Das Bremsen der Turbinen, speziell einiger von der Maschinenfabrik von J. M. Voith in Heidenheim ausgeführter Anlagen. Von C. Schmitthenner. (Fortsetzung und Schluss des Berichtes S. 1. d. Bd.) Das Bremsen der Turbinen, speziell einiger von der Maschinenfabrik von J. M. Voith ausgeführter Anlagen. Die Versuche. Mit Rücksicht auf Wassermessung, Pegelbeobachtung und Bremsung waren natürlich mehrere Beobachter zu gleicher Zeit thätig, die Uhren waren gleich gerichtet und jeder notierte seine Beobachtungen stets mit Zeitangabe. Im ganzen wurden drei Versuche bei 80, 50 und 25 mm Leitschaufelöffnung ausgeführt, deren Ergebnisse in Tabelle I geordnet sind. Tabelle I. Textabbildung Bd. 314, S. 17 Versuch und Wassermessung Nr.; Zeit; Leitschaufelöffnung; Wagedruck; Vorgelege, minutl. Umdrehung; Gefälle; Mittlere Wassertiefe; Mittlere Wassergeschwindigkeit im Messquerschnitt; Wassermenge; Absolute Pferdestärken; Nutzeffekt d. Turb.; Gesamtnutzeffekt der Anlage; Beaufschlagung; von; bis; im Mittel Die zugehörigen Wassermessungen sind in Tabelle II zusammengestellt. Da die projektierte Erweiterung des Untergrabens noch nicht ausgeführt war, so staute sich das Wasser ganz bedeutend auf und es mussten daher die Versuche bei wesentlich geringerem Gefälle als normal ausgeführt werden. Dementsprechend wurde auch die Tourenzahl der Turbine herabgesetzt, damit dieselbe wieder unter normalen Verhältnissen arbeitete. Bei 2 m Gefälle soll die Turbine 35,5 Touren machen, also war jetzt eine Tourenzahl proportional den Quadratwurzeln aus den Gefällen verringert einzuhalten. Tabelle II. Wassermessung Illerzell, 2 7. August 1898. Textabbildung Bd. 314, S. 18 I. Versuch.; II. Versuch.; III. Versuch.; Beginn; Schluss; Profilpunkt; Ablesung der Sek. für 50 bis 250 Flügelumdrehungen; Ablesung der Sek. für 50 bis 150 Flügelumdrehungen; Flügelumdrehungen pro Sek.; oben; unten; Mittlere Anzahl Flügelumdrehungen pro; Mittlere Wassergeschwindigkeit; Mittlere Wassertiefe; Wassermenge Für 1,434 m Gefälle z.B. ist die normale Tourenzahl demnach n=35,5\,\sqrt{\frac{1,434}{2}}=30 entsprechend einer Tourenzahl an der Vorgelegewelle von 4 . 30 = 120 Touren. Ein besonderes Uebereich im Obergraben war nicht vorhanden und floss das Wasser mit ziemlich grossem Gefälle zu, so dass die Höhe des Oberwasserspiegels fortwährend mit der schweren Leerschütze reguliert werden musste, damit keine Ueberflutung eintrat. Kleine Schwankungen des Gefälles und der Tourenzahl innerhalb des jeweiligen Versuches waren infolgedessen nicht ganz zu vermeiden, aber durch häufige Beobachtungen liessen sich trotzdem sichere Mittelwerte feststellen. Es ergaben sich nun die Nutzeffekte der Turbine zu 82,0% bei 80 mm Schaufelöffnung oder ganzer Beaufschlagung 86,0% „ 50 mm „ „ 0,70 „ 79,5% „ 25 mm „ „ 0,38 „ Bei der Berechnung des Beaufschlagungsgrades der Turbine ist zu bemerken, dass die Wassermengen beim Vergleich auch auf gleiches Gefälle reduziert werden müssen, wobei die Schluckfähigkeit der Turbine proportional den Quadratwurzeln aus den Gefällen ist. Bei 1,434 m Gefälle verarbeitet die Turbine, voll beaufschlagt, 4,750 cbm. Bei Versuch II mit 1,618 m Gefälle verarbeitet die Turbine bei 50 mm Schaufelöffnung 3,510 cbm, während sie bei diesem Gefälle und voll beaufschlagt Q=4,750\,\sqrt{\frac{1,618}{1,434}}=5,050\mbox{ cbm} schlucken würde. Die Beaufschlagung bei Versuch II ist somit \frac{3,510}{5,050}=0,7. Es waren somit die seitens der Firma J. M. Voith geleisteten Garantien (vgl. S. 2) reichlich erfüllt worden. Besondere Beachtung verdienen noch die aufgeführten hohen Nutzeffekte η1, da sie den Gesamtnutzeffekt der Turbinenanlage ausdrücken und daher für den Turbinenbesitzer von besonderem Interesse sind. Die Turbine sollte bei 2 m Gefälle eine Maximalleistung von 109 haben. Der Nutzeffekt ist derselbe wie bei 1,434 m Gefälle, dagegen wird die verarbeitete Wassermenge eine grössere sein und zwar berechnet sich dieselbe wie oben erwähnt zu Q=4,750\,\sqrt{\frac{2}{1,434}} Dies entspricht einer Leistung an der Turbinenwelle von \frac{5,5\,.