Casteletovo větrné kolo: konstrukce, princip fungování a význam

Casteletovo větrné kolo je historická konstrukce větrného motoru se svislým hřídelem, kterou navrhl francouzský konstruktér Pavel Castelet. Jeho hlavní zvláštností je pohyblivý plášť, který podle směru větru zakrývá lopatky pohybující se proti větru, zatímco lopatky na opačné straně zůstávají vystavené proudění.

Řešení mělo umožnit účinnější využití větru z různých směrů a zároveň stavbu větších větrných motorů než u tehdejších lehkých konstrukcí. Casteletovo větrné kolo bylo v roce 1913 stále novinkou ve fázi zkoušek, takže jeho praktické úspěchy ani neúspěchy tehdy nebyly ještě známé.

Proč vznikla potřeba nových větrných motorů

Dnes, kdy se všeobecně poukazuje na rychlé zmenšování a poměrně brzké vyčerpání zásob uhelných, nutno obrátiti pozornost k přirozeným zdrojům práce. Nutí k tomu již neobyčejný vzrůst průmyslu v poslední době. Technikové všímají si v první řadě proudů vodních, neboť využitkování jejich energie je vodními turbinami dokonale rozřešeno a nelze v tomto oboru očekávati snad již nic podstatně nového.

Než i jiným pramenům práce věnuje se pozornost; čtenářům našim jsou známy pokusy Shumanovy, jež mají za účel sestrojení slunečního motoru, a slyšeli zajisté o návr návrzích strojů, jimiž se má využiti energie přílivu a odlivu i vln mořských. Velikým zdrojem práce je vítr. Zvláště v poslední době, kdy rozvinulo se zřizování elektráren, počítá se hojně s tímto živlem.

Myšlenka využiti energie větru k práci je stará. Všichni známe větrná kola, jichž se u větrných mlýnů používalo. Mlynářství nejvíce pochopilo význam větru. Dnes ovšem v tomto odvětví průmyslu je větrný mlýn vzácností. V hospodářství upotřebí se větrných kol na pohon čerpadel k zavlažování pozemků a pod.

Omezení tehdejších větrných kol

Tato větrná kola liší se svým vzhledem a konstrukcí podstatně od starých těžkopádných kol. Dnes žádá se od větrného kola, aby bylo snadno pohyblivé a aby svoji polohu lehce přizpůsobilo směru větru. Při posavadní konstrukci větrného kola, jež je našim čtenářům známa z ročníku VIII. tohoto časopisu, měl poslední uvedený požadavek za následek, že kola tato musila býti co možno lehká.

To má však opět tu nevýhodu, že nelze jimi třebas zužitkovati mocné větry, nelze tedy těžiti ze zásoby energie větru v každé době. Chceme se dnes zmíniti o nové zajímavé konstrukci větrného kola.

Základní myšlenka Casteletovy konstrukce

Kdyby byl směr větru stále týž, tak jako je tok řeky, bylo by možno sestrojiti větrné kolo o vodorovném hřídeli na způsob kola na spodní vodu. Postačilo by chrániti skříní horní polovinu kola, tak že by vítr na lopatky této části nemohl účinkovati, a spodní polovinu ponořiti do vzdušného proudu.

Tato konstrukce nemá ovšem v praxi významu, neboť směr větru se stále mění, ale lze na jejím základě větrné kolo sestrojiti, jak učinil Francouz Pavel Castelet. Konstruktér francouzský sestrojil větrné kolo o hřídeli svislém.

Vidíme hned, že kolo toto může býti poháněno větrem každého směru, když se provede konstrukce tak, že vítr účinkuje vždy jen na lopatky umístěné na jedné straně od osy kola. Jestliže tedy lopatky u otáčejícího se kola dojdou k místu, od něhož se počnou pohybovati proti větru, musí býti před účinkem tohoto zakryty ať je směr větru jakýkoliv, neboť jinak by se kolo netočilo.

Hlavní části větrného kola

Casteletovo větrné kolo skládá se ze dvou hlavních částí: z lopatkového kola E, jehož svislý hřídel má na spodním konci hnací ústrojí (kotouč, ozubené kolo), a z pohyblivého pláště, který zakrývá vždy lopatky, jež jsou v části, v níž se pohybují proti větru.

