základy procesního inženýrství - Vysoká škola báňská - Technická ...

3 Hydromechanické operace
tedy i tlak) čerpaného plynu mění postupně. Vysokorychlostní šroubové kompresory dávají plynulý
tok stlačeného plynu.
Pro vytváření vakua se používají vývěvy, které mohou mít podobnou konstrukci jako
kompresory. Při nezbytnosti odvádět velké množství plynů nebo par jsou spíše vhodné parní ejektory,
které pracují na stejném principu jako vodní vývěva na obr.3.2. V parních ejektorech je hnacím
mediem pára, která získala tlakovou energii zahřátím, tedy za cenu levnější tepelné energie.
Hydrodynamické motory
Obrácený efekt než čerpadla mají hydrodynamické motory, které
tekutině odebírají její mechanickou energii a odvádějí ji na v nějaké jiné
formě pryč. Nejstarší aplikací je mlýnské kolo. Modernější
hydrodynamické motory do jisté míry připomínají čerpadla obráceně
zapojená. Parní stroj, vládnoucí průmyslu a dopravě asi 150 let, je
podobný pístovému čerpadlu, pohybem jehož pístu je současně ovládáno
zavírání a otevírání vstupního a výstupního ventilu. Podobně pracuje i
výbušný motor s výhradou toho, že tekutina dostává tlakovou energii teprve
hořením uvnitř válce.
Moderním zařízením jsou turbíny.
Parní turbíny připomínají vysokoobrátkové turbokompresory s velkým
počtem šikmých lopatek rotoru a s mnohastupňovou řadou rotorů a statorů
(Obr. 3.23.). Protože zde pára ztrácí postupně tlak, roste také její objem,
volí se v této řadě postupně zvětšující velikost lopatek tak, aby se
energie páry přeměnila na energii rotoru co neúčinněji. U
elektrárenských turbín jsou průměry turbín a frekvence otáčení velké,
takže také síly na rotoru jsou vysoké; výroba zařízení vyžaduje kvalitní
materiály a jejich precizní zpracování. Ještě náročnější jsou plynové
turbíny, do kterých jsou vháněny spalné plyny o vysoké teplotě a tlaku
v turbovrtulových motorech nebo (v podstatně větším rozměru) v
paroplynových elektrárnách.
Větrné motory, pracující s podstatně menším tlakem, se přidržují
především koncepce axiálního proudění a jsou konstruovány nejčastěji
jako vrtule o průměru až 100 m, dnes se štíhlými listy naklápěnými podle
síly větru (Obr. 3.24.).
U vodních turbín se podobně dají naklápět rozměrnější lopatky Kaplanovy
turbíny. Jinou koncepci má např. Peltonova vodní turbína (Obr. 3.25.),
připomínající obráceně zapojené odstředivé čerpadlo, samozřejmě
s nesrovnatelně menším počtem lopatek a větším průtočným průřezem než
mají turbíny parní.
Každému hydrodynamickému motoru můžeme přiřadit vztah mezi průtokem
a změnou mechanické energie, podobný jako je charakteristika čerpadla.
Skladování mechanické energie
Největší zdroje energie – parní elektrárny založené na spalování nebo na
štěpné reakci nemohou rychle reagovat na změny odběru. Větrné elektrárny
nedodávají energii podle žádného plánu. Ukládání energie do vratné
chemické reakce (např. elektrické akumulátory, výroba vodíku nebo
Obr. 3.23. Oběžné kolo
parní turbíny
Obr. 3.24.. Vrtule větrné
elektrárny
Obr. 3.25. Oběžné
kolo Peltonovy turbíny
uhlovodíků) vyžaduje velkou hmotnost přeměňovaných látek a snese (vzhledem k vedlejším reakcím)
jen omezený počet cyklů. Jedním z řešení je uložit energii dočasně jako energii mechanickou a podle
potřeby ji uvolňovat. Sledují se dvě cesty používající kombinace čerpadlo – turbína. Přečerpávací
elektrárny čerpají přebytečnou elektřinou vodu do vysoko položené nádrže, odkud se při energetické
špičce vypouští na turbínu (Dlouhé Stráně v Jeseníkách: nádrž 3 miliony m 3 , výškový rozdíl 500 m, potrubí
průměru 3,6 m špičkový výkon 650 MW). Další možností je ukládat energii do vzduchu stlačovaného do
42