Rümelin

Die Haupttypen der W asserkraftstationen

in tabellarischer Uebersicht.

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Preis 1,50 Mk.

Biblioteka Politechniki Kiakowskiej

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Die Haupttypen der W asserkraftstationen

Die Haupttypen der W asserkraftstationen

in tabellarischer Uebersicht.

Von

Regierungsbaumeister a. D. Th. Rümelin,

Oberingenieur in Dresden.

Erstmals in kürzerer Fassung erschienen in Zeitschrift für die gesamte Wasserwirtschaft 1913, Heft 3 (Verlag von Wilhelm Knapp in Halle a. S.).

öffsntückiffl Arktik«

In Kommissionsverlag bei v. Zahn & Jaensch, Dresden.

XX

Alle Rechte Vorbehalten.

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Äkc. Nr.

......amist)

Weitaus die meisten Wasserkraftstationen stellen Maschineneinheiten von ungefähr 500 bis 5000 P. S. auf, wobei für niedere Gefälle im allgemeinen kleinere, für höhere dagegen größere

In den Fig. 1 bis 3 sind des Vergleichs wegen lauter Aggregate derselben Größe gewählt. Schon bei oberflächlicher Betrachtung fällt hier auf, daß die Stationen mit wachsendem

Fig. I bis 3. Drei Wasserkraftstationen der Klasse B. Maßstab 1:1000.

(Type II, III und IV.)

Erläuterung: OW Oberwasser. UW Unterwasser. M Maschinenhalle. S Schalthaus. T Turbinenkammern. E Einlaufkammern. L Leerschußanlage. LS Leerschütze. F Feinrechen. R Rohrbahn.

Fig. 1. Wasserkraftstation der Type II. Q 150 cbm, H 10 m. Tourenzahl n = 125 pro Minute. Francisdoppelzwillinge im offenen Schacht mit 1700 mm Laufraddurchmesser. Polzahl 48 bei 50 Perioden. Turbinenwirkuugsgrad im Gebrauchszustand, bei Vollast rj = 79 %• Toleranz am Uebereich h— 1 m.

Übereich t- 1m

OW

* 10,oo

T"'

*5,oo

LS

fLA

'* <Lo ' ~ |

fc 1 -gbfU-

n^r

i'fl ir~

*0.50

UW

4=

in

*0

.Jy*

iß

Fig. 2. Wasserkraftstation der Type III. Q 75 cbm,

H 20 m. n = 214,3. Franciszwillinge in eisernem I Kesselgehäuse innerhalb des Maschinensaals aufgestellt, Laufraddurchmesser 1400 mm. Polzahl 28. r\ — 19 °/o- ^ = 0,75.

iS f    * s°° I i ~

0.5O

~    ||    ^ ITITT

S'bereich Io,75

OW

F\

iC.

uw —

•rFrancii-Zvil

?zah/2B

/H

.37»o

Fig. 3. Wasserkraftstation der Type IV. Q 30 cbm, H 50 m. n — 428,6. Einfache Francisspiralen mit 1100 mm Laufraddurchmesser. Polzahl 14. J] = 79°/o-h = 0,50.

Q30 H brutto so n 123,6

■LS

|j Über eich t- o.ao OW " 'So.™ t=m .

f*f5.O0

10 UW

Veinfache Franciss Spiralen. Poljahln.

gregate und ein noch größeres Krafthaus.

Einen wesentlichen Einfluß auf das Aeußere,

Aggregate sich ergeben. Derlei Anlagen kann Gefälle an baulichem Umfang kleiner werden, man unter einer Klasse der Normalgröße Dieses Verhältnis würde sich noch steigern, oder der Tausendereinheiten (Klasse B) zu- wenn das eingangs über die Aggregatgröße sammenfassen. Darüber liegt die Klasse A der Gesagte in den Figuren berücksichtigt wäre. Großwasserkraftanlagen, welche Einheiten über In praxi würde man z. B. bei dem Fall der 5000 bis 15000 P. S. und mehr, kurz Zehn- Fig. i kleinere Einheiten wählen, um nicht zu tausendereinheiten, darunter die Klassen C und D unförmige Generatoren zu bekommen. Man der mittleren und Kleinwasserkraftanlagen, die. erhielte dann aber eine größere Anzahl Ag-Hunderter- bezw. Zehnereinheiten aufstellen.

Geographische Lage, Klima und Betriebsart beeinflussen das Aeußere der Anlagen in hohem den Wirkungsgrad, die Baukosten und die Renta-Maße, doch lassen sich, bei aller Mannigfaltigkeit, bilität der Kraftstationen übt das natürliche Ge-stets die in dieser Schrift unterschiedenen Haupt- fällevorkommen aus, d. h. die Frage, ob der typen je nach System und Art der verwendeten „Wasserfall“ schon vorhanden oder künstlich Turbinen erkennen.    erst durch Fernleitung des Wassers, die Werk-

3. die Tourenzahl n pro Minute.

7j, n Spielr

und damit die Auswahl erleichtern.

aum

Aus

Vergl. die Fig. 1 u. 2. Das Wasserschloß — d. i. die seeartige Verbreiterung des Zuflußgerinnes oberhalb der Kraftstation, gewöhnlich Klärbecken

und das Turbinenhaus sind bei

ob die Aggregate liegen oder

Schacht

Abtrieborgane (Zahn-

gerinne, geschaffen werden muß, dann der Wasserhaushalt des Muttergewässers, und endlich die Betriebswirtschaft des Verbrauchszweigs. Damit ergibt sich, wie für die Wasserkraftanlagen im ganzen, so auch für jede Type der Kraftstationen eine große Mannigfaltigkeit der äußeren Ausbildung¹).

