Master's Thesis

Setting of the efficiency and power curves for case of adjusted inflow

Final Thesis 9.78 MB Appendix 1.04 MB

Author of thesis: Bc. Šimon Spielmann

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Jaroslav Štigler, Ph.D.

Reviewer: Ing. Petr Sikora

Abstract:

The diploma thesis deals with the experimental measurement of water wheel characteristics. The main goal of the thesis was to perform extensive measurements for various positions of the feeding channel and various cell angle configurations, and to determine the power and efficiency characteristics of the water wheel.
    The thesis describes the theory of water wheels, the construction of the measured water wheel, and the measuring setup. Furthermore, the calibration of the asynchronous mo-tor used as a generator is described. The thesis also deals with the measurement methodolo-gy, data processing, and graphical evaluation of the obtained results.
    The results of the thesis show a significant influence of the feeding channel position and the cell angle configuration on the achieved power and efficiency values of the water wheel. The thesis also includes a brief comparison of the selected configurations with the results of a previous diploma thesis focused on the measurement of the same water wheel.

Keywords:

Water wheel, calibration, experimental measurement, water wheel characteristics

Date of defence

08.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

V úvodu obhajoby student v rámci vymezeného časového limitu seznámil zkušební komisi s cíli, metodikou a výsledky své diplomové práce na téma Stanovení účinnostních a výkonových charakteristik vodního kola s upraveným nátokem. Následně byly komisi předneseny posudky vedoucího práce a oponenta. V rámci těchto posudků byly shrnuty hlavní body práce a oponentem byly formulovány otázky k obhajobě. Student následně reagoval na otázky uvedené v posudku oponenta. V poslední fázi obhajoby položili členové zkušební komise dotazy vztahující se k tématu diplomové práce, na které student odpověděl. Průběh obhajoby diplomové práce byl tímto ukončen a komise přistoupila k neveřejnému zasedání a hodnocení.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Power and Thermo-fluid Engineering (N-ETI-P)

Specialization

Fluid Engineering (FLI)

Composition of Committee

prof. Ing. František Pochylý, CSc. (místopředseda)
doc. Ing. Jaroslav Štigler, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Simona Fialová, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Tomáš Profant, Ph.D. (člen)
Ing. Aleš Skoták, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Sylva Drábková, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Pavel Rudolf, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Vladimír Habán, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Petr Koňas, Ph.D. (člen)
Ing. David Štefan, Ph.D. (člen)
Ing. Radek Veselý (člen)

Student pracoval na zajímavém praktickém tématu měření účinnosti a výkonu malé vodní elektrárny na principu vodního kola. Pro měření kroutícího momentu na hřídeli byl použit nový asynchronní elektromotor. Ten bylo nutné kalibrovat. Dá se říct, že velkou část práce zabrala kalibrace asynchronního motoru pro měření kroutícího momentu vodního kola. S touto částí se student musel doslova poprat, protože cílem bylo měření kroutícího momentu při nízkých otáčkách vodního kola. Nakonec tuto část zvládl velice dobře a poradil si i s vysvětlením anomálního chování kalibračního měření při nejnižších a nejvyšších otáčkách.
Student provedl kalibraci, dále provedl všechna potřebná měření na vodním kole. V další části práce podrobně popisuje postup měření a zpracování naměřených dat. V závěru práce provádí srovnání svých měření s měřením prováděným před touto prací, kde se pro stanovování kroutícího momentu používal jiný asynchronní motor.
Student podrobně analyzoval získané výsledky a vyvodil z nich závěry. Při zpracování zadaného úkolu pracoval student samostatně. Student splnil zadání a proto doporučuji jeho práci k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Petr Sikora

Předložená diplomová práce se zabývá zajímavým tématem s velkým přesahem do praxe, a sice experimentálním stanovením charakteristik vodního kola instalovaného v těžké hydraulické laboratoři Odboru fluidního inženýrství Viktora Kaplana.

Po historickém vhledu do vodní energetiky v úvodní části autor odůvodňuje motivaci opětovného nasazení vodních kol za účelem zpracování dosud nevyužitého potenciálu malých vodních toků v České republice. Následuje rozbor konstrukčních odlišností jednotlivých typů vodních kol a zařazení měřeného stroje do tohoto dělení společně s popisem celé experimentální tratě. Zbytek práce (rozsahově přibližně dvě třetiny) je již věnován samotnému měření a vyhodnocení výsledků.

