Výklad

Přiváděcí a odtokové potrubí tvoří spojovací články mezi zásobárnou vody s využitelnou potenciální energií, vodní turbínou a místem opětovného napojení na původní koryto nebo spodní nádrží vodního díla. Pokud je turbína instalována přímo v tělese hráze jsou přivaděče i odvodní potrubí krátké, při umístění turbíny mimo hráz může být délka těchto potrubí nebo kanálů i několik stovek metrů, v případě derivačních elektráren i několik kilometrů.

Přivaděče

Přivaděče přivádí vodu z nádrží do míst, kde jsou instalovány vodní turbíny. Podle tlakových poměrů se přivaděče dělí na beztlakové a tlakové.

Uměle vybudovaný vodní kanál přivádí vodu k derivační vodní elektrárně

Beztlakový dřevěný přivaděč s jednoduchým stavidlem pochází z roku 1886

Beztlakové přivaděče představují otevřené kanály, náhony a žlaby s volnou hladinou a případným zakrytím. Budují se převážně ve volném terénu výkopem a utěsněním stěn proti průsakům. Jsou dimenzovány na maximální průtok turbínou a optimalizují se z hlediska nákladů na stavbu i z hlediska minimalizace hydraulických ztrát. Trasa přivaděče se proto navrhuje co nejkratší a s minimem ohybů a zúžení. Beztlakové přivaděče se nejčastěji používají u derivačních a u malých vodních elektráren.

Tlakové přivaděče tvoří ocelové, litinové nebo železobetonové potrubí spojující zdroj vody s vodní turbínou. Od vtokového objektu v nádrži až po lopatky turbíny transportovaná voda nepřichází do styku s atmosférou a postupně zvyšuje svůj tlak. Průměry potrubí jsou poměrně velké, u výkonnějších vodních elektráren je často použito vícenásobné vedení potrubí. Specifickým případem přivaděčů jsou tlakové přivaděče přečerpávacích elektráren spojující elektrárnu v údolí s horní nádrží na vyvýšeném místě. Tyto přivaděče pracují obojsměrně, kromě přivedení vody na turbínu slouží i jako výtlačné potrubí čerpadel při plnění horní nádrže.

Původní ocelové potrubí tlakových přivaděčů přečerpávací elektrárny Štěchovice II

U některých elektráren se kombinují tlakové a beztlakové přivaděče s cílem maximálního využití spádu při minimálních nákladech na výstavbu přivaděče.

Odtokové potrubí

Voda po průchodu turbínou musí být vrácena zpět do koryta řeky, případně na úroveň spodní nádrže pod elektrárnou. U rovnotlakých akčních turbín voda padá pod oběžné kolo a do spodní nádrže je odváděna prostým odpadním potrubím. U reakčních přetlakových turbín se potrubí spojující vyústění turbíny a hladinu spodní nádrže (spodní vodu) říká sací roura neboli savka. Její hlavní úlohou je vytvoření podtlaku za oběžným kolem turbíny pomocí uzavřeného sloupce vody a tím zvýšit využitelnost spádu. Turbína totiž dokáže zpracovat nejen přetlak od hladiny v horní nádrži k lopatkám oběžného kola, ale i podtlak vzniklý v savce. Pokud se savka ještě navíc směrem od turbíny rozšiřuje, působí na vodu proudící z výstupu turbíny dynamické a setrvačné síly, které zvyšují podtlak za oběžným kolem. Jinými slovy – rozšiřující se savka jakoby imaginárně posouvá spodní hladinu níž (zvětšuje podtlak), čímž zvyšuje využitelnost energie vody.

Odtokové potrubí vodní elektrárny je často ukryto pod budovou strojovny a spojeno s dolní nádrží

Pomocná zařízení

Vtokové objekty zajišťují odvedení potřebného množství vody do přivaděče vodní elektrárny. Zároveň musí zajistit zadržení plavenin a splavenin, které by mohly po vniknutí do přivaděče poškodit turbínu nebo svou přítomností v potrubí změnit charakter proudění kolem nich, co by se odrazilo na viditelném snížení výkonu vodního zdroje. Stejně jako větší objekty jsou nežádoucí i malé pevné částice, které mohou způsobovat erozi lopatek turbíny, nebo vzduch.

Věže vtokových objektů Hooverovy přehrady obsahují potrubí přivádějící vodu k turbínám

Pro beztlakové přivaděče je voda odebírána pomocí beztlakových vtokových objektů s volnou hladinou. Tyto vtoky jsou většinou obdélníkového průřezu. Obsahují česle ve formě svislé mřížoviny zabraňující vnikání plovoucích předmětů do vodního kanálu nebo náhonu, zařízení na regulaci průtoku vody do přivaděče a vtokový práh s usazovacím prostorem ve dně zachycující splaveniny sunuté proudem po dně. Instalace beztlakového vtokového objektu by měla být provedena s ohledem na minimalizaci tlakových ztrát při proudění vodní masy.

Vtokový objekt malé vodní elektrárny s hydraulickým čištěním česlí

Tlakové vtokové objekty se budují na tlakových přivaděčích. Vtokové otvory jsou trvale ponořeny pod minimální provozní hladinu a mají zaoblenou vtokovou hranu. Před mechanickými nečistotami chrání vtoky přivaděčů česle, před usazeninami prahy s proplachem.

Nedílnou součástí všech přivaděčů i odvodních potrubí bývají vodní uzávěry, zabraňující nebo omezující průtok vody kanálem a potrubím. Nejjednodušším uzávěrem je stavidlo – pevná deska vedená ručně nebo pomocí zdvíhacího mechanizmu v postranních drážkách. Dalšími typy uzávěrů jsou různé jezové klapky, potrubní klapkové a kulové uzávěry a nožová šoupátka.

Nejjednodušším vodním uzávěrem je stavidlo nebo hradidlo – deska pohybující se v postranních drážkách

Před turbínou a na výstupu z elektrárny se obvykle nachází systém vtokových a výtokových hradidel, umožňujících úplné zahrazení vtoku a sací roury z důvodu revizí, oprav nebo havárie turbíny.

1