In jedem Einzelfall müssen daher die besonderen Anforderungen studiert werden, um die zweckmäßigste Form zu finden; außerdem existiert aber bei allen Wasserkraftstationen ein wichtiges Bestimmungsgebiet, für welches sich allgemeine Entwurfsregeln aufstellen lassen. Sollen die Bauteile einer Kraftstation entworfen werden, so muß zuvor bekannt sein, welches System, welche Größe und welche Anordnung die Wasserturbinen zu erhalten haben. Die Wahl der Turbinen steht nicht im freien Belieben des Konstrukteurs, sondern es gibt für bestimmte Stationskonstituenten (Wassermenge Q, Gefälle H einer Kraftstation) stets nur eine einzige oder einzelne wenige bestmögliche Anordnungen der Turbinen.    ,

Beim Entwerfen einer Kraftstation wird also in folgender Weise vorzugehen sein. Aus O und H berechnet man sich mit der Formel PS - io QH

zunächst überschläglich die Pferdestärkenanzahl der Station. Dann entscheidet man sich, welche Größe den Maschineneinheiten aus allgemeinen Rücksichten²) zu geben ist, ob und wievielmal die PS-Zahl und damit das Q der obigen Formel zu unterteilen ist. Hierauf sucht man dieses Teil-jQ und das H in den nachstehenden Tabellen auf und findet zu diesen oder ihnen benachbarten Zahlen:

1.    die Größenklasse und Type der Kraftstation

in der Tabellenüberschrift;

2.    die Turbinenanordnung aus den Spalten

„Turbinenart“, rj und Dx; rj ist der Wirkungsgrad der Turbine; hier hat man gewöhnlich einen gewissen Spielraum und kann nach wirtschaftlichen Erwägungen (und die Rücksicht auf 3) auswählen, ob man eine teurere Maschine mit relativ hohem, oder eine billigere mit relativ niederem Wirkungsgrad vorziehen will. Dx ist der Durchmesser des Laufrades, dieser gibt ein Bild der Turbine, auch Gewicht und Preis stehen zu Dx in einem gewissen Verhältnis;

Höhere n

sind im allgemeinen niedrigeren vorzuziehen, denn sie ergeben kleinere Dx und, bei den Generatoren, geringere Polzahl³ 4).

Man hat also in den Daten „Turbinenart“, und Dx in jedem gegebenen Fall einen wobei unsere Tabellen die Uebersicht

Ueber die Systemziffer S siehe das Begleitwort am Schluß.

Die folgenden 102 Beispiele von Anlagen der Normalgröße B umfassen die Turbinenkonstituenten von 32,5 bis 0,20 cbm/sec Wassermenge und 3,1 bis 1000 m *) Nutzgefälle (wirksames Turbinengefälle), wofür Aggregate von 1000 bis 3000 P. S. ausgerechnet sind. Größenklasse C sind 67 Beispiele von 10,5 bis 0,05 cbm/sec und 1,8 bis 500 m Gefälle aufgeführt für Aggregate von 200 und 300 P. S.

1. Niederdruckstationen. (Typen I, II und III.)

Feinrechen F, Turbinenkammerschützen oder Einlaufschützen, Leerschützen LS und selbsttätige Entlastungsanlage (Uebereich) enthaltend diesen Anlagen so zusammengebaut, daß die hintere Abschlußmauer des Wasserschlosses gleichzeitig die vordere Turbinenhauswand bildet; beide liegen im Zuge der Werkkanäle OIL und t/TT⁷, und sind nicht durch eine sogen. Hochdruckrohrbahn (R in Fig. 3) getrennt.

Bei den Niederdruckstationen macht es ebenso wie bei Hochdruckanlagen keinen prinzipiellen Unterschied

stehen, bei sämtlichen Typen kommt stehende wie liegende Turbinenachse vor.

Je nach der Anordnung der Turbinen zerfallen die Niederdruckstationen in folgende Typen:

Type I. Niederdruckstationen mit Turbinen im offenen

Riemen- oder Seiltrieb) zwischen Turbine und Generator bezw. Arbeitsmaschine vorhanden.

Type II. Niederdruckanlagen mit Turbinen im offenen Schacht, Turbinen und Arbeitsmaschinen oder Generatoren direkt gekuppelt.

Hierher gehören in Klasse B Anlagen mit einem Gefälle von etwa 3,5 mit 15 m, in Klasse C von etwa 2,7 bis 15 m. Unterhalb 3,5 bezw. 2,7 m zwingt gewöhnlich das kleine n zur Anwendung von Abtrieborganen; oberhalb von 15 m wird die Wasserpressung auf den unteren Wandteilen des Mauerschachts zu groß, so daß der Glattputz der Wand zu häufig Reparaturen erfordert.

1) In Klasse A sind bis jetzt 1650 m Gefälle erreicht (W. A. Martigny in Wallis).

Type III. Niederdruckanlagen mit Turbinen im (eisernen) Gehäuse.

Diese Anlagen werden etwa bei Gefällen von 15 bis 30 m ausgeführt. Die dem Wasserschloß und Maschinensaal gemeinsame bergseitige Wand wird durch die Druckrohre durchsetzt, welche das Wasser aus den 5 bis 10 m tiefen Einlaufkammern (siehe E in Fig. 2) zu den im Maschinensaal selbst in einem Gehäuse aufgestellten Turbinen bringen. Je nachdem ein Kessel- oder ein Spiralgehäuse vorhanden ist, unterscheidet man Kesselturbinenstationen und Niederdruckstationen mit Spiralturbinen.

