Titel: | Beschreibung der Turbine mit vielen Schüzen des Hrn. Fontaine, Mechanikers in Chartres. |
Fundstelle: | Band 96, Jahrgang 1845, Nr. LXXXV., S. 340 |
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LXXXV.
Beschreibung der Turbine mit vielen
Schuͤzen des Hrn. Fontaine, Mechanikers in Chartres.
Aus dem Bulletin de la Société
d'Encouragement, Febr. 1845 S. 53.
Mit Abbildungen auf Tab.
V.
Ueber Fontaine's Turbine.
Der Erfinder dieser Turbine erhielt bei der Industrieausstellung zu Paris im Jahre
1844 wegen derselben eine silberne Medaille.
Fig. 1 ist ein
verticaler Durchschnitt durch die Mitte der Turbine, ihrer Schüzenvorrichtung und
des Leitrades. Fig.
2 zeigt die vollständige Turbine von Oben gesehen. Hr. Fontaine läßt einen oberhalb angebrachten Zapfen das
ganze Gewicht der Turbine tragen; dieser Zapfen dreht sich mit einer hohlen Säule A, an welche oben eine Erweiterung A' angegossen ist, um darin Raum für die Pfanne, den
Zapfen und die Schraubenmutter zu haben. Diese Säule umgibt fast ihrer ganzen Höhe
nach eine Achse B, welche in der Mitte der Fußplatte C gut befestigt ist, und diese selbst ist zuvor auf
einen großen Quaderstein D am Grunde des Wassers
aufgeschraubt. Der obere dikere Theil a dieser Achse ist
mit einer metallenen Pfanne b, Fig. 3, versehen, und in
diese ist eine Stahlplatte c eingelegt, auf welcher sich
der Zapfen d dreht. Lezterer ist von Schmiedeisen, unten
angestählt und weiter oben mit einem Gewinde versehen, über welches eine Mutter e geschraubt wird, um die Höhe der Turbine zu reguliren.
Soll die Bewegung der Turbine in ein höher gelegenes Stokwerk fortgepflanzt werden,
so kuppelt man auf die Säule A eine verticale Achse E und läßt den Zapfen d in
dieselbe hineinreichen.
Das eigentliche Rad besteht aus zwei Theilen: 1) aus einer Krone F, welche aus zwei concentrischen Ringen besteht,
zwischen denen sich die gekrümmten Schaufeln f befinden;
2) aus einem gußeisernen Teller H, welcher auf die sich
drehende Achse oder Säule mittelst Schrauben h befestigt
ist. Die Oeffnungen g in diesem Teller gestatten, daß
man das Innere reinigen, die Schrauben h anziehen und
die Mutterschrauben, durch welche die Krone der Turbine mit dem Teller verbunden
ist, einbringen kann.
Ueber der Krone F ist eine zweite G, Fig.
1, 2, 6
und 8
angebracht. Sie ist mit den Leitschaufeln i aus einem
Stük gegossen, deren Neigung Fig. 6 und 7 der Neigung der
Turbinenschaufeln entgegengesezt ist. Die Zahl der Leitschaufeln beträgt die Hälfte
der Turbinenschaufeln. Da die Krone G ganz feststehen
muß, schraubt sie Hr. Fontaine mit Schrauben k auf Balken, welche in das Fundament-Mauerwerk
eingelassen sind, so daß sie ungefähr gleiche Höhe mit dem gewöhnlichen
Unterwasserspiegel haben. An der Krone G sind innen und
außen Ränder angegossen, damit man dieselbe an eine gußeiserne Scheibe I anschrauben kann, welche mit einem hölzernen Boden n bedekt wird. Die Scheibe I
ist in der Mitte mit zwei metallenen Lagern m versehen,
um die Turbinenachse in verticaler Richtung zu erhalten und zu verhüten, daß
dieselbe nicht einem Seitendruke nachgeben kann.
Aus dem Durchschnitte Fig. 1 ist ersichtlich, daß der obere Theil der Krone, da wo das Wasser
in dieselbe einströmen soll, abgerundet ist und sich an den abgerundeten Theil des
Holzbodens anschließt, um den Wassereinstuß zu erleichtern und die Contraction zu
verringern. Eine aus zwei Theilen bestehende Röhre K,
welche sich bis über den höchsten Oberwasserspiegel erhebt, verhindert daß das
Wasser zu den Lagern in
der Scheibe I gelangen kann. Hr. Fontaine nimmt, wie bei dem Systeme von Callon
eben so viele Schüzen an, als Oeffnungen in dem Leitrade sich befinden. Jede dieser
Schüzen besteht aus einer rechtwinkeligen gußeisernen Platte p, welche mit kleinen Vorsprüngen versehen ist, die in Nuthen eintreten,
welche sich in den beiden cylindrischen Theilen der oberen Krone befinden. Sind
diese Schüzen auf die tiefste Stelle herabgelassen, so schließen sie die
Zuflußöffnungen Vollkommen, wie aus Fig. 6 zu sehen ist; sind
sie aber in die Höhe gezogen, so lassen sie diese Oeffnungen ganz frei, wie Fig. 7 deutlich
zeigt. Die Rükseite einer jeden Schüze p ist mit einem
abgerundeten Holzstüke r versehen, um dem Wasser so
wenig als möglich Widerstand darzubieten und folglich Kraftverlust zu vermeiden.
Diese Holzbekleidung geht bis auf die Ebene des Rades hinab, und bedekt so
vollständig zwei auf einander folgende Schaufeln, wie Fig. 6 zeigt.
