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

O vodních kolech...


Jsou to jedny z nejstarších strojů, které začal člověk pro pohon využívat. Jedná se o pomaluběžné motory, ve kterých (až na vyjímky) účinkuje voda svou polohovou energií. Dlouhá léta se držela ustálená koncepce, která vycházela z výsledků ověřených v praxi. Bylo to dáno tím, že kola stavěli odborní řemeslníci - sekerníci. Teprve až mnohem později začala být vodní kola předmětem zájmu inženýrů a vědeckých pracovníků. Začaly se na nich uplatňovat zákonitosti hydrodynamiky a konstrukční výpočty. To přispělo ke zvýšení jejich účinnosti. Bohužel k tomu došlo již v době nástupu prvních vodních turbín. Ty (částečně vlivem módní vlny), začaly vodní kola houfně vytlačovat. Ne vždy to bylo ku prospěchu věci.

Na přelomu devatenáctého a dvacátého století je možno považovat vývoj základních typů vodních kol za ukončený a byl znám rozsah jejich použitelnosti:

Graf použitelnosti jednolivých druhů kol:

volba příslušného typu vodního kola v závislosi na spádu a průtoku

O tom, že snaha konstruktérů nebyla marná svědčí dosažená hodnota účinnosti některých strojů:

typ kolaúčinnost [%]
korečník na horní vodu s obráceným chodemaž 85
korečník na horní vodu obyčejný65..80
korečník se zadním dopadem65..75
lopatník s kulisou65..70
lopatník s přepadem60..75
lopatník s voletem 45..55
Zuppingerovo kolo70..78
Ponceletovo kolo60..65%
Sagebienovo koloaž 80%
střikový hřebenáč30..35%
belík (valach)25..30%


Účinnost je tím vyšší, čím větší je ta část spádu po kterou voda v kole působí svou vahou oproti té části spádu, který byl nutný na získání vstupní rychlosti vody do kola. Jedná se o účinnost na hřídeli vodního kola. Následnými převody (první stupeň - jeden až dva ozubené nebo řetězové převody, druhý stupeň - zásadně řemenový převod) se část energie ztratí. Přesto však zůstává vodní kolo významným, nenáročným, spolehlivým a laciným hnacím motorem (v zahraničí) v hydrologicky nejistých lokalitách s velkou průtokovou přetížitelností a necitlivostí k nečistotám. Mnohdy se uplatní nejen jako hnací stroj, ale i jako dekorace či reklamní poutač. Není zanedbatelný ani jeho ekologický přínos výrazným okysličením vody při plnění korečků a následném výpadu vody.

Charakteristickou vlastností těchto strojů je, že dokáží „velkou vodu“:
Představte si situaci, kdy po velkých deštích protéká řečištěm značné množství vody. Současně s tím však došlo k vzestupu hladiny pod strojovnou. Rozdíl hladin na samotném vodním díle se tedy zmenšil. Pokud je ve strojovně instalována turbína, zmenšil se spád, který využívá. Spolu s tím se zhoršila její účinnost a také vlivem zmenšeného spádu poklesl průtok turbínou. Turbínu již není možno více otevřít a tak se paradoxně snížil výkon celé stanice v situaci, kdy všude okolo teče nadbytek vody. Je-li však ve strojovně vodní kolo, nic nebrání tomu, vyrovnat ztrátu spádu tak, že na jeho lopatky pustíte větší množství vody, než na jaké je konstruováno. To, že se zhorší účinnost není podstatné, protože vody máte k dispozici dostatek. Celkově bude i při nižší účinnosti výkon na hřídeli větší nebo alespoň stejný, jako kdyby k rozvodnění řeky nedošlo.

I „za sucha“ se vodní kolo zachová poměrně dobře:
Máme opět situaci, kdy je ve strojovně instalována turbína. Je dlouho sucho a v řece pozvolna ubývá vody. Vodní dílo nemá možnost akumulace a tak je odkázáno pouze na to co náhonem přitéká. Aby byl udržen spád, je nutno stále více uzavírat regulační orgán turbíny. Jenže když už je turbína hodně uzavřená, ztácí velmi výrazně na účinnosti a výkon klesá. Záchranný pokus - otevřít turbínu víc a obětovat část spádu končí většinou jejím zavzdušněním a úplným zastavením. Turbína je pak po celé suché období mimo provoz. Je-li však ve strojovně vodní kolo, korečky nepřetékají, voda se nerozstřikuje, jeho účinnost se při snížení průtoku zvýší. I ztrátové převody nejsou tolik zatíženy a jdou lehčeji než dříve. Výkon se v důsledku úbytku vody snížil, ale ne tak výrazně. Když je již přítok skutečně kriticky malý, vodní kolo sníží otáčky, ale stále ještě pracuje. (Korečník se naplní i úplně malým čůrkem a nakonec se těžké kolo váhou plného korečku pootočí, jen to trvá dlouho). V případech, kde by turbína již dávno stála, kolo stále ještě jede, byť by malým výkonem.

