Aurel Stodola

VEDECKÁ A TECHNICKÁ ČINNOSŤ


Prvé roky praxe

Budapešť, 1881-1883, strojný inžinier v Strojárni uhorských železníc v Budapešti
Praha, 1886– prvé zamestnanie v Českomoravskej strojárni (dnes ČKD)

V prvom zamestnaní Aurel Stodola nebol spokojný. V strojárni panoval „mazácky“ systém, mladý Stodola bol poverovaný podradnými úlohami a mal perspektívu, že vytúžené miesto konštruktéra sa uvoľní až o niekoľko rokov.

V listoch domov sa sťažoval na to, že dostáva len podradné pracovné úlohy a na nevraživosť kolegov kvôli jeho nemeckému vzdelaniu. Doslova píše: „Panuje tu väčší šovinizmus a národnostná neznášanlivosť ako u nás v Uhorsku.“

 

1886 – 1892 inžinier – konštruktér vo firme Ruston a spol. v Prahe

V roku 1886, cestou z Paríža, si Aurel Stodola našiel prácu v Pražskej strojárni Ruston. Pôsobil tam 6 rokov a zbieral praktické skúsenosti o stavbe a prevádzke parných strojov a turbín. Osvojil si nemeckú precíznosť a dôkladnosť, ale srdcom bol stále Slovákom.

Emilovi o tom píše: „Spoločensky som pred Čechmi úplne kompromitovaný skrze svoje nemecké sympatie. Nemci ma vyhlásili za pansláva, lebo nemôžem súhlasiť s ich nesmiernym šprihaním na všetko, čo je české a slovenské vôbec. Som teda politické amfíbium a v očiach každého šovinistu z tej či onej strany bezcharakterný človek.“

Tu ho však poverovali najnáročnejšími technickými úlohami, na ktoré práve stačil a to prispievalo k jeho trvalému odbornému rastu. Aurel Stodola v roku 1892 skonštruoval v Pražskej strojárni Ruston pre Rakúske štátne železnice parnú turbínu, ktorá poháňala tento parník pri plavbe po Bodamskom jazere. Parník mal dĺžku 55,8 m a kapacitu 500 osôb. Slúžil viac ako 40 rokov.

 

Návrat do Zürichu

1892 – 1929, profesor a vedúci Katedry stavby strojov na Federálnom polytechnickom inštitúte v Zürichu

Pri odchode z Zürichu sľúbil profesorovi Doerfelovi, že bude odborne pracovať, publikovať svoje výsledky a všetky svoje odborné články mu pošle. Aurel Stodola plnil sľub a práve tým stále udržiaval kontakt so svojou školou.

V marci 1887 Aurel náhle dostal z Zürichu list s ponukou asistentského miesta s výhľadom profesúry. „Tento list ako bomba udrel do mojej mysle a stojím pred tak veľkým odhodlaním, že mi je ťažko nájsť zakľúčenia.“

Z listu, ktorým ihneď žiadal rodičov a súrodencov o radu, je cítiť, že ho táto ponuka veľmi potešila a lákalo ho pustiť sa na pedagogickú dráhu, no na druhej strane v Prahe už bol osvedčený a mal istý príjem a nebol si sám sebou istý, či bude odborne stačiť na také náročné miesto.

Aurel Stodola sa stal učiteľom na ETH v Zürichu vo veľmi dynamickom období, keď sa postupne menila z polytechnického inštitútu na modernú technickú univerzitu. Krátko pred jeho príchodom vznikli nové fakulty chémie a fyziky s matematikou. Aj strojárske (Maschinenbau) odbory sa delili a vznikli aj elektrotechnické špecializácie. Aurel Stodola dostával čoraz väčšiu pracovnú záťaž, ktorú popri budovaní laboratória nestíhal zvládať.

Vedenie školy preto súhlasilo s jeho návrhom a v roku 1893 k Aurelovi Stodolovi prijalo asistenta – Čecha Františka (Franz) Prášila. S Aurelom Stodolom sa zoznámili ešte počas pražského pobytu a v Zürichu sa z nich stali dobrí priatelia. Franz Prášil teda prevzal zabehnutú výučbu o turbínach a Stodola sa sústredil na elektrotechnické odbory.

nakres-patent

Vedecké míľniky ETH

 

1897 – 1900, vybudoval špičkové strojné laboratórium v Zürichu.
Rok 1897 bol pre Aurela Stodolu významný. Ako pedagóg sa osvedčil, získal už aj medzinárodné uznanie a okrem Švéda Daléna za ním chodili študenti z celej Európy, USA, Japonska aj Ruska. Rapídne tým stúpala prestíž školy a raz večer prišiel

