DER HYDROPULSOR, EINE NEUE WASSERFÖRDERMASCHINE. Von Dipl.-Ing. Ernst Preger, Frankfurt a. M. PREGER: Der Hydropulsor, eine neue Wasserfördermaschine. Inhaltsübersicht. Der Hydropulsor ist eine durch Wasser getriebene Wasserfördermaschine und eignet sich im Gegensatz zu anderen Maschinen ähnlicher Wirkungsweise zur Ausnutzung sehr kleiner Triebwassergefälle und zur Verarbeitung sehr großer Wassermengen. Es werden beschrieben: Wirkungsweise, Bauarten, Verwendungsgebiete, ausgeführte, in Ausführung begriffene und einige geplante Anlagen. –––––––––– Der Hydropulsor ist eine Wasserfördermaschine, welche ähnlich wie der hydraulische Widder als Triebkraft wiederum Wasser benutzt. Er ist von dem Königl. Baurat Adolf Abraham in Berlin erfunden. Das alleinige Ausführungsrecht für Deutschland besitzt die Ottensener Eisenwerk-A.-G., Altona-Ottensen, die ihn seit etwas über zwei Jahren auf den Markt bringt, nachdem vorher umfangreiche Versuche mit der Maschine stattgefunden hatten. Textabbildung Bd. 327, S. 737 1. Wirkungsweise.Siehe auch D. p. J. 1910, Heft 10, S. 782. Es gibt zwei Arten von Hydropulsoren, nämlich Druckhydropulsoren und Saughydropulsoren. Die Druckhydropulsoren arbeiten wie folgt (Fig. 1): Von einem Oberwasserspiegel A aus fließt das Wasser durch ein Zuflußrohr, Triebrohr genannt, mit dem Gefälle H der Maschine zu. Diese besteht in der Hauptsache aus einem Laufrad oder Umschaltrad L, das ähnlich einem Turbinenlaufrad durch gekrümmte Schaufeln in verschiedene Kammern geteilt ist und durch das durchfließende Wasser selbst in Umdrehung versetzt wird. Die Kammern des Rades sind abwechselnd nach oben und nach unten offen, so daß bei der Umdrehung des Laufrades das Triebrohr abwechselnd mit dem Abfluß C und mit dem Druckrohr B verbunden ist. Ist, wie in der Hauptfigur (Fig. 1) gezeichnet, das Triebrohr mit dem Abfluß C verbunden, so fließt das Wasser frei aus, die ganze zwischen A und C befindliche Wassermasse kommt in Bewegung und erlangt eine gewisse Höchstgeschwindigkeit. In dem Augenblick, wo diese erreicht ist, hat sich das Laufrad um eine Kammerteilung weiter gedreht, so daß jetzt das Triebrohr mit dem Druckrohr in Verbindung steht, wie in Fig. 1a gezeichnet ist. Das einmal in dem Triebrohr in Bewegung befindliche Wasser drängt nun infolge seiner Arbeitswucht weiter und kommt bei B zum Ausfluß, wobei es um die Höhe h über den ursprünglichen Wasserspiegel A gehoben wurde. Nach kurzer Zeit wird die Arbeitswucht des Wassers im Triebrohr aufgebraucht sein, es kommt zur Ruhe und würde rückwärts fließen, wenn sich nicht das Laufrad unterdessen um eine weitere Kammerteilung gedreht hätte, so daß das Triebrohr wieder mit dem Ausflußrohr C verbunden ist. Dadurch erhält das Wasser im Triebrohr von neuem seine Höchstgeschwindigkeit und eine neue Portion Arbeitswucht, die beim erneuten Ausfluß des Wassers bei B aufgezehrt wird. Mechanisch gesprochen ist die Wirkungsweise der Druckhydropulsoren folgende: Das gesamte in die Maschine eintretende Wasser „Schluckwasser“ zerlegt sich in zwei Teile, das bei C abfließende „Arbeitswasser“ und das bei B ausfließende „Förderwasser“. Das Arbeitswasser leistet die