Co je to vrtulová turbína?

Vrtulová turbína patří do skupiny strojů, které přeměňují energii proudící tekutinu nebo plyn na rotační pohyb. Jak ukazuje tento popis, tyto stroje spadají do dvou základních kategorií: větrné nebo vodní vrtulové turbíny. Rotační síla, kterou tyto stroje produkují, se nejčastěji používá k výrobě elektrické energie a v menší míře k zajištění mechanické práce. Běžnými příklady variant mechanické práce vrtulové turbíny jsou větrné mlýny a některé typy vodních mlýnů. Vzhledem k hojnosti, obnovitelnosti a levné povaze zdroje energie vrtulové turbíny je to jedna z nejúčinnějších a nejekologičtějších metod výroby energie, jaké kdy byly vyvinuty.

Vrtulová turbína aplikuje konvenční teorii vrtule obráceně, aby využila latentní kinetickou energii v proudech plynu a tekutin. Vrtule se skládají z centrální hřídele s minimálně dvěma protilehlými lopatkami nebo lopatkami ve tvaru křídla. Tito jsou obecně otočeni vnějším zdrojem energie k produkci tahu tlačením nebo přemístěním vzduchu nebo kapaliny přes čepele. U vrtulové turbíny je tento princip převrácen; proud nebo vzduch nebo kapalina vytlačí nože, což způsobí, že otáčí hřídelí.

Větrné turbíny se hojně používají po celém světě k využití větrné energie k výrobě elektřiny, provozování mlýnů nebo čerpání vody. Vrtulové turbíny poháněné větrem mohou mít konstrukci horizontální nebo vertikální osy. Nejznámější variantou je turbína s vodorovnou osou, která zahrnuje tradiční větrné mlýny a generátory větru s vrtulemi letadlového typu. Stejně efektivní jsou novější generace návrhů svislých os, které mají ploché nebo zakřivené lopatky poháněné svislou hřídelí. Patří mezi ně zakřivená lopatka Savonius, plochá lopatka Giromill a výrazné typy Darrieusových „šlehačů“.

Starší horizontální turbíny vyžadují, aby byla hlava turbíny neustále otočena do větru. V případě menších příkladů otáčí hlava turbíny jednoduchým kormidelním kormidlo. Větší turbíny využívají systém větrných senzorů a servomotorů, aby udržely vrtule ve větru. Většina konstrukcí vrtulové turbíny poháněné větrem využívá převodovku k pohonu klikou generátoru nebo čerpadla správnou rychlostí.

Vodní pohonné turbíny jsou běžně spojovány s velkými vodními elektrárnami, i když existuje několik menších průmyslových a zemědělských aplikací. Tyto turbíny fungují stejným způsobem jako jejich sourozenci poháněné větrem, i když se jejich základní konstrukce podstatně liší. Tyto stroje jsou obecně mnohem větší a mají konstrukci lopatek, které jsou obvykle kratší než varianty poháněné větrem. Nejběžnější z těchto větších vodních turbín je Kaplanova turbína. Kaplanovy turbíny jsou reakční jednotky s nízkým průtokem a vysokým průtokem používané ve většině velkých vodních elektráren.

Varianta Kaplan je vybavena lopatkami s nastavitelným roztečem, které vedou k úrovním účinnosti typicky přesahujícím 90 procent v širokém rozmezí hladiny vody a průtoku. Velké části účinnosti je dosaženo pečlivě navrženou cestou toku vody, která způsobuje zpomalování výstupní tekutiny. Toto zpomalení vede k přenosu maximálního množství kinetické energie na mechanismus vrtule. Kaplanovy turbíny mohou produkovat výkony 100 megawattů (100 000 000 wattů) nebo více.

Vrtulová turbína čerpá ze zdrojů energie, které jsou obnovitelné a ve srovnání s možnostmi fosilních paliv buď bezplatné nebo extrémně levné. Pokroky v technologiích používaných v těchto zařízeních jsou neustále rozšiřuje hranice jejich výkonnosti a schopnosti a mohou ukázat jako životaschopný náhrada za konvenční paliva v blízké budoucnosti. Technologie vrtulových turbín je rovněž stále dostupnější, což dále posiluje její roli v oblasti čistšího, ekologičtějšího scénáře dodávek energie.