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Meyers Konversationslexikon

Autorenkollektiv, Verlag des Bibliographischen Instituts, Leipzig und Wien, Vierte Auflage, 1885-1892

Schlagworte auf dieser Seite: Wasserrad

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Wasserrad (Turbinen).

Die Radialturbinen mit innerer Beaufschlagung (Fourneyron-Turbinen, Fig. 11) umschließen mit ihrem durch gekrümmte Schaufeln geteilten Kranz des eigentlichen Wasserrades (des Laufrades, Kreiselrades) b ein feststehendes Rad mit entgegengesetzt gekrümmten Schaufeln (Leit-, oder Leitschaufelapparat) s. Dieser hat ähnlich wie der Kulisseneinlauf der vertikalen Wasserräder den Zweck, dem Wasser, bevor es in das Laufrad tritt, eine bestimmte, der Wirkung günstige Richtung zu geben. Das Wasser tritt aus dem Gerinne in ein weites Rohr (Turbinenschacht), an dessen unterm Teil der Leitschaufelapparat angebracht ist, so daß das Wasser, diesen durchströmend, gegen die Schaufeln des Laufrades drückt und, während es durch letzteres hindurchfließt, dasselbe um die vertikale Welle dreht. w ist eine Art Ringschütze zur Regulierung des Wassereinlaufs. Die Radialturbinen mit äußerer Beaufschlagung (Francis-Turbinen) haben umgekehrt um das Laufrad herum einen Leitschaufelapparat, der mit dem Zuleitungsrohr in Verbindung steht. Zu den Radialturbinen gehören auch die Turbinen ohne Leitschaufelapparat (die Cadiatsche, die Whitelawschen oder schottischen Turbinen), welche als reine Reaktionsturbinen anzusehen sind. Fig. 12 zeigt eine schottische Turbine, die nichts weiter ist als ein verbessertes Segnersches Reaktionsrad. Sie besteht aus einem mit zwei (oder mehreren) gekrümmten Ausflußröhren a a versehenen Rad, welches vom Wasser unter Druck durchströmt wird. Indem dies nun unter Druck herausfließt, treibt die Reaktion, d. h. ein hierbei auftretender Druck gegen die der Ausflußöffnung gegenüberliegende Rohrwandung, das Rad in der dem Ausfluß entgegengesetzten Richtung um. Bei d legt sich das Laufrad dicht an die Innenwandung des Zuflußrohrs an. Die Radialturbinen können als Aktions- oder Reaktions-, als Voll- oder Partialturbinen ausgeführt werden (Fig. 11 war eine Vollturbine). Ihre Verwendung als Partialturbinen ist dann gerechtfertigt, wenn bei sehr starkem Gefälle nur wenig Wasser vorhanden ist, so daß es nur für eine Vollturbine von sehr geringem Durchmesser ausreichen würde und diese dem entsprechend eine unvorteilhaft große Anzahl Umdrehungen pro Minute machen müßte. Im übrigen ist die vorübergehende Verwendung von ursprünglich als Vollturbinen gedachten Turbinen das rationellste Mittel zur Kraftregulierung einerseits entsprechend der wechselnden Wassermenge, anderseits gemäß dem ungleichen Kraftbedarf der Arbeitsmaschinen. Die eigentlichen Partialturbinen werden als horizontale oder als vertikale Wasserräder ausgeführt. In Fig. 13 und 14 ist eine horizontale Partialturbine nach Art der Francis-Turbinen (das sogen. Zuppingersche Tangentialrad) abgebildet. Statt des ringsumlaufenden Leitschaufelapparats ist hier nur eine ungefähr tangential gegen den Laufradkranz gerichtete düsenartige Rohrmündung angebracht, deren Ausflußquerschnitt durch einen Schieber oder eine Schütze reguliert werden kann. Fig. 15 und 16 zeigen eine nach Art der Fourneyron-Turbinen innen beaufschlagte Partialturbine mit vertikalem Rad, an dessen innerer Peripherie ein aus sechs Schaufeln gebildeter Leitapparat angebracht ist. Nach Bedarf können einzelne der Durchflußöffnungen desselben durch einen kreisförmigen Schieber verschlossen werden. Das Laufrad zeigt die eigentümliche Erweiterung des Kranzes nach der Wasseraustrittsseite und die in den Seitenwänden angebrachten Luftöffnungen der Girard-Turbinen. Es soll hierdurch dem Wasser ein möglichst freier Durchgang zwischen den Schaufeln unter Vermeidung jedweder Erhöhung oder Erniedrigung des Luftdrucks in den toten Räumen verschafft werden.