Um alle Schüzen gleichzeitig mit einander bewegen zu können, befestigt Hr. Fontaine oben an jeder derselben eine verticale Stange
j, und diese sind wieder mit einem
gemeinschaftlichen Ringe J, Fig. 1 und 6, verbunden, welcher an
seinem Inneren Ohren t trägt, um in denselben die drei
Zugstangen N befestigen zu können, welche nur gehoben
oder gesenkt zu werden brauchen, um zu gleicher Zeit alle Schüzen zu öffnen oder zu
verschließen. Diese Zugstangen sind an ihrem oberen Ende mit einem Gewinde versehen
und gehen durch metallene Muttern in den verzahnten Rädern M,
M, welche durch eine endlose Kette O, Fig. 1 und 2, so mit
einander vereinigt sind, daß, wenn das eine derselben gedreht wird, auch die übrigen
diese Bewegung annehmen müssen. Deßhalb ist auf dem einen dieser Räder ein
cylindrisches Rad P mittelst Schrauben, welche durch die
Ohren o gehen, befestigt. Mit diesem Rade P ist ein Getriebe im Eingriffe, dessen verticale Achse
ein horizontales Winkelrad q trägt, das durch ein
verticales Winkelrad s getrieben wird. Auf der Achse u dieses lezten, und zwar im Inneren des Gebäudes, ist
ein Schwungrad mit Kurbel q angebracht. Die verticale
Achse, durch welche das Rad P getrieben wird, geht durch
eine Art von Pfeiler oder Säule aus Gußeisen R, welche
oben mit einem Metalllager versehen ist und mit zwei Armen v,
v endigt, die ebenfalls mit Messing ausgefüttert sind, und in welchen sich
die horizontale Achse u dreht. Die Säule ist auf einem
der drei Arme des gußeisernen Kreuzes L aufgeschraubt,
in dessen Mitte eine Metallhülse x sich befindet, durch
welche die hohle Turbine oder Treibachse geht und deren Seitenbewegungen verhindert
werden. Um die Bewegung der Zugstangen N zu beschränken,
wurden auf dieselben
unter dem Boden Ringe mit Stellschrauben y, y
aufgeschoben, welche, wenn sie an dem Boden anstoßen, anzeigen, daß die Schüzen
vollständig geöffnet sind. Auf diese Weise ist man sicher, daß sie niemals aus ihren
Leitnuthen herauskommen und folglich jedesmal an ihre Stelle zurükgelangen, wenn man
sie ganz schließen will.
Die so eben beschriebene Turbine, welche eine Mahlmühle mit 4–5 Paar Steinen
zu treiben hat, arbeitet bei einem mittleren Gefälle von 1,40 Meter. Sie hat 64
Schaufeln, deren Krümmung durch zwei Kreisbogen gebildet wird, von denen der eine
a'b', Fig. 7, seinen Mittelpunkt
o' auf der Horizontallinie hat, welche mit der
oberen Fläche der Turbine zusammenfällt; der andere hingegen b'c' hat seinen Mittelpunkt o oberhalb dieser
Linie. Betrachtet man die Curve am äußeren Radkranze, so findet man als Radius des
ersten Kreisbogens ungefähr 0,18 Meter, und als den des zweiten 0,30 Meter. Hr. Fontaine suchte die Hauptbedingung zu erfüllen, daß das
Wasser so viel als möglich unter rechtem Winkel auf die Radschaufeln gelangt und so
viel als möglich tangential von denselben abfließt, um den größten Nuzeffect zu
erreichen. Die Krümmung der Leitschaufeln besteht ebenfalls aus Kreistheilen, an
welche sich aber ein kleines gerades Stük anschließt. Der untere Bogen 'a', dessen Mittelpunkt o''
ist, ist derjenige, welcher das Wasser auf die Radschaufeln leitet; er hat einen
Halbmesser von 0,28 Meter, so daß er mit der Horizontallinie o'a' einen Winkel bildet, welcher nicht über 11 bis 12 Grade hat.
Bericht der Civilingenieure Alcan
und Grouvelle über die Versuche, welche mit einer von
Hrn. Fontaine erfundenen und erbauten Turbine in der
Mühle von Vadenay, bei Châlons-sur-Marne angestellt
wurden.
Aus dem Bulletin de la
Société d'Encouragement, Febr. 1845, S. 55.
Seitdem Hr. Fourneyron den Nuzeffect der Turbinen
verdoppelt und an ihnen sehr schäzbare Eigenschaften aufgefunden hat, beschäftigte
sich eine große Anzahl geschikter Ingenieure mit diesem Motor, welcher früher nicht
befriedigten Bedürfnissen entspricht. Die HHrn. Fourneyron,
Fontaine, Olivier und Passot und noch mehrere
Andere machen sich den Vorzug ihrer Systeme streitig.
Um die Leistungen der Turbinen zu bestimmen, hat man zweierlei Mittel: das Messen der erzeugten industriellen Arbeit, und den
dynamometrischen Zaum.
Das erste hängt von so vielen Einzelnheiten ab, daß man, wenn unter gleichen
Umständen verschiedene Motoren zum Treiben derselben Maschinerie angewendet werden,
kaum hoffen kann, ohne den dynamometrischen Zaum nur halbwegs annähernde Resultate
zu erhalten. Nehmen wir als Beispiel das Vermahlen des Getreides und sezen voraus,
daß die Mühlen in derselben Maschinenfabrik construirt wurden, so weiß wohl
Jedermann, daß die Menge des in einer gewissen Zeit vermahlenen Getreides und die
absorbirte mechanische Kraft von der gerade üblichen Vermahlungsweise abhängig sind;
deßgleichen von der Art des erzeugten Productes, sey es nun Mehl oder mehr oder
minder feines Schrot, ferner von der Beschaffenheit der Steine, von ihrer besseren
oder schlechteren Schärfung, von den Eigenschaften des Getreides, dem Grade seiner
Trokenheit, überhaupt von so vielen Umständen, unter denen mehrere auf den Motor
Bezug haben, daß mit derselben gegebenen Kraft ein ein-, zwei-,
drei- und mehrfaches Product an gemahlenem Getreide hervorgebracht werden
kann. Dasselbe gilt von irgend anderen Maschinen.
