Stabilizácia rotora vodnej turbíny

04. nov. 2017 • Technické vedy

Stabilizácia rotora vodnej turbíny

Projekt, s ktorým sa Ing. arch. Štefan Tkáč, PhD., odborný asistent Stavebnej fakulty Technickej Univerzity v Košiciach, zúčastnil súťaže Falling Walls Lab Slovakia, je súčasťou viac ako 7 ročného vývoja a výskumu. Úspech sa dostavil, spomedzi 21 súťažiacich, získal 2. miesto.

Ide o stabilizáciu rotačnej časti vodnej turbíny v statore bez fyzického prepojenia pomocou hriadeľa a ložísk, ktoré často pracujú priamo vo vodnom prostredí a sú vystavené jednak riziku opotrebenia a následne prepúšťania tesnenia. Tým sa porušujú ekologické požiadavky a zároveň tieto mechanické časti predstavujú prídavný odpor pri transfere kinetickej energie na mechanickú, čím v konečnom dôsledku znižujú účinnosť samotnej turbíny. „Čím je turbína väčšia, tým rastie aj veľkosť ložísk a hriadeľa z dôvodu prenášania väčších hmôt, torzie a zotrvačných síl. Je však potrebné zdôrazniť, že vodná turbína je jeden z najúčinnejších strojov skonštruovaný ľuďmi a jeho účinnosť sa pohybuje medzi 75 % v mikro a až 96 % v makro aplikáciách. Ide tiež o najrozšírenejší systém na konverziu obnoviteľnej energie, vyrábajúci cez 2 783 TWh ročne na celom svete. Zmena účinnosti o čo i len jedno percento znamená zvýšenie produkcie o TWh,“ vysvetľuje Ing. arch. Štefan Tkáč, PhD.  

Ako vlastne vznikla samotná myšlienka? Jej autor vysvetlil, že v hydraulike pracujú s myšlienkou, že tekutina je nestlačiteľná, a tým dokáže pri použití dostatočného tlaku uniesť aj niekoľko stoviek ton vážiaci rotor turbíny. „Pri aplikácií teórie spojených nádob a úvahe, že nielen klasické, ale aj tzv. ROR – Run of River vodné elektrárne pracujú s rozdielom tlakov pred a za turbínou, vzniká presne model dvoch spojených nádob, medzi ktorými turbína pracuje v daných tlakových podmienkach, ktoré je možné využiť ako na samotnú rotáciu a následný transfer potenciálnej energie, tak na stabilizáciu rotora turbíny. Myšlienka aplikácie hydraulického tlaku v turbíne nielen na samotnú rotáciu turbíny, ale aj na jej uloženie v priestore statora a stabilizáciu vznikla práve z tohto poznatku.“   

Pri stabilizácii rotora v statore sú podľa Ing. arch. Štefana Tkáča, PhD. použité tri základné prvky:

  1. Zakrivenie povrchov statora a rotora(Fig.1, b/). Využitie vzlínavosti a Coandovho efektu tvoriacich vodný film. Výsledkom je, že pri stúpajúcom tlaku sa rotor turbíny nadvihne pôsobením hydrostatických síl a nestlačiteľnosti vodného média. Keďže rotor v statore doslova „pláva“, systém nazval plávajúci rotor.
  2. Opatrenie povrchov rotora a statora zakrivenými kanálikmi(Fig.1, c,e/). Usmerňujúcimi prúd vody v protismere hodinových ručičiek na povrchu statora a v smere hodinových ručičiek na povrchu rotora, čím sa docieli primárny rotačný pohyb a posilní samotný transfer potenciálnej energie pri turbíne.
  3. Samo stabilizačný kužeľ(Fig.1, d/). V strede rotora, zabezpečujúci stabilizáciu pomocou rotácie. Tento článok je inšpirovaný letiacou guľkou, pri ktorej je stabilizácia niekoľkých gramov projektilu riešená práve pozdĺžnou rotáciou. Pri spomínanom kuželi ide samozrejme o nižšie rýchlosti rotácie, ale podstatne väčšie zotrvačné sily.       

Projekt, s ktorým sa Ing. arch. Štefan Tkáč, PhD., odborný asistent Stavebnej fakulty Technickej Univerzity v Košiciach, zúčastnil súťaže Falling Walls Lab Slovakia

„Systém plávajúceho rotora je možné aplikovať v podobe ložiska namiesto pôvodných mechanických ložísk primárne pri reakčných turbínach, teoreticky všetkých veľkostí a po technickej úprave aj pre impulzné turbíny. Keďže aplikácia plávajúceho rotora mierne zvýši hltnosť pôvodnej turbíny, vznikla tiež myšlienka použiť ho priamo ako turbínu, čo je predmetom aktuálneho testovania, hlavne pre použitie v mikro urbánnom prostredí do veľkosti inštalovaného výkonu od 0,5 do 5 kW. Celá testovacia zostava je zobrazená na Fig.1, a/,“ uvádza odborník.