Svislý hřídel větrného kola spočívá v ložiskách kuličkových, aby odpor proti jeho otáčení byl co nejmenší. Plášť pohyblivý tvoří půl válce, je z tenkého plechu, nahoře uzavřen a opatřen křídlem, které se tedy staví vždy do směru větru a je tak na stříšce pláště připevněno, že spadá do průměrové roviny pláště.

Jak se plášť přizpůsobuje směru větru

Tím je tedy samočinně vždy vyhověno podmínce, že větru jsou vystaveny pouze lopatky na jedné straně osové roviny, kdežto druhé, které se pohybují proti větru, jsou schovány v plášti. Plášť spočívá též na kuličkách, aby byl snadno otočný.

Je také ihned patrno, že ústrojí, které část lopatek zakrývá, musí polohu svoji podle směru větru měniti, a to účinkem větru samého. Křídlo upevněné na plášti proto funguje jako jednoduchý směrový prvek: proudění samo natáčí plášť tak, aby zakrytá část odpovídala okamžitému směru větru.

Podstatou řešení tedy není pouze svislé uložení hřídele, ale především kombinace otáčivého lopatkového kola a samonastavitelného pláště. Tato kombinace omezuje účinek větru na lopatky, které by se jinak proti proudění vracely a brzdily otáčení.

Výhody a očekávané možnosti

Nemůžeme ještě sděliti úspěchy nebo neúspěchy této nové konstrukce, která je teprve předmětem zkoušek, ale nutno říci, že větrné kolo Casteletovo je jistě zajímavým řešením větrného motoru, jež umožňuje stavbu ve větších rozměrech, než jak tomu jest u větrných motorů posavadních.

Nemalou výhodou jest, že větrné kolo toto snadno se přizpůsobí rychlým změnám směru větru. Již pro tyto vlastnosti zaslouží nová tato konstrukce pozornosti.

Ve srovnání s konstrukcemi, které musely být co nejlehčí, se Casteletovo větrné kolo pokoušelo řešit problém využití silnějšího větru. Pohyblivý plášť měl umožnit, aby část lopatek nebyla vystavena nežádoucímu protisměrnému působení, aniž by bylo nutné celé zařízení natáčet podle směru větru.

Historický význam návrhu

Casteletovo větrné kolo představuje příklad hledání nových cest v době, kdy se technici snažili využívat obnovitelné přírodní zdroje práce. Větrná energie tehdy nebyla spojována pouze s tradičními mlýny, ale také s pohonem čerpadel, zemědělských zařízení a dalších mechanismů.

Historická konstrukce je zajímavá zejména tím, že řeší dvě obtížné otázky současně: jak využít vítr přicházející z různých směrů a jak snížit ztráty způsobené lopatkami, které se při otáčení pohybují proti větru. Odpovědí je svislý hřídel a plášť, který se podle směru proudění automaticky natáčí.

Větrné kolo Casteletovo tak patří mezi pozoruhodné pokusy o konstrukci větrného motoru, jehož provoz neměl být omezen jediným převládajícím směrem větru. Jeho princip zároveň ukazuje, že snaha o účinnější využití větru předcházela moderním větrným elektrárnám o mnoho desetiletí.

Větrná kola a moderní větrné elektrárny

Historická větrná kola využívala energii větru především k mechanickému pohonu, například k čerpání vody nebo k provozu mlýnských zařízení. Moderní větrné elektrárny naproti tomu převádějí pohyb rotoru na elektrickou energii a pracují s výrazně většími rozměry, výškami i výkony.

Větrné elektrárny u Věžnic byly postaveny koncem roku 2009. Každý z dvojice moderních strojů REpower MM92 má instalovaný výkon 2,05 MW, hmotnost 254,8 tun, celkovou výšku 126,3 metrů. Rotor ve výšce 80 metrů má průměr 92,5 metru.

Každý ze strojů ročně vyrobí ekologickou elektřinu pro 1500 domácností. Nejtěžší částí každé z dvojice věžnických elektráren je 70tunový horní díl (tzv. gondola). Špička listu při maximálních otáčkách se točí rychlostí 250 km/hod.