Arbeit zum Heben des Förderwassers. Das Wasser im Triebrohr pulsiert also zwischen höchsten und einer niedrigsten Geschwindigkeit ohne irgend einen Stoß. Die Wirkungsweise erinnert demnach an diejenige des hydraulischen Widders. Während aber beim hydraulischen Widder infolge des abwechselnden Zuschlagens der beiden Ventile recht heftige Stöße und dadurch namentlich bei großen Modellen bedeutende Abnutzungen auftreten, sind solche beim Hydropulsor gar nicht möglich, weil kein schlagender Maschinenteil vorhanden ist. Textabbildung Bd. 327, S. 738 Fig. 2. Textabbildung Bd. 327, S. 738 Fig. 3. Dieser Umstand ist von sehr großer Bedeutung für die Leistungsfähigkeit des Hydropulsors. Denn während man hydraulische Widder nur bei besonders sorgfältigen Ausführungen aus hochwertigen Metallen für größere Leistungen als ∾ 3 l/sec. Gesamtzuflußwassermenge baut, weil bei größeren Modellen die Rohrweiten und vor allem die Ventildurchmesser und die Ventilmassen zu groß und dadurch die Ventilstöße beängstigend stark werden, unterliegen die Durchmesser der Triebrohre des Hydropulsors keiner Beschränkung nach oben hin. Zurzeit sind Hydropulsoren mit 250 mm 1. W. der Triebrohre bereits ausgeführt und mit 750 mm 1. W. und mehr wiederholt projektiert worden. Textabbildung Bd. 327, S. 738 Fig. 4. Textabbildung Bd. 327, S. 738 Fig. 5. Von noch größerem Einfluß für die im Hydropulsor verarbeiteten Wassermengen ist aber der Umstand, daß ein einziges Laufrad mehrere in die Maschine einmündende Triebrohre gleichzeitig bedienen kann. Das Wasser in diesen Triebrohren pulsiert dann mit einer der Umlaufzahl des Rades und der Anzahl der Rohre, entsprechenden Periodenzahl in Phasenverschiebung. Fig. 2 zeigt das Schema eines Hydropulsors mit zwei Triebrohren, die abwechselnd mit dem Abfluß- und dem Druckrohr verbunden sind. In der Praxis ist allerdings die Anzahl der Triebrohre meist wesentlich höher, nämlich je nach der Größe der Maschine 2 bis 40 und mehr. Da die Anzahl und der Durchmesser der Triebrohre kaum einer Beschränkung nach oben hin unterliegen, so können die Hydropulsoren auch für unbeschränkt große, Wassermengen gebaut werden. Zurzeit sind Maschinen mit Schluckwassermengen bis 4 cbm/sek. in Betrieb; geplant sind Hydropulsoren für Schluckwassermengen von 60 cbm/sek. und mehr. Nur wirtschaftliche Gründe begrenzen die Leistungen nach oben hin, technische Schwierigkeiten sind kaum zu überwinden. Die Saughydropulsoren haben folgende Wirkungsweise (Fig. 3): Das Druckwasser fließt vom Oberwasserspiegel A her in die Maschine ein und wird vom Laufrad in die verschiedenen strahlenartig nach außen gehenden Triebrohre verteilt. So ist z.B. das in Fig. 3 nach links gehende Triebrohr augenblicklich mit dem Zuflußrohr verbunden, so daß eine gewisse Menge Druckwasser in dieses eintritt und der ganzen Wassermasse in dem Triebrohr eine Beschleunigung nach außen bis auf eine gewisse Höchstgeschwindigkeit erteilt wird. Hat sich nun das Laufrad unterdessen um eine Kammerteilung weiter gedreht, so ist das Triebrohr mit dem Saugkanal verbunden, wie es in der Fig. 3 bei dem nach rechts gehenden Triebrohr der Fall ist. Die einmal in Bewegung nach