www.malavoda.cz

Tlaková ztráta v potrubí

Pro napsání tohoto článku mne přivedla drobná rozepře s člověkem, kterému jsem dodal turbínu s větší hltností, než měl původně nainstalovanou. Jeho záměrem bylo zvýšit výkon díla za použití turbíny s větším průtokem. Zaměnit turbínu s menším průtokem, turbínou s větší hltností.
Zadání tedy bylo – postavit turbínu s požadovanou hltností a na daný spád.
Po instalaci mi onen člověk rozhořčeně zavolal, že je turbína špatná, že má menší výkon než původní s menším průtokem. Společně jsme začali hledat důvod proč tomu tak je a kde mohla nastat chyba. Po instalaci tlakového snímače na turbínu bylo vše jasné. Tlaková ztráta v potrubí se vzrůstajícím průtokem byla tak velká, že turbína pracovala s polovičním činným spádem.

Společně jsme otestovali obě turbíny. Jak to dopadlo, můžete vidět na grafech níže, kde je jasně vidět jak se projevuje tlaková ztráta v potrubí a nevhodný nátok do potrubí na činném spádu, potažmo výkonu.

Jaké hodnoty jsou v grafech a co jsme měřili.
Měřili jsme při postupném otevírání štěrbiny turbíny (při postupném zvyšování průtoku), tlak vody těsně nad klapkou, přepočítaný na vodní sloupec neboli činný spád v decimetrech (dm). Dále jsme ultrazvukovým snímačem měřili výšku hladiny (dm). Naštěstí byl průtok korytem tak velký, že voda, téměř konstantně přepadala přes jez i při maximální hltnosti obou turbín. Hladina na jezu nám tak zásadním způsobem neovlivňovala měření.
A jako poslední jsme meřili výkon ve W. Ovšem ne výkon na hřídeli turbíny, ale výkon za regulátorem nabíjení. Respektive, to co se dodávalo do akumulátorů.

Pro úplnost ještě data potrubí.
DIN 160 – kanalizační potrubí KG systém PVC SN8
Vnější průměr 160mm
Vnitřní průměr 152mm
Nátok z části rozšířený se sacím košem těsně přiléhajícím k ústí potrubí s roztečí 10 x 10mm
Hrubé česle s mezerou 20mm

Jak to dopadlo.
Tlaková ztráta u turbíny s menší hltností (22lit/s) byla do 30% téměř zanedbatelná. Při otevření na 60% už byla ztráta na činném spádu cca 40cm a při 75% otevření více jak 0,5m. Nic méně až do tohoto okamžiku výkon vzrůstal. Potrubí ještě stíhalo plnit turbínu. Navíc turbíny typu Banki mají nejlepší účinnost právě při 75 – 80% hltnosti. Při dalším zvyšování průtoku, však výkon rapidně klesal a klesal i tlak vody v turbíně – činný spád. Přičemž hladina vody na jezu při vstupu do potrubí byla téměř konstantní. Při otevření na 90% turbína pracovala s činným spádem 3,8m místo 4,6m. Ztráta na spádu tedy byla 0,8m. Při maximální hltnosti už byla ztráta na spádu téměř 1m.

Graf tlakové ztráty v potrubí u turbíny

Turbína s větší hltností ( 80lit/s) dopadla podstatně hůře, což je zřejmé z grafu níže.
Při 50% plnění už byla ztráta na spádu více jak 0,8m. V tomto bodě začal výkon klesat a zároveň dále klesal i činný spád. Při 80% plnění byla ztráta na spádu díky malému průměru potrubí a nevhodnému nátoku více jak 1,7m a při plném otevření již turbína nepracovala se spádem 4,5m pro který byla stavěná, ale se spádem 2,6m. Tedy o 2m nižším. Této ztrátě na spádu odpovídal i výkon.

Graf tlakové ztráty v potrubí u turbíny

Pro lepší představu poklesu tlaku (činného spádu) v turbíně, při různém otevření štěrbiny (hltnosti), ještě uvedu dva grafy bez zakresleného výkonu.

Graf tlakové ztráty v potrubí u turbíny

Graf tlakové ztráty v potrubí u turbíny

Co s tím a jak tyto ztráty omezit?
Pokud teprve plánujete výstavbu vodního díla, je třeba tyto ztráty, pokud možno přesně spočítat a nebo raději, přívodní potrubí mírně předimenzovat. Použít potrubí s větším průměrem proti výpočtům. Řekněme, že vypočítáte potrubí o průměru 200mm. Tak použijte potrubí s průměrem min 250 nebo raději 300mm. Pozor, DIN potrubí ve většině případů udává vnější průměr. Světlost neboli, vnitřní průměr, je o tloušťku stěn menší!
Druhý zásadní vliv na ztrátu spádu v potrubí má tvar nátoku. Nátoková část potrubí nesmí být kolmá. Musí mít tvar rozšířené násosky. Tzv. ve tvaru trychtýře s úhlem cca 30° se zaobleným okrajem.
Jako třetí problém ztráty na spádu může být sací koš na nátoku nebo nevhodně umístěné česle. Moc jemný a těsně obepínající (malý) sací koš může značně omezovat nasávání a bude se často zanášet. Podobně toto platí i o česlích umístěných moc blízko u vtoku do potrubí. Voda se nestihne uklidnit, bude vířit a průtok bude omezen. V místě nátoku se nesmí tvořit vír. Strhával by vzduch  do potrubí!

Ideální stav by byl, vybudovat otevřený náhon nebo vantrok zakončený kašnou, ze které by byla velmi krátkým potrubím, napájená turbína.
Bohužel toto nelze vždy realizovat.