Es bleibt also nur der dynamometrische Zaum übrig, dessen Genauigkeit, abgesehen von
Fehlern, welche beim Experimentiren vorkommen können, nicht bestritten werden kann,
vorzüglich hydraulische Motoren betreffend. Und doch zeigen die zahlreichen
Versuche, welche an verschiedenen Motoren, sey es nun eines wissenschaftlichen oder
industriellen Zwekes wegen, oder wegen Streitsachen, mit dem Zaume vorgenommen
wurden, daß diese, was die Leistung anbetrifft, genauen und leicht zu messenden
Resultate, nicht mehr die nämliche Sicherheit gewähren, sobald man diese Leistung
mit der rohen Kraft, welche der Motor absorbirte, vergleichen will; d.h. die direct
mittelst des Zaums erhaltenen Ziffern sind vollkommen sicher und ergeben wirklich
den absoluten Werth des Motors, was von großer Wichtigkeit für die Industrie ist;
allein die aus diesen Ziffern zu ziehenden Folgerungen in Betreff des Nuzeffectes
eines und desselben Motors sind zahlreichen Unsicherheiten unterworfen. Die
Beobachter haben diesen wichtigen Unterschied bisher zu sehr vernachlässigt. Sie
sezen mit Unrecht voraus, daß die strenge Genauigkeit des Zaumes auch bei den
Berechnungen des Wasserverbrauchs stattfinde, denen sehr genaue Versuche und
hydraulische Messungen vorangehen müssen, und welche die Anwendung eines
Coefficienten nothwendig machen, welcher bei jeder Anordnung zum Messen des Wassers
ein anderer und häufig unbekannt ist, oder doch wenigstens bestritten werden kann.
Diese Unsicherheit wird
besonders groß beim Messen des Wassers durch Schüzen; ein Verfahren, welches fast
immer als das leichteste angenommen wird, wobei aber nochwendig oft die
zweifelhaftesten Coefficienten angenommen werden müssen.
Ueberhaupt ist die wissenschaftliche und vergleichende Schäzung der Kraft von Motoren
sehr schwierig, und ihr wahrer Werth kann nur durch Messungen mit dem Zaume
unzweifelhaft ermittelt werden. In der Praxis indessen, und innerhalb der Gränzen
von einigen Procenten, kann die Vergleichung verschiedener Systeme von Motoren mit
großem industriellen Nuzen durch Bestimmung des Wasserverbrauches und Versuche mit
dem dynamometrischen Zaume angestellt werden, wenn man für beide die sichersten
Verfahrungsarten anwendet.
Diese Betrachtungen drängten sich uns durch eine Arbeit auf, von der wir vergebens
hofften, daß dadurch eine Vergleichung von zwei Turbinensystemen bewerkstelligt
werden könnte.
Hr. Fontaine hat uns nämlich eingeladen, eine Reihe von
Versuchen mit seinem Turbinensysteme anzustellen, womit früher schon zweifelhafte
Versuche von dem geschikten Hrn. Taffe, Professor an her
Gewerbeschule in Châlons, gemacht wurden. Die zu den Versuchen verwendete
Turbine steht in der Mühle zu Vadenay, wo schon sei mehreren Jahren eine Turbine von
Fourneyron im Gange ist. Neide treiben ähnlich
construirte Mahlgänge nach englischer Art, ein seltener Umstand, worin wir ein
sicheres Mittel zum Vergleiche beider Turbinen zu finden glaubten. Wir wurden bei
unseren Versuchen von Hrn. Candelot, dem Eigenthümer der
Mühle, unterstüzt, welcher seine Schmiede und Arbeiter mehrere Tage hintereinander
zu unserer Verfügung stellte.
Hr. Fontaine blieb während der ersten drei Tage bei uns;
Hr. Taffe, welcher zu den Versuchen eingeladen war,
konnte leider nicht abkommen; aber der Hauptmann des Geniecorps, Hr. Gosselin, verabredete mit uns den Gang, welchen wir beim
Nivellement und den Vorarbeiten, so wie bei den Versuchen der ersten und zweiten
Reihe befolgen wollten.
Die Turbinen der Mühle zu Vadenay sind an den beiden Enden des Gebäudes aufgestellt;
jede erhält ihr Wasser aus der Noblette durch einen Canal, welcher mit einem
eisernen Rechen versehen ist, und gießt es in ein großes Bassin aus, und zwar die
Turbine von Fontaine durch einen Abzugscanal von 2,25
Meter Breite und 24 Meter Länge, die Turbine von Fourneyron hingegen beinahe direkt.
Das einzige Mittel einer gemeinschaftlichen Messung für beide Turbinen war demnach eine Schüze
oder ein Streichwehr, welches man am Ende des Bassins anbrachte, da wo dasselbe sich
wieder in den Fluß ergießt, ungefähr 10 Meter vom Abzugscanal entfernt und so nahe
als möglich an der Mündung, folglich außerhalb der Wirkung der
Abzugsgeschwindigkeit. Dieses Wehr von 0,70 Meter Dike ließ gar kein Wasser durch.
Seine verticalen Wände und seine vollkommen horizontale Schwelle waren von gut
befestigten Brettern gemacht.