Aurel domov natešený: „Prezradím ti, Darinka senzáciu. Vláda povolila milión frankov na moje nové výskumné laboratórium. Je to veľkolepé uznanie za všetku doterajšiu činnosť, lebo takto sa zdvihne reputácia polytechniky a najmä počet študentov.“

Laboratórium to malo byť unikátne. Aurel Stodola v ňom plánoval postaviť stroje a zariadenia v skutočnej veľkosti, čo mu neskôr umožňovalo robiť pokusy v podmienkach reálnej prevádzky. Vo výrobnom závode by niečo také nebolo možné. Vybudovaniu a zariadeniu laboratória sa profesor Stodola venoval plné tri roky do 1899.
Stodola, jeho asistenti a študenti tu na strojoch vyrobených v skutočnej veľkosti prakticky overovali teoretické koncepcie a robili pokusy, ktoré v súkromných prevádzkach neboli možné.

Učebnica Damf – und Gasturbinen

Keď Zväz nemeckých inžinierov pripravoval na rok 1902 svoje jubilejnú 50-tu výročnú konferenciu, dostal Aurel Stodola pozvanie predniesť slávnostnú prednášku. Svoju pamätnú prednášku predniesol Aurel Stodola pred Úniou nemeckých inžinierov 18.6.1902. Tesne po prednáške napísal mame toto: „Keď som deň vopred nazrel do Rittersálu, kde som mal prednášať a kde sa zmestí vyše tisíc poslucháčov, zastal mi dych, že kde ja so svojim hlasom pre toľkú hromadu ľudí vystačím. A predsa podarilo sa za hodinu a pol zreteľne a nahlas hovoriť.“

Domov síce Aurel píše, že najväčší problém bol hlas, ale on sa na túto neopakovateľnú príležitosť pripravoval celý rok vopred a namiesto slávnostných pozdravných všeobecných rečí stovkám nemeckých inžinierov popísal a pokreslil celú konštrukciu turbín. Jeho vlastnou novinkou boli napríklad grafy entropie, ale aj popis Lavalovej dýzy mnohých prekvapil. Jeden z účastníkov konferencie, Hanz Lorenz, sa vyjadril v diskusii: „Prúdenie pary a plynov v dýzach bolo pre nás doteraz stále hádankou. Pritom, ako vidíme, riešenie je elegantne jednoduché!“

Táto prednáška bola v živote Aurela Stodolu prelomová. V priebehu jedného dňa sa stal najväčšou svetovou autoritou na parné turbíny – a ostal ňou až do svojej smrti, teda plných 40 rokov.

Táto prednáška medzníkom aj pre jedného z účastníkov – vydavateľstvo vedeckej literatúry Springer Verlag z Berlína. Prednášku počúval aj Franz Springer, lebo vtedy bolo pre vydavateľstvo veľkou výzvou sprostredkovať najnovšie poznatky čo najširšiemu publiku čo najskôr. Hneď po prednáške zašiel za Stodolom a požiadal ho, či môže jeho prednášku vydať v najbližšom možnom čísle časopisu Únie nemeckých inžinierov a naviac ho požiadal, či by tému rozpracoval do obsažnejšej publikácie, ktorá by vyšla knižne.

Prvá časopisová verzia textu vyšla v marci 1903. Aurel Stodola súhlasil a na histórii jeho učebnice „Dampf- und Gasturbinen“, ktorá takto vznikla, je vidieť, ako veľmi vydavateľovi Springerovi na tejto spolupráci záležalo. Stodola sa ukázal ako veľmi náročný autor. Kvôli obrázkom a grafom, kombinovanými s textom, musel vydavateľ viackrát skúšať nový formát rozvrhnutia tlače, kým sa ustálil atypický, mierne zväčšený, list, ktorému odvtedy hovoria „formát Stodola“.

Prvá rozšírená knižná verzia mala 220 strán a pripravená na distribúciu bola v septembri 1903.


 Mala náklad 1000 kusov a vypredaná bola ešte počas tlače. Vydavateľ Stodolovi pretrpel aj to, že na poslednú chvíľu, keď už boli knihy zabalené a pripravené na distribúciu, oznámil niekoľko chýb, ktoré sa musia opraviť, čo znamenalo celú tlač urobiť znovu. Franz Springer to však neoľutoval. Stodolova kniha, aj v tejto prvej historickej verzii, aj v mnohých ďalších vydaniach s dodatkami, sa predáva dodnes.

