VYBERTE SI REGION

Kaplanova turbína vznikla ve sklepní laboratoři

Brno /JIHOMORAVANÉ, KTEŘÍ DOBYLI SVĚT/ – Viktor Kaplan podal na své vynálezy 280 patentových přihlášek v sedmadvaceti státech světa. Většinu svého života prožil v Brně.

28.9.2010
SDÍLEJ:

Otec turbíny Viktor Kaplan na známce.Foto: archiv ČVUT

Další díly seriálu Jihomoravané, kteří dobyli svět naleznete ZDE

Tisíce takzvaných Kaplanových turbín se začaly téměř před sto lety rodit v Brně. Připomínají jméno vynálezce vodní turbíny, a především jeho zásluhy o rozvoj využití vodní energie. Profesora brněnské techniky Viktora Kaplana proto představuje další díl seriálu Brněnského deníku Rovnost Jihomoravané, kteří dobyli svět.

Viktor Kaplan nebyl Čech, ani se v Brně nenarodil. Prožil tam ale většinu svého života a přišel tam i na svůj vynález, který od té doby využívá celý svět. Už před první světovou válkou v roce 1912 navrhl vlastní, velmi originální typ vrtulové vodní turbíny s nastavitelnými lopatkami oběžného kola.

Narodil se 27. listopadu 1876 v rakouském městečku Mürzzuschlag. Po dokončení Vysoké školy technické ve Vídni, kde studoval stavbu strojů a dieselových motorů si odbyl roční vojenskou službu u rakouského válečného námořnictva v nyní chorvatském přístavu Pula. První místo přijal v továrně na výbušné motory v rakouském Leobersdorfu. Zajímal se tam o vývoj spalovacích motorů a přihlásil tam svůj první patent na zlepšení tepelné účinnosti motoru. Ten však firma nepřijala. Jeho druhá práce u firmy spočívala ve využití vysoce stlačených plynů v provozu tepelných motorů.

Dvakrát účinnější

V roce 1903 nastoupil na Německou vysokou školu technickou v Brně jako konstruktér Ústavu nauky o strojích, kinetice a strojírenství. Už v té době se živě zajímal o vodní turbíny a ekonomické využití vodních toků. „Průmyslová revoluce vyžadovala stále více zdrojů energie, proto chtěli vědci využít i vodní toky s malým spádem. Na ně se tehdy obvyklé Francisovy turbíny nehodily,“ popisuje dobu technického boomu Pavel Krafka z Českého vysokého učení technického v Praze. V roce 1909 se z Kaplana stal doktor technických věd a v témže roce si vzal za manželku vídeňskou rodačku Margaretu Strasserovou. Měl s ní dvě dcery Gertraud a Margarettu.

Po založení samostatné katedry vodních strojů byl Kaplan v roce 1918 jmenován řádným profesorem této katedry. V malé turbínové laboratoři, kterou ve sklepních prostorách na německé technice v Brně vybudoval, vytvořil postupně turbínu zcela nového typu. „Nejprve snížením počtu lopatek a zúžením jejich profilu snížil ztráty vzniklé třením, později zkonstruoval lopatky, které se daly za chodu turbíny natáčet a přizpůsobovat změněným průtokovým podmínkám. To umožnilo hospodárně využívat i silně proměnlivé vodní toky,“ vysvětluje technické změny na turbíně Krafka.

Kaplan předtím zkoušel vylepšit i Francisovu turbínu. Je to vodní přetlaková turbína, to znamená, že voda během cesty strojem mění tlak a při tom odevzdává svou energii. Ve své laboratoři sestrojil Kaplan extrémní Francisovu turbínu. Avšak její vlastnosti ho zklamaly, a proto se začal zabývat zcela novou konstrukcí. Šlo mu o to najít co nejvhodnější parametry pro různě velké průtoky a spády vody a vylepšit tak účinnost stroje. „Při pokusech s prouděním vody měnil počet lopatek, různě je tvaroval, nastavoval a modeloval tvar sací trubky i oběžného kola. Postupně objevoval, že lopatky rychloběžné turbíny se musejí tvarem podobat lodnímu šroubu a podle množství protékající vody je zapotřebí je i natáčet. Malým počtem lopatek získala turbína účinnost třiadevadesáti procent. Téměř na koleně vytvořil funkční turbínu s nepředstavitelnými osmi sty otáčkami za minutu. To bylo dvakrát víc, než měla v té době nejúčinnější turbína Francisova,“ upozorňuje Krafka.