2. Hochdruckstalionen.

(Typen IV und V.)

Vergl. hierzu Fig. 3. Zwischen Wasserschloß und Kraftstation befindet sich bei allen diesen Anlagen die Rohrbahn R, welche die aus Gußeisen, Schmiedeisen oder Stahl hergestellte Druckrohrleitung enthält, bei höheren Gefällen auch noch die Leerlaufleitung, wenn ein betonierter Leerlauf mit Kaskaden oder als Schlußtenne nicht möglich ist. Am unteren Ende der Leerlaufleitung werden besondere Vorkehrungen zur Vernichtung der strömenden Energie des Wassers notwendig, sogen. Zerstäuber oder Strahlableiterl).

Nach dem Turbinensystem zerfallen die Hochdruckstationen in folgende Typen:

Type IV. Hochdruckstationen mit Francis-Spiralturbinen, und

Type V. Hochdruckstationen mit Freistrahlturbinen²).

1)    Vergl. ebendaselbst I, S. 103.

2)    Auch Peltonturbinen genannt; Pelton ist aber nicht der Erfinder.

Systemtafeln

für die

Haupttypen der Wasserkraftstationen.

Tafel 1.

Wasserkraftstationen der Normalgröße (B).

Type B I.

Nr-

cbm

Turbinenart

1000 P. S. - Einheiten*):

09 c am Zw., stehend mit Zahntrieb 1 ⁻.5 oder 1 -»«,«> o,lU iiegen(i mjt Riementrieb (Stahlband) 1:5

Type B II.

375    79    9r>7 = 65V2    3060

Nr.

<>    11

cbm

Turbinenart

Turbinenart

111

Q II

cbm

27    3,(5 -)

20,5    4,9

Dopp. Zw. D. Zw. od. Zw.

10,7    9,4

D. Zw.

od. Zw.

7    14,4

Zw.

iooo P. S.-Einheiten:

Relativ hoher Wirkungsgrad

186 = 93 I 4 | 1510 128,5 = 64!^ J 1550 128,5=91 'i'2. 130=65 V4 56,8=40 V2 1880 44,8=32)2    1650

93.7

93-7

93-7

214.3

937

I25

76

79'³)

D. Zw.

ov

79

82

82 5⁴)

¹77°

930

Zw.

Zw.

Relativ niederer Wirkungsgrad

[25

214.3

Cn

173 = 85,5 V4 1290

130 = 92 V2

I34’5 ⁼ 95 ^2

1060

770

c- O

SM SM

3,6⁵ 6 7 8 9)

"bi

V.

4,9

Ci’

k-

— tc «1

D. Zw.

D. Zw.

Zw.

'50

150

150

79    13° = 65)^4 1330

82,5    76,3=381/4    1440

80    76,3 = 541/2    1560

2000 P. S.-Einheiten⁵):

Zw.

D. Zw.

Zw.

15°

300

214,3

130=92)2    1510

77-5 153=76,5 VT 880

77-5    109=77 V2 1230

76

"bi

aT

60

ff

cbm

Turbinenart

11

■n

Type B III.

Turbinenart

Di

cbm

ni

2000 P. S. - Einheiten:

Relativ hoher Wirkungsgrad

Relativ niedriger Wirkungsgrad

13,4    15

6,25    32

Zw.

Zw.

150    80,5    72 = 51^2

!59°

Zw.

Zw.

250    77

120 = 85 V2 2,6 = 65,5 } 2

1120 13,4 740 (5,25

15

32

IO

9,4    32

Zw.

82

3000 P. S. - Einheiten:

Zw.

2    9⁶5

32

Type B IV.

Nr.

cbm

Turbinenart

Di

Turbinenart

Dt

cbm

a) Anlagen, für welche einstufige Francisturbinen angewendet werden können. (Etwa von Q 3,9— H 51 bis Q 1,75 — H 1x5.)

2000 P. S. - Einheiten:

ec*

31

51

Zw.

5°°

82,5

51,8=36,61/2

805

Zw.

Einf.

375

82

38,8

815

Einf.

250

214,3

79

80

M    M

CO    10

83

115

51

Einf.

5°°

81,5

28,1

970

Zw.

Einf.

Einf.

5°°

375

500

79

795

79

25,9=18,3 h

22.1

28,1=19,9 V2

21.1 18,8

705 8,9    51

7²5

910 2,4    83

1230

1070 1,75 115

Zw.

3000 P. S. - Einheiten:

(Etwa von Q 5.9 — H 51 bis Q 2,25 — H 133 ) 375 83    47,7 = 33,7 ^2

1050

Zw.

5co

81

Einf.

250

83

1110

Einf.

5°°

79

to vo

ec“ N

Iw

Ci

93

133

Einf.

5°°

82

Zw.

29,8

1040

Einf.

Einf.

500

375

5°°

79,5

80

79

63-6 = 45 l ²

636

29,8= 2 1 ,X ^2 22,3 19,1

835 5,9    51

925

980 3,2    93

1310

1140 2,25 133

CO

<1

ß) Anlagen, für welche zweistufige Francisturbinen (Pfarrturbinen) in Betracht kommen, die aber nach dem heutigen Stand der Turbinentechnik lieber mit Francisoder Freistrahlturbinen ausgeführt werden.