Die Axialturbinen (Henschel-Jonval-Turbinen, Fig. 17) haben seitlich geschlossene, durch schraubenflächenartig gebogene Schaufeln in Zellen getrennte Radkränze an den Laufrädern und Leitapparaten und zwar in der Weise, daß die Schaufeln des erstern denen des letztern entgegengesetzt gekrümmt sind. Laufrad und Leitrad sind übereinander angebracht. Fig. 18 zeigt die ganze Anlage einer Henschel-Jonval-Turbine, bei welcher eine Regulierung in der Weise vorgenommen werden kann, daß einzelne der Öffnungen des Leitapparats durch Deckel, welche mittels Stangen und Stellschrauben zu bewegen sind, verschlossen werden können, so daß dann vorübergehend eine Partialturbine gebildet wird. Fig. 19 veranschaulicht eine Girardsche Axialturbine, welche von der vorigen hauptsächlich durch die schon bei Fig. 15 und 16 erwähnte Kranzerweiterung und die seitlichen Luftöffnungen unterschieden ist.

Die Turbinen besitzen einen großen Vorzug vor den vertikalen Wasserrädern, insofern sie sich bei fast allen Gefällen von 0,3-160 m anwenden lassen, während die vertikalen Wasserräder höchstens eine Wasserkraft von 16 m Gefälle aufzunehmen vermögen. Allerdings sind aber bei verschiedenen Gefällen die Wirkungsgrade der Turbinen verschieden, namentlich fallen dieselben bei kleinen Rädern und hohen Gefällen kleiner aus als bei mittlern und kleinen Gefällen. Auf der andern Seite läßt sich bei hohen Gefällen von 6-12 m von oberschlächtigen Rädern ein Wirkungsgrad erzielen, der bei Turbinen nicht erlangt werden kann. Sind die Gefälle klein, so geben die Turbinen in jedem Fall eine größere Nutzleistung als die unterschlächtigen Wasserräder. Die Turbinen haben ferner den Vorzug, daß sie bei verschiedenen Gefällen fast mit gleichem Wirkungsgrad arbeiten, und daß sie besonders bei Stauwasser in ihrem Gang nicht gestört werden. Veränderungen im Aufschlagquantum verursachen hingegen bei vertikalen Wasserrädern weit weniger Arbeitsverlust als bei horizontalen. Mit Ausnahme der unterschlächtigen und namentlich der Poncelet-Räder haben alle vertikalen Wasserräder meist nur Umfangsgeschwindigkeiten von 1,2-3,1 m; die Umfangsgeschwindigkeiten der Turbinen hingegen richten sich nach dem Gefälle und ergeben sich aus der Formel:

v = 0,9 sqrt(2 . 9,81 . Hm),

in welcher H die Gefällhöhe in Metern bedeutet mit meist viel höhern Werten; z. B.:

für H = 4 m wird v = 7,97 m,

für H = 16 m wird v = 15,95 m.

Da sie überdies kleinere Halbmesser haben, so machen sie in der Regel auch viel mehr Umdrehungen als die Räder. In ökonomischer Hinsicht sind die Turbinen den vertikalen Wasserrädern wenigstens an die Seite zu stellen; bei hohen Gefällen aber und selbst bei mittlern und einem großen Aufschlagquantum sind dieselben sogar wegen ihrer Wohlfeilheit und Dauerhaftigkeit den vertikalen Rädern vorzuziehen. Dagegen erfordern die Turbinen durchaus reines Wasser, sie sind schwieriger zu konstruieren, und Reparaturen erfordern die Hilfe des Maschinenbauers.

Bei der großen Vollkommenheit, welche die Dampfmaschine erlangt hat, tritt sie mit dem W. in Konkurrenz, wenn über die Anlage eines solchen Beschluß gefaßt werden soll. Wegen der größern Zuverlässigkeit der Dampfmaschine wird der Vorteil nur dann auf seiten des Wasserrades liegen, wenn dessen An-^[folgende Seite]