Pata věže má průměr 4,3 metru. Rotor se pohybuje v pracovních otáčkách v rozmezí od 7 do 16 ot/min. Při výstavbě elektrárny je třeba bezprostředně po vztyčení nejhořejší části tubusu instalovat na její vrchol gondolu. Jinak by při silnějším větru hrozilo rozkmitání celé konstrukce.

Den otevřených dveří u větrných elektráren

Speciální program připravily pro své návštěvníky v sobotu 14. června větrné elektrárny Skupiny ČEZ u Věžnice poblíž Polné na Vysočině. Kromě prohlídky přízemí interiéru jedné z větrných turbín bude k dispozici občerstvení, ukázky z práce hasičů, atrakce pro děti i dospělé včetně virtuální reality, prezentace možností fotovoltaiky nebo ukázky jízdy elektromobilem.

Ve stejný den otevřou své brány i větrné elektrárny dalších provozovatelů, akci zastřešuje Česká společnost pro větrnou energii. Atraktivní informace o výstavbě a fungování nových moderních větrných elektráren u obce Věžnice, možnost prohlídky technologií elektrárny ve spodní část vnitřního tubusu, přednáška specialistů na větrnou energii, ukázky hasičů při slaňování a záchrany osoby z věže větrné elektrárny, prohlídka a jízda elektromobilem, atrakce pro děti i dospělé v čele s virtuální realitou a virtuálními prohlídkami - to jsou hlavní magnety čekající na návštěvníky Dne otevřených dveří u větrných elektráren.

Akce se koná v sobotu 14. června od 10 do 16 hodin u elektrárny umístěné blíže obci Věžnice (Kraj Vysočina, okres Havlíčkův Brod, poblíž Polné, 49.5249639N, 15.6998297E). Pro návštěvníky, kterých každoročně dorazí pod větrné elektrárny několik stovek, je i tentokrát zajištěna možnost parkování a občerstvení.

Historická větrná kola v českém prostředí

Větrné kolo se v českém prostředí uplatňovalo také při čerpání vody. Vedrovice nedaleko Moravského Krumlova se mohou pochlubit pozoruhodnou technickou památkou - větrným kolem, které se jako jedno z mála v republice dochoval o kompletním stavu.

Už v roce 1985 bylo zapsáno do Seznamu nemovitých kulturních památek ČR. Původní větrná turbína dnes zdobí dvůr Muzea a informačního centra Vedrovice a na stožáru nad rybníkem je umístěna odlehčená, ale plně funkční replika.

Větrné kolo s vodním čerpadlem bylo vyrobeno firmou KUNZ v Hranicích na Moravě v letech 1912-1914. Bylo určeno k čerpání vody do vodojemu a jejího rozvodu po vsi (do části Zábrdovice a Vedrovice náves). Nechalo je zhotovit Vodní družstvo v Zábrdovicích.

V provozu bylo do roku 1950, kdy byl jako náhradní pohon instalován elektromotor. Provoz větrného pohonu byl ukončen roku 1958 a zařízení pak přešlo do správy obce. Ta se v 80. letech 20. století zasadila o konzervaci stožáru, větrné turbíny a kormidla.

V dubnu roku 2008 však silná vichřice Emma poškodila větrnou turbínu natolik, že musela být jeřábem snesena a opravena. V roce 2012 ji pak nahradila věrná replika a původní lopatkové kolo se přestěhovalo dvůr vedrovického muzea.

Větrné kolo jako součást technického dědictví

Součástí Muzea a informačního centra Vedrovice je i tzv. Venkovská stodola s exponáty z doby přelomu 19. a 20. století z tématikou venkova, zemědělského hospodářství a starých řemesel. Návštěvníci zde mohou vidět staré zemědělské stroje např. mlátičku, selský vůz, koňský pluh, dále pak řemeslné nástroje připomínající truhlářství či kovářství, ale také předměty denní potřeby selské jizby a dvora.

Exponáty získala do své sbírky nejprve sama obec Vedrovice a předala je do sbírek svého muzea. I nadále se však tato sbírka rozrůstá z darů i zápůjček místních obyvatel.

Vedle dochovaných větrných kol existovala také místa, jejichž název připomíná starší využití větru. Nad městečkem Choceň, je chatová oblast pojmenovaná Větrné kolo.

Větrné kolo je trochu méně známé slovo, ale jsou místa, kde se ještě zachovalo.

tags: #casteletovo #vetrne #kolo