In einer Entfernung von 5 bis 6 Metern von dem Streichwehre wurde ein Index
angebracht, um den Höhenunterschied des Wassers im Bassin zu messen und folglich die
Dike des Wasserstrahles, d.h. die Höhe des Wassers im Bassin über der Schwelle des
Streichwehres. Dieser Index bestand aus einem starken Querbalken, welcher auf
Pfählen unwandelbar befestigt war und durch dessen Mitte eine eiserne Stange ging,
deren Spize beliebig mit der Oberfläche des Wassers in Berührung gebracht werden
konnte. Durch Nivellirungen, die nach zwei Tagen wiederholt wurden, bestimmten wir
den mittleren Höhenunterschied der Schwelle unter dem Index. Wir fürchteten, daß
wegen der Lage dieses Index zwischen dem Abzugscanale der Fontaine'schen Turbine und dem Streichwehre, bei den Versuchen mit dieser
Turbine eine Erhöhung des Wasserspiegels stattfinden möchte, obgleich das Bassin
zehnmal so breit ist als der Abzugscanal selbst; zwei Abstekpfähle jedoch, welche so
weit eingetrieben wurden, daß ihre obere Fläche mit dem Wasserspiegel zusammenfiel,
und von denen der eine neben dem Index, der andere hingegen außerhalb aller Strömung
angebracht war, überzeugten uns vollständig über diesen Punkt.
Der Zaum bestand wie gewöhnlich aus einem gußeisernen Muff, welcher durch
Stellschrauben auf die senkrechte Turbinenachse befestigt wurde, und aus einem Hebel
von Eichenholz, dessen Ende einen Viertelkreis von circa
1,90 Meter Halbmesser trug. Das Arbeitsseil ging über eine Scheibe, und das
herabhängende Ende war mit eisernen Haken versehen, an welche die Belastung des
Zaumes gehängt wurde, zu welcher jedoch die Haken jedesmal gerechnet wurden.
Derselbe Apparat wurde an beiden Turbinen angewandt, und zwar bei der Fourneyron'schen Turbine an der zweiten senkrechten
Achse, und bei der Fontaine'schen Turbine an der ersten,
indem man dieselbe jedoch die zweite Achse mittreiben ließ.
Um das Gefälle zu bestimmen, nahmen wir das Niveau des Aufschlagwassers in der
Wasserkammer, damit jeder Gefälleverlust Vermieden wurde, welcher in den
Zuleitungscanälen durch die ungleichen Rechen hätte entstehen können. Unserer Ueberzeugung nach
muß indeß beim Messen des Nuzeffectes eines Wasserrades das Totalgefälle vom
Oberwasserspiegel bis zum Unterwasserspiegel als Basis dienen, so daß, wenn wegen
der Localität oder des Systems nicht das vollständige Gefälle benüzt wird, dieser
Gefälleverlust anzusehen ist, als wäre er durch den Motor selbst verursacht, statt
daß man ihn zu Gunsten des Nuzeffectes von dem Totalgefälle abzieht. Uebrigens hat
keines der erwähnten beiden Turbinensysteme bei den wohl angeordneten Canälen und
den hinlänglich breiten Rechen nothgedrungen einen Gefälleverlust zur Folge.
Der Zaum wurde beständig begossen und die Versuche eine hinlängliche Zeit fortgesezt,
so daß die Geschwindigkeit der Turbine regulirt war und der Unterwasserspiegel immer
genau gleiche Höhe behielt, was man durch den eisernen Index scharf sehen
konnte.
Bei den Versuchen selbst hielt der eine von uns eine Uhr in der Hand, und gab durch
eine Gesticulation das Zeichen zum Anfange und zum Ende des Versuches, welcher 5
Minuten dauerte und oft wiederholt wurde, während der andere mit lauter Stimme die
Umdrehungen des Rades zählte, was innerhalb der beobachteten Gränzen der
Geschwindigkeit leicht thunlich war. Bei großen Geschwindigkeiten diente ein kleiner
Körper, welcher auf die Turbinenachse vorspringend befestigt war und worauf der
Beobachter die Hand legte, zur genauen Bestimmung der Geschwindigkeit. Andere
anwesende Personen controlirten zu gleicher Zeit das Messen mit der Uhr und die
Anzahl der Radumdrehungen. Hr. Fontaine bestätigte zum
Voraus den guten Zustand seiner Turbine; wir haben dieselbe jedoch auch innerlich
besichtigt.
An der Fourneyron'schen Turbine, welche seit mehreren
Jahren im Gange ist, war der Zapfen erneuert; wir legten sie troken und untersuchten
sie mit der größten Sorgfalt. Ihr Zapfen schien in gutem Zustande zu seyn,
deßgleichen die Holzverdoppelungen und die Curven, und man konnte sie im Wasser
leicht mit der Hand drehen. Wurde diese Turbine stille gestellt, so verlor sie in
der Secunde ungefähr 15 Liter Wasser; war sie aber im Gange, so verschwand dieser
Verlust. Die Fontaine'sche Turbine ließ ebenfalls Wasser
durch, weil die Stange an einer der kleinen Schüzen gebrochen war und wir schäzten
diesen Verlust demjenigen bei der Fourneyron'schen
Turbine gleich. Wir bestimmten zuerst die Wassermenge, welche über das Wehr floß,
während die Turbinen stille standen; sie rührte von Quellen in dem Bassin und davon
her, daß die Turbinen Wasser durchließen.
Eine erste Beobachtung, während die Fourneyron'sche
Turbine vollkommen
abgesperrt war, ergab als Summe des Wassers, welches die Quellen lieferten und die
Fontaine'sche Turbine verlor, 52 Liter. Eine zweite,
zweimal wiederholte Beobachtung, nachdem die Fourneyron'sche Turbine wieder frei gemacht wurde, ergab 67,27 Liter als Summe
des Verlustes beider Turbinen und des Wassers, welches die Quellen lieferten. Der
Verlust der Fourneyron'schen Turbine beträgt demnach
15,27 Liter, und nimmt man denjenigen der Fontaine'schen
Turbine als gleich groß an (was der Wirklichkeit sehr nahe kommen dürfte), so bleibt
als Product der Quellen 36,73 Liter.