Spory o patenty

Všechny vynálezy si Kaplan mezi lety 1912 až 1914 nechal patentovat. Německým, švýcarským a švédským firmám, které se zabývaly výrobou zavedených turbín a investovaly nemalé prostředky do vývoje Francisových turbín, se Kaplanovy vynálezy nelíbily a o patentová práva se s ním začaly soudit. V té době byl Kaplanovou velkou oporou jeho asistent na technice Jaroslav Slavík.

První světová válka a patentové spory odsunuly využití Kaplanových vynálezů až do roku 1918, kdy brněnská strojírna a slévárna Ignáce Storka vyrobila první Kaplanovu turbínu pro přádelnu v dolnorakouském Velmu. Její zkušební provoz zahájil profesor vídeňské techniky Artur Budau. Poté následovala výroba turbín do dalších vodních elektráren a mezinárodní spolupráce s firmami sdruženými v Kaplanturbinenkonzernu.

Pracovní vypětí a boj o uznání vynálezů vyústily u Kaplana v dlouhodobé nervové onemocnění. „Většinu starostí o spolupráci s týmy pracovníků licenčních firem, konstrukci, provoz a patenty přebral od roku 1922 Slavík,“ dodává Krafka. Novými Kaplanovými turbínami pak byla vybavená řada hydrocentrál například v Loučné, Rapotíně, Kroměříži, italské Gorizii a švédském Lilla Edet. Celkem podal Kaplan na své vynálezy 280 patentových přihlášek v sedmadvaceti státech světa.

V roce 1926 ocenila Kaplanovu práci Pražská vysoká škola technická udělením čestného doktorátu technických věd. V roce 1931 se Kaplan odstěhoval do malé usedlosti v Rochuspointu v hornorakouské Solné komoře. Postavil si tam vlastní dílny a malou elektrárnu. Tam také 23. srpna 1934, krátce po udělení čestného doktorátu technických věd na brněnské technice, Viktor Kaplan zemřel.

Osobnost UNESCO

V Brně je významnému vynálezci a konstruktéru turbíny věnována část expozice Vodní motory v Technickém muzeu. Muzeum se také chlubí rozsáhlou písemnou pozůstalostí Viktora Kaplana i jeho asistenta Jaroslava Slavíka. Sedmnáct archivních kartonů ukrývá originály patentů udělených vynálezům Kaplana v jednotlivých státech, materiály vzniklé po dobu Kaplanovy vědecké práce i dokumenty z patentových řízení.

Pozůstalost získalo muzeum od Jaroslava Slavíka, městské rady z Murzzuschlagu a z dalších pramenů. „Zahrnuje Kaplanovu korespondenci, patentové přihlášky, brzdové diagramy, protokoly ze zkoušek různých oběžných kol a savek nebo například garanční zkoušky Kaplanových turbín ve zkušebně firmy Storek. Jsou v ní i doklady o placení zmeškaných patentových poplatků,“ uvádí vedoucí expozice Ondřej Merta. Patenty byly Kaplanovi uděleny v Japonsku, Egyptě, Německu, Jugoslávii, Polsku, Norsku, Francii, Rakousku, Rumunsku, Španělsku, Švédsku, Švýcarsku nebo třeba v Anglii.

V Brně na křižovatce ulic Údolní a Úvoz, před budovou bývalé Německé vysoké školy technické stojí uprostřed trávníku bronzová busta Viktora Kaplana. Je osazená na protáhle šestiúhelníkovém pylonu s prolomenými boky. Do červena zbarvená žula nese zlacené nápisy jména vynálezce, jehož turbína se během 20. století rozšířila do celého světa. Od roku 1976 je datum narození Viktora Kaplana zařazené mezi světová kulturní výročí UNESCO.

Na základě vlastních výzkumů František Pochylý z brněnského VUT tvrdí: Vodní turbíny mají budoucnost

ROZHOVOR
– Cenou města Brna v kategorii technický pokrok byl za objev převratného principu fungování vírové turbíny v lednu loňského roku vyznamenán jeho autor František Pochylý „Ve srovnání s klasickou Kaplanovou turbínou má tato turbína přednost v jednoduchosti a nízké ceně, takže je dostupná i pro malé vodní elektrárny,“ vysvětluje Pochylý.

Kdo nový typ vodní turbíny vyvinul?

Takzvanou vírovou turbínu vyvinuli vědci z Odboru fluidního inženýrství Viktora Kaplana Energetického ústavu na Fakultě strojního inženýrství Vysokého učení technického v Brně.

Čím se vírová turbína liší od jiných?

Vírová turbína je ideální pro energetické využití menších vodních toků se spádem od jednoho do tří metrů. To má většina evropských i světových řek. Pro velké elektrárny se neustále vyvíjejí nové hydrauliky, ale malé toky zatím nejsou dostatečně využívané. Turbíny, které se doposud při malém spádu využívají, mají buď velmi malou účinnost, nebo je jejich výroba příliš nákladná.

