 190 | 285 | 380 | 475 | 570 |
| 610×7 | 279 | 418 | 558 | 697 | 837 |
| 630×6,3 | 299 | 449 | 599 | 748 | 898 |
| 720×8 | 389 | 584 | 779 | 973 | 1168 |
| 820×8 | 508 | 762 | 1015 | 1269 | 1523 |
| 920×8 | 642 | 963 | 1284 | 1605 | 1926 |
| 1020×8 | 792 | 1188 | 1583 | 1979 | 2375 |
| průtok potrubím [ltr./sec.] | |||||
Odpadní nebo jalové potrubí nebývá většinou zcela vyplněné vodou. Aby za provozu nestoupaly odpory na výtoku z vodního motoru, volívá se toto potrubí raději většího průřezu s menší střední rychlostí proudění. Naštěstí tím, že potrubí není zcela vyplněno, proudí voda s menším třením. Bylo zjištěno, že nejmenší ztráty jsou v potrubí vyplněném pouze do 93%, protože u hladiny může voda plynout velmi rychle, aniž by ji cokoli bránilo. Jakmile se však průřez zaplní celý, začne se proudící kapalina brzdit o klenbu, rychlost výrazně klesne a odpory vzrostou. Dojde k zahlcení potrubí (to dobře známe např. u propustků pod silnicí). V praxi je to velmi důležité. Je-li odpadem vedena pouze voda od turbíny, můžeme o nezahlceném potrubí uvažovat a jeho průměr zvolit menší. Ústí-li však do něj jalový přepad, jehož voda by mohla zahlcení potrubí způsobit, musíme při návrhu potrubí počítat vždy tak, jako by bylo zcela zaplněno vodou. V opačném případě nebude možné provozovat vodní motor s plnou hltností. Vždy proto volíme odpadní potrubí s velkou rezervou.
| světlost odpadního potrubí (vnitřní průměr) [mm] | zvolená střední rychlost proudění [m/sec.] | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 0,3 | 0,4 | 0,6 | 0,8 | 1 | |
| 150 | 5,3 | 7,07 | 10,6 | 14,1 | 17,7 |
| 200 | 9,42 | 12,6 | 18,8 | 25,1 | 31,4 |
| 250 | 14,7 | 19,6 | 29,5 | 39,3 | 49,1 |
| 300 | 21,2 | 28,3 | 42,4 | 56,55 | 70,7 |
| 350 | 28,9 | 38,5 | 57,7 | 76,97 | 96,21 |
| 400 | 37,7 | 50,3 | 75,4 | 101 | 126 |
| 450 | 47,7 | 63,6 | 95,4 | 127 | 159 |
| 500 | 58,9 | 78,5 | 118 | 157 | 196 |
| 600 | 84,8 | 113 | 170 | 226 | 283 |
| 700 | 115 | 154 | 231 | 308 | 385 |
| 800 | 151 | 201 | 302 | 402 | 503 |
| 900 | 191 | 254 | 382 | 509 | 636 |
| 1000 | 236 | 314 | 471 | 628 | 785 |
| 1200 | 339 | 452 | 679 | 905 | 1131 |
| 1500 | 530 | 707 | 1060 | 1414 | 1767 |
| 1800 | 763 | 1018 | 1527 | 2036 | 2545 |
| 2000 | 942 | 1257 | 1885 | 2513 | 3142 |
| průtok potrubím [ltr./sec.] | |||||
Aby voda získala z klidu potřebnou rychlost proudění v potrubí, bude k tomu potřebovat získat spád. V důsledku toho se ve vývařišti zdvihne hladina. Protože se však jedná o malé rychlosti do 1 [m/sec.], tvoří tento rozdíl maximálně 5cm.
Potrubí způsobuje proudící vodě odpor. Ten, jak už bylo zmíněno, je mnohem větší než u přivaděčů s volnou hladinou. Jednak proto, že je povrch na kterém se kapalina dotýká stěn větší a také proto, že je zvolena větší rychlost proudění. Odpor závisí na délce potrubí, rychlosti proudění, druhu proudění (laminární nebo turbulentní), počtu kolen, přechodek, odboček, uzavíracích prvků a také na drsnosti stěn (uvažovat s korozí). Tyto ztráty se projevují jako rozdíl hladin před a za potrubím (bez ohledu na to, bude-li potrubí uloženo svisle, šikmo či vodorovně). V praxi se odpor projeví tak, že bude vodní motor pracovat s menším spádem, než je vnější rozdíl hladin před a za vodním dílem. Nejlépe je to vidět u vodního díla s kašnou. Za klidu stojí v kašně hladina ve stejné výšce jako u česlí, ale se zvyšující se spotřebou vody potrubí „nestíhá.“ Hladina v kašně poklesne a ustálí se na nižší úrovni. Vodní motor najednou pracuje s menším spádem. Vede-li potrubí přímo do turbíny, není sice zdánlivě nic vidět, odpor potrubí se však i v tomto případě projevuje naprosto stejně (můžete se o tom přesvědčit na citlivém manometru instalovaném na hrdle turbíny nebo stavoznakem). Při návrhu vodního motoru se musí s tímto poklesem spádu počítat, jinak nebude podávat dobrý výkon. Je-li potrubí dlouhé jen několik metrů, můžeme ztráty zanedbat. U dlouhého potrubí (např. přívod po stráni k Peltonově turbíně) musíte ztráty v potrubí velmi podrobně propočítat a pamatovat na ně při návrhu vodního motoru.
Z hlediska ztrát je velmi podstatné, jakým způsobem je vyřešen vstup vody do potrubí. Fotografie je ukázkou odstrašujícího případu (bohužel častého), jakým začíná potrubí k malé spirální turbíně. Ostré hrany způsobují silnou kontrakci vstupující vody a vznikajícími odpory připravují turbínu o část spádu. Silné dřevěné sloupky nahrazující česle situaci ještě zhoršují. Je to stejné, jako by před turbínou bylo mnohonásobně delší drsné potrubí. Majitel takové MVE si často stěžuje, že je turbína za velké vody líná. Přitom stačí u ústí trubky vybetonovat zaoblené hrany nebo osadit plechový nebo plastový trychtýř, který se od ústí potrubí rozšiřuje pod úhlem cca 30° asi na dvojnásobný průměr než má vlastní potrubí. Je-li celý pod vodou, není vůbec podstatné, že směřuje proti vodě a přitom vůči samotnému potrubí příliš netěsní. Důležité je, zda dokáže vodu plynule nasměrovat do potrubí, bez toho, aby narážela na jeho ostrou hranu a tvořila za ní víry.