Wir stellten hierauf mit der Fontaine'schen Turbine
Versuche an, welche die zweite Reihe der in unten folgender Tabelle mitgetheilten
bilden. Die Schüzen wurden so hoch als möglich, nämlich 0,55 Met. aufgezogen; dann
auf 0,35 Met., und bis auf 0,20 Met. gesenkt, indem man die Belastung des Zaumes so
veränderte, daß man Resultate sowohl für die gewöhnliche Geschwindigkeit der Turbine
(nämlich 33–38 Umdrehungen) als für größere und kleinere Geschwindigkeiten
erhielt, und auch ohne Belastung des Zaumes.
Dieselben Versuche wurden mit der nämlichen Sorgfalt und unter denselben Bedingungen
mit der Fourneyron'schen Turbine für ihre gewöhnliche
Geschwindigkeit (65–70 Umdrehungen) angestellt, deßgleichen für größere und
kleinere Geschwindigkeiten, auch ohne Belastung des Zaumes.
Wir ließen hierauf die Fontaine'sche Turbine zwei Paare
englischer Mühlsteine von 1,30 Meter Durchmesser nebst den Beutelmaschinen treiben,
jedoch ohne die Puzmaschine. Mehrere Säke Getreide wurden dann sorgfältig mit der
Schaufel gemengt, damit man jeder Turbine 200 Kilogr. vollkommen gleiches Getreide
zum Vermahlen geben konnte; zwei Paare ganz gleicher Mühlsteine wurden dann an der
Fourneyron'schen Turbine in Bewegung gesezt; das
Vermahlen wurde durch den Müllermeister und Hrn. Candelot
selbst in unserer Gegenwart und mit der gewissenhaftesten Gleichheit regulirt. Man
zählte die Turbinenumdrehungen, als sie ihre gewöhnliche Geschwindigkeit hatten, und
maß den Wasserverbrauch an dem Wehre und die Zeit, welche jede Turbine nothwendig
hatte, um die oben genannte Arbeit zu vollenden. Hierauf wurde das gelieferte
Product an Mehl gewogen, was für beide Systeme genau gleich gefunden wurde.
Es wurden alle Vorsichtsmaaßregeln getroffen, um die beiden Turbinen unter dieselben
Arbeitsbedingungen zu bringen, jedoch mit dem wesentlichen Unterschied, daß die
Schüzenvorrichtung der Fontaine'schen vollkommen geöffnet
war, und diese deßhalb beinahe ihr volles Wasser erhielt; während die Fourneyron'sche Turbine, welche wegen des damaligen
niedern Wasserstandes nicht lange genug mit vollem Wasser im Gang erhalten werden
konnte, ihre Schüze nur so weit geöffnet hatte, als es nothwendig war, um sie mit
zwei Mahlgängen bei ihrer Normalgeschwindigkeit im Gang zu erhalten, und nur 537
Liter Wasser (oder 3/4 ihres größten Verbrauchs von 700 Liter) absorbirte.
Wir stellten hierauf drei besonders sorgfältige Versuche an, um direct den passenden
Coefficienten für unser Wehr von 2,60 Meter Breite zu bestimmen, worauf die
Wasserhöhe 0,70 Meter betrug, während sie noch 0,15 Meter über dem Grund des Bassins
stand. Das Wasser konnte von dem Wehr frei abfließen, und jede Seite des Canals,
worin dasselbe angebracht war, war noch ungefähr 2 Meter von dem Ende des Wehrs
entfernt.
Eine gut angebrachte Schüze war ein glüklicher Umstand zur Bestimmung dieses
Coefficienten, welchen wir sonst in keinem der bis jezt veröffentlichten Versuche
gefunden haben würden, und der jedenfalls sehr zweifelhaft gewesen wäre. Da derselbe
aber durch das Messen des Products einer Grundschüze, und mit Wassermassen von
345,550 und 663 Litern, was der gewöhnliche Verbrauch beider Turbinen ist, bestimmt
wurde, wobei ganz ähnliche Resultate gefunden wurden, so kann dieser Coefficient,
auf dessen Kenntniß so viel ankommt, nicht mehr in Zweifel gezogen werden. Das
Mittel aus drei Versuchen ist 0,3706, was mit der Formel von Daubuisson 1,642 übereinstimmt. Es ist bekannt, daß ein Wehr, welches an
einem Canal von gleicher Höhe und von so beträchtlicher Länge liegt, wie der
unsrige, eine viel kleinere Wassermasse liefert, als wenn dasselbe zwischen enge
Seitenwände gedrängt ist; und das Resultat, welches wir erhielten, stimmt ziemlich
genau mit den Versuchen von Poncelet und Lesbros überein, welche von Daubuisson mitgetheilt wurden.
Um unsere Beobachtungen zu machen, wurde die Leerschüze der Mühle, durch welche das
Wasser direct in das Bassin stürzt, nach und nach auf drei verschiedene Höhen
gezogen. Ihre Dimensionen und der Wasserstand über der Schwelle wurden mit der
größten Genauigkeit gemessen, und nachdem man nach jeder Oeffnung einen constanten
Wasserstand in dem Bassin abgewartet hatte, was man an der Spize des Index genau
sehen konnte, maß man mittelst desselben die Dike des Wasserstrahls über der
Schwelle des Wehrs.
Da wir bemerkten, daß der Zaum bei den ersten Versuchen mit der Fontaine'schen Turbine ziemlich bedeutend schwankte, während er doch
später an der Fourneyron'schen mit merkwürdiger
Genauigkeit functionirte (was wohl davon herrührte, daß er lange nicht gebraucht und
folglich nicht gehörig abgelaufen war), so befürchteten wir, daß hieraus ein
Kraftverlust zum Nachtheil der Fontaine'schen Turbine
hervorgehen möchte, und wenn man die Ergebnisse der ersten Versuche von Nr.
3–7 betrachtet, welche allmählich zunehmen, so läßt sich denken, daß dem so
war.