außen befindliche Wassermasse drängt aber infolge ihrer Arbeitswucht noch weiter nach außen und saugt dabei Wasser aus dem Saugrohr in das Triebrohr nach. Auch hier nimmt natürlich durch diese Arbeitsleistung die Geschwindigkeit des Wassers im Triebrohr ab. Ehe aber das Wasser ganz zur Ruhe kommen oder gar wieder zurückfließen kann, hat sich das Laufrad nochmals um eine Kammerteilung weiter gedreht. Dadurch wird eine neue Menge Druckwasser in das Triebrohr geschickt und der Wassermasse im Triebrohr ein neuer Impuls nach außen gegeben. Mechanisch gesprochen ist also die Wirkungsweise der Saughydropulsoren folgende: Das Druckwasser fließt von oben her, das Saugwasser von unten her in die Maschine ein. Beide Wassermengen vereinigen sich in den Triebrohren als Mischwasser (etwa in der Form abwechselnder Druckwasser- und Saugwasserkolben, wie in Fig. 3 gezeichnet ist) und fließen nach außen ab. Das Druckwasser leistet die Arbeit zum Hochsaugen des Saugwassers. Bezüglich der Leistungsfähigkeit der Saughydropulsoren gilt dasselbe, was vorhin von den Druckhydropulsoren gesagt wurde. Auch die Saughydropulsoren können für die größten vorkommenden Wassermengen gebaut werden. Textabbildung Bd. 327, S. 739 Fig. 6. 2. Bauarten. In der Bauart unterscheiden sich Druckhydropulsor und Saughydropulsor äußerlich überhaupt nicht. Nur die Schaufeln des Laufrades sind bei der einen Art der umgekehrten Wasserdurchflußrichtung wegen anders gekrümmt. Das Laufrad ist in eine gerade Anzahl von Klammern, vier bis acht, geteilt, so daß die Welle desselben nie einseitig belastet wird. Die Umfangsgeschwindigkeit des Rades beträgt je nach der Größe der Maschinen 2 bis 3 m/sec. bei 20 bis 60 Umläufen in der Minute. Das entspricht einer Periodenzahl des Wassers in den Triebrohren von durchschnittlich 15 i. d. Sek. Für kleinere bis mittelgroße Wassermengen (5 bis 50 1/sec. Schluckwasser) werden vorwiegend liegende Hydropulsoren gebaut. Fig. 4 zeigt einen liegenden Hydropulsor für kleine Wassermengen, bei dem die Triebrohre in einem Bündel angeordnet sind. Die Kammern für das Arbeitswasser der Druckhydropulsoren führen quer durch das Laufrad hindurch nach dem Abflußkrümmer. Die Kammern für das Förderwasser krümmen sich um 90° radial nach außen, ähnlich den Kammern an Zentrifugalpumpen. Das Förderwasser vereinigt sich nach dem Verlassen des Laufrades in dem Maschinengehäuse, das sich ebenfalls wie bei Zentrifugalpumpen schneckenhausartig nach dem Druckstutzen hin erweitert. Auf der verlängerten Laufradwelle sitzt ein Schwungrad, welches das Massenträgheitsmoment des Laufrades vergrößern soll, damit gelegentliche Schmutzhindernisse, wie Holzstückchen, Schlammteile, Fische, die Maschine nicht ohne weiteres zum Stillstand bringen. Das Laufrad zieht dann infolge seiner großen Schwungmassen für den Augenblick genügend durch. Textabbildung Bd. 327, S. 739 Fig. 7. Bei größeren liegenden Hydropulsoren (Fig. 5) ist kein Schwungrad mehr nötig, weil das Laufrad an sich schon genügend Massenträgheitsmoment hat. Der Platzersparnis wegen kann man bei größeren Maschinen oft das Triebrohrbündel als ein großes schmiedeeisernes Rohr mit eingeschweißten