Titel: Hänel's verbesserte Turbinenconstruction.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1861, Band 162, Nr. XCIII. (S. 323–348)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj162/ar162093

XCIII. Die verbesserte Turbinenconstruction von Eduard Hänel, Maschinendirector der gräfl. Stolberg'schen Maschinenfabrik in Magdeburg.

Aus der Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure, 1861, Heft 7 u. 8, S. 163.

Mit Abbildungen auf Tab. V.

Durch den Bau eines neuen Walzwerks bei der der Mansfelder Gewerkschaft gehörigen Rothenburger Hütte zu Rothenburg a. d. S. war der Abbruch der alten daselbst befindlichen gewerkschaftlichen Mahlmühle bedingt, und der Aufbau einer neuen Mahlmühle beschlossen.

Obgleich nun der Saalfluß ein Wasserquantum führt, welches bei dem in Rothenburg vorhandenen Maximalgefälle von circa 6 Fuß auch bei knappem Wasser hinreichend seyn dürfte, um den zum Betriebe der Rothenburger Hütte erforderlichen Motoren für die beiden Walzwerke, die Hammerwerke und die Mahlmühle zu genügen, so bedingten zwei andere Gründe, diese Motoren so zu construiren, daß von denselben der bestmögliche Nutzeffect unter allen Umständen zu erreichen sey.

Der erste Grund liegt darin, daß das erwähnte Maximalgefälle von circa 6 Fuß nur beim niedrigsten Stand des Unterwassers vorhanden ist, und dieser Stand durchschnittlich nur 3 bis 4 Monate im Jahr stattfindet, während für die übrige Zeit des Jahres durch Stauwasser dieses Gefälle sehr veränderlich wird, und sogar beim Hochwasser, wenn auch nur auf die Dauer von ein Paar Tagen, ganz verschwindet. Ist nun auch der Natur der Sache gemäß mit dem Anwachsen der Saale und der dadurch bedingten Vermehrung ihres Wasserquantums durch letzteres, bis zu gewissen Grenzen, ein Aequivalent für den entstandenen Gefällverlust |324| gegeben, so würden doch die Motoren ohne eine rationelle Construction derselben bezüglich ihres Nutzeffects zu große Dimensionen, und mit diesen kostspielige Ausführung und Unterhaltung erfordern, wollte man die eintretenden schwankenden Gefällverhältnisse durch eine übermäßige Mehrbeaufschlagung der Motoren compensiren. Der andere, und noch wichtigere Grund, welcher den bestmöglichen Nutzeffect der Motoren bedingte, bestand in der Lage des vorhandenen Wehres und des ebenfalls vorhandenen Wasserzuführungsgrabens zu der zwischen Wehr und Obergraben liegenden Schiffsschleuße. Es würde nämlich eine nicht unwesentliche Inconvenienz für die die Schleuße benutzenden Schiffe gewesen seyn, wäre bei der beabsichtigten Vergrößerung der Rothenburger Hüttenanlage durch sorglose Construction der Motoren ein wesentlich größerer Wasserbedarf für dieselben erforderlich gewesen, als bei den alten bestehenden Motoren, indem durch die herbeigeführte größere Wasserzuführung nach dem Obergraben vor demselben eine größere Strömung entstanden wäre und so das Ein- und Auslaufen der Schiffe in die Schleuße mit Gefahr für Schiff und Mannschaft verbunden, oder, um diese zu vermeiden, eine zeitweilige Sistirung des Betriebes auf der Hütte nöthig gewesen seyn würde.

Hr. Maschinenbauinspector Richards in Eisleben, welcher mit den Entwürfen und Ausführungen der maschinellen Bauten der genannten Gewerkschaft betraut ist, hatte zu dieser neuen Anlage, in sachgemäßer Würdigung der obwaltenden Wasserverhältnisse und der Eigenthümlichkeit und Zweckmäßigkeit des Betriebes entsprechend, für das neue Walzwerk als Motor ein Kropfrad und für die neue Mahlmühle als Motoren Turbinen in Vorschlag gebracht.

Es wurde dieser Vorschlag von der Gewerkschaft genehmigt, und die gräflich Stolberg'sche Maschinenfabrik in Magdeburg aufgefordert, einen Entwurf zu diesen Turbinen einzureichen, und dabei die allgemeine Bedingung gestellt, daß jede der Turbinen

„sowohl bei 4 Fuß als auch bei 6 Fuß Totalgefälle und allen dazwischen liegenden Gefällhöhen nicht nur die volle Leistung von 13 bis 15 Pferdestärken à 30600 Fußpfund pro Minute, sondern auch einen Wirkungsgrad von 55 Proc. gewähren solle.“

So gering nun auch der beanspruchte Wirkungsgrad von 55 Proc. denjenigen erscheinen mag, welche an die Richtigkeit solcher Versuche mit Turbinen glauben, wo ein Wirkungsgrad von 80 Proc. und noch mehr gefunden, resp. herausgerechnet wurde, so ist zu berücksichtigen, daß es für beide contrahirenden Theile angenehm ist, wenn die Endresultate die Forderung übertreffen, als wenn bei einer auf das mögliche Maximum gestellten Forderung, resp. Versprechen, dieselbe nur mit Mühe und Noth, |325| oder, noch schlimmer, nicht erreicht wird. Andererseits wird aber jeder Ingenieur, welcher mit der Construction von Turbinen inniger vertraut ist, erkennen, daß die Erfüllung der gestellten Forderung nicht so leicht ist, als es scheint, wenn dabei berücksichtigt wird, daß behufs Erfüllung dieser Bedingung die Querschnitte, resp. die Beaufschlagungsöffnung des Leitschaufelrades, der Bedingung wegen der Kraftäußerung entsprechend, im Verhältniß

√6³: √4³ = 1 : 0,544

stehen müssen, d.h. wenn die Turbine bei 4 Fuß Gefälle mit vollen Leitschaufelöffnungen arbeitet, dieselbe bei 6 Fuß und gleicher Kraftäußerung nur mit

0,544

der Leitschaufelöffnungen in Thätigkeit ist.

Schon bei diesem Verhältniß der Beaufschlagungen einer Turbine lehrt die Erfahrung nach den mit Turbinen gewissenhaft angestellten Versuchen, daß der Wirkungsgrad der Turbinen bedeutend abnimmt, und selbst wenn die Turbine bei voller Beaufschlagung 70 oder mehr Procent gibt, der hier geforderte Wirkungsgrad von 55 Proc. bei der sich ergebenden geringen Beaufschlagung von 0,544 aller Leitschaufelöffnungen selten erreicht wird, wenn man nicht zu mehr oder weniger complicirter Construction der Turbinen seine Zuflucht nimmt. Da es aber nach dem früher Gesagten dringend wünschenswerth war, daß der Constructeur der fraglichen Turbinen mit denselben mehr leistete, als die Grenzen der gestellten Bedingung forderten, so stellte er sich selbst beim Entwurf der Turbinen die weit über die Grenzen der Bedingung gehende Aufgabe:

„Die für die Rothenburger Mahlmühle bestimmten Turbinen sollen sowohl bei einem Gefälle von 6 Fuß, als auch noch bei 3 Fuß Gefälle mit einem Wirkungsgrad von mindestens 60 Proc. die constante Leistung von 12 bis 15 Pferdestärken ausüben, oder, mit anderen Worten, mit einer veränderlichen Beaufschlagungsöffnung im Verhältniß von

√6³ : √4³ = 1 : 0,2828

mit mindestens 60 Proc. Wirkungsgrad arbeiten, ohne daß bei dieser Gefälldifferenz die für den Betrieb der Mahlmühle erforderliche normale Geschwindigkeit der Turbine wesentlich sich ändere, und der Wirkungsgrad von 60 Proc. für alle Beaufschlagungen von 1 bis 0,2828 mindestens erreicht werde.“

Jeder Ingenieur, welcher schon einmal Turbinen, nicht bloß nach |326| nicht leicht zu lösen ist, und fast möchte man überhaupt an der Lösung dieser Aufgabe zweifeln, wenn man die Resultate der Versuche aufmerksam prüft, welche mit Turbinen aus den anerkannt besten Turbinenbauanstalten erzielt worden sind. Alle diese Resultate ergeben mit Bestimmtheit, daß der Wirkungsgrad selbst der besten Turbinen in einem rapiden Verhältniß sinkt, wenn das Verhältniß der Beaufschlagung der Turbinen ein kleines wird, und hierin liegt auch der allgemeine Grund, weßhalb die Turbinen noch nicht überall den Sieg über die gewöhnlichen Wasserräder errungen haben, trotzdem die Turbinen in anderen praktischen Hinsichten entschiedene Vortheile über die gewöhnlichen Wasserräder darbieten. Denn was nützt ein Motor da, wo sich das Gefälle, resp. die Wassermengen fortwährend ändern, wenn derselbe nur für ein bestimmtes Gefälle und eine bestimmte Wassermenge einen günstigen Wirkungsgrad gibt, der um so geringer wird, je mehr es z.B. im Sommer bei vermindertem Wasserzufluß oder bei eintretendem Stauwasser wünschenswerth wäre, daß der Wirkungsgrad des Motors besser würde, mindestens constant bliebe. Wird da nicht mancher Industrielle bei Anlage eines Motors einen solchen vorziehen, der selbst bei schwankenden Gefäll- und Wasserverhältnissen einen ziemlich constanten, wenn auch etwas niedrigeren Wirkungsgrad gibt, als eine Turbine nehmen, welche nur für bestimmte Verhältnisse günstig arbeitet, durchschnittlich aber einen bei weiten: geringeren Wirkungsgrad gibt als ein gewöhnliches Wasserrad?

So lange aber der gerügte Uebelstand der Turbinen besteht, so lange wird auch das gewöhnliche Wasserrad, wie unbequem es auch in anderer Hinsicht seyn mag, dennoch für viele Fälle ein ebenbürtiger Concurrent der Turbine bleiben.

Mit der Lösung der oben speciell für die Rothenburger Turbine gestellten Aufgabe hört diese Concurrenz der gewöhnlichen Wasserräder mit der Turbine auf, und dieser wird im Verein mit ihren anderen praktischen Vorzügen fast in allen Fällen der Vorrang vor den gewöhnlichen Wasserrädern gebühren, und nur noch in solchen Fällen die Wahl unentschieden bleiben, wo, wie z.B. beim Walzwerksbetriebe, zur Ueberwindung und Ausgleichung momentaner Widerstände das Beharrungsvermögen der Masse des Motors selbst, oder momentan anormale Beaufschlagungswassermengen in Berücksichtigung gezogen werden müssen.

Eine Prüfung der Resultate der Versuche mit den für die Rothenburger Mühlenanlage ausgeführten Turbinen zeigt, daß das Problem der gleich günstigen Benutzung einer veränderlichen Wasserkraft vollständig von dem Constructeur gelöst worden ist, und zwar, wie im weiteren Verlauf angegeben wird, auf die einfachste und rationellste Weise. |327| Es wäre wahrhaft zu wünschen, daß die angegebene Turbinenconstruction anerkannt und vielfach ausgeführt, und dadurch immer mehr und mehr das bis jetzt nicht mit Unrecht bestandene Vorurtheil gegen die Turbinen verschwinden würde.

Zum besseren Verständniß und Beurtheilung der neuen Turbinenconstruction theilen wir in Kürze das Raisonnement mit, welches der Constructeur beim Entwurf der Construction aufgestellt hat.

Abgesehen von den verschiedenen mechanischen Constructionen der Turbine, welche bis jetzt zur Ausführung gekommen sind, und welche sich nach den Namen der Constructeure als Fourneyron'sche, Jonval'sche, Henschel'sche, Poncelet'sche etc. Turbinen kennzeichnen, lassen sich alle Turbinen, ihrem Wirkungsprincip entsprechend, in zwei bestimmte Systeme eintheilen, welche sich, das eine von dem anderen, nur durch die verschiedenen Druck- und Geschwindigkeitsverhältnisse des aus den Leitschaufeln in das Druckschaufelrad strömenden Wassers unterscheiden. Bei dem ersten System der Turbinen tritt das Wasser aus den Leitschaufeln mit einer geringeren absoluten Geschwindigkeit, als dem über den Leitschaufeln stehenden absoluten Wasserdruck oder Gefälle entspricht; die Differenz zwischen dieser Geschwindigkeitshöhe und dem absoluten Gefälle erzeugt beim Uebergang des Wassers aus den Leitschaufeln in das Druckschaufelrad einen Ueberdruck; dieser Ueberdruck wird im Druckschaufelrad nutzbar gemacht, indem durch denselben theils die lebendige Kraft, theils die Pressung des Wassers im Druckschaufelrad vermehrt wird. Man kennt dieses System unter dem Namen Reactionsturbinen.

Bei dem anderen System der Turbinen findet ein Ueberdruck an der Uebergangsstelle zwischen Leitschaufeln und Druckschaufelrad nicht statt, sondern der vorhandene Druck soll gleich seyn dem entgegen wirkenden Druck der die Turbine umgebenden atmosphärischen Luft, unter Umständen vermehrt um den Druck der Wassersäule, welche über der Uebergangsstelle steht.

Somit soll bei diesem System der Turbinen die Geschwindigkeitshöhe der absoluten Austrittsgeschwindigkeit des Wassers aus den Leitschaufeln gleich dem vorhandenen absoluten Gefälle seyn. Dieses System der Turbine bezeichnet man mit dem Namen Druckturbinen.

Hierbei ist vor der Hand von dem Einfluß desjenigen Theils der absoluten Gefällhöhe abstrahirt, dessen Größe durch die verticale Höhe des Druckschaufelrades gegeben ist, welche Höhe zur Erzeugung einer additionellen Geschwindigkeit des Wassers bei seinem Durchgang durch das Druckschaufelrad auftritt, sobald das Druckschaufelrad frei und nicht unter Wasser geht.

|328|

Der Verf. unterscheidet diese beiden Systeme nach dem Vorgang von Weisbach durch die Benennungen „Reactionsturbine“ und „Druckturbine.“

Eine mehr bildliche Darstellung des Wirkungsprincips beider Turbinensysteme und eine bestimmte Unterscheidung derselben dürfte sich ergeben, wenn man sagt: Bei den Reactionsturbinen dient der Leitschaufelapparat als Generator einestheils der disponibeln lebendigen Kraft des Wassers, und das Druckschaufelrad als Generator des anderen ergänzenden Theils der disponibeln Kraft des Wassers und gleichzeitig als Recipient der ganzen Kraft des Wassers. Bei den Druckturbinen dient der Leitschaufelapparat als Generator für die ganze disponible lebendige Kraft des Wassers, und das Druckschaufelrad ist nur als Recipient dieser lebendigen Kraft zu betrachten.

In Bezug auf die bestmögliche Ausnutzung einer bestimmten disponibeln Wasserkraft stehen sich beide Systeme sowohl in theoretischer, als in praktischer Hinsicht im Allgemeinen gleich, da bei beiden Systemen die theoretischen Bedingungen zur Erreichung eines günstigen Wirkungsgrades auch praktisch zu erfüllen sind. Versuche, welche mit nach beiden Systemen ausgeführten Turbinen gemacht worden sind, bestätigen das Gesagte; aber dieselben Versuche haben auch bewiesen, daß bei einer Beaufschlagung einer und derselben Turbine mit veränderlichen Wassermengen, die Reactionsturbinen entschieden ungünstigere Wirkungsgrade geben als die Druckturbinen.

Die Ursache, weßhalb in dieser Beziehung die Reactionsturbinen den Druckturbinen nachstehen, liegt in dem verschiedenen Wirkungsprincip beider. Soll nämlich bei den Reactionsturbinen die ganze lebendige Kraft durch das Druckschaufelrad nutzbar gemacht werden, so muß nach dem früher Gesagten das Wasser im Druckrad in ununterbrochener Verbindung mit dem Wasser im Leitschaufelrad bleiben, denn nur dann kann der zwischen Leitschaufel- und Druckschaufelrad restirende, dem ganzen Gefälle zugehörige Ueberdruck dem Wasser im Druckschaufelrad mitgetheilt, in lebendige Kraft umgesetzt und durch das Druckrad nutzbar gemacht werden.

Wird aber, wie dieß namentlich bei den Jonval-Henschel'schen Turbinen geschieht, um dieselben mit einer kleineren Wassermenge zu beaufschlagen, ein Theil der Leitschaufelöffnungen geschlossen, so entsteht dadurch natürlich eine Unterbrechung des continuirlichen Zusammenhanges des Wassers im Leitschaufelrad mit dem Wasser im Druckschaufelrad, und die Folge davon ist, daß das im Druckschaufelrad befindliche Wasser, indem dasselbe bei der Umdrehung des Druckrades an dem geschlossenen Theil des Leitschaufelrades vorbeigeht, keinen Impuls durch den Ueberdruck |329| erhält, somit für diesen Theil des Wassers die dem Ueberdruck entsprechende Gefällhöhe für die Nutzleistung der Turbinen verloren geht. Dieser Verlust wird um so größer, je größer das Verhältniß des geschlossenen Theils des Leitschaufelrades zum offenen Theil desselben ist, mit anderen Worten, je geringer die beaufschlagte Wassermenge im Vergleich zur Maximalbeaufschlagung ist, weil hierdurch die Zeitdauer der Unterbrechung des continuirlichen Zusammenhanges des Wassers im Leitschaufel- und Druckschaufelrade eine größere und die Zeitdauer des continuirlichen Zusammenhanges des Wassers eine um so kleinere wird, somit auch der durch den Ueberdruck auf die einzelnen Theilchen der Wassermasse ausgeübte Impuls von geringerer Dauer ist, und sich entweder gar nicht oder kürzere Zeit andauernd von Wassertheilchen zu Wassertheilchen während der Bewegung des Wassers durch das Druckrad fortpflanzen oder wirken kann.72)

Daß sich durch eine solche theilweise Beaufschlagung, abgesehen von den dadurch andererseits nachtheilig auftretenden anormalen Geschwindigkeitsveränderungen, der Wirkungsgrad der Reactionsturbinen wesentlich alterirt und vermindert wird, ist jetzt schon a priori aus dem Gesagten zu ersehen, und wird auch, wie bereits oben erwähnt, durch die Versuche mit Reactionsturbinen bestätigt.

Trotz dieses principiellen Fehlers der Reactionsturbinen, bei Abnahme eines Maximalaufschlages auch eine Abnahme des Wirkungsgrades herbeizuführen, konnte der Verf. dieselben für den Constructionsentwurf der Rothenburger Turbinen nicht außer Acht lassen, da die Reactionsturbinen den großen Vortheil haben, daß ihr Wirkungsgrad durch Stauwasser nicht wesentlich beeinträchtigt wird, und gerade diese günstige Eigenschaft bei den erwähnten Gefällverhältnissen der Saale für die Rothenburger Turbinen sehr zu Gunsten der Reactionsturbinen sprach.

Es blieb demnach zu untersuchen, was ist bis jetzt von anderen Constructeuren gethan, um diesen Uebelstand bei den Reactionsturbinen zu beseitigen, und was kann in dieser Beziehung zur Vermeidung dieses Uebelstandes noch gethan werden. Diese Untersuchung mußte sich mit auf die bekannten Wasserregulirungen erstrecken, welche bei den Turbinen seither angewandt sind.

Diese Regulirungsapparate kann man in zwei Classen theilen; erstens in solche, bei denen der Querschnitt der Ausflußöffnungen der Leitschaufeln constant bleibt, und die Regulirung durch Vermehrung oder Verminderung |330| des Gefälles, somit durch Vermehrung oder Verminderung der Austrittsgeschwindigkeit des Wassers aus den Leitschaufeln geschieht. Die zweite Classe bezieht sich auf diejenigen Apparate, durch welche der Querschnitt der Leitschaufelöffnungen verändert wird, und das Gefälle constant bleibt.

Zur ersten Classe gehört der Ringschütze welchen Köchlin u. Comp. bei den von ihnen ausgeführten Turbinen anwenden, ferner die Regulirung durch eine Drosselklappe im Fallrohr der Turbinen. Daß diese Art der Wasserregulirung die schlechteste ist und auf den Wirkungsgrad der Turbinen am nachtheiligsten einwirkt, ist ohne Weiteres leicht einzusehen, denn jede Minderbeaufschlagung erfordert einen Gefällverlust, der um so größer wird, je geringer das Verhältniß der effectiven Beaufschlagung zur Maximalbeaufschlagung ist. Will man z.B. nur die Hälfte des Maximalaufschlags durch genannten Regulirungsapparat erzielen, so muß bei constantem Querschnitt der Leitschaufelöffnungen die Austrittsgeschwindigkeit auf die Hälfte reducirt werden, und da sich die Quadrate der Geschwindigkeiten wie die Druckhöhen verhalten, so muß in diesem Fall das Gefälle bis auf den vierten Theil des disponibeln Gefälles durch Erzeugung von kraftraubenden Widerständen beim Durchgang des Wassers durch die Turbine mittelst des Regulirungsapparats reducirt werden, und somit wird der Wirkungsgrad der Turbine in diesem Fall nur 1/4 desjenigen seyn, welchen die Turbine bei der Maximalbeaufschlagung hat. Eine derartige Wasserregulirung verdient den Namen „Krafttödter“ im vollsten Sinne des Wortes, und sollte füglich nur da angewendet werden, wo Kraft im Ueberfluß vorhanden ist und auf die billigste Art und Weise als solche vernichtet werden soll, oder wo dieselben als Sicherheitsschützen zu dienen haben, um die Turbinen bei vorkommenden Unglücksfällen etc. schnell abzuschützen und zum Stillstand zu bringen, wozu sich, nebenbei gesagt, namentlich der Ringschütze, wenn derselbe als Fallschütze eingerichtet ist, am bestell eignet.

Die zweite Classe der Wasserregulirungsapparate umfaßt diejenigen mechanischen Vorrichtungen, bei denen zur Veränderung des Querschnitts der Leitschaufelöffnungen: auf die Leitschaufeln gelegte Sectoren, Schlußklappen, halbkreisförmige Schützen, welche sich in einer verschiedenen Ebene der Leitschaufelradfläche bewegen, und je eine Hälfte des Leitschaufelrades ganz oder theilweise diametral verschließen, einzelne Schützen für je eine oder mehrere Leitschaufelöffnungen etc. zur Anwendung kommen. So sinnreich nun diese Vorrichtungen seyn mögen, und so viel mechanisches Talent auf die Construction derselben verwendet worden ist, um dieselben während des Ganges der Turbine zu handhaben, so wenig entsprechen auch diese Vorrichtungen nach dem früher Gesagten einer rationellen Regulirung der |331| Aufschlagwassermenge, und können nur als Geschwindigkeitsregulatoren der Turbinen dienen, ohne daß dadurch bei veränderlichen Beaufschlagungen der Wirkungsgrad der Turbine ein constanter bliebe, denn durch alle diese Regulirungsapparate tritt die schädliche Unterbrechung des continuirlichen Zusammenhanges des Wassers im Leit- und Druckschaufelrad ein, und hat die Verminderung des Wirkungsgrades zur Folge: sie heilen somit das Uebel nicht, mit welchem die Reaktionsturbinen principiell behaftet sind. Bei den Fourneyron'schen Turbinen wird, außer den genannten mechanischen Vorrichtungen, der ursprünglich von Fourneyron angegebene cylindrische Schütze zwischen Leitschaufel- und Druckschaufelrad noch öfter zur Regulirung des Wasserzuflusses angewendet. Obgleich mit diesem Schützen nur die Höhe des Leitschaufelrades verändert wird, und das Wasser in diesem mit dem Wasser im Druckrad in continuirlichem Zusammenhang bleibt, so treten doch durch eine solche Regulirung sowohl beim Austritt des Wassers aus dem Leitschaufelrad, als auch beim Durchfluß des Wassers durch das Druckrad ganz andere Geschwindigkeitsverhältnisse ein, als bei der Maximalbeaufschlagung der Turbine, wo die Höhe des Leitschaufelrades gleich der Höhe des Druckschaufelrades ist, durch die theoretischen Bedingungen gefordert werden; namentlich wird, wenn das Druckrad unter Wasser arbeitet, somit der Querschnitt zwischen je zwei Druckschaufeln ganz mit Wasser gefüllt ist, die relative und absolute Geschwindigkeit des Wassers im Druckrad wesentlich abgeändert, resp. vermindert, wenn der Schütze nicht bis auf seine ganze Höhe aufgezogen ist, und hierdurch tritt eine wesentliche Verminderung des Wirkungsgrades der Turbine auf. Etwas günstiger gestalten sich die Verhältnisse, wenn das Druckrad nicht unter Wasser, sondern frei in der Luft geht; unter diesen Umständen tritt das Wasser aus den Leitschaufeln fast mit der dem Totalgefälle entsprechenden Geschwindigkeit aus, und die Reactionsturbine verwandelt sich in eine Druckturbine; immerhin bleibt aber auch hier der Wirkungsgrad wesentlich hinter demjenigen zurück, welcher sich bei der Maximalbeaufschlagung ergibt, wobei die Turbine in ihren normalen Zuständen als Reactionsturbine arbeitet. Der Grund hierfür liegt darin, daß das Wasser bei seinem Durchgang durch das Druckrad am Anfang schon wesentliche Geschwindigkeitsstörungen wegen der größeren Höhe des Druckrades erleidet, und daß der Austrittswinkel der Leitschaufeln und der Ein- und Austrittswinkel der Druckschaufeln, resp. die Querschnitte zwischen je zwei Druckschaufeln, den Elementarbedingungen einer Druckturbine nicht entsprechen, wodurch namentlich eine große Unregelmäßigkeit der Bewegung des Wassers durch das Druckrad entsteht, welche höchst nachtheilig auf den Wirkungsgrad einwirkt.

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Man hat ferner, um das Uebel in engere Grenzen zu bringen, die Reactionsturbinen mit getheilten Leit- und Druckschaufelrädern construirt, welches System zuerst Fourneyron durch seine Etagenräder in die Praxis eingeführt hat, und bei den sogenannten Jonval'schen Turbinen schon seit längerer Zeit von Escher, Wyß und Comp. in Zürich, sowie von Hänel selbst im Jahre 1848 bei einer für die fürstl. Waldenburg'sche Mahlmühle zu Waldenburg ausgeführten Turbine in Anwendung gekommen, und neuerer Zeit fast von allen Turbinenconstructeuren für solche Fälle adoptirt ist, wo die Turbine mit veränderlichen Wassermengen, resp. Gefällen, zu arbeiten hat, und wo die bestmögliche Ausnutzung der disponibeln Wasserkraft gefordert wird.

Es ist nicht zu läugnen, daß diese Construction die allgemeinere Einführung der Turbinen veranlaßt, und das bis dahin gerechtfertigte Vorurtheil gegen die Turbine ein gutes Theil abgeschwächt hat. Dennoch bleibt diese Construction ein Palliativ, da durch dieselbe das Uebel nur gemildert, aber nicht radical gehoben wird.

Um diesen Ausspruch zu beweisen, denke man sich, es soll durch eine Turbine eine Wasserkraft bestmöglich nutzbar gemacht werden, welche, sey es durch die Gefällschwankungen oder durch die Wasserverhältnisse, erfordert, daß die Querschnitte der Leitschaufelöffnungen sich im Verhältniß wie 1 : 3 = 1/3 : 1 als äußerste Grenzen ändern müssen. Man kann für diesen Fall die Turbine dann so construiren, daß dieselbe zwei Abtheilungen erhält, wovon die eine 2/3, die andere 1/3 des ganzen erforderlichen Querschnitts der Leitschaufelöffnungen hat. Man wird also für die Maximalwassermenge durch Beaufschlagung beider Radabtheilungen, für 2/3 der Maximalwassermenge durch Beaufschlagung der 2/3 großen Radabtheilung und Verschluß der 1/3 großen Radabtheilung, und endlich für 1/3 der Maximalwassermenge durch Beaufschlagung der 1/3 großen Radabtheilung und Verschluß der 2/3 großen Radabtheilung, der theoretischen Bedingung des continuirlichen Zusammenhanges der Wassermasse im Leit- und Druckschaufelrad vollständig Genüge leisten können, und somit für diese drei Fälle mit constantem Wirkungsgrad der Turbine arbeiten. Kommen aber Wassermengen zur Verwendung, welche zwischen der Maximalwassermenge und 2/3 derselben, oder zwischen 2/3 der Maximalwassermenge und 1/3 derselben liegen, so muß ein theilweiser Verschluß der 2/3 großen Radabtheilung, resp. der 1/3 großen Radabtheilung, stattfinden. Hierdurch wird der continuirliche Wasserzusammenhang bei einer oder der anderen Radabtheilung unterbrochen, somit der Wirkungsgrad der Turbine herabgezogen, und kann deßhalb derselbe für alle Beaufschlagungen zwischen der Maximal- und Minimalwassermenge nicht constant bleiben.

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Noch auffallender würde der Unterschied der Wirkungsgrade einer Turbine mit Abtheilungen seyn, wollte man, wie bei den Rothenburger Turbinen oben angenommen ist, bei dem bedingten Verhältniß der Querschnitte der Leitschaufelöffnungen wie 1 : 0,2828 nur zwei Radabtheilungen nehmen; nothwendig müßte man bei einem solchen Verhältniß, unter Sicherung eines ziemlich constanten Wirkungsgrades, das Leit- und Druckschaufelrad in drei Abtheilungen theilen. Hiergegen treten aber andere praktische Gründe auf, zu welchen die complicirtere Ausführung der Turbine, das entstehende Mißverhältniß der Seitendimension der Ausflußöffnung zwischen je zwei Leitschaufeln und zwei Druckschaufeln, sowie endlich wegen der wesentlich verkleinerten Austrittsquerschnitte die Besorgniß der Verstopfung der Turbine durch mit dem Wasser geführte Unreinigkeiten, als Laub etc., zu rechnen sind. Diese praktischen Gründe sowohl, als auch das Bewußtseyn, daß durch Etagen- oder abgetheilte Turbinen das vorgesteckte Ziel doch nicht vollständig erreicht werden kann, bestimmten den Verf., von dieser Construction für die Rothenburger Turbinen abzusehen.

Es bleibt nun für die Reactionsturbinen noch eine Construction derselben übrig, um dieselben bei veränderlicher Beaufschlagung mit constantem Wirkungsgrad arbeitend fähig zu machen, und diese Construction besteht darin, daß das Verhältniß der Leitschaufelöffnungen und der Druckschaufelöffnungen ein constantes bleibt und nur die absolute Größe beider bei veränderlichen Beaufschlagungen entsprechend geändert wird. Hierdurch wird der gerügte Uebelstand bei den Reactionsturbinen radical beseitigt, denn die Turbine arbeitet stets mit jeder Wassermenge unter den günstigsten normalen Verhältnissen und wird auch ihr Wirkungsgrad nahezu constant bleiben.

Eine derartige Construction hat Hänel für die Fourneyron'sche Turbine entworfen, und im Jahre 1846 in Nr. 49 der deutschen Gewerbezeitung von Wieck bekannt gemacht; dieselbe besteht im Wesentlichen darin, daß die Höhe des Leitschaufelrades durch Hebung oder Senkung einer ringförmigen Platte im Leitschaufelrad und einer ähnlichen Platte im Druckschaufelrad dem Wasserconsum entsprechend vermehrt oder vermindert werden kann, somit die erwähnten Nachtheile der Etagenturbinen oder solcher mit abgetheilten Radkränzen bei dieser Construction ganz vermieden werden.

Da aber diese Construction, so rationell dieselbe theoretisch ist, in der Ausführung, Instandhaltung und Dauer wesentliche praktische Schwierigkeiten und Bedenken darbietet, und dieselbe genügend praktisch brauchbar eigentlich nur für Turbinen nach der Fourneyron'schen Construction ausführbar ist, Hänel aber aus anderen praktischen Rücksichten für die |334| Rothenburger Turbinen als Typus die Jonval-Henschel'sche Turbinenconstruction aufgestellt hatte, und ihm für diese trotz aller Mühe keine zweckmäßige Anordnung gelang, um die gleichmäßige Veränderung der Breite des Leitschaufelrades und des Druckschaufelrades erzielen zu können, so mußte er auf diese rationelle Wasserregulirung total verzichten, und er kam zu der Ueberzeugung, daß alle bei den Reactionsturbinen zur Zeit ausgeführten oder projectirten mechanischen Vorrichtungen und Anordnungen, den mehrfach gerügten Uebelstand der Reactionsturbinen zu beseitigen, theils in theoretischer, theils in praktischer Hinsicht durchaus nicht geeignet sind, daß er demnach für den Entwurf der Rothenburger Turbine von dem Wirkungsprincip der Reactionsturbine abstrahiren mußte, sollte die gestellte Aufgabe sowohl in theoretischer als in praktischer Beziehung vollständig gelöst werden. Leider opferte er damit gleichzeitig die vortreffliche Eigenschaft der Reactionsturbinen, daß dieselben bei Stauwasser, oder wenn das Druckschaufelrad unter Wasser geht, mit unverändertem Wirkungsgrad arbeiten.

Auf die bezügliche Untersuchung der Druckturbinen übergehend, überzeugte sich Hänel sofort, daß nach dem eben erwähnten Wirkungsprincip der Turbinen, wonach die ganze lebendige Kraft des Wassers schon im Leitschaufelapparat erzeugt werden und kein dem Arbeitsgefälle zugehöriger Ueberdruck zwischen Leit- und Druckschaufelrad vorhanden seyn soll, die Wasserregulirung ohne Schwierigkeiten rationell und ohne wesentliche Erniedrigung des Wirkungsgrades stattfinden kann.

Aus dem früher Gesagten ist es einleuchtend, daß eine Unterbrechung des continuirlichen Zusammenhanges des Wassers zwischen Leit- und Druckschaufelrad bei den Druckturbinen ohne wesentliche Nachtheile geschehen kann, weil das Druckschaufelrad nur als Recipient der schon im Leitschaufelrad entwickelten lebendigen Kraft der ganzen Wasserkraft dient, und im Druckrad selbst nur noch diejenige Größe an lebendiger Kraft hinzutritt, welche aus dem Fall des Wassers durch die Höhe des Druckschaufelrades entsteht, wenn letzteres frei und nicht unter Wasser arbeitet. Letzterer Zuwachs an lebendiger Kraft geschieht aber, gleichviel ob der Raum des Druckrades mit dem Raum des Leitschaufelrades in Verbindung steht oder nicht, und wird durch einen partiellen Abschluß der Leitschaufeln nicht gestört.

So vollkommen nun auch die Druckturbinen in Bezug auf die rationelle Ausnutzung veränderlicher Wassermengen sind, und so sehr auch die mit Druckturbinen angestellten Versuche diesen eminenten Vorzug derselben vor den Reactionsturbinen bestätigen, eben so sehr ist dieser günstige Erfolg an die für deren allgemeine Anwendbarkeit lästige Bedingung geknüpft, |335| daß das Druckschaufelrad einer Druckturbine sich frei und nicht unter Wasser bewegen darf, da im letzteren Falle die Druckturbinen nicht allein bei partieller, sondern selbst bei der Maximalbeaufschlagung minder günstige Wirkungsgrade ergeben als die Reactionsturbinen. Der Grund dieser Erscheinung liegt nach Hänel in Folgendem: Sowohl bei den Reactionsturbinen, als auch bei den Druckturbinen ist es zur Erreichung eines möglichst hohen Wirkungsgrades nothwendig, den Ausflußwinkel am Fuße der Druckschaufeln möglichst klein zu nehmen, damit das Wasser mit der möglichst geringen absoluten Geschwindigkeit das Druckrad verläßt; hierdurch wird aber auch ein kleiner Winkel für den Ausfluß des Wassers aus den Leitschaufeln bedingt. Damit nun das Wasser aus den Leitschaufeln ohne Stoß in das Druckrad trete, besteht eine bestimmte Beziehung zwischen der absoluten Austrittsgeschwindigkeit des Wassers aus den Leitschaufeln, der Radgeschwindigkeit und dem Austrittswinkel am Fuße der Leitschaufeln zu dem Eintrittswinkel bei den Druckschaufeln, oder zu der Richtung der relativen Eintrittsgeschwindigkeit des Wassers in das Druckrad; mit der weiteren, für einen hohen Wirkungsgrad günstigen Bedingung, daß die relative Austrittsgeschwindigkeit des Wassers aus den Druckschaufeln gleich oder nahezu gleich der Radgeschwindigkeit sey73), ergibt sich, daß, während für die Reactionsturbinen ein ziemlich großer Spielraum für die Wahl des Winkels der Richtung der relativen Eintrittsgeschwindigkeit mit der Richtung der Radgeschwindigkeit bleibt, dieser Winkel für die Druckturbinen ein ganz bestimmter, und ohne Rücksicht auf die Bewegungswiderstände des Wassers in der Turbine und des durch die Radhöhe etwa erzielten Gefälles genau doppelt so groß als der Austrittswinkel am Fuße der Leitschaufeln seyn muß, um der Bedingung zu genügen, daß die Geschwindigkeitshöhe der absoluten Geschwindigkeit des aus den Leitschaufeln laufenden Wassers gleich ist dem Arbeitsgefälle.74)

Während z.B. bei einer Reactionsturbine mit einem Austrittswinkel am Fuße der Leitschaufel von 15° der Winkel der Eintrittsrichtung der relativen Geschwindigkeit des Wassers 90° und noch größer seyn kann, müßte für diese Turbine, soll dieselbe als Druckturbine construirt werden, letzterer Winkel 2 × 15 = 30° werden. Denkt man sich nun zwei Druckschaufeln dieser beiden Turbinen, die eine mit einem Anfangswinkel z.B. von 90°, die andere von 30°, wie Skizze Fig. 3 und 4 angeben, gezeichnet, |336| so findet man, daß unter Voraussetzung einer für die ganze Höhe des Druckrades gleichen Kranzbreite sich die Querschnitte im Druckkranz wie die Normalen a.....a₆ in Fig. 3 für die Reactionsturbine, und wie die Normalen b.....b₆ in Fig. 4 für die Druckturbine verhalten. Die Querschnitte in Fig. 3 nehmen von a bis a₆ stets ab, während die Querschnitte in Fig. 4 von b bis b₂ zunehmen und von da bis b₆ abnehmen. Zieht man nun in Betracht, daß die Curve AB, Fig. 3, und die Curve CD, Fig. 4, die Richtung der bezüglichen relativen Geschwindigkeit ist, mit welcher das Wasser durch die Turbine geht, und daß diese relative Geschwindigkeit bei den Reactionsturbinen wegen des vorhandenen Ueberdrucks an der Uebergangsstelle von a bis a₆ wächst, während dieselbe bei den Druckturbinen von b bis b₆ mehr constant bleibt oder, wenn der Druckkranz frei und nicht unter Wasser geht, wie bei den Jonval-Henschel'schen Turbinen, durch den Fall des Wassers durch die Radhöhe vermehrt wird, so ergibt sich, daß bei den Reactionsturbinen der Raum zwischen je zwei Druckschaufeln, resp. die Querschnitte a.....a₆, vollständig mit dem Betriebswasser ausgefüllt werden, und da sich die Geschwindigkeiten umgekehrt wie die Querschnitte verhalten, das Gesetz der Abnahme der Querschnitte auch das Gesetz der Zunahme der relativen Geschwindigkeit des Wassers im Druckkranz ist, somit werden auch für die relative und die daraus mit resultirende absolute Geschwindigkeit des Wassers durch das Druckrad keine Störungen stattfinden können, und die theoretischen Voraussetzungen erfüllt werden, gleichviel ob das Druckrad unter oder über Wasser arbeitet, und hierin liegt der Grund, daß die Reactionsturbinen eben so günstig in Bezug auf den Wirkungsgrad arbeiten, ob das Druckrad derselben über oder unter Wasser geht.

Ein anderes Verhalten zeigt sich bei den Druckturbinen; da bei denselben, wie oben gesagt, die relative Geschwindigkeit des Wassers durch das Druckrad nahezu constant, resp. wenig zunehmend ist, so müßten auch bei den Druckturbinen die Querschnite b....b₆ zwischen je zwei Druckschaufeln dem Gesetz der relativen Bewegung des Wassers durch das Druckrad entsprechen; dieß ist aber nicht der Fall, vielmehr ändern sich, wie oben gezeigt, diese Querschnitte nach einem anderen Gesetz; die Folge hiervon ist, daß das Betriebswasser bei seiner Bewegung durch das Druckrad den Raum zwischen je zwei Druckschaufeln nicht stetig ausfüllt, oder, wenn dieß geschieht, daß die relative, resp. absolute Geschwindigkeit des Betriebswassers sich entgegen den theoretischen Bedingungen ändert. Geht das Druckrad über Wasser, so kann man füglich annehmen, daß das Betriebswasser bei seinem Durchgang durch dasselbe theils durch das Beharrungsvermögen, theils durch die Adhäsion der einzelnen Wassertheilchen, und, |337| weil keine besonderen Widerstände vorhanden sind, so viel Zusammenhang unter sich hat, daß es sich als geschlossener Wasserkörper auf der concaven Seite der Druckschaufel C, D, Fig. 4, bewegt, und die Geschwindigkeit der einzelnen Theilchen des Wassers im Druckrad den theoretischen Voraussetzungen entspricht; bei einer solchen Bewegung des Wassers wird aber die convexe Seite der gegenüber liegenden Druckschaufel E, G nicht berührt, es bildet sich, begrenzt durch diese Seite und die äußere concave Fläche EFG des Wasserkörpers, ein Raum, welcher unter den angeführten Umständen nur mit Luft erfüllt ist; auch bei theilweiser Beaufschlagung der Turbine wird sich eine Störung der vorgeschriebenen Bewegung des Wassers aus den Leitschaufeln und in dem Druckrad nicht ergeben, da sich der Außen- und Innendruck an der Uebergangsstelle zwischen Leit- und Druckschaufeln und somit auch die Austrittsgeschwindigkeit aus den Leitschaufeln ziemlich gleich bleibt, und endlich das Betriebswasser sich durch das Druckrad als zusammenhängender Wasserkörper bewegen wird, da der Raum zwischen zwei Druckschaufeln nur mit Luft erfüllt seyn kann, und hierdurch keine bedeutende Veranlassung zu Störungen der Bewegung des Wassers oder Ausbreitung des durchfließenden Wasserkörpers gegeben ist. Hieraus geht hervor, daß, wenn das Druckrad einer Druckturbine über Wasser in freier Luft geht, eine wesentliche Störung der Bewegung des Wassers im Druckrad nicht eintreten, somit der Wirkungsgrad auch nicht alterirt werden kann, und nahezu constant bleiben wird, wie auch die Größe der Beaufschlagung der Turbine ist. Sobald aber das Druckrad ganz oder auch nur theilweise unter Wasser geht, ist natürlich der Raum zwischen je zwei Druckschaufeln vollständig, resp. theilweise mit Wasser ausgefüllt, und das in das Druckrad tretende Betriebswasser ist durch die Erfüllung des Raums mit Wasser gehindert, als ein für sich allein zusammenhängender Wasserkörper, wie oben erwähnt, durch das Druckrad zu gehen; vielmehr wird das im Raum zwischen EFG und EG bereits befindliche Wasser mehr oder weniger mit zur Bewegung veranlaßt werden, und dadurch entstehen bedeutende Störungen in der theoretisch vorgeschriebenen Bewegung des Betriebswassers, welche entschieden von dem nachtheiligsten Einfluß auf den Wirkungsgrad seyn müssen; noch mehr tritt dieser Uebelstand hervor, wenn die Leitschaufeln theilweise geschlossen sind, indem das aus den offenen Leitschaufeln tretende Betriebswasser vorerst dem todten Wasser im Druckrad einen Impuls zur Bewegung ertheilen muß, wodurch sehr störende Unregelmäßigkeiten, namentlich in der absoluten Austrittsgeschwindigkeit des Wassers aus den Leitschaufeln, entstehen, und sich unter diesen Verhältnissen, ähnlich wie bei den Reactionsturbinen, aber intermittirend |338| ein Ueberdruck an der Uebergangsstelle bildet, wodurch der Ueberdruck der Turbine bei theilweiser Beaufschlagung derselben, wie oben erwähnt, um so mehr geschwächt wird.

Wäre es also möglich, die günstige Eigenschaft der Reactionsturbine, ohne Nachtheil unter Wasser arbeiten zu können, mit der anderen günstigen Eigenschaft der Druckturbinen, die rationelle Wasserregulirung derselben betreffend, combiniren zu können, ohne die gerügten Nachtheile beider Systeme mit in Kauf nehmen zu müssen, so wäre auch damit die Aufgabe für die Rothenburger Turbinen gelöst.

Diese Vereinigung der günstigeren Eigenschaften beider Turbinensysteme und die Lösung des Problems ergab sich bei Anwendung der vom Ingenieur Girard in Paris erfundenen, so überaus genialen Construction der hydropneumatischen Turbinen.75)

Girard's Construction besteht in der Hauptsache darin, daß das Leitschaufel- und das Druckschaufelrad durch ein besonderes, diese Theile umgebendes Gehäuse, oder dem entsprechende Construction des Untergerinnes, von der äußeren atmosphärischen Luft, ähnlich wie der Taucher in seiner Glocke, abgeschlossen ist; dieses Gehäuse taucht in das Unterwasser ein und das Innere desselben steht mit einer durch die Turbine bewegten Luftpumpe in Verbindung, welche in den Raum des Gehäuses nach Maaßgabe der Höhen des Unterwassers comprimirte Luft einpumpt, so daß das sonst in diesen Raum eintretende Unterwasser aus demselben nach außen verdrängt wird, und das durch den Raum umschlossene Druckrad der Turbine sich frei in der Luft bewegt.

Die Girard'sche Turbine selbst ist nach dem Wirkungsprincip der Druckturbinen construirt, so daß in Verbindung mit der Hydropneumatisation derselben, wodurch das Druckrad sich stets frei in der Luft und nie unter Wasser bewegt, die Girard'sche hydropneumatische Turbine vollständig den angestrebten Erfolg haben muß. Durch die mit Girard'schen Turbinen angestellten Versuche und die damit erlangten günstigen Resultate wird die Richtigkeit der Constructionsprincipien nachgewiesen; außerdem hatte Hänel Gelegenheit auf der Pariser Industrie-Ausstellung im Jahre 1856 und bei einem Besuch der berühmten Turbinenbauanstalt von Fontaine und Brault in Chartres sich noch durch eigene Anschauung von der allgemeinen Zweckmäßigkeit der Girard'schen Turbinenconstruction zu überzeugen, und so stand er nicht an, in seiner ersten Beantwortung der eingangs erwähnten Aufforderung, die Construction der |339| Girard'schen hydropneumatischen Turbinen als diejenige zu bezeichnen und zu empfehlen, durch welche auf die rationellste Art und Weise die bei den Rothenburger Turbinen vorgeschriebene Bedingung erfüllt würde, dabei noch anheimgebend, andernfalls Reactionsturbinen mit abgetheilten Radkränzen zu adoptiren.

Nach diesem Vorschlag ging ihm von betreffender Seite die Entscheidung zu, daß für die zum Betriebe der Rothenburger Mahlmühle bestimmten Turbinen die Reactionsturbine mit abgetheilten Radkränzen aus den von ihm angeführten Gründen nicht zur Anwendung kommen sollte, und wenn auch das rationelle Princip der Girard'schen hydropneumatischen Turbinen nicht verkannt würde, so müßte man auch von diesen wegen der größern Complication der Turbine durch die bedingte Anbringung der Luftpumpe und des hydropneumatischen Abschlusses der Turbine absehen, und könne sich nur dann für dieselbe entscheiden, wenn das Princip der Girard'schen Turbinen unbeschadet der vergleichsweisen Einfachheit der Construction gewöhnlicher Turbinen innegehalten werden könne, und stellte als ergänzende Bedingung zu der eingangs erwähnten noch die: daß dem geforderten Wirkungsgrad und der beanspruchten Leistung bei den genannten Gefällgrenzen ohne Anwendung von Luftpumpen und nur mit einfachem Kranze der Turbine Genüge geleistet werden müsse. In Folge dieser Entscheidung bemühte sich Hänel für die bei den Girard'schen Turbinen nöthige Luftpumpe ein genügendes Ersatzmittel ausfindig zu machen; es gelang ihm aber nicht, ein Ersatzmittel dafür aufzustellen, welches einfacher als die Luftpumpe war. Stellt man sich nun ernstlich die Frage, welchen Zweck verfolgte und erreichte Girard mit seinen hydropneumatischen Turbinen, so kann man keine andere Antwort finden, als der Verfasser schon oben bei Erklärung der Eigenthümlichkeiten der Druckturbinen und der Girard'schen Turbinen gegeben hat, und bei weiterer Verfolgung der Bewegung und Wirkung des Betriebwassers in einer Druckturbine ergab sich die Lösung des Problems einfach dadurch:

„die Druckschaufeln einer Druckturbine in der Art zu construiren, daß das Betriebswasser bei seinem Durchgang durch das Druckrad, gleichviel ob dasselbe frei oder unter Wasser arbeitet, keine andere Bewegung und Geschwindigkeit annehmen kann, als solche durch die Theorie für den günstigsten Wirkungsgrad streng vorgeschrieben ist, und daß somit die auf der Bewegungsrichtung normal stehenden Querschnitte genau mit der geforderten Geschwindigkeit des Wassers im Einklang stehen, oder mit anderen Worten, daß das Gesetz der Veränderung der Wassergeschwindigkeit das gleiche, aber umgekehrte, |340| für die Veränderung der Querschnitte zwischen je zwei Druckschaufeln ist.“

Diese Bedingung konnte erfüllt werden, wenn man, mit Berücksichtigung der Skizze Fig. 4 und des oben angeführten Verhaltens der Bewegung des Wassers durch das Druckrad einer Druckturbine, die concave Seite EFG des durch den Druckkranz in normalen Verhältnissen gehenden Wasserkörpers durch eine besondere Schaufel begrenzt; und damit ergab sich Hänel's Construction der Druckturbinen mit Rückschaufeln, wodurch die Bewegung des Betriebswassers unter allen Verhältnissen normal bleibt, und weder durch Unterwasser, noch durch die beim Freigehen des Druckrades in demselben befindliche Luft gestört werden kann.

Von der Richtigkeit dieser Construction vollständig überzeugt, wurde eine Modellturbine mit einem mittleren Durchmesser von 2 Fuß angefertigt, welche so eingerichtet war, daß dieselbe als Reactionsturbine, ebenso als Druckturbine mit oder ohne Rückschaufeln, untersucht werden konnte, und war die Einrichtung getroffen, daß das Druckrad sowohl in freier Luft, als auch unter Wasser arbeitete.

Die Versuche mit dieser Turbine wurden am 17., 18., 19. und 20. Juni 1858 in Rothenburg im Beiseyn des Hrn. Maschinenbauinspector Richards und des Hrn. Hüttenmeister Joachimi, Dirigent der Rothenburger Hütte, unter Assistenz des Hrn. Werkführer Demelius von Hänel vorgenommen, und die Resultate der abgenommenen Versuche zeigten mit Evidenz, daß die Druckturbine mit Rückschaufeln bei den verschiedensten Beaufschlagungen derselben, und unter Wasser gehend wesentlich constanter bleibende Wirkungsgrade ergab, als bei der nämlichen Beaufschlagung mit der Reactionsturbine erzielt wurden.

In Folge dieser Resultate übergab die Mansfelder Gewerkschaft der gräflich Stolber'schen Maschinenfabrik in Magdeburg die zum Betriebe der Mahlmühle erforderlichen acht Stück Turbinen als Druckturbinen mit Rückschaufeln zur Ausführung.

Diese Turbinen, welche sämmtlich einander gleich sind, besitzen, wie der Verticaldurchschnitt einer derselben Fig. 1 zeigt, in ihren Details mannichfache Eigenthümlichkeiten im Vergleich zu der einfachen, jetzt noch am häufigsten ausgeführten Bauart.

Das Fundament der Turbine besteht aus einem Pfahlrost, dessen Pfähle circa 40 Fuß tief eingerammt sind; mit demselben ist zunächst ein horizontales Balkenwerk verbunden, und auf diesem liegt ein aus starken, eichenen Schwellen gezimmertes Kreuz. Auf dieser Schwellenlage, und durch dieselbe hindurch mit 14 Bolzen verankert, ruht die Sohlplatte, welche ein vierarmiges Kreuz bildet und in der Mitte eine mit |341| einem runden Fuß versehene Säule zur Aufnahme einer schmiedeeisernen Spindel trägt, auf deren oberem Ende sich die Spurplatte zum Zapfen befindet. Die Spindel ist in die gußeiserne Säule conisch eingesetzt, und wird durch einen Keil gegen Umdrehung geschützt. Auf den vier Sohlplattenarmen stehen auf länglichen Füßen vier Säulen, auf denen, mit ihnen verschraubt, der Tragkranz mittelst röhrenartiger Ansätze, in welche die Säulen eingedreht sind, ruht.

Das Leitrad besteht aus einem inneren Kranze mit den Schaufeln und einem äußeren Kranze, welcher letztere in den Tragkranz eingelegt und mit demselben, durch Stellschrauben gesichert, verbunden ist. Die Anzahl der Leitschaufeln beträgt 32, und jede derselben ist durch zwei vernietete Zapfen mit dem inneren Kranze fest verbunden. 24 Schaufeln haben eine Blechdicke von 1/4 Zoll, 8 jedoch eine Dicke von 3/8 Zoll, und letztere sind an der obern Seite in radialer Richtung mit schmiedeeisernen Schienen versehen, deren vor die Peripherie der Schaufeln vorspringende Enden sich in entsprechende Lücken im äußeren Kranz einsetzen, und das Leitschaufelrad mit der auf demselben liegenden Abschützung und die darüber stehende Wassersäule zu tragen haben. Der äußere Leitschaufelkranz bildet durch seine drei Wände einen hohlen Raum, welcher durch einen aufgelegten, schmiedeeisernen Ring abgeschlossen, und durch eingegossene Zwischenwände in 32 Kammern abgetheilt wird, von denen jede mit einer Zelle des Leitrades mittelst eines in den äußeren Leitschaufelkranz eingebohrten Loches communicirt. Ebenso enthält der aufgelegte Ring für jede Kammer ein Loch, in welches sich ein bis über das Wasser hinaus gehendes schmiedeeisernes Rohr, das mit einem ringförmigen Ansatze auf dem Deckringe steht, einsetzt.

In dem inneren Leitradkranz ruht, und ist mit demselben durch Stellschrauben ein Kranz verbunden, welcher mit 4 Armen und einem nabenartigen Mittelstück aus dem Ganzen besteht. Die Flächen zwischen den Armen werden durch eingefaßte Blechsectoren ausgefüllt. Der genannte Mitteltheil besteht aus einem Hohlcylinder, dessen obere äußere Peripheriefläche als Zapfen für den Abschützapparat, und dessen untere innere Peripheriefläche als Gehäuse für das untere Halslager der Turbinenwelle dient. Dieses Lager besteht aus einem in den Hohlcylinder eingeschobenen gußeisernen Körper mit 3 Kammern, in welchen sich Pockholzklötze als Lagerung für die Welle befinden. Das Pockholz eignet sich, wie die Erfahrung gelehrt hat, für Lagerungen unter Wasser ganz vorzüglich; das hier verwandte Holz hatte noch, um eine möglichste Sicherheit für seine Unwandelbarkeit im Wasser zu erlangen, vor seiner Verwendung während einiger Monats im Wasser gelegen. Durch hinter dem Pockholz befindliche |342| Keile, deren Seitenflächen an den Kammerwänden und deren äußere Flächen an dem Hohlcylinder anliegen, werden die Klötze in ihrer Lage zur Welle fixirt. Um die Keile leicht bewegen zu können, gehen dieselben an ihren oberen Enden in Stangen über, die über dem Wasser nach Bedürfniß angezogen werden können. Mit der unteren Manische des Hohlcylinders ist eine Scheibe verschraubt, auf welcher der gußeiserne Lagerkörper ruht, und in beiden befindet sich noch, entsprechend eingedreht, ein metallener Führungsring. In der Richtung nach oben wird das Lager durch einen Einsatz, mit Lücken für die Keilstangen versehen, festgehalten. Ein auf den Hohlcylinder aufgesetztes, bis über das Wasser ragendes Blechrohr schützt das Lager vor von dem Wasser mitgeführten Unreinigkeiten.

Das Druckrad besteht aus einem vierarmigen Kreuze mit der Nabe, einem gußeisernen Kranze mit den eingenieteten Blechschaufeln und einem äußeren Blechmantel. Der gußeiserne Kranz sitzt mit entsprechenden Lappen auf dem Kreuze, und nimmt dasselbe durch in dem Kreuz vernietete Stifte mit, welche zur einen Hälfte von den Lappen umschlossen werden, zur anderen Hälfte im Arme liegen.

Die Anzahl der Druckschaufeln ist 32; jede Schaufel ist 1/4 Zoll stark und durch drei vernietete Zapfen an den gußeisernen Kranz befestigt. Nach Redtenbacher würden die Schaufeln 0,025 des Radius, also 3/4 Zoll stark, und von Gußeisen zu machen seyn; die Stärke von 1/4 Zoll, welche 0,008333 R entspricht, ist jedoch hier vollkommen genügend, da den Schaufeln durch die angenieteten Rückschaufeln eine bedeutende Stabilität gegeben ist. Die Oberflächen der Schaufeln des Druckrades sowohl, als auch die des Leitrades, sind abgeschliffen worden, um den Druckhöhenverlust durch Reibung des Wassers an den Schaufeln möglichst herabzuziehen.

Der äußere Blechmantel besteht aus zwei Theilen, welche an ihren Schnittstellen mittelst zweier Klammern zusammengehalten und durch zwei angenietete Nasen, welche sich in entsprechende Löcher an zwei Schaufeln einsetzen, getragen werden. Werden die Klammern gelöst, so lassen sich die beiden Ringhälften abheben, und alsdann die Schaufeln auf die leichteste Weise reinigen. Die Nabe des Druckrades sitzt auf einem in die Welle eingelassenen, schmiedeeisernen Ringe, und nimmt die letztere durch eine starke Feder mit.

An den Tragkranz ist ein Blechcylinder von 8 Fuß Durchmesser geschraubt, durch welchen der Turbine das Oberwasser zugeführt wird; derselbe liegt mit seinem oberen, durch einen aufgenieteten Ring verstärkten Ende in einem in die Verdielung des Obergerinnes eingelassenen Ringe |343| aus Winkeleisen an. Dieser Anschluß erleichtert die Montirung, und gestattet dem Obergerinne eine kleine Senkung ohne Einfluß auf die Turbine.

Die hier gewählte, von Fontaine zuerst angegebene Anordnung einer hängenden Welle, eine gegen die gewöhnliche Einrichtung mit stehendem Zapfen allerdings complicirtere und somit theurere Construction, steht jedoch der gewöhnlichen Einrichtung in der Sicherheit und Bequemlichkeit des Betriebes durch den wesentlichen Vorzug sehr voran, daß der der Abnutzung und Veränderung am meisten ausgesetzte Theil, der Spurzapfen, ohne Schwierigkeit zugängig ist, und die Schmierung desselben auf die leichteste und sicherste Art bewirkt werden kann.

Die Turbinenwelle ist ein gußeisernes Rohr; auf dasselbe ist ein cylindrischer Körper mit zwei Durchbrechungen, eine sogenannte Laterne aufgeschoben, und durch vier Schrauben, deren Köpfe in eingefrästen Löchern der Welle liegen und deren Muttern sich auf der Laterne befinden, mit der Welle fest verbunden. In die Welle ist eine schmiedeeiserne Mutter eingelegt, welche mit zwei in die seitlichen Durchbrechungen der Laterne passenden Lappen versehen ist, und durch die letzteren von der Laterne mitgenommen wird. Die Mutter enthält eine schmiedeeiserne Schraube, welche nach unten in den stehenden Zapfen endigt, nach oben in eine glatte Spindel mit sechseckigem Ansatz ausläuft.

In das Kopfende der gußeisernen Welle ist eine Metallbüchse eingeschoben, welche den Zapfen umschließt. Die Spurplatte sowohl, als auch der Zapfen sind von Stahl, mittelst Ansätzen in die Schraubenspindel und die schmiedeeiserne Säule eingelassen, und mit denselben durch Längskeile an den Ansätzen verbunden. Zwischen die Spurplatte und den Zapfen ist eine Platte von Hartmetall, welche sich frei und unabhängig von den stählernen Spurplatten bewegen kann, eingelegt. Auf dem oberen Ende der Schraubenspindel befindet sich ein Oelkelch mit Röhrchen und Docht, dessen Oel der Spur durch die Bohrung in der Spindel zugeführt wird. Damit sich die Schraube in ihrer Mutter bei der Umdrehung der Turbinenwelle nicht drehe, wird die erstere in ihrem oberen glatten Theile durch eine Pressionsschraube festgehalten; diese letztere liegt in einem Ringe, welcher auf das obere Ende der Laterne aufgeschoben ist.

Bei dieser Zapfenanordnung ist die Möglichkeit gegeben, durch Drehen der Schraube das Druckrad etwas heben oder niederlassen, somit die Spalte zwischen Leitrad und Druckrad nach Erforderniß stellen zu können, was namentlich bei Abnutzung der Spurflächen wichtig ist, da in Folge einer zu großen Spalte der gute Uebertritt des Wassers aus den Leitschaufeln in die Druckschaufeln gefährdet, und bei einem etwaigen Ueberdruck des Wassers an der Spalte ein größerer Wasserverlust durch dieselbe, also |344| eine Verminderung des Wirkungsgrades der Turbine veranlaßt wird. Auch das Auswechseln irgend eines Theiles des Zapfens kann bei dieser Construction ohne alle Schwierigkeit geschehen, da man durch Drehen der Schraube die Welle bis zum Aufsitzen auf die unter ihr stehende gußeiserne Säule niederlassen, und nach dem Aufwärtsdrehen der Schraube den betreffenden Theil herausnehmen kann.

Die Turbinenwelle wird in ihrem oberen Theile noch durch ein Halslager geführt, dessen gußeiserner Körper auf einem doppelt gerippten Träger sitzt, welcher seinerseits wieder auf, mit der Wand durch Bolzen verankerten Consolen ruht.

Die Turbine wird durch einen Kreisrechen gegen die von dem Wasser angeschwemmten Gegenstände geschützt; derselbe wird von 64 Stück 5/80 zölligen Stäben und den 32 Rohren gebildet, welche sämmtlich durch einen schmiedeeisernen Rechenkranz oberhalb des Wassers gehen. Die Stäbe sind in eingebohrte Vertiefungen des auf dem äußeren Leitschaufelkranz liegenden Deckringes eingesetzt, und 56 an ihren oberen Enden mit Haken versehen, um sie leicht ausheben zu können. Während der Kranz durch acht mit Bünden versehene Rechenstäbe getragen wird, ist er in horizontaler Richtung durch vier mit einer gußeisernen Scheibe verschraubte Spannstangen festgehalten. Diese Scheibe ist mit dem die Welle umgebenden Blechrohre verbunden, und hat außerdem noch den Zweck, die Keilstangen des Pockholzlagers aufzunehmen und den Muttern derselben als Unterlage zu dienen.

Die Abschützung der Leitschaufeln geschieht, ähnlich einer von Henschel zuerst ausgeführten Construction, durch zwei diametral einander gegenüber liegende conische Rollen, welche außer der Bewegung um ihre geometrische Achse eine im Kreis um die Turbinenachse auf dem Leitrad fortschreitende Bewegung besitzen, so daß jede Rolle einen auf sie aufgewickelten Gutta-percha-Streifen auf eine halbe Ringfläche des Leitrades abrollen kann. Durch die Achse jedes Kegels geht ein Bolzen, an dessen Enden die Arme einer Gabel angreifen; diese Gabel sitzt mit ihrem einfachen Ende in einer Hülse fest, welche auf einer horizontalen Achse drehbar ist. Der früher beschriebene Mitteltheil des Kreuzes auf dem Leitrade dient als Achse für ein Zahnrad, welches sich um dieselbe dreht. Die Nabe des Rades ist mit einer Metallpfanne versehen, welche auf einem über den Hohlcylinder geschobenen losen Ring ihre Unterlage findet. Das Rad selbst besteht aus zwei mit einander verschraubten Hälften, von denen die eine verzahnt, die andere ohne Zähne ist, aber zwei Ohren besitzt, welche die horizontale Achse, an deren Enden sich die Gabeln mit den Rollen befinden, trägt. In die Verzahnung des Kranzes greift ein an einer verticalen |345| Welle sitzendes Getriebe. Der Zapfen dieser Welle steht in einem mit Pockholz ausgekleideten Lager, welches mit einem Arme des in den innern: Leitschaufelkranz eingelegten Kreuzes verschraubt ist. Durch Umdrehen der verticalen Welle wird der Zahnkranz bewegt, und hiermit die horizontale Achse mit den Rollen verschoben, in dessen Folge sich die Rollen drehen und die auf sie aufgewickelten Gutta-percha-Streifen abgewickelt werden. Da sich mit dem durch die Abwicklung veränderten Durchmesser der Rollen deren Höhe über dem Leitschaufelkranz etwas ändert, so kann sich bei der hier getroffenen Anordnung die Gabel mit der Hülse um die Achse der letzteren etwas drehen und heben. Die Rollen sind hohl und durch Ausfüllung derartig schwer gemacht, daß die durch ihr Gewicht auf den Streifen hervorgebrachte Reibung groß genug ist, um die Steifigkeit der Streifen zu überwinden und kein Gleiten zu gestatten. Ein jeder der Gutta-percha-Streifen ist mit dem einen Ende an einer Leitschaufel, mit dem andern an der Rolle befestigt und, um ihm Widerstandsfähigkeit gegen den Druck des Wassers zu verleihen, mit schmiedeeisernen Schienen versehen, welche an der äußeren Peripherie des 1/4 Zoll starken Streifens 1/8 Zoll dick, 7/8 Zoll breit und 1/8 Zoll von einander entfernt, und durch vier Kupferniete mit dem Streifen verbunden sind. Die Schienen verjüngen sich nach innen derart, daß die Spitzen der Ergänzungskegel bei jedem Durchmesser der Rollen in der Turbinenachse, um welche ihre Bewegung erfolgt, liegen. Auf diese Weise dient die Gutta-percha nur als Scharnier für die Eisenschienen und als Abdichtung. Die verticale Abschützwelle wird an ihrem oberen Ende durch ein auf den vorderen Träger geschraubtes Halslager geführt. Ein Winkelradvorgelege bringt die verticale Welle mit einer horizontalen und ein zweites Winkelradvorgelege die letztere mit einer wiederum verticalen Welle, deren Spurlager sich auf dem vordern Träger befindet und die sich bis in den Raum der Mahlgänge fortsetzt, und daselbst durch ein Griffrad bewegt werden kann, in Verbindung. Ein ferner noch an dieser Stellvorrichtung befindliches Zählwerk gibt die Anzahl der geöffneten Zellen an.

Es hat sich sowohl bei den Versuchen, als auch im Laufe der Zeit keinerlei Unregelmäßigkeit oder Nachtheil dieser Schützenvorrichtung herausgestellt. Ein solcher Kreisschütze besitzt aber gegen die am häufigsten angewandte Art der Abdeckung mittelst Klappen die Vorzüge, daß man den Wasserzufluß in sehr engen Grenzen reguliren kann, ferner daß derselbe in der Handhabung sehr bequem, leicht und einfach ist und, daß, den mit der Hand zu bewegenden Klappen gegenüber, die Gefahr eines einseitigen Drucks der Turbinenwelle auf das Halslager, welches bei nachlässigem Ziehen der Klappen eintreten kann, vermieden ist.

|346|

Die Transmittirung der Bewegung von der Turbinenwelle auf die Königswelle geschieht durch ein Stirnrädervorgelege mit eisernen Kämmen. Das Stirnrad auf der Turbinenwelle ruht, gleich dem Druckrade, auf einem aus zwei Theilen bestehenden, in die Welle eingedrehten Ringe auf, und ist durch eine starke Feder mit der Welle verbunden. Der Spurtopf der Königswelle steht auf einem dem des Turbinenhalslagers im Allgemeinen gleichen, gußeisernen Träger, welcher auf Consolen liegt, die mit denen des vorderen Trägers aus dem Ganzen und mit den Gewölbmauern verankert sind. Beide Träger sind durch vier Querbalken mit einander verbunden.

Die Hauptdimensionen der Turbine sind folgende:

Der äußere Durchmesser des Druckrades an der Eintrittsseite
und des Leitrades

5 Fuß

7 1/2 Zoll
Der innere Durchmesser 4 „ 4 1/2 „
Der mittlere Durchmesser 5 „ – „
Der äußere Durchmesser des Druckrades an der Austrittsseite 6 „ 3 „
Der innere Durchmesser 3 „ 9 „
Das Verhältniß des inneren zum äußeren Durchmesser des
Druckrades an der Eintrittsseite

0,7777

= 7/9
An der Austrittsseite 0,6 = 3/5
Die Höhe des Druckrades 1 Fuß.

Die Winkel auf dem Mantel des mittleren Cylinders von 5 Fuß Durchmesser sind, nach einer an der ausgeführten Turbine vorgenommenen Messung, folgende:

Der Austrittswinkel aus den Leitschaufeln α = 22° 30'
Der Eintrittswinkel in die Druckschaufeln, genommen
in der Bewegungsrichtung des Rades

β = 45°
Der Austrittswinkel aus den Druckschaufeln an der
concaven Curve

δ = 26° 20'
An der convexen Curve δ = 23°.

Der Winkel β ist an der inneren Peripherie des Druckradkranzes ein kleinerer, an der äußeren Peripherie ein größerer als auf der mittleren Cylinderfläche, indem berücksichtigt worden ist, daß die Peripheriegeschwindigkeit in der Radweite eine veränderliche, die absolute Austrittsgeschwindigkeit aus den Leitzellen eine constante, und somit die relative Eintrittsgeschwindigkeit ihrer Richtung und Größe nach variabel ist.

Fig. 2 zeigt die Schaufelung der Turbinen, wie sie sich ergibt, wenn die auf dem Mantel des mittleren Cylinders befindlichen Schaufelquerschnitte in eine Ebene gelegt werden; die Leitcurven sind nur in ihren |347| unteren Theilen angegeben. Die normalen Querschnitte der Laufradzellen sind an allen Punkten gleich groß, sowie auch die relativen Geschwindigkeiten, wenn das Rad unter Wasser geht. In eine der Zellen ist der mittlere relative Weg des Wassers eingezeichnet, und aus diesem unter der Annahme, daß die relative Geschwindigkeit gleich der Peripheriegeschwindigkeit ist, der absolute Weg des Wassers construirt worden, und ebenso für sämmtliche zwischen zwei Radcurven auf dem mittleren Cylindermantel befindlichen Wassertheile. Die Fläche der absoluten Wasserwege einer Zelle hat bei dieser Schaufelung eine vom Eintritt bis zum Austritt stetig zunehmende Breite.

Die normale Geschwindigkeit der Turbine war für den Betrieb der Mahlmühle zu 30 bis 36 Umdrehungen pro Minute festgestellt, also im Mittel zu 33 Umdrehungen.

Die genaue Ermittelung des Austrittsquerschnittes für das Leitrad erfordert bei der eigenthümlichen Schaufelconstruction noch folgende Betrachtung. Der Winkel β der Druckschaufel ist für die Hauptcurve 45°, für die Rückcurve dagegen ein kleinerer; dieser kleinere Winkel ergibt sich dadurch, daß der Punkt D der Rückcurve, in welchem die Eintrittsnormale steht, geradlinig mit dem Anfang der Hauptschaufel verbunden ist. Die Druckschaufel hat an ihrem oberen Ende einfache Blechstärke; der obere Stoß ist nicht abgerundet, sondern ebenflächig. Das Wasser strömt mit der absoluten Geschwindigkeit c und unter dem Winkel α in der Normale GJ, aus und beginnt unter dem Winkel α seinen absoluten Weg durch die Druckzelle. Das bei A ankommende Wasserelement gleitet entlang der concaven Druckcurve, und durchläuft den absoluten Weg AM. Unter denselben Bedingungen, wie dieses Element, befindet sich bei D, woselbst die Tangente DE unter 45° gegen AC liegt, ein Element, welches entlang der Rückcurve gleitend, den absoluten Weg EON verfolgt. Es ist ersichtlich, daß die Wasserfäden, welche auf die Rückcurve von B bis D, resp. von B bis O treffen, nicht fortgeleitet werden können, sondern sich über der Linie BO in der Richtung des Austrittswinkels α in Ruhe befinden werden. Der Punkt E ist der letzte, an welchem ein unter α aus der Leitzelle tretendes Element seinen absoluten Weg durch die Druckzelle unter dem gleichen Winkel beginnen, und ohne Stoß an der Rückcurve fortgleiten kann. Der Wasserkeil BED muß also als in Ruhe befindlich betrachtet, und als die durch die Druckschaufel verursachte Verengung des Austrittsquerschnittes der Leitzelle die auf GJ bezogene Projection KL der Linie CB + BE = CE angenommen werden. Es versteht sich von selbst, daß der Wasserkeil BED nicht so unwandelbar, wie es die vorige Betrachtung annimmt, bestehen wird, da durch die |348| Reibung der an der Wasserfläche ED gleitenden Wasserschicht auch das Wasser des Keils in Mitleidenschaft gezogen werden wird; ferner wird, so oft ein Druckschaufelstoß unter einen Leitschaufelstoß zu treten beginnt, der Wasserkeil ganz oder zum Theil abfließen und, wenn die vollkommene Deckung der Stöße aufzuhören anfängt, von dem Wasser aus der nächsten Leitzelle wieder ersetzt werden müssen. Es können jedoch diese beiden Umstände für den vorliegenden Zweck unbeachtet gelassen werden, da der erstere sich in einer kleinen Störung der Bewegung der die Rückcurve entlang fließenden Wasserschicht äußern, der letztere in der wiederholten Herstellung eines ruhenden Keils, dessen Wasser seine Geschwindigkeit einbüßte, einen sehr kleinen Effectverlust hervorbringen wird.

In Folge der Dicke der Leitschaufeln bildet sich unter den Stößen in der Richtung der Schaufeln bei unter Wasser stehendem Leitrad ein mit unbewegtem Wasser, bei über Wasser befindlichem Leitrad ein mit Luft erfüllter Raum, dessen verticaler Querschnitt ein Dreieck bildet. In Fig. 2 ist derselbe für den Leitschaufelstoß HG construirt. Die Seite HP ist der absolute Weg des bei H austretenden Wassertheilchens; die Seite GP ist ein Parabelbogen, welcher von dem bei G unter dem Winkel α ausströmenden Wasserelement durchlaufen wird. Dadurch, daß die von den beiden Flächen einer Leitschaufel abfließenden Wasserschichten in dem Druckrad auf einander treffen, wird eine gewisse Unregelmäßigkeit in der Wasserbewegung entstehen. Diese Störung wächst mit der Dicke der Schaufeln, da mit derselben der Winkel, unter welchem sich die Wasserschichten wieder vereinigen, ein größerer wird, und es ist gut, die Leitschaufeln nicht stärker, als eben nöthig, zu machen. Der betrachtete Wasserkeil verschwindet, so oft eine Druckschaufel unter die Leitschaufel tritt, und sein Vorhandenseyn findet daher nach demselben Gesetze statt, welches für die Verengung des Austrittsquerschnitts aus den Leitzellen aufgestellt wurde.

Für die Construction des absoluten Weges des Wassers ist, wie bereits bemerkt, angenommen worden, daß die relative Austrittsgeschwindigkeit gleich der Peripheriegeschwindigkeit ist; das Wasser wird unter dem Winkel δ – 26° 20' aus dem Druckrad treten, und, wie in der Zeichnung angedeutet ist, ein beim Unterwassergang der Turbine mit todtem Wasser erfüllter keilförmiger Raum von der Austrittsnormale ab an der Rückcurve verbleiben.

Bezüglich der angestellten umfassenden Versuche und der Discussion ihrer Resultate verweisen wir auf die ausführlichen Mittheilungen in unserer Quelle.

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Nichts kann bezeichnender für die Bedingungen der bestmöglichen Wirkung der Reactionsturbinen seyn, als die französische Benennung derselben: Roues hydrauliques à pression universelle et continue.“

|335|

Zeuner im Civil-Ingenieur, Bd. I S. 157.

|335|

Siehe Weisbach's Ingenieur- und Maschinen-Mechanik, 2te Aufl., Bd. II S. 350; auch Zeuner, Civil-Ingenieur, Bd. II S. 101.

|338|

Man sehe die Mittheilungen über Girard's Turbinen im polytechn. Journal Bd. CXXXVII S. 10, Bd. CXL S. 412, Bd. CXLII S. 1 und Bd. CXLIV S. 401.

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