Z obsahu:

– Teória parných turbín,
– Termodynamické procesy v parnej turbíne,
– Zákony premeny energie v parnej turbíne,
– Konštrukcia najdôležitejších častí turbíny a typy parných turbín,
– Lodná turbína,
– Turbíny na špeciálne použitie,
– Kondenzácia,
– Základné zákony a budúcnosť tepelných strojov (v dodatku)..

Matematické rovnice doplnil Stodola o presné grafy funkcií, diagramy entropií a tabuľky hodnôt, ktoré sa pri riešení technických problémov dali priamo použiť.
V rámci teórie parných turbín je svetovo známy „Stodolov zákon“, inak zákon elipticky-kužeľového rozloženia rýchlostí a tlakov v multifázovej turbíne.

ETH – najprestížnejšia kontinentálna univerzita

 

Na stránke ETH Zürich nájdeme 6 najvýznamnejších vedeckých míľnikov za 150 rokov existencie tejto technickej univerzity. Z týchto šiestich sa o dva zaslúžil Aurel Stodola. Jedným z nich bolo vybudovanie technického výskumného laboratória a druhým vydanie učebnice „Dampf – und Gasturbinen“. Nejde však len o tú knižku. Najdôležitejšia je vedecká metóda, ktorá predchádza samotný dizajn a konštrukciu turbíny.

Až od roku 1902, od zverejnenia Stodolových prác, môžeme hovoriť o vedecko-technickej revolúcii, ktorá predtým bola hlavne technickou. Aurel Stodola sa zaslúžil o to, že veda techniku dobehla a začala predbiehať.
Univerzita je veľký tímový podnik. Jednotlivec sa na jej výsledkoch a reputácii podieľa len malou časťou, podobne ako v kolektívnych športoch. V hypotetickej sieni slávy ETH v Zürichu je však Aurel Stodola navždy na najvyššom mieste.

Dôvod, prečo sú tieto dva míľniky také cenené: Pred nimi bol hlavnou metódou „pokus a omyl“, ktorou sa rodili technické novinky a vynálezy. Aurel Stodola do procesu vložil základný výskum a matematické modelovanie, čo veľmi zrýchlilo a zlacnilo technický pokrok.
Aurel Stodola sa výraznou mierou zaslúžil o to, že ETH je v celosvetovom hodnotení univerzít pravidelne na popredných miestach a dlhodobo je najlepšie hodnotenou univerzitou v kontinentálnej Európe.

Ďalšie fakty z vedeckej činnosti Aurela Stodolu

Veľkí boháči zvyknú hovoriť, že kúpiť sa dá každý. Že ľudia sa líšia iba v cene. Práve preto stojí minimálne za zamyslenie prístup Aurela Stodolu, ktorý vedel, čo chce a peniaze nemali väčšiu hodnotu ako jeho cesta. V čase, keď budoval svoje laboratórium, napísal bratovi Emilovi toto: „Život je tu drahý. Lepšie by som vyšiel, keby som sa mohol stať konštruktérom v niektorej fabrike, a popri tom zastávať docentúru. Ale laboratórium ma už nepustí. Prezradím Ti totiž, že ma tunajšia veľká strojáreň chcela angažovať za šéfkonštruktéra. Za niekoľko rokov by som bol boháčom. Zvrtlo sa to na podmienkach.“

Aurel Stodola sa opýtal, či by mohol slobodne pracovať vo výskume a publikovať svoje výsledky v odborných časopisoch. Neuspokojilo ho, že by bol viazaný obchodným tajomstvom a publikovať by mohol len niečo zo svojich výsledkov. „Tak vidíš, Emil, odhodil som možno milión, a pritom mám tridsaťšesť rokov a ťažko sa živíme z môjho dôchodku so štvorčlennou rodinou.“

Prvé vedecké výsledky (1893) sa týkali automatickej regulácie vodných turbín.
Prvým významným technickým úspechom Aurela Stodolu na novom pôsobisku v Zürichu bola práca o regulácii turbín, ktorá vyšla vyšla v časopise Schweitzerische Bauzeitung v novembri 1893. Aurel Stodola hľadal spôsob, ako skonštruovať automatický regulátor turbíny. Javy, ktoré pri tom prebiehajú, popísal diferenciálnymi rovnicami a previedol ich do sústavy tretieho rádu. Do tohto modelu, aby realisticky popisoval turbínu, sa snažil zaviesť parametre ako zotrvačnosť turbíny a časové oneskorenie reakcie servomotora a hľadal riešenie, ktoré by bolo stabilné a spoľahlivé v čase. O riešení sa radil so starším kolegom – matematikom Hurwitzom, ktorý pripravil sústavu rovníc siedmeho rádu.