Jsou vodní turbíny stále perspektivní stroje?

Jsem přesvědčen, že vývoj vodních turbín ještě zdaleka nevyčerpal své možnosti. Tento obor má v budoucnosti velmi dobré perspektivy.

Kde vodní turbíny nacházejí uplatnění?

Kromě Afriky a Asie ve světě už velká vodní díla stojí. Pozornost se nyní zaměřuje na jejich rekonstrukce. Ty mohou přinést vyšší pracovní rozsah vodních turbín. Nové hydrauliky se vyvíjejí na základě moderních poznatků o proudění. Využívají se při tom ty nejvyspělejší počítačové programy. Rekonstrukce budou trvat desítky let a turbíny při nich budou stále potřebné. To znamená velkou výzvu pro náš obor.

Točí se i pod přehradní zdí v Brně

Vrtulová vodní turbína s nastavitelnými lopatkami a s přívodem vody ve směru osy otáčení se pod jménem svého konstruktéra jako Kaplanova turbína stala jedním z pilířů moderní hydroenergetiky. Kromě jiného Kaplanova turbína patří mezi nejčastěji používané hnací stroje na nově budovaných malospádových vodních elektrárnách. „Je určená především pro elektrárny na přehradních jezerech velkých řek,“ vysvětluje technik Libor Buček.

Odborníci dnes vědí, že Kaplanova turbína má klady i zápory. „Velkou výhodou tohoto stroje je malá stavební výška, možnost instalace do malých strojoven u jezových elektráren nebo v jezových pilířích. Mechanicky se jedná o kompaktní technologický blok. Nevýhodou zařízení je jeho značná mechanická složitost a od toho se odvíjející vysoká cena a vyšší náklady na údržbu,“ podotýká Buček.

Místo původní nová

Výrazným znakem Kaplanových turbín je možnost nastavování lopatek rozváděcího i oběžného kola podle množství protékající vody. „Aby nedocházelo k víření vody, které ohrožuje hladký chod turbíny, má oběžné kolo jen čtyři lopatky,“ popisuje Buček. Kaplanovu turbínu lze nalézt také v elektrárně Kníničky pod hrází Brněnské přehrady. Při odstávce elektrárny po vypuštění a čištění přehrady nahradili technici starou turbínu ze čtyřicátých let minulého století novou. „Původní zařízení už dělalo z elektrárny fungující technickou památku,“ vysvětlil Jiří Synek, technik přípravy provozu firmy ČEZ.

Elektrárna pod Brněnskou přehradou v městské části Bystrc byla původně určená k vykrývání zvýšené spotřeby elektrické energie v čase ranních a večerních energetických špiček. V roce 1914 ji navrhl profesor české techniky v Brně Vladimír List. V současné době elektrárna pokryje roční spotřebu energie více než dvou tisíc domácností krajského města.

Vážení čtenáři, seriál Jihomoravané, kteří dobyli svět najdete také v tištěné podobě každé pondělí v Brněnském deníku Rovnost.

Autor: Gabriela Peringerová

28.9.2010 VSTUP DO DISKUSE
SDÍLEJ:

Kníničská Panna Marie? Řezbář ji vyřezal motorovou pilou

Brno /FOTOGALERIE/ – Zvuk motorové pily slyšeli v neděli dopoledne lidé z brněnských Kníniček. Před místní mateřskou školou totiž započal letošní advent v městské části. Jedním z největších lákadel programu byla řezbářská show, při níž řezbář vytvořil postavu Panny Marie.

Nehod motorkářů ubylo. Jsou lépe připravení, tvrdí odborník

Jižní Morava – Devět životů vyhaslo od začátku roku při nehodách motocyklů na silnicích v Jihomoravském kraji. Oproti loňsku je to o jednoho mrtvého méně.

Dokončují nové kluziště v Řícmanicích. Dostane ho obec

Brno – Na nové ledové ploše se projedou řícmaničtí zájemci o bruslení už po Novém roce. Plánované kluziště dělníci v současnosti dokončují. Mimo zimní sezonu poslouží prostor jako víceúčelové hřiště pro volejbal, fotbal, badminton, tenis a další sporty.

Copyright © VLTAVA LABE MEDIA a.s., 2005 - 2016, všechna práva vyhrazena.
Používáme informační servis ČTK. Kontakt na redakci.
Publikování nebo šíření obsahu Denik.cz je bez písemného souhlasu
VLTAVA LABE MEDIA a.s., zakázáno.
Marketingové podmínky. Cookies