Vodní turbíny: průtoková turbína Ossberger

Průtokové turbíny na míru

Průtokové vodní turbíny jsou vždy individuálně přizpůsobené provozním podmínkám lokality (spád/průtok).

„Jednoduchost z principu“ to bylo motto při vývoji průtokové vodní turbíny, která je dimenzována pro spolehlivý trvalý chod po několik desetiletí a může být provozována bez speciálních prostředků a nářadí určených k údržbě. I neodborníci ji mohou instalovat a uvést do provozu.

Oblast použití turbíny

Výška spádu: H = 3… 200 m
Průtok: Q = 0,03… 13 m³/s
Výkony: N = 5… 3 000 kW

Princip průtokové vodní turbíny Ossberger

Průtoková turbína je radiální, mírně přetlaková turbína, s tangenciálním ostřikem lopatek oběžného kola, s horizontální hřídelí. Podle specifických otáček patří k pomaloběžným turbinám. Proud vody usměrňuje rozváděcí ústrojí tak že vstupuje lopatkovým věncem do vnitřního prostoru oběžného kola, pokračuje dále druhým průtokem lopatkovým věncem z vnitřku kola ven, do prostoru skříně turbiny. Ze skříně turbiny voda odtéká buď volně, nebo savkou do vývaru pod turbinou.

obr.1 Horizontální nátok

obr.2 Vertikální nátok

V praxi zajišťuje toto proudění vody v oběžném kole samočisticí efekt. Nečistoty, které se při vstupu vody do oběžného kola vtlačí mezi lopatky, jsou po polovině otáčky kola vytaženy odstředivou silou a protékající vodou opět ven z prostoru oběžného kola a odplaveny do vývaru.

Pokud je množství vody ve vodním toku proměnlivé, je průtoková turbina stavěna jako dvoukomorová. Standardní rozdělení nátokových komor je v poměru 1:2. Užší komora zpracovává malý a širší komora střední průtok vody. Obě komory dohromady zpracují plný průtok. Tímto rozdělením je množství vody využito v rozmezí plného průtoku až do jeho 1/6 s optimální účinností. Průtokové turbiny tímto způsobem velmi efektivně, s účinností přes 80%, využívají i velmi kolísavé průtoky řek.

Stupeň účinnosti vodní turbíny

Celková účinnost průtokových turbin u malých spádů a výkonů v celé oblasti průtoku dosahuje 84%. Pro střední a větší turbiny je na vyšších spádech dosahováno účinnosti až 87%.

Obrázek 3 ukazuje výhody průtokové turbíny v oblasti částečného zatížení. Říční toky mají často několik měsíců v roce velmi malé průtoky. Možnost v těchto měsících vyrábět elektrickou energii pak záleží na charakteristice průběhu účinnosti příslušné turbíny. Turbíny s vysokým špičkovým stupněm účinnosti, ale nevýhodnou účinností při nižších průtocích vody, dosahují v místech s kolísavým průtokem vody nižší roční výroby, než turbíny s plochou křivkou účinnosti.

obr.3 Průběh účinnosti průtokové turbiny, složený ze 3 křivek účinnosti při regulaci dělenou regulační klapkou v poměru 1:2 ve srovnání s Francisovou turbínou.

Rozváděcí ústrojí

V dělené průtokové turbíně je pracovní voda směrována dvěma silově vyváženými profilovými regulačními klapkami. Ty rozdělují vodní paprsek, vyrovnávají ho a nechají ho bezrázově vstoupit do oběžného kola – nezávisle na šířce komor. Obě otočné regulační klapky jsou přesně vsazeny do skříně turbíny a při menších spádech mohou sloužit i jako uzavírací orgán turbíny. Pak není nutné použít uzavírací armaturu mezi tlakovým potrubím a turbínou. Obě regulační klapky jsou nezávisle na sobě osazeny prodlouženými rameny, ke kterým je připojena automatická nebo ruční regulace. Regulační klapky jsou uloženy v samomazných pouzdrech a nevyžadují žádnou údržbu. Připojením závaží na konce ramen dosáhneme schopnosti gravitačního, nouzového uzavření turbíny v případě jejího odstavení.

Skříň turbíny

Skříň průtokové turbíny je vyrobena z konstrukční oceli, je velmi robustní, odolná proti nárazu a mrazu.

obr.4 konstrukce dvoukomorové průtokové turbíny

Oběžné kolo

Nejdůležitější částí turbíny je oběžné kolo. To je osazeno lopatkami, které jsou vyrobeny dle osvědčeného postupu z hlazené, tažené, profilové oceli. Oboustranně jsou vsazeny do koncových disků a svařeny dle speciálního postupu s vnitřními disky oběžného kola. Podle velikosti má oběžné kolo až 37 lopatek. Lineárně sešikmené lopatky vytváří jen nepatrnou osovou sílu, takže nejsou nutná zesílená axiální ložiska s jejich složitým upevněním a mazáním. U oběžných kol větší šířky jsou lopatky mnohonásobně podepřeny vloženými disky. Oběžná kola jsou před konečnou montáží turbiny pečlivě vyvážena a prochází defektoskopickou kontrolou.