radialen Wänden ausbilden. Jedes Triebrohr hat dann sektorartigen Querschnitt. Diese Art Triebrohrbündel hat die Firma Transfusor genannt. Bei größeren Schwankungen der Wassermenge wird zwischen den Transfusor und das Laufrad ein Regelschieber eingebaut, der von Hand oder mittels eines Regelmotors betätigt wird. Textabbildung Bd. 327, S. 739 Fig. 8. Für besondere Fälle ist die Bauart nach Fig. 6 und 7 günstig. Die Triebrohre sind auch hier ähnlich wie in Fig. 4 zu einem Bündel vereinigt. Das Förderrohr liegt zentral innerhalb dieses Bündels. Bei Druckhydropulsoren tritt also das Schluckwasser durch die Triebrohre und viertelkreisförmige Anschlußrohre im Gehäuse in die Maschine ein. Das Arbeitswasser tritt durch die nach rechts gebogenen Kammern nach dem Abflußstutzen, während das Förderwasser durch die nach links gebogenen Kammern in das Förderrohr geleitet wird, in dem es in entgegengesetzter Richtung der Triebrohre die Maschine verläßt. Die geschilderte Anordnung hat den Vorteil geringeren Platzbedarfes und günstiger Ausbildung der Laufradkammern. Fig. 7 zeigt die Maschine auf dem Versuchsstand in der Fabrik. Die Werte eines Versuches seien im folgenden wiedergegeben: Arbeitsgefälle Ha= 1,00 m, Förderhöhe über dem Oberwasserspiegel H1 = 2,34 m, Standort der Maschine unter dem Oberwasserspiegel 0,60 m, Uebersetzungsverhältnis i=\frac{H_f}{H_a}=2,34, Schluckwassermenge Q = 23,3 l/Sek., Förderwassermenge   Q1 =   5,2 l/Sek., Arbeitswassermenge  Qa = 18,1 l/Sek., WirkungsgradBei der Berechnung des Wirkungsgrades ist, wie es theoretisch allein richtig ist, die Förderhöhe vom Oberwasserspiegel an gerechnet und nicht, wie es die Fabrikanten von hydraulischen Widdern tun, vom Standpunkt der Maschine aus. Das letztere Verfahren gibt zu hohe Werte. Für den vorliegenden Fall würde sich dann ein Wirkungsgrad von \eta=\frac{2,94\,.\,5,2}{1,0\,.\,18,1}=0,843 = 0,845 errechnen. \eta=\frac{H_f\,.\,Q_f}{H_a\,.\,Q_a} = \frac{2,34\,.\,5,2}{1,0\,.\,18,1}=0,673 Versuche mit größerer Förderhöhe sind noch im Gange. Textabbildung Bd. 327, S. 740 Die Vorteile der liegenden Bauart der Hydropulsoren sind im wesentlichen: Leichte Montage ohne Hilfe der erbauenden Fabrik durch einen nur einigermaßen geschickten Monteur, weil die Maschine als Ganzes verpackt und verschickt wird, geringe Bauarbeiten, gute Reinigungsmöglichkeit usw. Es ist wahrscheinlich, daß Hydropulsoren von etwa 5 bis 1000 l/Sek. in Zukunft liegend gebaut werden, wenn es die örtlichen Verhältnisse einigermaßen gestatten. Für besonders kleine und dann wieder für mittelgroße und größte Wassermengen werden vorwiegend stehende Hydropulsoren angewendet. Namentlich bei größten Ausführungen ist die stehende Ausführung billiger als die liegende. Fig. 8 zeigt den Schnitt durch einen Hydropulsor für 2 l/sec. Schluckwassermenge zur Wasserversorgung in Villen usw. Alle Teile sind in Rotguß hergestellt. Die beiden Triebrohre münden nicht radial, sondern schräg in das Laufrad ein, damit sich das Laufrad mit Sicherheit drehen kann. Textabbildung Bd. 327, S. 740 Fig. 11. Textabbildung Bd. 327, S. 740 Fig. 12. In Fig. 9 bis 12 ist ein kleinerer stehender Saughydropulsor (56 