2000 P. S. - Einheiten:

(Von iQ 1,65 — H 120 bis Q 1,17 — H 170.I

(Pfarrturbine einstuf. Francis

(Pfarrturbine Freistr. m.3 Einl.

120 (Pfarrturbine einstuf. Francis

170 (Pfarrturbine Freistr. m. 2 Einl.

135 (Pfarrturbine einstuf. Francis

200

500    82

5°°    7⁸.5

17-7

i7.7

830)

1070

375

5°°

79

¹3’3

1050) 1,(55 120

80

ir,4 = 8,ij/2

1740

5°°

77

11,4

11,4 = 6,61/3

915) 1,17 170 1070

§ 8

10 10

82,5

79

3000 P. S.-Einheiten:

(Von Q 2,2 — H 135 bis Q 1,5 — H 200.)

(Pfarrturbine Freistr. m. 3 Einl.

(Pfarrturbine Freistr. 111.2 Einl.

-o

890)

1150

3°°

3°°

500

300

79

77

79

80

II.3

n>3 = ⁶»5l/3 II-5

ii,5“ 8,1 V2"

1360I 2,2    185

1600

1000) 1,5    200

1890

Nr.

cbm

Turbinenart

Type B V.

Turbinenart

cbm

2000 P. S. - Einheiten:

(Von Q 1,11 — H 180 bis Q 0,20 — H 1000.)

Relativ hoher Wirkungsgrad

Relativ niedriger Wirkungsgrad

21

1,11 180¹)

T. mit 2 Einl.

250

81,5

5-36 —3-79 J/2

T. mit 2 Einl. Einfach

375

3°°

78,5

8,04 = 5,7 /2,

77-5

6-43

1460 1,11

180¹)

1840

22

0,87 230¹)

T. mit 2 Einl. Einfach

300

250

82,5

4-72 = 3-33 V²

1990

81,5

393

2400

T. mit 2 Einl. Einfach

5°°

375

79

78.5

7-87 = 5-55 V²

1230 0,87

230¹)

5-9i

1650

23

0,61 330¹)

T. mit 2 Einl. Einfach

375

82

300

83

24

0,40 500

T. mit 2 Einl. Einfach

75°

83

3,78 = 2,67 ^2

3.02

4,49 = 3,18 ^2

1880

2370

T mit 2 Einl. Einfach

750

5°°

79

79-5

500

83

2,98

1170

175°

T. mit 2 Einl. Einfach

1000

1000

81

78

7.56=5-35^2

5.02

5,98 = 4,22^2

975 0,61

1460

330¹)

5.98

890 0,40 910

500

25

0,265 750

T. mit 2 Einl. Einfach

IOCO

1000

82

3-58=².53^2

1060

82

3-58

ro75

T. mit 2 Einl. Einfach

750

5°°

80.5

2,69= 1,90 }⁷2

80,5

1-79

1420 0,265 2040

750

26

0,20 1000

Einfach

IOOO

82

2,51

T220

Einfach

750

80,5

1,88

1610 0,20

1000

3000 P. S. - Einheiten:

37

1,45 204’)

T. mit 2 Einl.

250

(Von Q 1,45 — H 204 bis Q 0,30 — H 1000.) 8i-5 5 58 = 3-9512 2280

T. mit 2 Einl. Ein fach

375

300

78.5 8,36=5,911/2

1550 1,45

204¹)

77

6,68

■950

28

1,09

275¹)

T. mit 2 Einl. Einfach

300

250

82,5

81.5

4,60 = 3,261/2 2170 2610

386

T. mit 2 Eiul. Einfach

5°°

375

79    7,72 = 5,461/2

1350 1,09

275¹)

78,5

5-79

1800

29

0,75

400¹)

T. mit 2 Einl. Einfach

500

375

82,5

82

4,82 = 3,401/2

361

1560 T. mit 2 Einl. 2100 Einfach

75°

5°°

79-5

80

30

0,50

600')

T. mit 2 Einl. Einfach

75°

5°°

83

83

4,38 = 3 IOl 2 1270

I9IO

31

0,375

800

T. mit 2 Einl. Einfach

IOOO

82,5

75 ⁰

83

2,91

4,07 = 2,8812 3-°5

T. mit 2 Einl. Einfach

1100 T. mit 2 Einl. 1470 Einfach

IOOO

IOOO

75°

IOOO

81

78,5

81

81

7.24 = 5,12^2

4.82

5,82=4, IIV2

5.82

3,05=2,1612

4.07

1080 0,75 1610

970 0,50

990

145°

1120

0,375

400¹)

600¹)

800

32

0,30

1000

Einfach

IOOO

83

3-°8

124 o|

, Einfach

750

81,5

2,31

1620

0,30

1000

1) Auch Doppelturbmen mit je zwei Einläufen sind möglich; die Dimensionierung muß in diesem Falle mit ¹f> Q und H vorgenommen werden, z. B. Q = 0,87    t/₂ = 0435 H — 230 n — 375 r\ — 83 S = 4,19 oder 2,96 ] 2 Di = 1570.

IO

Tafel 2.

Wassserkraftstationen mittlerer Größe (C).

Type C I.

Nr.

cbm

Turbinenart

er

Co

Turbinenart

cbm

200 P. S. - Einheiten: (H etwa 1 x/₂ bis 2x/₂ m.)

10,5 1,9

Zw.

Relativ hoher Wirkungsgrad

37-5    80,5 75,1=53,1 h 2260

(mit 1:5

187.5

am Gen.)

Zw.

Relativ niedriger Wirkungsgrad

60    77    120=84,9^2 1650 10,5 1,0

(mit 1:5 300 am Gen.)

16,5 1,8

D. Zw.

Zw.

1/) ain

S.

CO

l~~

300 P. S. - Einheiten:

D. Zw.

131 =65,5 V4J175° 98 = 69,3 V2 2390

Zw.

60

5°

(mit 1:5 250 am Gen.)

77>5

76

157 = 78,5V4 131=92,61/2

1550 16,5 1,8

2000

Type C II.

Nr.

cbm

Turbinenart

Turbinenart

.3

cbm

200 P. S. - Einheiten:

(H etwa 2,7 bis 15 m.J

2,2

00 ’H Ol* 05*

D. Zw.

D. Zw.

Zw.

Einfach

93’7

250

1870

¹²5

1,45

Zw.

Einfach

300

2I4>3

03 00    03    00    00    00

00 00    00 1 to to o

Öl Öl

113=561/4

7°>3=35'2l/4L

53—37’5^²

1125

670

910

35.3

1340

47'5 = 33>61/2

7i5

Zw.

107,1

D. Zw.

5°°

Zw.

375

Einfach

3°°

vo *co Ico ! I>

l> t> t> I>

129=91,3^2

141,5=70,8^4

106=751/2

1180

410

550

84.7

720

2,2

cvT aT

33’9

1000

Zw.

Einfach

750

5°°

77

1.19=84,21/2

79^1

375

540

1,45

in

o

th ec

D. Zw.

D. Zw.

Zw.

Einfach

93,7

187,5

*5°

78.5    135 = 67,71/4 83 64,7 = 32,51/4

82.5    51,9= 36,7 ^²

300 P. S. - Einheiten :

D Zw.

1200

880

D. Zw.

125

5°°

76

76.5

93,7

83

3²’3

IT40

1760

Zw.

375

76

180=90 1/4 T74 —87 |/4_

130=92, x 1/2

1000

440

600

Einfach

250

76,5

86,4

880

10

8,3

Ol* 05*

00

«I

to

tH

Zw.

Einfach

250

187,5

83

83

46,3 = 32,71/2

34,9

855

Zw.

1150

Einfach

5°°

500

79

76

92,7 = 65,41/2

92,7

5°5

580

15

Nr.

cbm

Turbinenart

Cf)

Type C III.

Turbinenart

°/o

11

cbm

(H etwa 15 bis 30 m.) 200 P. S. - Einheiten:

Relativ hoher Wirkungsgrad

Relativ niedriger Wirkungsgrad

1,25

16

Zw.

Einfach

TO

0,625

32

Zw.

Einfach

375    82,5 52,5=37,11/2

250    83

75°    82,5 44,1 = 31,21/2

34.9

600

890

Zw.

Einfach

750    105 = 74,31/2    365

5°°    78,5

7°,°

540

1,25

16

500

82

II

1,88

16

Zw.

Einfach

3°°

i87>5

82,5

825

4io    —

605    Einfach

300 P. S. - Einheiten: 5i’3=36,3l/2    750

1170    Einfach

1000    79,5

58,8

3².i

0,625

32

Zw.

75°

128=90,51/2

5°°

61 •

856

U\

1,88

16

12

0,94

32

Zw.

75°

82,5

54,0=38,21/2

425

Einfach

500

36,0

630

Einfach

1000

I ■«

72,0

I

¹    00

0,94

32

Type C IV.

cbm

Turbinenart

Turbinenart

Co

cbm

13 0,25

80

200 P. S.-Einheiten:

(Etwa von Q 0,4 — H 50 bis Q 0,265 — H 75-)

1000    79

Zw.

18,7

445

0,25

80

14 0,52

58

Einfach

1000 | 83

300 P. S.-Einheiten:

(Etwa von £>0,50 — H 60 bis Q o,35 — H 85.)

750 I 78,5

34.2

420

Einfach

18,2 j/2

5°°

0.52

58

15 0,230

87

ß) Anlagen, für welche auch zweistufige Francisturbinen (Pfarrturbinen) in Betracht kommen.

200 P.S.-Einheiten:

(Bis etwa Q 0,20 — H 100.)

455 Freistr. m. 2 E.    500 7

495)    (Pfarrturbine    750    79,5

Francis einfach j 1000 (Pfarrturbine ! rooo

78

8i,5

16,8

16,8

300 P. S. - Einheiten:

(Bis etwa Q 0,24 — H 125.)

03.

8,40

12,6

760

630)

0,230

87

16 0,300

100

Francis einfach 1000 (Pfarrturbine ; 1000

7'

82

i7-3

i7-3

Freistr. m. 2 E. 500    78

535) (Pfarrturbine

490

75°

80

8,66

i3-°

545

680)

0,300

100

Type C V.

Nr.

11

cbm

Turbinenart

Turbinenart

cbm

17

0,125

160

2 Einl. Einfach

5°°

375

18

0,050

400

Einfach

1000

ro

eT 00 I <N CO CO CO

3,92 = 2,771/2

2,93

2,50

200 P. S. - Einheiten:

2 Einl. Einfach

980

1000

7.85=555 V'²

1310

750

5.89

5io

685

0,125

160

0,200

150

2 Einl. Einfach

500

300

20

0,060

500

Einfach

1500

I <N 00 • N CO 00 CO

5,21 = 3,691/2 3-12

Einfach 300 P. S. - Einheiten:

2 Einl. Einfach

770

750

Cn-

1,87

1020

0,050 400

970

1600

75°

5°°

79

79.5

7,81 = 5.521/2"    660

5>2i

0,200

150

990

3-47

590

Einfach

75°

80

1.73

1130

0,060

500

usw.

y + fR

I) Diese Formel gibt z. B. der Kaumannsche Schieber für Fluß- und Kanalbau wieder, und zwar die

lange Formel 23    . usw., nebst den Werten

n

von n.

Oder

Die Beispiele der vorstehenden Systemtafeln sind mit dem Hollschen Rechenschieber bestimmt worden. Der Hollschieber ist vom Diplomingenieur Paul Holl vor 5 Jahren zur Berechnung von Wasserkraftanlagen erfunden worden. Die früher gebrauchten Bezeichnungen Turbinenrechenschieber und Turbo ließen die Annahme zu, daß es sich um ein Instrument handle, welches Turbinenspezialisten, Maschinenbauer usw. benutzen. Bei der zweiten Auflage der „Anleitung“ zum Gebrauch dieses Rechenschiebers ist der Titel abgeändert, aber beim Instrument selbst sind die irreführenden Bezeichnungen bis jetzt geblieben. Jedoch Tatsache ist, daß der Schieber für Nicht-Turbinenfachleute bestimmt ist, die mit Wasserkraftanlagen zu tun haben, also für projektierende Bauingenieure, Regierungs- und Kommunalbeamte, Fabrikanten und Wasserkraftinteressenten, welche sich bisher in solchen Fällen an eine Spezialfirma wenden mußten. Vorausgesetzt wird nicht mehr, als was zum Gebrauch eines jeden gewöhnlichen Rechenschiebers auch notwendig ist, nämlich die Kenntnis des loga-rithmischen Rechnens. Der Hollschieber gibt indessen mehr als nur dasjenige, was zur Projektierung einer Turbine gehört. Alle die verschiedenen Berechnungen, die bei einem Entwurf von Wasserkraftanlagen vor allem dem Bauingenieur und Projektanten Vorkommen, wie z. B. die Bestimmung von Schützöffnungen, Druckverlust in Rohrleitungen, Wellendurchmesser, die Berechnung der Werte V2 gh und xal* erlaubt das Instrument auszuführen. Es bedeutet Ersparnis an Kopfarbeit, wenn man derartige Berechnungen nicht mühevoll zahlenmäßig auszuführen braucht, sondern die verschiedenen Möglichkeiten gleichsam bildhaft übersichtlich vor sich liegen sieht, zwischen denen man dann Auswahl treffen kann.

Der Hollschieber beruht auf der „Charakteristik“

V— ’

]/H*

welche einfacher, weil direkt aus den gegebenen Größen n, Q, //bestehend, ist, als die im Handbuch der Ingenieur-Wissenschaften XIII, S. 951, angegebene Charakteristik:

s'~h\ m

Es braucht nicht erst der Wert N, die Pferdestärkenzahl des Aggregates, ausgerechnet zu werden. Uebrigens ist

= Sp

Der Wasserbauer, welcher mit der Berechnung von offenen Werkkanälen zu tun hat, vermißt auf dem Hollschieber allenfalls die Kuttersche Formel¹), die auf dem Instrumnte nur für geschlossene Profile gebracht ist. Vielleicht schafft eine neue Auflage hier Abhilfe, was einfach in der Weise ginge, daß Textblätter für die Schieberrückseite hergestellt würden. Auf einem solchen Textblatt müßten die Werte der Rauhigkeitszahl m der sogen, vereinfachten Kutterschen Formel

iooVA

+ }R

verzeichnet sein; die Formel selber, die, wie ich am Schlüsse meiner bei von Zahn & Jaensch, Dresden, demnächst erscheinenden Broschüre: „Wie bewegt sich fließendes Wasser? Entdeckung eines Weges zur Erklärung des Problems“, ausführlich auseinandergesetzt habe, berechtigter und vor allem bequemer als die Bazinsche ist, weil sie mit einem Griff weniger auszuwerten geht, und die, wie jeder Praktiker weiß, genügend genau ist, läßt sich dann mit der Vorderseite des Hollschiebers schnell ausrechnen. Warum sollte auch diese Kuttersche Formel zu ungenau sein, wenn Bazins Formel wie man vielfach hören kann²), befriedigend genau ist? Der Bazinsche Wert y ist nur um eine im Einzelfall konstante Zahl vom Kutterschen m verschieden!

Die Turbinenprojektierung selbst ermöglicht der Hollschieber in einfachster Weise. Einfach muß die Manipulation sein, weil ja Nichtfachleute mit dem Schieber in den Stand gesetzt sein sollen, Turbinenanlagen generell zu projektieren. Sobald die Konstituenten einer Wasserkraft, also

die Wassermenge Q und das Gefälle U bekannt sind, gibt der Schieber zu einer angenommenen Tourenzahl mit einem Schlag Systemlage, Art und Wirkungsgrad der besten möglichen Turbine. Mit einem weiteren Griff erhält man die Größe des Laufrades, und es

2) Z. B. Zentralbl. d. Bauw. 1912, S. 31. Rudolf Hering, M. Am. Soc. of Civ. Eng., in den Transactions der Society, Dezember 1911, Paper 12x5, S. 460: „Bazins new formula, by omitting the deduc-tions from the erronous Humphreys and Abbot formula, is better than Kutters.“

kostet nicht viel Uebung, damit eine Vorstellung von der Größe der Turbine, der Turbinenkammer oder des Maschinensaals, der Kraftstation überhaupt zu verbinden.

Es ist bemerkenswert, daß für diese Zwecke schon die billigere Ausführung des Hollschiebers, in Pappe, vollauf genügt; dieselbe hat den Vorzug, daß auf ihr mehr erklärender Text aufgedruckt ist als auf dem Holzinstrument.

Es ist möglich, mit dem Schieber eine Turbine noch viel weiter ins einzelne gehend durchzuprojektieren; man benutzt dazu die von Holl zu dem Schieber geschriebene „Anleitung“¹), in welcher eine Menge ausgerechneter Beispiele gegeben sind, so daß auch der Nichtkundige eine Handweisung vorfindet. Holl schrieb in dieser Anleitung S. 108: „ . . . An Hand der vorstehenden, in kürzester Zeit vom Schieber abgelesenen Resultate ist die Anlage so weit projektiert, daß Projektzeichnung, Kostenanschlag und, bei Ueberseeprojekten, eine Stückliste mit den Abmessungen und Gewichten der seetüchtig verpackten Turbinenbestandteile zur Berechnung der Seefracht angefertigt werden kann. In gleicher Weise ist jedes Projekt für eine Wasserkraftzentrale zu behandeln. . . .“

Ich will nicht sagen, daß durch den Schieber nunmehr das Befragen einer Spezialfirma überflüssig geworden ist; im Gegenteil, ich möchte sogar ausdrücklich davor warnen jemand nur nach dem Schieber gleich eine Turbine bestellen zu sollen glaubt, sonst können leicht infolge fehlender Uebung Mißgriffe vor-

daß etwa

ich die wichtigsten Manipulationen, die mit dem Hollschieber vorgenommen werden können, in dem folgenden Gebrauchsregister übersichtlich zusammengestellt. Damit wird einem Bedürfnis der Praxis entsprochen, für ähnliche Fälle hat man einen ungefähren Anhalt.

Der Gebrauch des Registers ergibt sich von selbst. Für denjenigen, der sich genauer orientieren will, sind die Seitenzahlen der „Anleitung“ beigesetzt. V bedeutet Vorder-, U Unterseite des Schiebers. H(Q) heißt: H genommen auf der Skala Q\ t(V) desgleichen auf der Skala v; B^D) desgleichen auf der Skala D\ Hyti) bedeutet H genommen auf der Hilfsskala, welche sich auf der Zungenunterseite der Schiebers befindet . . . usw.

Die Werte der vorstehenden Systemtafeln sind zu den gegebenen Konstituenten Q und H für angenommene Tourenzahlen bestimmt. Die Tourenzahlen wurden für die handelsübliche Polzahl und 50 Perioden pro Sekunde gewählt. Die Wirkungsgradangaben des Hollschiebers gelten für volle Beaufschlagung, Vollastbauart und Gebrauchs-, nicht Neuzustand der Maschinen. Die Zahlen der Tabellen weisen ungefähr die Grenzen, innerhalb welcher die in jedem einzelnen Fall möglichen Turbinen liegen. So wird man z. B. bei den Konstituenten 0 7 cbm —H 14,4 m Franciszwillinge von höherem oder niedrigerem Wirkungsgrad er-

halten können, nämlich 82,5, d. h. schwach 82,5 °/₀, oder 76 %, je nachdem man die Tourenzahl n zu 125 oder 375 pro Minute wählt. Dem geringeren kommen, und der Besitzer des Instrumentes Wirkungsgrad entspricht aber eine billigere wird diesem die Schuld zumessen, die an ihm Maschine, denn diese ist, wie aus dem Laufradseiber lag. Der Schieber ist fehlerlos; er befolgt    durchmesser Dx = 770 mm hervorgeht, nicht ein-

stets den Grundsatz, von allen möglichen Konstruktionen stets das Beste auszuwählen. Wenn

mal halb so groß wie jene mit Dx — 1650, und ebenso ist auch die Dynamo kleiner, wie die man also bei dem Detailprojekt, nach welchem    Tabelle auf S. 16 der „Anleitung“ lehrt. Der

gebaut werden soll, stets die Spezialfirma zu    übrige Gebrauch der Tafeln ergibt sich

Rate ziehen wird, so hat man doch in dem

selber.

von

Schieber und der „Anleitung“ eine gute Kon-    Wer über das weitverzweigte Gebiet der

trolle der Angaben der Maschinenfabrik. Bei verschiedenen Turbinenausführungen im großen generellen Projektierungen aber spart man Zeit; man braucht nicht mehr, wie früher, auf die

und ganzen Uebersicht gewinnen oder das Wie und Warum des vorliegenden Einzelfalles ver-Korrespondenz mit der Turbinenfirma zu warten,    stehen will, für den empfiehlt es sich, ver-

sondern hat gerade für diese Fälle des allgemeinen    gleichende Studien zu machen, z. B. an Hand

Entwerfens am Hollschieber einen zuverlässigen Ratgeber. Dazu kommt der weitere, namentlich

der Tafeln und des Schiebers zu untersuchen

woher etwa in den Fällen Nr. 24 a rechts, 24 b für angehende Ingenieure und Techniker wichtige rechts, 28b rechts, 30b rechts von Klasse B, Umstand, daß der Hollschieber das Verständnis und die Uebersicht über die Wasserkraft-

und Nr. 17 b rechts von Klasse C, die sämtlich ungefähr die gleiche Systemziffer besitzen, doch die Verschiedenheiten kommen, oder warum in Weil nun manche Fachgenossen den Schieber Klasse C bei Nr. 8 b rechts und nb rechts nicht so häufig zu gebrauchen haben, daß ihnen die Anleitung durchaus geläufig ist, so habe

maschinen fördert.

X) Bei Oldenbourg in München erschienen.

sich der gleiche Laufraddurchmesser ergibt, und so fort.

Der Hollschieber und die Tafeln geben auf alle diese Fragen Antwort.

f/e> ~

/£• ri

T “-Q

\ v*

15

Gebrauchsregister

für den

Hollschen Rechenschieber zum Entwerfen von Wasserkraftanlagen.

Gesucht

Einstellen

A bles e n

Zungen

seite

„ Anleitung “

Beispiel Seite

Text

Seite

I. Entwurfsoperationen.

Ausflußgeschwindigkeit Mzgh (Meter) .    .

■I H(Q)

zehnfacher Wert

(D) |_

Bohlenstärke (unterste B. einer Schützentafel)

t(v) unter B (D)

über

Cd—

(N    W

00    IO

78, 119

Beaufschlagungsgrad a einer Turbine bei veränderlichem H und Q

Q‘

H‘ über den Wert

der mittels der Skalen Q und v ausgerechnet ist

unter H(hi)

64

99

Dimensionierungstabellen für Turbinen Druckverlust (siehe Reibungsverlust). Durchflußquerschnitt I¹ eines Kanalprofiles

18 f.

über Q

unter v

52

78

Krauzgewicht (GKranz) eines Schwungrades .

Kreisinhalte....... s.....

Kuttersche Formel..........

H (hi) über O

H (Q)

PS auf (D)

~t[ über GKranz (Q)    {

über Dü resp. 10 Dü

über D\_

über W

Über D Kranz (v) (D in Meter)

20

32

32

43

43

43

86, 92

105

to6

106

xo6

Dl

3i

87

56 f.

79 ff.

4»

Gesucht

Laufraddurchmesser Dx........

Manometrische Förderhöhe einer Zentrifugalpumpe .............

Maschinen größe (Systemläge) einer Turbine

Oeffnungstiefe einer Schütze......

Oeffnungsweite einer Schütze......

Pferdestärken aus Kilowatt.......

durch eine Welle zu übertragen vermindert bei abnormem H .

Raddurchmesser

Rohrdurchmesser

abnehmender.....

bestimmt aus Druckverlust

Rohrreibtingsverlust........

Stralildurchmesser.........

Sauggefälle, maximal zulässiges .    .    .    .

Saugrohrdurchmesser........

Schützweite, s. Bohlenstärke......

Spi ral gehäuse (Anfangsdurchmesser). .    .

System ziffer............

Systemlage einer Turbine.......

,, Zentrifugalpumpe .

Torsionsbeanspruchung Tourenzahl einer Welle .

„ Zentrifugalpumpe .    .    .    .

,, Turbine, vermindert bei ab

normem H.............

Turbinensystem...........

Umdrehungs- und Polzahl von Wechselstromaggregaten

Umfangsgeschwindigkeit eines Rades

Wassermenge, verminderte, bei abn. IT. .

,,    einer Turbine.......

,,    „ Zentrifugalpumpe . . .

Wasserschloß......

Wellendurchmesser .    .    .

Wirkungsgrad einer Turbine

II. Rechenoperationen:

Multiplizieren und Dividieren

Quadrieren und Radizieren 3. Potenz und 3. Wurzel .

³/₂ Potenz

16

Einstellen

n über H(Q)

n unter ioz/umf.

Ro 0 unter 100 V(D)

IT über Q

n über N

II(hi) über 11 (Q) H über Q

unter D

H(hi> über Q n unter System läge

n (hi) über N H über Q

Skala D und N v und Q (gegenstimmig)

D und Q D und N fl (hi) verkehrt und Q H und Q Q und N

Ablesen

über

Lage im 1 Hilfsbild J

über v

über D (Q) auf v

über Sg

über Sp

unter Systembild, auf D über n

To unter D

bei H‘abnorm

bei n

bei n auf Skala \

£>('l 10)

unter /7'abnorm unter H

))

auf D über To bei fl

m.*:

C V 3 (/}

„ Anleitung “

Beispiel Seite

Text

Seite

17 ff.

8₅ ff.

73

8 ff.

5i

124 f. 82 ff. 78, 119.

>»

>>

74

85. 87, 96

62

97

3¹

34

4i

36

72

20,21 ff.

>»

23 ff.

8 ff.

73

74

74

73

61

8 ff.

16

3i

61

8 ff.

73

49 ff.

74

8 ff.

29 ff.

>>

116

82, 103

83

83

85 ff.

»)

82 ff. 124 ff. 85,87, 96

85.87,96

124 ff.

96

82 ff.

116

97

82 ff. 124t. n8ff.

85, 87, 9⁶

82 ff.

¹

   Vergl. Sammlung Göschen, Wasserkraftanlagen I, S. 48.

²

   Vergl. ebendaselbst I, S. 14.

³

   Eine Tabelle der handelsüblichen n bei Wechsel

⁴

stromaggregaten siehe ebendaselbst II, S. 115.

⁵

   Die Zahlen 1000, 2000, 100 usw. P. S. sind rund genommen.

⁶

   Turbinenkammer als Heberkammer ausgebildet.

⁷

   Ein Punkt über den Zahlen bedeutet: „reichlich gerechnet“.

⁸

   Ein Strich über den Zahlen bedeutet: „knapp gerechnet“.

⁹

   Bei 2000 P. S. - Einheiten ist nicht unter 150, bei 3000 P. S. nicht unter 250 heruntergegangen, um nicht zu

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