Ložiska

Průtokové turbíny jsou vybaveny normalizovanými, naklápěcími, válečkovými ložisky, která mají ve vodní turbíně nesporné výhody, jako malý valivý odpor a snadnou údržbu. Konstrukcí ložiskové skříně je zabráněno průsakům vody do ložisek a kontaktu maziv s pracovní vodou. To je podstatná vlastnost patentované konstrukce ložiskové skříně průtokových turbín naší konstrukce. Současně je oběžné kolo pomocí ložiskového uložení vystředěno ve skříni turbíny. Toto důmyslné technické řešení doplňují bezúdržbové těsnící prvky. Kromě každoroční výměny maziva nevyžaduje uložení žádnou údržbu. Použité technické řešení umožňuje jednoduchou výměnu oběžného kola bez demontáže celé turbíny z pozice.

Savka a odtokové potrubí

Podle principu je průtoková turbína turbínou s volnou vodní hladinou. V oblasti středních a nižších spádů se ovšem neobejdeme bez savky. Ta slouží k tomu, aby strojovna byla zajištěna proti povodním a současně bylo využito celkové výšky spádu beze ztrát. U turbíny s volnou hladinou, se širokou oblastí využití, musí být vodní sloupec v savce ovladatelný. To zajišťuje seřizovací zavzdušňovací ventil, který ovlivňuje podtlak ve skříni turbíny. Takto mohou být optimálně využity turbíny se sací výškou od 1 – 3 m, aniž by hrozilo nebezpečí vzniku kavitace. Vytvoření sacího potrubí jako ocelového sběrného potrubí kromě toho podstatně snižuje náklady na spodní stavbu při nízkých spádech a tím se stávají mnohé problematické projekty cenově výhodnými.

Provozní vlastnosti

U průtokových turbín naší konstrukce nedochází ke kavitaci, tudíž odpadá nutnost umístění oběžného kola pod hladinou spodní vody a s tímto spojené nákladné stavby a provozní nevýhody.

Pro spády do 90m je při výrobě použita normální, konstrukční ocel. Pro spády 90 – 120 m je již oběžné kolo dodáváno z pevnostní nerezové oceli. U spádů nad 120m je nerezová celá turbína, včetně skříně a potrubních dílů.

Průběžné otáčky průtokových turbín činí většinou 2,3 násobek jmenovitých otáček. To umožňuje použití sériově vyráběných generátorů.

Ekonomická výhodnost průtokových turbín

Rostoucí kladný vztah lidí k životnímu prostředí usiluje o ideální využívání přírodní síly bez zatížení životního prostředí, např. výrobu elektřiny z obnovitelných zdrojů. Použití vodních elektráren je však omezeno podstatným faktorem: vysokými investiční náklady, spojenými s projektováním a plánováním, s dimenzováním, konstrukcí, jakož i provedením strojního vybavení stavby.

Inženýři – poradci a konstruktéři turbín – se proto pokoušeli o redukci celkových nákladů normalizováním vodních turbín. Tato cesta je možná pro velké turbíny, ovšem pro malé vodní turbíny vede k problémům při dimenzování vztahujícímu se k návrhovému spádu a rozsahu kolísání ročního průtoku vody.

obr.5 oblasti použití

Průtokové turbíny naší konstrukce se skládají ze standardizovaných jednotlivých komponentů, které jsou dle požadavku – tzn. podle množství vody a výšky spádu každé lokality – konfigurovány podle přání zákazníka jako celkové zařízení. Tento stavebnicový systém umožňuje cenově výhodné řešení, za současného zajištění všech funkcí daných projektem.

Průtokové turbíny vynikají dlouholetou, bezúdržbovou životností. V průběhu provozu nepotřebují žádné drahé a složité náhradní díly, jejich případná oprava je většinou možná přímo v místě instalace. Specifickou výhodou průtokových turbín je možnost jejich využití v gravitačních systémech pitné vody, a to i na velice dlouhých trubních přivaděčích, kde při provozu nezpůsobují nežádoucí hydraulické rázy a neohrožují tak kvalitu pitné vody. To bylo naší firmou již mnohokrát úspěšně vyzkoušeno v mnoha zemích světa.

Nabízíme také další typy turbín: Bánkiho turbínu, Kaplanovu turbínu, Peltonovu turbínu, Francisovu turbínu, Turbínu Microcross.