\,2\,.\,1000\,.\,82}{75\,.\,100}=120 oder einer Nutzarbeit am Riemen von \frac{5,5\,.\,2\,.\,1000\,.\,78,4}{75\,.\,100}=115. Textabbildung Bd. 314, S. 19 Fig. 7.Francis-Turbine des städtischen Elektrizitätswerkes Rosenheim. Die beschriebene Bremsung ist mit allen Mitteln der Genauigkeit ausgeführt worden, die Reibungskoeffizienten sehr niedrig und sonstige Voraussetzungen eher für die Turbine zu ungünstig angenommen worden, um bei der Berechnung des Nutzeffektes für die Turbine allein jegliche Schönfärberei zu vermeiden und ein sicherlich unantastbares Resultat zu schaffen. Textabbildung Bd. 314, S. 19 Fig. 8.Spiralturbine von Karl Freudenberg in Schönau. Es soll noch an dieser Stelle bemerkt werden, dass die gebremste Turbine genau dasselbe Modell ist wie die in D. p. J. 1899 312 6 von W. Mittler in Cannstatt beschriebene und gebremste Turbine von Mühlenbesitzer Adolf Lutz in Calw. Auch der Einbau ist ganz ähnlich, so dass nur die immerhin grosse Differenz zwischen den von Müller einerseits und von mir in Illerzell andererseits gefundenen Resultaten rätselhaft erscheint, und hoffe ich, dass mir einmal Gelegenheit geboten wird, die Ursache aufzuklären. Francis-Turbine des städtischen Elektrizitätswerkes Rosenheim. Die Gesamtanordnung dieser Turbinenanlage ist durch einen Vertikalschnitt in Fig. 7 dargestellt. Die Turbine ist ebenfalls eine regulierbare Francis-Turbine mit stehender Welle. Konische Räder mit 3000 bezw. 1000 mm Durchmesser treiben die Vorgelege welle an, auf welcher noch ein 4900 kg schweres Schwungrad mit 3000 mm Durchmesser aufgesetzt ist. Die Bremsung wurde von Prof. M. Schröter aus München vorgenommen und ebenfalls mit grösster Genauigkeit ausgeführt. Nach dem vorangegangenen ausführlichen Bremsbericht soll hier nur auf die Endresultate hingewiesen werden und sind dieselben in untenstehender Tabelle zusammengestellt. Versuch MittlereWasser-menge MittleresGefälle AbsolutePferde-stärkenNα EffektiveLeistungan derVorgelege-welle N1 Gesamt-wirkungs-grad derTurbinen-anlage η1 Beauf-schla-gung I 4,865 4,719 306,0 256,9 83,9 voll II 1,630 4,812 104,6   76,0 72,7 ⅓ Die ermittelten Nutzeffekte sind die Gesamtnutzeffekte der Anlage, ermittelt für die horizontale Vorgelegewelle, also ohne Berücksichtigung des Verlustes durch Räder, Lager und Windreibung des Schwungrades sowie der Lagerreibung, hervorgerufen durch das Gewicht der Bremse, die eigentlich gar nicht zur Anlage gehört. Diese vorzügliche Leistung der Turbine, sowie das ruhige und sichere Arbeiten des Regulators, gaben die Veranlassung, dass in diesem Jahr für dieselbe Anlage eine dritte Turbine in genau gleicher Ausführung bestellt worden ist. Spiralturbine von Karl Freudenberg in Schönau. Die Fig. 8 und 9 zeigen diese Anlage in ihrer Gesamtanordnung. Oertliche Verhältnisse haben es notwendig gemacht, die Turbine in einem sehr engen Raum des vorhandenen Wasserbaues unterzubringen. Unstreitig lassen sich mit der Spiralturbine die elegantesten und zweckmässigsten Wasserkraftanlagen ausführen, aber auf der anderen Seite ist auch dieses Beispiel ganz besonders dazu geeignet, die praktische Verwendbarkeit der Spiralturbine zu zeigen, wenn es sich darum handelt, den bestehenden Bauten sich anzupassen und doch eine einfache, zugängliche Turbinenanlage und einfachen Antrieb zu schaffen. Die Turbine ist eine Francis-Turbine, aber mit liegender Welle im