Turbína s levitujícím rotorem

Ačkoli je století páry již oficiálně dávno za námi, málokdo si uvědomuje, že parní turbíny stojí za většinou elektrické energie v naší síti. Udává se, že až 90 % elektrické energie v USA je vyrobeno pomocí parních turbín. Po více než sto letech od jejich vynálezu přichází zvrat v jejich konstrukci – tzv. bezolejová parní turbína.

Městské spalovny, cukrovary, chemičky, papírny, prostě všechny průmyslové závody, které mají spalitelný odpad, využívají průmyslové parní turbíny. Například odpadní dřevní štěpku místo skládkování spálí v kotli, který vytvoří páru o vysoké teplotě a tlaku. Ta je pak vedena do parní turbíny. Jak se pára rozpíná, roztáčí rotor. Na něj je většinou napojen rotor alternátoru, který vyrábí elektrickou energii pro potřeby daného průmyslového závodu, případně pro prodej do veřejné sítě. 

Jde to i bez oleje

Rotor je srdcem turbíny, a to pořádně těžkým, neboť váží několik tun. Je umístěn na ložiskách, a aby při fyzickém kontaktu obou součástí turbíny nedocházelo k poškození třením, až dosud byl k promazávání potřeba olej. K tomu byl nezbytný sofistikovaný mazací systém, od olejového čerpadla přes zásobník až po rozvody. Vývojářům společnosti Siemens se však všechny tyto součástky podařilo odstranit a představili technologii, díky níž už samotná turbína mazací médium nepotřebuje. Její rotor totiž není ve fyzickém kontaktu s žádnou nehybnou částí, kde by docházelo ke tření – celý se vznáší působením silného magnetického pole. 

První parní turbínou s levitujícím rotorem úspěšně uvedenou do provozu je turbína SST-600, která se nachází v Jänschwaldské elektrárně (jižně od Berlína). Slouží zde jako jedna z dvanácti turbín pohánějících vodní pumpy. Turbína má výkon 10 MW a pracuje při 5 700 otáčkách za minutu. Obecně lze technologií pro levitaci rotoru vybavit turbíny s rotory vážícími až 10 tun (čemuž odpovídá výkon až 40 MW). 

Magnet silnější než gravitace

Princip magnetické levitace není novou technologií. Po světě již jezdí několik vlakových linek, jejichž soupravy se vznáší nad kolejemi díky odpudivým magnetickým silám. Společnost Lexus nedávno zase v rámci své reklamní kampaně představila prototyp vznášejícího se skateboardu. I přes svoji atraktivitu je tato technologie nicméně poměrně náročná a má zatím jen relativně omezené využití.

Turbína představuje klíčovou součást tepelných elektráren. Design turbín je proto nesmírně přesně vypočítaný za účelem co nejúčinnější přeměny energie páry na rotační pohyb. Každé procento výkonu navíc totiž znamená výrazné navýšení v produkci energie.

Nižší tření může zvýšit účinnost

Levitace rotoru dosáhli konstruktéři instalací aktivních elektromagnetických ložisek do již existující turbíny. Poloha rotoru v ložiscích je pak přesně sledována sestavou senzorů a síla magnetického pole je upravována tak, aby byl rotor při činnosti ve stabilní poloze. Senzory zároveň nabízejí i širší možnosti pro on-line monitorování chodu turbíny. Chlazení turbíny, jež je nutné i přes absenci tření, obstarává místo oleje patentovaný systém vzduchového chlazení. Nižší tření navíc může teoreticky vést ke zvýšení účinnosti turbíny až o jedno procento.

Tiskové materiály SIEMENS