l/Sek. = 202 cbm/Std. Mischwassermenge) dargestellt. Das Laufrad hat 450 mm ∅ und hängt an einer Bronzewelle, die am oberen Ende durch ein Kugelstützlager, nahe über dem Laufrad durch ein Weißmetallhalslager geführt ist. Es hat vier sich nach oben hin öffnende Druckwasserkammern D und dazwischen vier sich nach unten öffnende Saugwasserkammern S. Die Verschiedenheit in der Größe der Kammern D und S rechtfertigt sich durch die Verschiedenheit der Druckwassermenge (35 l/sec.) und der Saugwassermenge (21 l/sec.). Die Abdichtung des Laufrades gegen das Gehäuse erfolgt mittels genau gedrehter Dichtungsleisten, die mit ganz geringem Spiel in dem ebenfalls ausgedrehten Gehäuse laufen. Textabbildung Bd. 327, S. 741 Fig. 13. Textabbildung Bd. 327, S. 741 Fig. 14. Jede Druckkammer D hat auf der Unterseite zwei Löcher A, jede Saugkammer S auf der Oberseite ein Loch B. Es wird also in dem ringförmigen Raum x unter dem Rad ein höherer Druck herrschen als in dem ringförmigen Raum y über dem Rad. Durch entsprechende Wahl dieser ringförmigen Flächen kann also der nach unten wirkende Druck des Druckwassers ganz oder teilweise aufgehoben werden, was sehr zur Schonung des Kugelstützlagers am oberen Ende der Welle beiträgt. Aehnliche Anordnungen finden sich übrigens auch bei den Hegenden Hydropulsoren. Fig. 11 zeigt eine Photographie des Laufrades. Man erkennt daran sehr deutlich die Saug- und Druckkammern, die Druckausgleichlöcher in denselben und die Dichtungsleisten am Umfang des Rades. Der gezeichnete Hydropulsor hat zwölf schmiedeiserne Triebrohre von je 83 mm lichter Weite, die sich radial an das Gehäuse anschließen. Für gewöhnlich sind die Triebrohre stehender Hydropulsoren gleichmäßig im Kreise verteilt und ihrer ganzen Länge nach geradlinig, bilden also einen Stern. Aus besonderen Rücksichten sind hier die Triebrohre in zwei symmetrischen Gruppen angeordnet und wie in Fig. 12 deutlich zu erkennen ist, nach einer Seite hin abgebogen. Sie vereinigen sich in zwei Sammelleitungen derart, daß immer ein Triebrohr in die eine, das nächste in die andere, das übernächste Triebrohr wieder in die erste Sammelleitung usw. einmündet. Diese Spezialkonstruktion wird später bei der Besprechung der Anlage auf dem Rittergut Dretzel erläutert werden. Stehende Hydropulsoren für mittelgroße und größte Wassermengen haben stets Triebrohre aus Zement, Steinzeug oder Beton. Fig. 13 und 14 zeigen einen solchen Hydropulsor (Druckhydropulsor) für 8,5 cbm/sec. Schluckwasser. Das Laufrad und das Laufradgehäuse sind aus Gußeisen angefertigt. Das Gehäuse ist in einen großen runden Betonkörper eingebettet, in welchem die Triebrohre (im vorliegenden Falle 24) eingebaut sind. Steinzeug- oder Zementrohre empfehlen sich wegen ihrer glatten Innenwand, solange der Durchmesser so gering ist, daß ein Verputzen der Rohre im Innern nicht möglich ist. Triebrohre größeren Durchmessers können direkt im Beton ausgespart und nachträglich verputzt werden. Jedes einzelne Triebrohr kann am äußeren Ende durch ein in zwei Nuten eingeschobenes Brett abgeschaltet werden, so daß man den Hydropulsor auch mit verminderter Leistung laufen lassen kann. (Schluß folgt.)