Wir stellten deßhalb mit dieser Turbine neue Versuche an, welche die vierte Reihe
bilden. Das Wehr war aber schon vollständig weggeräumt, und hätte nur mit großem
Zeitverlust wieder an Ort und Stelle gebracht werden können; wir mußten uns deßhalb
begnügen die Arbeit des Zaums sowohl bei voller Schüzenöffnung, als auch bei den in
der zweiten Versuchsreihe schon angenommenen Oeffnungen zu bestimmen, indem wir das
Gefälle beim Beginn und am Ende jedes Versuchs sorgfältig maßen, um das mittlere
Gefälle zu bekommen, welches uns später zum Berechnen des Wasserverbrauchs der
Turbine bei voller Schüzenöffnung durch Vergleichung mit dem beobachteten mittleren
Verbrauch an dem Wehr in der zweiten Versuchsreihe dienen sollte. Diese beiden
Wasserverbrauche verhalten sich zu einander wie die Quadratwurzeln aus den
Fallhöhen, welche hier den wirklichen Druk auf die Schaufeln bilden. Zu gleicher
Zeit bestimmten wir, um eine Controle zu haben, mit Sorgfalt die Dimensionen des
Abzugscanals auf 21 Meter Länge, obgleich er großentheils bedekt war, und maßen die
Geschwindigkeit des Wassers mittelst Schwimmern, welche man 2,50 Meter unterhalb der
Turbine durch ein Loch in der Canalbedekung in das Wasser warf. Einige Versuche
ergaben 2 Secunden für die mittlere Zeit, welche der Schwimmer brauchte, um in das
Wasser zu kommen und die Stromgeschwindigkeit anzunehmen; diese 2 Secunden, welche
von allen Beobachtungen abgezogen wurden, scheinen etwas zu wenig zu seyn; denn bei
Annahme von 2, 5 oder 3 Secunden hätten die Resultate des Messens (mittelst der
Geschwindigkeit) mit den durch das Verhältniß der Quadratwurzeln der Gefälle
gegebenen übereingestimmt.
Man ersieht aus der Tabelle, daß das Ergebniß dieser Versuchsreihe nach dem
berechneten durchschnittlichen Wasserverbrauch, genau übereinstimmt mit dem höchsten
Ergebniß der zweiten Serie.
Die erste Frage bei der Berechnung unserer Versuche war, den Wasserverbrauch durch
die Grundschüze und ihren besonderen Coefficienten zu bestimmen, um daraus den
besonderen Coefficienten für unser Streichwehr ableiten zu können. Bei dieser
Grundschüze fand, wie schon früher bemerkt wurde, eine Contraction auf drei Seiten
statt; aber auf einer derselben nicht vollständig. Die Wand des Gerinnes war nur
0,20 Meter von der Schüzenöffnung entfernt; wir nahmen mit Morin den Coefficienten 0,63 Meter für diesen speciellen Fall an, was, wenn
man zum wirklichen Wasserverbrauch der Schüze 67,27 Liter (als Product der Quellen
und Turbinenverlust) hinzurechnet, uns für das Streichwehr in drei auf
einanderfolgenden Versuchen bei immer größerer Schüzenöffnung die Coefficienten
0,3761, 0,3695 und 0,3664 gab; das Mittel daraus 0,3706 nahmen wir an.
Wir glaubten, eine beide Turbinen mit einander vergleichende Weit von hohem Interesse
zu machen, allein ungeachtet der pünktlichsten Sorgfalt und der gewissenhaftesten
Gleichheit in der Prüfung beider Räder, und ungeachtet wir ein Mittel der
gemeinschaftlichen Messung hatten, welches jeden Zweifel über den Coefficienten
beseitigte, lieferte unsere Arbeit uns doch nicht Elemente genug, um uns über alle
Fragen, an deren Lösung uns so viel gelegen war, bestimmt aussprechen zu können.
Da nämlich die Fourneyron'sche Turbine zu Vadenay mit
vollem Wasser ein Maximum des Nuzeffects lieferte, welches von der Fontaine'schen Turbine übertroffen wurde, und nicht über
60 Proc. betrug; da diese Turbine ferner schon mehrere Jahre im Gang war und ihr
Zapfen ausgewechselt wurde, so halten wir es für möglich daß das Fourneyron'sche Rad nicht im normalen Zustand war.
Deßhalb glauben wir auch über die Fourneyron'sche Turbine
nur diejenigen Versuche veröffentlichen zu dürfen, welche das Maximum des Nuzeffects
geben, und dem Wasserverbrauch entsprechen, für welchen dieselbe gebaut wurde.
Bei den Versuchen über das Mahlen von Getreide blieb die Fourneyron'sche Turbine in demselben Verhältniß zu der Fontaine'schen.
Hr. Candelot sagte uns, daß bei hohem Wasser die Fourneyron'sche Turbine, welche für 650–700 Liter
berechnet ist, gute Resultate liefere, daß sie aber bei niederem Wasserstand
verhältnißmäßig mehr Kraft verlöre, als die Fontaine'sche, welche für 450 Liter berechnet ist. Er fügte noch hinzu, daß
der geringe Nuzeffect ersterer Turbine, wenn sie nicht Wasser genug hat, ihn
bestimmt habe eine viel kleinere bauen zu lassen, um während des Sommers mit mehr
Nuzen arbeiten zu können, und daß es ihm jezt sehr lieb wäre, zwei Motoren von
ungleicher Stärke zu haben.