Za největší slabinu celé práce považuji rešeršní část, která je příliš strohá a nedostatečně podložená citacemi. První trojici kapitol by bylo vhodnější propojit do jednotného celku, jelikož i s obrázky zaujímá pouhých 6 stran a k řešené problematice přispívá jen minimálně. Navíc se v podstatě opírá jen o tři zdroje, přičemž zejména v první kapitole nejsou některé odstavce citovány vůbec a text místy působí strojově. Až od čtvrté kapitoly se autor začíná skutečně věnovat tématu vodních kol. Výrazně přibývají citace i věcné informace a text je logičtěji a přirozeněji strukturován, byť je stále protkán četnými gramatickými chybami a neobratnými formulacemi. Tento trend pokračuje i v 5. a 6. kapitole, kde autor shrnuje konstrukci vlastního vodního kola, způsoby regulace a experimentální trať včetně měřicí techniky. Občasné nejednoznačnosti v popisné části většinou vynahrazují přehledné obrázky.

Praktické části se autor oproti rešerši zhostil s daleko větší pečlivostí. Proměřil pole kalibračních bodů pro širokou škálu otáček, z nichž pomocí vlastní kalibrační funkce sestavené v prostředí Matlab určil krouticí moment. Vhodně posoudil významnost faktorů ovlivňujících použitou polynomiální regresi a z odchylek oproti měření vyhodnotil toleranční pole zvolené regresní funkce. Zde mi nedávala smysl pouze úvaha o regresi pomocí polynomu 2. stupně v oblasti kalibračního pole, kde autor popisuje průběh funkce jako "nepatrně lineárně klesající až konstantní". Po shrnutí metodologie měření v kap. 8 autor přistoupil ke zhodnocení naměřených dat. Oceňuji zejména kvalitu grafického zpracování výsledků, které si i přes velké množství obsažených dat zachovává čitelnost a přehlednost. Závěrem autor srovnává své výsledky s předcházející diplomovou prací na toto téma. Na rozdíl od této i dalších diplomových prací, na které student do značné míry navazuje, mi zde však chybí alespoň základní analýza nejistot měření.

Stanovené cíle práce lze považovat za splněné, pouze rozbor výsledků ve formě zhodnocení optimálního provozního pásma vodního kola mohl být detailnější. Student však prokázal schopnost systematicky proměřit a přehledně zpracovat značné množství dat ve formě požadovaných charakteristik a vyvodit z nich smysluplné závěry. Celkový dojem z diplomové práce bohužel snižují poměrně časté překlepy, pravopisné chyby a nevhodně zvolené formulace. Velmi rušivé je také opakování týchž informací několikrát za sebou, nejvíce v kapitolách 5 a 8. Práce s citacemi je podprůměrná, autor se ve většině případů odkazuje na středoškolské učební texty, diplomové práce na podobné téma, obrázky z Wikipedie a manuály k měřicí technice, přičemž některé citace obsahují přesměrování z odpovědí od umělé inteligence ChatGPT, aniž by autor využití AI deklaroval.

Ostatní připomínky k práci:
- V anglickém názvu práce na titulní straně je opomenut pojem vodního kola.
- Říční vodní kola na str. 26 jsou anglicky nesprávně uvedena jako "steam water wheels" namísto stream water wheels.
- V kapitole 4 autor hovoří o měrném průtoku "q", definice této veličiny nicméně chybí.
- K rovnici (5.1) definující synchronní otáčky motoru jsou uvedeny nesprávné jednotky.
- Použitý ultrazvukový hladinoměr je dvousondový, nikoliv "dvou soudový" (str. 33).
- Kapitola 8 obsahuje duplikát obrázku 5.5, a to včetně popisku (viz obr. 8.2).

I přes výše zmíněné nedostatky práci doporučuji k obhajobě a navrhuji známku D (uspokojivě).
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání C
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita D
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii D
Logické uspořádání práce a formální náležitosti D
Grafická, stylistická úprava a pravopis D
Práce s literaturou včetně citací E
Topics for thesis defence:
  1. V upravených definicích parametrů n_11 (8.9) a Q_11 (8.10) jste využil odlišný charakteristický rozměr. Odůvodněte toto rozhodnutí. Jaký charakteristický rozměr byste zvolil v případě jednotkového výkonu P_11?
  2. V práci byly proměřeny 3 polohy přívodního žlabu vůči vertikální ose vodního kola (0, –120 a –165 mm). Proběhlo vzhledem k možnostem polohování žlabu detailnější posouzení optimální vzdálenosti výstupu ze žlabu od vertikální osy vodního kola?
  3. Při rekonstrukci dat z diplomové práce Ing. Jirků jste použil svou kalibrační funkci? Nebudou výsledky z důvodu použití odlišného asynchronního motoru zatíženy chybou?

Grade proposed by reviewer: D

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová