Článek
Viktor Kaplan se narodil 27. listopadu 1876 v rakouském Mürzzuschlagu jako syn železničního úředníka. Už jako dítě projevoval mimořádné technické nadání. Vyrůstal v prostředí, kde na něj působila železnice, průmysl i voda horské řeky Mürz.
Byl to šikovný kluk, který od raného věku experimentoval. Dochovaly se zprávy, že vyráběl malá vodní kola, elektromotorek, elektrizační zařízení, fotoaparát ze skříňky a dokonce funkční model parního stroje z plechové nádoby. Jeho mimořádná záliba v technických pokusech je rozhodně velmi dobře zdokumentovaná.
Po maturitě zamířil na Technickou vysokou školu ve Vídni, kde v letech 1895 až 1900 vystudoval strojírenství. Poté absolvoval roční vojenskou službu u rakousko-uherského námořnictva a nastoupil do strojírny v Leobersdorfu, kde pracoval na spalovacích motorech.
V roce 1903 přišel životní zlom, který jeho další kroky na téměř tři desetiletí spojil s Brnem. Sedmadvacetiletý konstruktér nastoupil na Německou vysokou školu technickou v Brně k profesoru Alfredu Musilovi a začal se intenzivně zabývat vodními turbínami.
Moravská metropole byla tehdy významným průmyslovým centrem monarchie. Roku 1909 se Kaplan oženil s Vídeňačkou Margarethe Strasserovou, dcerou obchodníka s textilem. Narodily se jim dvě dcery, Gertraud a Margarete. Není tedy přesné tvrdit, že svou budoucí ženu poznal jako brněnskou dívku jménem Markéta Anna Reicherová.
Měl rodinu i slibnou akademickou kariéru, ale největší část jeho pozornosti patřila vodním turbínám. Kaplan hledal způsob, jak efektivně využít právě velké průtoky při malém spádu – tedy podmínky, v nichž měly tehdejší konstrukce své limity.
Dlouhé hodiny v laboratoři
Představte si tehdejší svět na počátku dvacátého století. Průmysl rostl, města se elektrifikovala a vodní energie nabízela obrovský potenciál. Francisova turbína už byla úspěšná a rozhodně nefungovala pouze v horských řekách, její možnosti však nebyly ideální pro všechny kombinace velkého průtoku a velmi nízkého spádu.
Právě taková místa Kaplana zajímala. Hledal turbínu s vysokými otáčkami a vysokou účinností, která by dokázala pracovat i tam, kde je vody mnoho, ale výškový rozdíl hladin malý. Pozdější Kaplanova turbína se skutečně stala typickým řešením pro vysoké průtoky a nízké spády.
Klíčovou roli sehrál brněnský průmyslník Heinrich Storek z firmy Ignaz Storek, který Kaplanovi umožnil vybudovat na technice experimentální laboratoř. V ní od roku 1910 systematicky zkoušel nové tvary oběžných kol.
Byla to malá laboratoř v přízemních či suterénních prostorách školy, kde Kaplan prováděl velké množství experimentů. A pak přišla myšlenka, která se stala základem jeho nejslavnější konstrukce: lopatky oběžného kola se mohou natáčet.
Kaplan spojil axiální oběžné kolo připomínající lodní šroub s možností měnit úhel jeho lopatek podle provozních podmínek. Spolu s regulací rozváděcích lopatek tak turbína dokázala udržovat vysokou účinnost v širokém rozsahu průtoků.
První zásadní patentovou přihlášku podal v prosinci 1912 a patent na nastavitelné lopatky oběžného kola následoval 7. srpna 1913. Při pokusech dosahovaly jeho konstrukce účinnosti kolem 86 procent, což tehdy představovalo mimořádný výsledek.
Jenže mezi laboratorním výsledkem a celosvětovým triumfem ležela ještě velmi dlouhá cesta.