Nectností vodních kol je namrzání v zimě, zejména jsou-li část dne nebo přes noc zastavena. Přívodní stavidlo nikdy stoprocentně netěsní a tak ráno za velkých mrazů vypadá kolo jako jedna velká ledová hrouda. Předejít se tomu dá tak, že je celé vodní kolo uzavřeno v dřevěném nebo zděném domečku tzv. lednici. Tekoucí voda tam udržuje v zimě i v létě stálou teplotu, dřevěné kolo se nerozesychá, ani nenamrzá a je také menší pravděpodobnost úrazu.

U nás se výrobou vodních kol profesionálně zabývala (mimo vandrovní sekernické party) firma Aloise Korsesky v Rudolfovicích u Olomouce č.p.178. Provozovna byla, jak taky jinak, poháněna korečníkem na horní vodu pracujícím na spádu 3,7 metru a s výkonem 7,55kW. (Nehledejte mapu! Při zřízení vojenského prostoru Libavá vzala za své jak provozovna, tak Rudolfovice i s Olejovicemi, Zigarticemi, Šumvaldem či Barnovem.) Další specializovanou firmou byla v minulosti dílna Františka Hory z Benešova. Celokovová nýtovaná kola měla ve svém sortimentu i firma J. Kohouta či Karla Paška z Prahy-Smíchova a také Julia Škrlanda z Českých Budějovic. V dnešní době staví v Čechách vodní kola sekerníci ze skanzenu na Veselém kopci u Hlinska pod vedením Jiřího Myšky a stavební firma Františka Mikyšky z Petrovic u Sedlčan. Na Moravě se touto činností příležitostně zabývala i truhlářská dílna Karla Kopečného z Olomouce. Firmy v minulosti zvládaly velmi řiroký sortiment kol. Od těch nejmenších belíků až po kola vskutku obří. Úctyhodně velké vodní kolo pracovalo na Moravě v Rejhoticích. Bylo na horní vodu a průtok jen 120 litrů za sekundu. Mělo průměr přes 15 metrů a výkonem 20 koňských sil pohánělo stroj na výrobu dřevité vlny. Bylo to však v době, kdy ještě nebyly k dispozici vhodné turbny. V dnešní době by byla stavba kola na velké spády (o průměru větším než 5 metrů a potřebných převodů) složitější než výroba jednoduché turbíny.

Typickým znakem výpočtů všech typů vodních kol je ta skutečnost, že průměry, rozměry korečků a tvary lopatek jsou závislé pouze na spádu, zatím co vlastní šířka kola je závislá jen na průtoku. Vodní kolo se tedy na jiný průtok přepočítává velmi snadno, narozdíl od turbíny, kde se s drobnou změnou kteréhokoliv ze základních parametrů změní téměř všechny konstrukční rozměry.

Stránky zabývající se výpočty a konstrukcí jednotlivých typů kol jsou sestaveny pro praktické použití a rychlé zjištění základních rozměrů podle průtoku a spádu, bez teoretického zdůvodňování a matematického odvozování. Případné zájemce o hloubkové studium fyzikálních jevů ve vodním kole odkazuji na příslušnou literaturu.

Daný typ je vhodný na určitý spád, má své klady a zápory na které je třeba brát zřetel:

Korečník na horní vodu
Velký průměr, pouze na malé průtoky, pouze větší spády, nesnáší vzestup spodní vody, pod stavidlem se může ucpávat větvemi, těžký masivní věnec, dobrá účinnost i v nejistých podmínkách, nejrychloběžnější z vodních kol, odolný robustní stroj (listí, písek, bahno led. tříšť nevadí), lze upravit na hladinově samoregulační vlastnosti, spolehlivý chod i při velkém kolísání průtoku, může pracovat i s extrémě malými průtoky, jednoduchá dřevěná konstrukce, amatérská výroba možná, zřizovací náklady nízké, provozní náklady minimální, málo citlivé na výpočtové a výrobní chyby.
Korečník s obrác.chodem
Velké rozměry, pouze na malé průtoky, pouze střední a větší spády, může se ucpávat větvemi pod stavidlem, těžký masivní věnec, nestandardní uspořádání vodního díla, nejrychloběžnější z vodních kol, výborná účinnost, odolný robustní stroj (listí, písek, bahno led. tříšť nevadí), vzestup spodní hladiny nevadí, lze upravit na hladinově samoregulační vlastnosti, otáčky stabilní, průběžné otáčky nízké, spolehlivý chod i při velkém kolísání průtoku, může pracovat i s extrémě malými průtoky, jednoduchá dřevěná konstrukce, amatérská výroba možná, zřizovací náklady nízké, provozní náklady minimální, málo citlivé na výpočtové a výrobní chyby.
Korečník se zadním dopadem
Pouze na menší průtoky, pouze střední spády, nepřesná regulace výkonu, možnost ucpávání kulisy větvemi, těžký masivní věnec, nutné vole (obloukový žlab), výborná účinnost, odolný robustní stroj (listí, písek, bahno led. tříšť nevadí), vzestup spodní hladiny nevadí, otáčky stabilní, průběžné otáčky nízké, spolehlivý chod i při velkém kolísání průtoku, může pracovat i s extrémě malými průtoky, jednoduchá dřevěná konstrukce, amatérská výroba možná, zřizovací náklady kola nízké, provozní náklady minimální.
Korečník s vnitřním nátokem (Božkovo kolo)
Pouze na velmi malé průtoky, pouze na střední spády, nesnáší vzestup spodní hladiny, nestandardní uspořádání vodního díla, citlivé na větvičky a větší listí, těžký rozjezd při mechanickém zatížení, výborná účinnost při extrém. malých průtocích, lehký stroj, drobné listí, písek, bahno led.tříšť nevadí, možnost použití tlakového přivaděče, otáčky vyšší než jiná kola, automatizovatelný provoz, spolehlivý chod i při velkém kolísání průtoku, dřevěná konstrukce, amatérská výroba možná, zřizovací náklady kola nízké, provozní náklady minimální.
Belík
Pouze na malé průtoky, pouze na střední spády, nesnáší vzestup spodní hladiny, citlivý na větvičky, malá účinnost, vysoký počet otáček, malý průměr, lehký a pevný stroj (drobné listí, písek, bahno nevadí), dřevěná konstrukce, amatérská výroba možná, zřizovací náklady kola nízké, provozní náklady minimální.
Lopatník s kulisou
Pouze na střední a velké průtoky, pouze na malé spády, pomalá a nepřesná regulace výkonu, při zablokování znemožní průtok, nutné vole (obloukový žlab), dobrá účinnost, stroj nemá široké věnce, listí, písek, bahno led.tříšť nevadí, otáčky stabilní, spolehlivý chod i při velkém kolísání průtoku, dřevěná nebo kovová konstrukce, amatérská výroba možná, zřizovací náklady kola nízké, provozní náklady minimální.
Lopatník s přepadem
Pomaluběžný stroj, velké rozměry, pouze na střední a velké průtoky, pouze na malé, až velmi malé spády, při zablokování znemožní průtok, nutné vole (obloukový žlab), listí, písek, bahno led.tříšť ani větší nečistoty nevadí, velká přetížitelnost, hladinově plně samoregulační, dřevěná nebo kovová konstrukce, vzestup spodní hladiny nevadí, amatérská výroba možná, provozní náklady minimální.
Lopatník s voletem
Nízká účinnost, velmi pomaluběžný stroj, velké rozměry, pouze na střední a velké průtoky, pouze na velmi malé spády, při zablokování rotace znemožní průtok vody, listí, písek, bahno led.tříšť nevadí, otáčky stabilní, velká přetížitelnost, necitlivý na kolísání spodní vody, dřevěná nebo kovová konstrukce, amatérská výroba možná.
Sagebienovo kolo
Velmi pomaluběžné, technicky překonaný stroj, obrovské rozměry, těžké, velké množství dlouhých lopatek, pouze na střední a velké průtoky, při zablokování rotace znemožní průtok vody, pouze na malé a velmi malé spády, velmi vysoká účinnost, listí, písek, bahno led. tříšť ani větší nečistoty nevadí, velká přetížitelnost, hladinově plně samoregulační, dřevěná nebo kovová konstrukce, amatérská výroba možná, zřizovací náklady kola velké, provozní náklady malé.
Zuppingerovo kolo
Pouze na střední a velké průtoky, pouze na velmi malé spády, při zablokování rotace znemožní průtok vody, potřebuje vole (obloukový žlab), vysoká účinnost, robustní stroj, listí, písek, bahno led. tříšť nevadí, otáčky stabilní, vysoká přizpůsobivost změnám spádu i průtoku, velká přetížitelnost, hladinově samoregulovatelné, velmi necitlivé na kolísání spodní vody, dřevěná nebo kovová konstrukce, amatérská výroba možná, provozní náklady minimální, jistý výsledek na nejisté vodě.
Ponceletovo kolo
Pouze na střední a velké průtoky, pouze na nejmenší spády, dobrá účinnost, pracuje od nulového spádu, může využívat pouze rychlosti proudící vody, listí, písek, bahno led. tříšť nevadí, velká přetížitelnost, kovová konstrukce, amatérská výroba možná, provozní náklady minimální.
Střikový hřebenáč
Velmi špatná účinnost, technicky překonaný stroj, pouze na střední a velké průtoky, pouze na nejmenší spády, citlivé na vzestup spodní hladiny, velmi jednoduchý stroj, pracuje od nulového spádu jen na rychle proudící vodě, listí, písek, bahno led.tříšť nevadí, velká přetížitelnost, dřevěná konstrukce, amatérská výroba možná, zřizovací náklady minimální, provozní náklady minimální.

[ zpět na „vodní motory obecně“ ]