Man findet in der Tabelle sowohl die Resultate, als auch die Angaben zur Berechnung
der Versuche mit der Fontaine'schen Turbine, so daß man
unsere Rechnung zu prüfen in Stand gesezt ist. Aus dieser Tabelle ersieht man, daß
die Fontaine'sche Turbine bei voller Schüzenöffnung und
bei dem mittleren Wasserverbrauch von 435 Liter, 68 Proc. Nuzeffect gab, und daß die
Versuche durch das Messen der Geschwindigkeit 72–75 Proc. ergaben – ein Resultat,
welches wir jedoch für zu groß halten. Bei einer Schüzenoffnung von 0,035 Meter, und
dem dadurch beiläufig auf 1/7 reducirten Wasserverbrauch nahm der Nuzeffect wenig
ab, denn er blieb über 60 Proc. Bei einer Oeffnung von 0,020 Meter und der Hälfte
des größten Wasserverbrauchs fiel der Nuzeffect bloß auf 43 Procent. Wir müssen hier
noch bemerken, daß aus dem Nuzeffect von 68 Proc., welcher durch die Versuche mit
der Grundschüze bestimmt wurde, d.h. mit einer unbestreitbaren Genauigkeit, nicht
geschlossen werden darf, die Fontaine'sche Turbine stehe
den vollkommensten Systemen nach; denn unserer Ueberzeugung nach leistet sie
wenigstens eben so viel, als die besten Räder dieses Systemes.
Wir glauben, was auch Hr. Daubuisson schon aussprach, daß
mehrere der besten mit Fourneyron's Turbinen erhaltenen
Resultate etwas zu hoch berechnet wurden; nach unserer Ueberzeugung haben die
Turbinen durch die Verbesserungen des Hrn. Fourneyron
sich zu dem Rang der besten Motoren emporgeschwungen, und jezt ist es dahin
gekommen, daß alle solche Räder, wobei die nothwendigen Bedingungen einer
zwekmäßigen Construction beobachtet wurden, ungefähr gleich viel leisten, wie dieß
bei allen anderen Systemen von Wasserrädern der Fall ist; die Fontaine'sche Turbine ist ohne Zweifel eine der vollkommensten. Wir
glauben, ohne uns jedoch, ehe wir neue Versuche angestellt haben, bestimmt über
diesen Punkt aussprechen zu wollen, daß der wirkliche durchschnittliche größte
Nuzeffect der sogenannten Turbinen 68–70 Proc. beträgt, und jeder
hydraulische Motor, welcher wenigstens 66 Proc. liefert, ist ein aus, gezeichneter
zu nennen; man darf in der Praxis auf einen größeren Nuzeffect nicht rechnen.
Die Verschiedenheiten der Geschwindigkeit haben innerhalb gewisser Gränzen keinen
Einfluß auf den Nuzeffect der Fontaine'schen Turbine,
hingegen einigen Einfluß auf das von der Turbine verbrauchte Wasserquantum, und
dieser ist bei den zwei Systemen ein entgegengesezter. Bei der Fontaine'schen Turbine verminderte die große Geschwindigkeit des Rades,
wenn man es leer laufen ließ, den Wasserverbrauch, während ihn dieselbe bei der Fourneyron'schen Turbine vermehrte, was sich aus der
verschiedenen Construction der Turbinen erklären läßt. Der größte Nuzeffect der Fontaine'schen Turbine findet bei 34 Umdrehungen statt;
die Umfangsgeschwindigkeit der Radschaufeln ist dann 0,484 der
Wassergeschwindigkeit.
Die Fontaine'schen Turbinen sind ganz von Gußeisen und mit
der größten Sorgfalt ausgeführt; die Art wie sie das Wasser durch die kleinen
gekrümmten Schüzen aufnehmen, welche die Oeffnungen in einer horizontalen Ebene
verschließen, scheint uns ausgezeichnet zu seyn, und ganz dafür geeignet, daß das
Wasser in der gehörigen Richtung auf die gekrümmten Schaufeln der Turbine gelangt,
beinahe so, wie dieß bei den Rädern von Poncelet
stattfindet; die Construction der Turbine wird dadurch auch leichter: die läge des
Zapfens oberhalb des oberen Wasserspiegels, der Umstand, daß man ihn leicht
schmieren und jeden Augenblik untersuchen und herausnehmen kann, ohne die
Wasserkammer zu leeren, ist ebenfalls sehr wichtig.
Wir schließen mit zwei allgemeinen Bemerkungen über die Turbinen, welche zeigen,
worin die speciellen Eigenschaften derselben bestehen, und welche Umstände am
günstigsten für sie sind. Es ist eine durch die zahlreichen Versuche, welche mit den
Fourneyron'schen Turbinen angestellt wurden, wohl
begründete Thatsache, welche auch durch die Fontaine'sche
Turbine bestätigt wurde, daß bei den Turbinen der Nuzeffect durch bedeutende
Gefällveränderungen nicht geändert wird, sondern daß dieselben noch sehr gut gehen,
wenn auch das Hinterwasser sich zu einer bedeutenden Höhe gehoben hat, woraus folgt,
daß sie der einzige Motor sind, den man überall anwenden kann, wo man häufig hohem
Hinterwasser, oder was noch mehr ist, der Ebbe und Fluth ausgesezt ist. Hr. Fontaine stellte bei Hrn. Huyot in Landernau eine Turbine auf, welche fünf Paare Mühlsteine treibt,
240 Liter Wasser verbraucht und zur Zeit der Ebbe 7,20 Meter Gefälle hat; diese
Turbine ist zur Zeit der Fluth 5 Meter tief eingetaucht und treibt mit dem so auf
2,20 Meter reducirten Gefälle immer noch zwei Paare Mühlsteine recht gut.
Auf der andern Seite aber ertragen die Turbinen nicht auch eben so gut beträchtliche
Veränderungen des Wasserquantums, welches man ihnen zuführt; sie haben immer ein
Maximum nothwendig, für welches sie berechnet sind, um den größten Nuzeffect zu
liefern: wird das berechnete Wasserquantum reducirt, z.B. um 1/3, so nimmt ihr
Nuzeffect bedeutend ab. Hr. Fourneyron brachte, um dieser
Schwierigkeit zu entgehen, in seinen Turbinen horizontale Abtheilungen an; Hr. Fontaine dagegen verminderte durch die glükliche
Anordnung seiner Schüzen diese Schwierigkeit auf eine bedeutende Leise. Würde man
dahin gelangen, diesen großen Fehler vollständig zu vermeiden, so wäre der
bedeutendste Einwurf, welcher den Turbinen unter gewissen Umständen gemacht werden
kann, beseitigt und ihre Anwendung würde dadurch gewiß viel allgemeiner werden.