Válka patentů a průmysl, který se bránil
Zavedení Kaplanovy konstrukce skutečně narazilo na odpor části tehdejšího turbínového průmyslu. Velké firmy měly zkušenosti, výrobu i investice spojené s jinými konstrukcemi a některé z Kaplanových patentových nároků zpochybňovaly.
Následovaly vleklé patentové spory v několika zemích. Jedním z problémů bylo, že jednotlivé principy nastavování lopatek nebo axiálního proudění nebyly úplně bez historických předchůdců. Kaplan proto musel dokazovat, v čem přesně spočívá originalita jeho řešení.
Spory se táhly řadu let a podle VUT trval boj o definitivní uznání některých jeho práv přibližně dvanáct let. Kaplanovy konstrukce přitom postupně získávaly patentovou ochranu v desítkách zemí. Dlouhé konflikty byly jedním z faktorů, které vynálezce psychicky vyčerpávaly.
Místo soustředění jen na výzkum tak musel věnovat velké množství energie patentovým řízením a obhajobě technických řešení. V tom mu významně pomáhali spolupracovníci, zejména jeho asistent Jaroslav Slavík.
V roce 1919 však přišel důkaz, že Kaplanova myšlenka funguje i mimo laboratoř. První skutečně provozní Kaplanovu turbínu vyrobila firma Ignaz Storek v Brně a 26. března 1919 byl zahájen její zkušební provoz v přádelně ve Velmu v Dolních Rakousích, nikoli ve Velkém Meziříčí. Oběžné kolo mělo průměr 60 centimetrů a turbína pracovala desítky let.
Úspěch byl mimořádně důležitý. Další turbíny se začaly vyrábět a vznikala síť licenčních výrobců. Jedním z nejambicióznějších projektů se stala švédská elektrárna Lilla Edet na řece Göta älv, kde byla nakonec instalována Kaplanova turbína s oběžným kolem o průměru téměř šest metrů. Když byla elektrárna uvedena do provozu, šlo o největší Kaplanovu turbínu na světě.
Zdálo se, že Viktor Kaplan má nejtěžší překážky za sebou. Jenže právě během rozšiřování nové technologie se naplno ukázal problém, který mohl její další rozvoj vážně ohrozit.
Zákeřný neviditelný netvor
Roku 1922 začaly z některých elektráren přicházet znepokojivé zprávy. První vážný případ se týkal turbíny v tehdejší Görzi, dnešní italské Gorizii, a téměř současně se podobné poškození objevilo v Iserthalu.
Problém nebyl v tom, že by se všechny Kaplanovy turbíny po několika hodinách rozpadaly. Z přibližně čtyřiceti strojů, které do té doby firma Storek dodala, vykazovalo podle pozdějších údajů kavitační poškození deset. Přesto to byla dost vysoká četnost na to, aby nový vynález dostal do vážných potíží.
Poškození mohlo skutečně působit děsivě. Na lopatkách, v oběžné komoře a zejména v sacích troubách vznikala místa připomínající vyžrané krátery. U některých součástí se objevovaly výrazné dutiny a eroze. Technici zpočátku uvažovali o písku ve vodě, chemickém působení nebo chybě konstrukce rozváděcího mechanismu.
Ve skutečnosti šlo o kavitaci, jev známý už například z lodních šroubů, jehož praktické důsledky při vysokých otáčkách Kaplanových turbín se nyní projevily velmi výrazně.
Při poklesu místního tlaku pod tlak nasycených par vznikají ve vodě dutiny naplněné párou. Když se dostanou do oblasti vyššího tlaku, prudce kolabují. Opakované imploze v blízkosti kovového povrchu vytvářejí tlakové rázy a mikropaprsky, které mohou materiál postupně erodovat. Neznamená to, že se kov během několika hodin doslova rozpadne na prach, ale při špatných provozních podmínkách může být kavitační poškození velmi závažné.
Pro Kaplana to bylo psychicky velmi těžké období. Ve stejné době stále probíhaly patentové spory a v únoru 1922 vážně onemocněl.