Aurel Stodola kolegovi síce zdvorilo poďakoval, že mu pomohol nájsť komplexný matematický popis, ale nebol s riešením spokojný. Regulátor fungujúci podľa rovníc siedmeho rádu totiž nebol technicky realizovateľný. Stodola model ďalej upravoval, zaviedol do neho niekoľko bezrozmerných časových konštánt a matematický model postupne linearizoval. Napokon sa mu podarilo zostaviť model podľa svojich predstáv a skonštruoval podľa neho aj funkčný regulátor. Iní matematici o niekoľko rokov neskôr dokázali, že v oblasti praktickej využiteľnosti je Stodolove riešenie ekvivalentné Hutwitzovym rovniciam, aj prácam Routha a Maxwella, ktorí nezávisle na tom istom probléme pracovali v Anglicku a publikovali riešenie v inej forme.

Riešenie Aurela Stodolu sa naviac v roku 1894 bezchybne uplatnilo v hydroelektrárni v kúpeľoch Davos. Pri vývoji týchto regulátorov sa už jasne črtali kontúry pracovnej metódy, ktorá neskôr dostala názov „Stodolova“.

Medzi základnými poznatkami z termodynamiky otvorených systémov je Guoy-Stodolov zákon, ktorý definuje ireverzibilné tepelné straty. Tento zákon je základom teórie výmenníkov tepla a tepelných čerpadiel.

V rokoch Veľkej vojny bol v celej Európe veľký nedostatok energetických surovín, no Švajčiarsko bolo bohaté na elektrickú energiu z vodných zdrojov. A tak hoci hlavné výsledky Aurela Stodolu boli tepelné stroje, ktoré vyrábajú elektrickú energiu, pracoval aj na obrátenom postupe. Textilná firma Jenny v Aarau si v roku 1917 nechala od firmy Kummler & Matter vyrobiť elektricky poháňanú kompresorovú stanicu, ktorá stláčaním vzduchu nasýteného vodnými parami, vyrábala teplo. Na tomto projekte bol profesor Stodola hlavným technickým kontrolórom a viedol kolaudáciu. Táto kompresorová stanica bola bezprostredným predchodcom prvých tepelných čerpadiel, ktoré využili skúsenosti z jej úspešnej prevádzky.

Znalosť Gouy-Stodolovho zákona umožnila Stodolovi v roku 1928 navrhnúť prvé dodnes funkčné tepelné čerpadlo, ktoré vykuruje radnicu v Ženeve.

Aurel Stodola bol aktívny aj na dôchodku. Aplikácia jeho teoretických prác a praktických pokusov viedla až k prvému plne funkčnému prototypu plynovej spaľovacej turbíny ako pohonnej jednotky elektrického generátora.

Význam tohto technologického prielomu podčiarkuje fakt, že sa oň neúspešne pokúšali rôzni vynálezcovia od roku 1791. Toto prvenstvo patrí švajčiarskej spoločnosti Brown, Boveri a spol., pri konštrukcii sa zúčastnil a viedol prevádzkové testy osobne Aurel Stodola vo veku 80 rokov.

Jednou z častí Stodolovej teórie parných turbín bol výskum dejov v Lavalovej tryske, keď potvrdil niekoľko dovtedy len hypotetických dohadov a rozpracoval matematický a termodynamický popis prúdenia tryskou. O tomto Stodolovom prínose sa dodnes píše ako o pionierskej práci, ktorá priamo smerovala k základom neskoršej teórie raketových motorov a turbínových motorov lietadiel.

– Z práce o automatickej regulácii a na základe Stodolovej metódy v roku 1905 vypracoval Tolle základnú prácu Regelung der Kraftmaschinen (Regulácia motorov). Stodolov prístup sa uplatnil napríklad vo vodnej elektrárni v Davose.

– Stodolovu učebnicu Dampfturbinen často vo svojich prácach ako základný zdroj citoval Fridrich Arturovič Zander lotyšsko-sovietsky priekopník raketových motorov, ktorý skonštruoval prvú funkčnú sovietsku raketu GIRD-X.

– Stodolove práce o turbínach, preložené do angličtiny, boli medzi základmi, z ktorých vychádzali konštruktéri turbínových leteckých motorov v USA.

– Stodolove poznatky o kondenzácii boli základom špecificky švajčiarskeho typu elektrární s parnými kondenzačnými turbínami.

Share on facebook
Facebook
Facebook skupina