I. Tabelle über die Versuche, welche
mit den Turbinen der Mühle zu Vadenay von den Civilingenieuren Alcan und Ph. Grouvelle angestellt wurden.
Textabbildung Bd. 96, S. 354
Nummer des Versuches; Belastung des
Zaumes; Umdrehungen in der Minute; Verticale Oeffnung der Schüze; Höhe d.
Wasserstrahls üb. dem Streichwehr.; Wasserverbrauch an demselben; Wassermenge,
welche v. der Lief. des Wehres abgezog. werden muß; Wirklicher Verbrauch der
Turbine; Effectives Gefälle; Theoretische Leistung der Turbine; Angabe des
Zaumes; Erste Reihe; Bestimmung des Productes der Quellen im unteren Bassin;
Met.; Lit.; Zweite Reihe; Versuche mit der Fontaine'schen Turbine; Kil.; Dritte
Reihe; Versuch mit der Fourneyron'schen Turbine; Vierte Reihe; Vermahlung von
Getreide mit der Fontaine'schen Turbine; Nuzeffect; Kraft in Dampfpferden
ausgedrükt; Bemerkungen; Dieser Versuch ergibt das Product der Quellen und was
die Fontaine'sche Turbine durchließ, während die Fourneyron'sche Turbine
vollkommen verrammt war; Product der Quellen u. Verlust beider Turbinen, nach
Freimachung der Fourneyron'schen Turbine. Nimmt man die Verluste beider Turbinen
als gleich an, so hat man: 3 Quellen = 36 Lit. 73, Verlust der Fontaine'schen
Turbine 15,27 Lit.; der Fourn. 15,27 Lit.; Pferde; Größte Schüzenöffnung; Die
Turbine 0,50 Met. über ihre Krone eingetaucht; Aeußerer Durchmesser der
Fontaine'schen Turbine 1,60 Meter; Höhe der Krone 0,12 Meter; Halbmesser des
Zaumes 1,90 Met., die halbe Dike des Seiles inbegriffen Fontaine'sche Turbine.
Mittlere Umfangsgeschwindigkeit d. Radschaufeln beim größten Nuzeffect;
Geschwindigkeit des Wasserstrahles für das wirkl. Gefälle 5,692 Met.; Verhältniß
der Geschwindigkeiten 0,471 Meter; Zwei Paar Mühlsteine in Arbeit; Vermahlenes
Getreide in einer Stunde: 160 Kil. Erhaltenes Mehl erster Qual. 90 Kilogr.;
Durchmesser der Mühlsteine 1,30 Meter; Geschwindigkeit derselben; in einer
Minute
II. Tabelle [und III. Tabelle]
Textabbildung Bd. 96, S. 356
Nummer des Versuches; Belastung des
Zaumes; Umdrehungen in der Minute; Verticale Oeffnung der Schüze; Geschwindigk.
des Wassers auf der Oberfläche; Mittlere Geschwindigkeit des Canals; Reiner
Verbrauch der Turbine; Wirkliches Gefälle; Theoretische Arbeit; Angabe des
Zaumes; Nuzeffect; Fünfte Reihe; Wiederholte Versuche mit der Fontaine'schen
Turbine; Met.; Lit.; Kil.; Pferdekräfte; Wasserhöhe über dem Grund des Canales;
Bemerkungen; Pferde; Met.; Die Versuche 26, 27, 23, 32 und 33 wurden mit ganzer
Schüzenöffnung angestellt; Die Verrammung war weggenommen und die Turbine nur
0,154 Met. über ihre Krone eingetaucht; Mittlere Breite des Abzugcanales 2,25
Meter; Höhe des Index über dem Grund des Canales = 0,947; Mittlerer
Wasserverbrauch bei ganz geöffneter Schüze, nach der Geschwindigkeit im
Abzugscanale berechnet 419,63 Liter; Theoretische Arbeit der Turbine 802,03
Kil.; Mittlere Angabe des Zaumes 595,48; Mittlere Breite der Grundschüze;
Verticale Oeffnung der Grundschüze; Druk auf die Schwelle; Höhe des
Wasserstrahls auf das Streichwehr; Theoretische Verbrauch des Streichwehrs;
Wirklicher Verbrauch der Grundschüze; Coefficient des Streichwehres; Mittlerer
Coefficient; Sechste Reihe. Bestimmung des Coefficienten des Streichwehres;
Nuzeffect bei vollem Wasser 74,25; Mittlerer Wasserverbrauch bei voller
Schüzenöffnung, nach dem Streichwehr in der zweiten Versuchsreihe 435,30;
Größter Nuzeffect bei voller Oeffnung in der zweiten Versuchsreihe 67,53;
Mittlerer Verbrauch der Turbine bei voller Oeffnung in der zweiten Reihe,
berechnet nach dem Verbrauch des Streichwehres in der zweiten Reihe und nach dem
Verhältnis der Quadratwurzeln der Mittlern Fallhöhen von zwei Versuchsreihen:
460,31 Liter; Mittlere theoretische Leistung der sechsten Versuchsreihe nach
diesem berechneten Verbrauche 877,36 Kil.; Mittlerer Nuzeffect der sechsten
Reihe nach demselben Verbrauche berechnet 67,82; Pferdekräfte 7,93; Mittleres
Gefälle der zweiten Reihe bei voller Oeffnung 1,694 Met.; sechsten Reihe 1,906
Met.; Maximum des Nuzeffectes der sechsten Reihe aus 32 (berichtigt durch die
Quadratwurzeln) 70