Turbíny v potrubí: Nová éra energetické efektivity v oblasti vodovodní infrastruktury

Abstract

Tato bakalářská práce se zabývá hydraulickým návrhem vírové turbíny do vodovodní rozvodné sítě. Primární účel turbíny je zužitkovat přebytečný tlak v potrubí, který je zde zmařen. Úvodní část obsahuje rešerši využití turbín v potrubí ve světě. Dále je rozebrán postup výpočtu hydraulického návrhu lopatek turbíny, jehož výstupem je přiložený zautomatizovaný výpočet v programu Microsoft Excel. Program slouží k tvorbě souřadnic výsledného profilu lopatky. Po získání dat profilů se práce věnuje tvorbě 3D modelu v programu Solidworks. Výstupem z modelování jsou tři varianty oběžného kola turbíny. Funkčnost a parametry navržených variant byly ověřeny pomocí CFD simulace v softwaru Ansys CFX, která poskytla informace pro určení účinnosti a spádu turbíny. Z výsledků vyplývá, že nejlepší variantou je čtyř-lopatková turbína, která dosahuje účinnosti 63,16 % a využívá 1,83 metrů spádu. Výsledkem práce je prvotní hydraulický návrh vírové turbíny, který je doporučen jako základ pro další výzkum a optimalizaci v diplomové práci.

This bachelor’s thesis focuses on the hydraulic design of a swirl turbine placed in a water supply pipeline network. The primary purpose of the turbine is to utilize excess pressure in the pipeline that would otherwise be wasted. The introductory section includes a review of inpipe turbine applications worldwide. The thesis then describes the process of calculating the hydraulic design of the turbine blades, resulting in an automated calculation tool developed in Microsoft Excel. This tool is used to generate the coordinates of the final blade profile. Once the blade profile data is obtained, the focus shifts to creating a 3D model using SolidWorks software. The modelling process produced three design variants of the turbine runner. The functionality and performance of the proposed variants were verified through CFD simulations with Ansys CFX software, which provided data for determining the turbine's efficiency and head. The results indicate that the most effective design proved to be the four-blade turbine, achieving an efficiency of 63,16 % and utilizing a head of 1,83 meters. The thesis concludes with a preliminary hydraulic swirl turbine design, which is recommended as a foundation for further research and optimalization in a master’s thesis.