Pokud jste nalezli tuto stránku při fulltextovém
vyhledávání, tímto odkazem se dostanete na
hlavní rozcestí a stránky tématicky související.

Francisova vertikální turbína


pohled na palečný převod turbíny

Vertikální kašnová Francisova turbína byla hojně rozšířeným přetlakovým vodním motorem v minulosti. Osazovala se jí většinou vodní díla jezová nebo vodní díla derivační s otevřeným přivaděčem v nížinách na větších řekách. Používala se nejčastěji jako hlavní mechanický pohon větších mlýnů, městských elektráren a průmyslových závodů. Pokud se tyto stroje do dnešních dnů zachovaly, jsou po rekonstrukci většinou provozovány jako MVE řádu desítek až stovek kilowattů.

Toto technické uspořádání se používá na spádech od 1,5 metru (s násoskovou kašnou již od 0,5m) do cca 4 až 5 metrů, při středních a velkých průtocích (přibližně od 600 do 8000 ltr./sec.) Ve srovnání s horizontální turbínou má samotná vertikální turbína - díky přímé savce o nějaké procento vyšší účinnost. To se však záhy ztratí v převodu. Na menších spádech za zmíněným ozubeným převodem následuje ještě druhý převod řemenový. U moderních rekonstrukcí se někdy vystačí jen se samotným řemenovým převodem na vertikálně postavený pomaluběžný generátor. Velké turbíny mají mnohapólové generátory přímo na ose. Menší a starší turbíny jsou konstruovány s oběžným kolem tzv. normáloběžným , ale valná část strojů má oběžné kolo rychloběžné (až do ns=400 ot./min./m/HP).

Vlastní turbína je umístěna na dně turbínové kašny naplněné vodou. Její hřídel vede svisle vzhůru do strojovny, která je dostatečně vysoko nad spodní vodou, aby nehrozilo její zaplavení. Voda vniká z kašny do regulovatelných rozváděcích lopatek po celém obvodu turbíny. Při průtoku rozváděcími lopatkami získává rychlost a směr potřebný pro vstup do oběžného kola. V zakřivených mezilopatkových kanálech oběžného kola voda mění směr i rychlost a tím předává svoji energii. Po výtoku z oběžného kola se voda odvádí do odpadního kanálu. Protože je turbína z důvodů snadné údržby a oprav nad spodní hladinou, je voda odváděna savkou. Nepracuje-li turbína při jmenovitém průtoku (a to je vzhledem k našim hydrologickým poměrům často), dochází za oběžným kolem k rotaci vodního sloupce v savce, proto má kruhový, případně je-li zahnutá - mírně oválný průřez. Voda při průchodu kuželovitě se rozšiřující savkou snižuje rychlost, což s hmoností celého vodního sloupec v ní vytváří podtlak přenášející se na odtokovou stranu oběžného kola. Díky sacímu efektu využívá turbína celý spád H , ač je oběžné kolo nad hladinou vývařiště.

Schema uspořádání:

průřez starší kašnovou Francisovou  verikální turbínou s palečným převodem

Popis:

Podvodní část stroje se skládá z vlastního tělesa turbíny, které je osazeno na dně kašny. Na těleso zespodu navazuje plechová nebo litinová savka ústící do vývařiště pod kašnou. Její okraj musí být i při zastavené turbíně pod hladinou. Větší stroje nemají savku kovovou, ale turbína stojí na ústí kolenovitě zatočené savky betonové. Po obvodu tělesa je otočně nasazen regulační kruh. Z tělesa vzhůru čnějí čepy s rozváděcími lopatkami. Shora je turbína uzavřena víkem, kterým prochází do vnitřního prostoru stroje hřídel. Na jeho konci je zavěšeno oběžné kolo. Hřídel je ve víku turbíny centrován vodícím ložiskem. Hřídel volně prochází betonovou podlahou strojovny. Ve strojovně na betonovém základě stojí těleso ložiskového stojanu. V sobě skrývá závěsné ložisko axiální a hlavní ložisko radiální. Stojan slouží i jako opora ložiska předlohového hřídele. Na horním konci hlavního hřídele je tzv. zvonové kolo osazené výměnnými palci. Zvonové kolo zabírá do litinového nebo ocelového pastorku, který je naklínován na předlohovém hřídeli. Pastorek má velké mezery mezi zuby, protože dřevěné palce jsou masivnější než zuby lité. Současně s pastorkem je na předlohovém hřídeli naklínována řemenice, kterou je hnací síla odebírána. Turbína se reguluje otáčením regulačního kruhu, který ovládá rozváděcí lopatky. K tomu slouží svislý regulační hřídel (nezobrazen) vedoucí pod hladinu od ručního regulačního sloupku nebo automatického regulátoru.

Technické detaily:


Dnes je všeobecně známo, že Francisova turbína není pro malé spády ten nejvhodnější stroj. Dříve se na ně instalovala prostě proto, že Kaplanova turbína nebyla ještě vynalezena, popřípadě byla příliš horkou novinkou na to, aby se ji mlynáři odvážili použít. V mnoha případech proto bude snahou provozovatelů MVE se těchto strojů co nejdříve zbavit a nahradit je novými stroji vrtulovými. Doporučuji toto řešení velmi pečlivě uvážit. V současnosti není na trhu dostatek dobrých a současně levných strojů pro zpracování spádů menších než 2 metry. Proto by se neměl majitel při rekonstrukci díla unáhlit a přistoupit likvidaci původního stroje pouze tehdy, když není možné starou turbínu opravit. Nedejte se zmást tím, že turbína běží mizerně. Především je nutno si uvědomit, že tyto stroje mají za sebou často i osumdesát let provozu, mnohdy se značně zanedbanou údržbou. Z ní pak vyplývá většina problémů, se kterými se její provozovatel potýká, ať je to nesnesitelné hrčení a vibrace palečného převodu nebo neúčinná regulace od vyběhaných čepů rozváděče. Pokud je věnována náležitá péče ložiskům a palcům, lze po generální opravě počítat nejméně s dalšími padesáti lety provozu. Ač vám moderní turbína se svařovaným ocelovým tělesem vyrobí více elektřiny (ať již díky vyšší účinosti nebo svým širším regulačním rozsahem), nelze od ní tak dlouhou životnost očekávat - to je daň za její rychloběžnost. V mnoha případech lze do stěny staré kašny osadit i přímoproudou nebo kolenovou turbínu, aniž by bylo nutné rozbít starý a cenný historický stroj. Ten vám může dobře posloužit na zpracování povodňových průtoků i jako záložní soustrojí při výpadku a opravách nové turbíny. Koupit pak stačí podstatně menší a levnější turbosoustrojí, které si dobře poradí s malými letními průtoky.


[ O turbínách ]