Kaplan se samozřejmě snažil najít řešení. Navrhoval zkoušet nové varianty lopatek, ale ukázalo se, že problém je komplikovanější, než se původně zdálo. Právě od roku 1922 proto převzal velkou část každodenní technické, patentové a organizační práce Kaplanův asistent Jaroslav Slavík. Do řešení problému kavitace se zapojila firma Storek i zahraniční licenční společnosti.
Jednu z nejdůležitějších stop přinesl inženýr Gustav Oplusstil, hydraulik firmy Storek a bývalý námořní důstojník. Poškození turbín mu připomnělo kavitační erozi, kterou znal z rychloběžných lodních šroubů.
Firma Storek proto postavila u problematického zařízení malou zkušební turbínu a začala jev systematicky zkoumat. Postupně se podařilo určit provozní a konstrukční podmínky, při nichž je možné kavitačnímu poškození výrazně zabránit.
Právě díky tomuto týmovému výzkumu přestala kavitace představovat existenční hrozbu pro nový typ turbíny. A následný úspěch byl obrovský. Kaplanova konstrukce mohla přejít od relativně malých zařízení k velkým říčním elektrárnám.
Když tělo řekne dost
Jenže lidské tělo není stroj. Dlouhé roky intenzivní práce, patentové konflikty a problémy při zavádění nového vynálezu Kaplana skutečně vyčerpaly. V únoru 1922 vážně onemocněl.
Bylo mu tehdy pětačtyřicet let. Jeho zdravotní stav nicméně znamenal, že velkou část praktické práce museli převzít spolupracovníci. Kaplan pokračoval ve vědecké činnosti, publikoval a dostával se mu odborného uznání. V roce 1926 obdržel čestný doktorát německé techniky v Praze a roku 1930 zlatou medaili Rakouského svazu inženýrů a architektů.
Mezitím se dostavil velký triumf jeho turbíny. Elektrárna Lilla Edet se začala stavět už roku 1918 a do provozu byla uvedena v roce 1926. Jednotka č. 1 dostala tehdy největší Kaplanovu turbínu na světě.
Kaplan dál pracoval, i když jeho zdravotní možnosti byly omezenější než dříve. Po těžké nemoci v roce 1922 se z vědeckého života okamžitě nestáhl. Na technice zůstal ještě téměř deset let.
Definitivně odešel do penze roku 1931, poté co prodělal další vážné onemocnění označované v dobových pramenech jako těžká „chřipka“. Teprve potom opustil Brno a natrvalo se přestěhoval do Rakouska.
jeho muzeum v Rakousku
Statek Rochuspoint u Unterachu am Attersee vlastnil ho už od roku 1920, tedy řadu let před svým odchodem do důchodu.
Právě tam prožil poslední období života. Měl zde vlastní dílnu a malou elektrárnu a ani v ústraní nepřestal být technikem a člověkem fascinovaným stroji a přírodou.
Viktor Kaplan zemřel 23. srpna 1934 na svém statku Rochuspoint u Unterachu. Příčinou byla mozková mrtvice. Bylo mu sedmapadesát let.
Zdroje:
https://brno.rozhlas.cz/ecce-homo-viktor-kaplan-6470421
https://www.vut.cz/vut/aktuality-f19528/v-odkazu-viktora-kaplana-pokracuje-vut-vynalezcova-busta-nasla-novy-domov-d292722
https://www.unesco.at/kommunikation/dokumentenerbe/memory-of-austria/verzeichnis/detail/article/nachlass-viktor-kaplan
https://powerplants.vattenfall.com/lilla-edet/
https://www.ntm.cz/file/7030a565186cc4a1ceb3078380d45de0/2632/652_GI.pdf
https://austria-forum.org/af/Heimatlexikon/Viktor_Kaplan
https://www.deutsche-biographie.de/sfz39780.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Viktor_Kaplan
https://en.wikipedia.org/wiki/Kaplan_turbine