geschlossenen Gussgehäuse für folgende Verhältnisse konstruiert: Nutzgefälle H =     4,7 m, Grösste Wassermenge Q = 0,750 cbm, Umdrehungszahl u =     162 pro Minute, Leistung voll beaufschlagt bei 79% Nutzeffekt 37,0 , „ ¾ „ „ 80% „ 28,0 , „ ½ „ „ 76% „ 17,8 . Vorgenommen wurde die Bremsung von der Firma J. M. Voith, während als Vertreter von K. Freudenberg Ingenieur Scholl aus Mannheim zugegen war. Textabbildung Bd. 314, S. 20 Fig. 9.Spiralturbine von Karl Freudenberg in Schönau. Die Bremsung wurde in der üblichen sorgfältigen Weise vorbereitet und durchgeführt und es konnte die Bremse direkt auf die horizontale Turbinenwelle an Stelle der Antriebscheiben gesetzt werden. Behufs Wassermessung war im Unterkanal einige Meter von der Turbine entfernt ein vollkommener scharfkantiger Ueberfall mit Seitenkontraktion eingebaut. Berechnet wurden die Wassermengen nach Broschmann. Im folgenden seien eine grössere Zahl der gemachten Versuche wiedergegeben (Tabelle III). Tabelle III. Versuchs-Nr. Zeit Schaufel-öffnung MinutlicheUmdrehungs-zahl EffektiveLeistung Gefälle H Wasser-menge Q AbsolutePferde-stärken Wirkungs-grad Beaufschlagung mm N e m cbm N α %   1  2  3 11,0511,1011,15 ca.555555 170170170 34,0434,0434,04 4,3854,3834,363 0,7160,7160,724 41,8541,8442,11 81,381,380,8 voll   4 11,20 55 166 34,05 4,36 0,716 41,62 81,8 –   5  6  7  8  9 11,2511,3011,3511,4011,45 5555555555 157157157157157 34,1234,1234,1234,1234,12 4,3554,3564,3604,3614,356 0,7300,7270,7300,7300,730 42,3842,2242,4242,4442,40 80,580,880,480,480,5 voll 10111213 2,052,102,152,20 40404040 167167167167 28,5428,5428,5428,54 4,504,4864,4784,476 0,5650,5620,5650,565 33,933,633,733,7 83,984,984,684,6 0,77 141516 2,252,302,35 404040 157156157 28,7528,5728,75 4,4654,4654,464 0,5720,5720,575 34,034,034,2 84,584,084,1 – 17181920 2,402,452,502,55 27,527,527,527,5 161160160160,5 17,717,617,617,6 4,5514,5764,5784,577 0,3850,3760,3760,379 23,322,822,823,1 75,977,077,076,3 0,51 2122 3,003,05 18,318,3 162162 11,911,9 4,6494,643 0,2720,276 16,817,0 70,970,9 0,38 Durch das Einbauen des Ueberfalles wurde das Gefälle etwas reduziert und ist daher die Leistung nach Massgabe des früher Gesagten für 4,7 m Gefälle umzurechnen, für welches die Nutzleistung von 37 garantiert war. Es wurden also auch bei dieser Bremsung die garantierten Nutzeffekte wesentlich überschritten, obgleich die Lagerreibung durch Bremsgewicht nicht berücksichtigt und ferner das ganze Gefälle von Oberwasser- bis Unterwasserspiegel als Nutzgefälle in Rechnung gesetzt wurde, während doch ein gewisser Betrag für Rohrreibung, die der Turbine doch nicht zur Last gelegt werden darf, in Abzug hätte gebracht werden müssen. Aus den vorgeführten Bremsungen geht hervor, dass der Nutzeffekt der von der Firma J. M. Voith konstruierten Francis-Turbinen, sei es mit horizontaler oder vertikaler Welle, ein ausserordentlich günstiger ist, nicht nur bei voller sondern auch herab bis unter ⅓ Beaufschlagung. Besonders charakteristisch ist der Umstand, dass bei ¾ der maximalen Wassermenge der Nutzeffekt am höchsten ist, also bei mittlerer Wassermenge die Ausnutzung noch besser ist als bei maximaler. Als weitere vorteilhafte Eigenschaft ist zu bemerken, dass selbst bei beträchtlicher Abweichung der Tourenzahl von der normalen trotzdem Nutzeffekt und Leistung wenig abnehmen, und es sind diese Eigenschaften in Verbindung mit der soliden und sauberen Ausführung der Grund der grossen Beliebtheit und Verbreitung der Voith'schen Turbinen. Textabbildung, Bd. 314, S. 21 Fig. 10. Es dürfte daher die graphische Darstellung (Fig. 10) der in den Jahren 1870 bis 1898 von der Firma J. M. Voith gelieferten Turbinen einiges Interesse bieten und sei zum Schluss hier noch wiedergegeben.