Viktor Kaplan

Viktor Kaplan (1876–1934) byl rakouský strojní inženýr, konstruktér a vynálezce, který prožil většinu svého profesního života na německé technice v Brně. Jeho zájmem byly vodní turbíny a prováděl řadu pokusů, aby popsal nejvhodnější parametry tehdy používaných strojů a upravil je pro různé hodnoty průtoků a spádů. Snaha o vylepšení vlastností turbín ho přivedla nakonec k vlastnímu, originálnímu řešení – vrtulové turbíně s natáčivými lopatkami oběžného kola. Tento druh turbíny je vhodný pro vodní elektrárny, kde je velký průtok a malý spád vody. Kaplanova turbína se později stala jedním z pilířů moderní hydroenergetiky. Výrazem uznání tomuto vynálezci je i fakt, že výročí jeho narození je zařazeno mezi světová výročí UNESCO.

Viktor Kaplan; ČTK

TURBÍNY

V minulosti byla energie vody využívána pomocí vodních kol. Další významný posun ve využití vodní síly přinesly turbíny, které přeměňují energii vody na energii mechanickou. Spojením turbíny s generátorem je možno převádět takto získanou mechanickou energii na elektrickou. Rychloběžná vodní turbína s natáčivými oběžnými lopatkami znamenala průlom ve výrobě vodní energie.

Vynález vodních turbín v 19. století je spojen se jmény francouzským inženýrů Claude Burdina a jeho žáka Bernoita Furneryona. Další zlepšení výkonu turbín přinesli Američané James Bicheno Francis a Lester Allen Pelton. Jejich účinnost však byla na tocích s nízkým spádem a kolísajícím průtokem značně omezena. Právě tato nedostatečnost vedla Kaplana ke snaze tyto turbíny zdokonalit.

Montáž Kaplanovy turbíny; NTM
K

Viktor Kaplan po absolvování vídeňské techniky žil a pracoval v Brně. V letech 1903 až 1931 působil na německém Vysokém učení technickém, kde se zaměřil na problematiku vodních motorů, zejména vylepšování účinnosti tzv. Francisovy turbíny. Ve svých pokusech se zabýval tvarem oběžného kola, počtem lopatek i jejich natáčením. Postupně zjistil, že lopatky se musí chovat jako lodní šroub a je nutné je natáčet podle množství protékající kapaliny. V roce 1910 byla za podpory brněnské slévárny a strojírny podnikatele Ignáce Storka zřízena speciální turbínová laboratoř, v níž rozšiřoval mezilopatkové kanály Francisovy turbíny, až nakonec dospěl k oběžnému kolu svým tvarem připomínající lodní šroub, ale s natáčivými lopatkami. Svou turbínu si nechal v roce 1913 patentovat, řízení se ale protáhlo až do roku 1918.

Originální zkušební Kaplanova turbína z vodní laboratoře na brněnské technice ve sbírkách Národního technického muzea v Praze; NTM, foto Kateřina Uksová
Genialita jeho vynálezu tkví v natáčení lopatek podle měnícího se průtoku vody, čímž je zachována vysoká účinnost turbíny i při mnohem nižším průtoku.

KAPLANOVA TURBÍNA

Objev světového významu nevznikal hladce a narážel na nepochopení a často i odpor firem vyrábějících Francisovy turbíny. Přesto v letech 1912–1913 přihlásil Kaplan postupně k patentování čtyři vynálezy. Po první světové válce se tyto tzv. Kaplanovy turbíny začaly vyrábět v hojném počtu a našly uplatnění i v dalších zemích. Začaly se ale objevovat první potíže, když turbíny instalované na velkých řekách začínaly katastrofálně selhávat. Příčinou byl do té doby neznámý jev tzv. kavitace – tvoření vzduchových bublin ve vodě, což vedlo k prudkým změnám tlaků v turbíně. Tento problém pomohli Kaplanovi vyřešit již v roce 1922 jeho spolupracovníci, kteří odstranili problém s kavitací a další vývoj a výroba Kaplanovy turbíny mohla pokračovat. V roce 1931 Viktor Kaplan opustil Brno a odešel do rodného Rakouska, kde se zabýval rozsáhlou patentovou agendou čítající na 280 patentů ve 27 státech.

První Kaplanova turbína vyrobená pro praktické použití byla instalována v textilním závodě ve Velmu v Dolním Rakousku. Vyrobila ji bývalá firma Ignác Storek, slévárny a ocelárny Brno na přelomu let 1918/1919 a pracovala až do roku 1952. První turbína na území ČSR byla instalována roku 1921 v Poděbradech. K největšímu rozvoji výroby vodních turbín dochází po druhé světové válce. Národní podnik ČKD Blansko navázal na předválečnou výrobu vodních turbín a pokračoval v jejich technickém vývoji. Výzkum a vývoj sledoval především zvyšování rychloběžnosti turbíny žádoucí pro malé spády a rovněž se snažil o použití turbín v oblastech vyšších spádů. Tato snaha vedla až k celosvětovému uznání práce na Světové výstavě v Bruselu, kde desetilopatková Kaplanova turbína pro vodní elektrárnu Orlík s výkonem 94 500 kW a pro spád 70,5 m byla vyznamenána Velkou cenou Expo 58.

Montáž Kaplanovy turbíny; NTM

Kaplanovy zápisky; NTM, foto Kateřina Uksová

Kaplanovy zápisky; NTM, foto Kateřina Uksová

 

 

Aplikace slouží k procházení interaktivní výstavy.