Bezlopatková turbína je stále aktuální

V posledních letech jsou na evropské i národní úrovni jasně stanoveny cíle v oblasti zvyšování podílu výroby energií z obnovitelných zdrojů. V této souvislosti se naskýtá otázka, zda by se neměly stát předmětem našeho zájmu také velmi malé potenciální zdroje energie vody, které objektivně existují na velmi nízkých spádech.

Stručný obsah článku, který vyšel v časopise Energie 21 č. 2/2015:

Bezlopatková turbína je vodní motor, ve kterém se rotor pohybuje precesním způsobem – odvaluje se po vnitřní stěně výtokového konfuzoru a zároveň se otáčí kolem svojí podélné osy. Proto bývá také někdy nazýván odvalovací tekutinový stroj.

Postupně se ukázalo, že proudění tekutin mezi povrchem rotujícího a současně precesně se pohybujícího rotoru odvalovacího stroje a vnitřním povrchem jeho výtokového konfuzoru je zcela nové a není prozatím v odborné literatuře popsáno a vysvětleno. Můžeme ho pracovně nazvat odvalovacím jevem. Energie proudící tekutiny je prostřednictvím tohoto hydrodynamického odvalovacího jevu odevzdávána rotoru stroje a je možné odebírat ji dvojím způsobem. Buď z otáčejícího se hřídele rotoru, nebo přímo z jeho oběhů. Hřídel je s rotorem spojen pevně a proto oběhy rotoru se projevují jako otáčení hřídele.

Praktické uspořádání základních částí – rotoru a statoru (dýzy) – může mít podobu podepřeného nebo zavěšeného rotoru, přičemž využívání točivého momentu na hřídeli může být řešeno různými způsoby: například pomocí pevného hřídele s kardanovým kloubem nebo pomocí pružného hřídele apod.

Nejčastější praktické řešení odvalovací turbíny je založeno na koncepci tzv. podepřeného rotoru, který je pomocí přidržovacího zařízení umístěn ve výstupní části výtokového konfuzoru. Toto uspořádání má hlavní výhodu především v tom, že hřídel není obtékán pracovní kapalinou, čímž jsou minimalizovány ztráty, které vznikají v důsledku jeho precesního pohybu.

Druhé řešení spočívá v zavěšení rotoru pomocí tzv. závěsného zařízení, kdy voda vstupuje do výtokového konfuzoru a k odvalovacímu rotoru tak, že obtéká hřídel rotoru uvnitř nějakého barelu – kotle, který tvoří zásobník tekutiny a zajišťuje potřebný spád.

Praktické zkoušky potvrdily, že na spádu například 0,75 m může turbínou s průměrem rotoru 0,34 m protékat při jejím plném zatížení asi 60 litrů vody za vteřinu. To znamená, že potenciální energie činí 0,44 kW. Při konkrétní účinnosti turbíny (odvalovacího principu) jen 50 % a při účinnosti použitého generátoru jen 80 % je elektrický výkon sestavy asi 170 wattů. To znamená, že za 24 hodin mohou být vyrobeny (naakumulovány) 4 kWh elektřiny.

Budeme-li dále uvažovat o spotřebitelské ceně elektřiny v místě instalace turbíny 5 Kč za jednu kWh, pak při ceně sestavy 45 tis. Kč bude její návratnost přibližně sedm a půl roku za podmínky, že bude turbína ročně v provozu alespoň deset měsíců.*

Miroslav Sedláček

Obrázky:

Turbína s rotorem o průměru 0,22 m instalovaná na výtoku z čistírny odpadních vod   

Mechanický výkon je odebírán unašečem

Turbína s koncepcí tzv. podepřeného rotoru                                                                                                           

Zavěšení rotoru pomocí závěsného zařízení