Projekt plávajúceho rotora patrí podľa neho do medzinárodného vývojového programu MUMT – Micro Urban Multipurpose Turbine, ktorý beží od roku 2012 v rámci väčšieho projektu zaoberajúcim sa mikro zdrojmi v rámci mikro urbanizmu, menovite ide o tzv. EEPGC – Efficiency Electric Power grid Circles, čiže navrhovaný decentralizovaný energetický model pre mikro urbanné štruktúry s cieľom vytvoriť udržateľný rast miest.

*********************************************

Na prezentáciu projektov zapojených do súťaže Falling Walls Lab Slovakia, ktorá prebehla 29. septembra 2017 v Moyzesovej sieni Filozofickej fakulty Univerzity Komenského v Bratislave, bolo okrem projektu Ing. arch. Štefana Tkáča, PhD. vybraných ešte 20 výskumných projektov. Osobne sa zúčastnilo 18 predstaviteľov. Traja súťažiaci sa ospravedlnili zo zdravotných dôvodov.

Medzi súťažnými projektmi dominovali najmä medicínske témy – napr. DNA; detekcia rakoviny; testosterón, prostata a mozog; diagnostika kondície mitochondrií; liečba nádoru či diagnostika včasného štádia rakoviny prsníka, no okrem medicíny súťažili aj nápady v oblasti matematiky či techniky a tiež návrhy riešenia rozmanitých, primárne celospoločenských otázok. Každý rečník dostal príležitosť prezentovať v anglickom jazyku svoj výskum, iniciatívu či podnikateľský model – v trojminútovom formáte pred odbornou porotou.

„Falling Walls Lab nie je nič menej než prestížna svetová platforma pre budúce prelomové inovácie vo vede a v spoločnosti. Naši mladí vedci a inovátori majú jedinečnú šancu priamo súťažiť s vedcami z celého sveta,“ povedal na otvorení prezident FWLS prof. RNDr. Peter Moczo, DrSc., prorektor UK v Bratislave pre vedecko-výskumnú činnosť a doktorandské štúdium.

Prof. RNDr. Vladimír Bužek, DrSc. pripomenul, že išlo o vôbec prvý ročník súťaže Falling Walls Lab usporiadaný na Slovensku. Pevne verí, že sa podarí organizovať aj budúci, druhý ročník a dúfa, že vďaka skvelým projektom „padne ešte viac stien“.

Súťaž Falling Walls Lab Slovakia možno považovať za interdisciplinárny formát, podporujúci vedecké a podnikateľské inovácie. Poskytuje priestor na prezentáciu inovatívnych myšlienok a výskumných projektov študentov, doktorandov, mladých inovátorov a výskumníkov z najrozmanitejších vedných disciplín. Na pilotnom slovenskom ročníku sa tak mohli prezentovať so svojím nápadom, výsledkom, objavom či inováciou.

Slovenské kolo Falling Walls Lab zorganizovala Univerzita Komenského v Bratislave v spolupráci so Slovenskou akadémiou vied, Slovenskou organizáciou pre výskumné a vývojové aktivity, Slovenskou technickou univerzitou v Bratislave, Univerzitou Pavla Jozefa Šafárika v Košiciach, Technickou univerzitou v Košiciach a Žilinskou univerzitou v Žiline.

Podujatie Falling Walls Lab sa doposiaľ konalo v 50 krajinách sveta. Víťaz každého z podujatí v jednotlivých krajinách získava miestenku na svetové Falling Walls Lab finále, ktoré sa uskutoční dňa 8. novembra 2017 v Berlíne, a lístok na prestížnu konferenciu Falling Walls Conference, konajúcu sa dňa 9. novembra 2017.

Do berlínskeho finále postupuje 100 účastníkov z celého sveta. Každý z nich dostane príležitosť prezentovať svoj výskum, iniciatívu či podnikateľský model v trojminútovom formáte pred špičkovou porotou zloženou z akademikov, vedcov a zástupcov biznisu. Traja víťazi získajú finančnú výhru a predovšetkým príležitosť zopakovať svoje prezentácie ďalší deň na hlavnom pódiu prestížnej Falling Walls Conference.

 

Informácie a foto poskytla: Štefan Tkáč, odborný asistent Stavebnej fakulty Technickej Univerzity v Košiciach

Spracovala: Slávka Cigáňová (Habrmanová), NCP VaT pri CVTI SR

Úvodné foto: Marián Zelenák, NCP VaT pri CVTI SR

Uverejnila: VČ

Súvisiace:

Hore
Aurelium - centrum vedy
Vedec roka 2018
QUARK
Prechod VK na VND - leto
fotografická súťaž TVT 2019
Noc výskumníkov 2019
kúpa časopisov jún 2016
Atmosféra počas TVT 2018
Publikácie Veda v CENTRE
TVT 2018 články
TAG História
TAG Rozhovor
TAG Publikácia
TAG Zaujímavosti vo vede
TAG Centrum vedy
TAG Mládež
TAG QUARK
TAG Ženy vo vede
TAG Spektrum vedy
TAG Slovenská veda
banner záhrady
Zaujímavosti vo vede
Prvú „technickú vysokú školu“ založila Mária Terézia 13. decembra 1762.
Zistite viac