Kisszótár


Magyar Magyar Angol Angol
Vizi kerék... ----

Magyar Magyar Német Német
Vizi kerék... ----

Címszavak véletlenül



Címszó:
Tartalom:

Vizi kerék

A magasabb nívóról alacsonyabbra eső vagy folyó víztömegben motorikus célra felhasználható energia (vízi erő) rejlik. Ezen energia nagysága függ a vízbőségtől (Q liter, vagyis kg másodpercenként) és a felső és alsó víznívó közti különbséggel mért eséstől, vagy amint még nevezni szokták, a nyomó magasságtól (h méter): L = Q.H/75. A vízi erő ipari célokra való kihasználására majdnem kizárólag V.-et használnak és csakis korlátolt mértékben igen jelentékeny nyomás és kis vízmennyiség esetén a dugattyús vízmotorokat, az u. n. vízoszlopgépeket. A vízeséseket a természet készen adja, vagy mesterségesen állítják elő: duzzasztással, átvágással vagy kis esésű (folyóméterenként 0,0005-0,002) műcsatornák építésével. A vízerők sokfélesége a V.-szerkezetek rendkívül változatos, sok fajtáját hozta létre. Más szerkezetek váltak szükségessé v. mutatkoztak célszerűbbeknek a szerint, amint nagy vagy kis vízmennyiségeket nagy vagy kis esésekkel kellett kihasználni; amint a vízmennyiség állandó, többé vagy kevésbé változó; amint a felső víz nívója állandó vagy ingadozó; amint az alsó víz színe keveset változik, avagy időközönként duzzad és apad; a szerint, hogy a víz tiszta vagy sok hordalékot visz magával; végül a szerint, amilyenek a geológiai és az éghajlati viszonyok. A szerkezetek változatosságát szaporítja még az is, hogy egy esetben az erő kihasználásának, más esetben a befektetési költségeknek ökonómiáját kívánják. További mérvadó szempontok a konstrukció megállapításánál a fordulati sebesség, a terhelések többé-kevésbé változatos volta és a sebesség szabályozásának kérdése. Mindezen bonyolult kérdéseken csak a tapasztalt szakember tud eligazodni és csak ő szabhatja meg a konkrét esetnek legmegfelelőbb szerkezetet.

A víz a V.-et, bármily szerkezetű legyen is, vagy 1. direkt a súlyával, 2. a súlya kölcsönözte nyomással, vagy 3. a súlya kölcsönözte mozgásával, eleven erejével tartja működésben. Ezen erők külön-külön is, de a szerkezet módja szerint együttesen is működhetnek a V.-re. A V. hajtására fordítható munkamennyiség ugyanaz marad, akár a felső vízszinen, akár mélyebben fekvő ponton (nyomás alatt) eresztjük le a vizet a kerékre, az első esetben súlyával, a második esetben eleven erejével működtetvén azt. a h mélységben a víz c = négyzetgyök 2gh teoretikus sebességgel folyik ki, ezen sebességében Q.c2/75 2 = Q.h/75 lóerőt adhat át a keréknek, csak ugy mint a súlyával vagy nyomással működő víz. A V. tényleges munkavégzése azonban Q.h/75-nél mindenkor kevesebb, mert kontrakciók, ütközések, súrlódások, továbbá tömeg- és sebességveszteségek (amellyel a víz a kereket elhagyja) a rendelkezésre álló munkának egy részét (20-70%-át) felemésztik. A tényleg végzett és a rendelkezésre álló munkamennyiség viszonyát a V. hatásfokának nevezik.

A legprimitívebb V.-ek a hajómalom V.-ei. A vízszintes tengely két lehorgonyzott hajón van ágyazva, ezek egyike a hajómalom, melyek közt függ a fából ácsolt kerék a fél szélességükig vízbe merülő sugárirányú deszkalapátokkal. A folyóvíz a lapátokba ütközve hozza forgásba a kereket. Ezek a 3-6 m átméretű, 2-5 m széles, 8-20 lapáttal ellátott V.-ek 3/4-5 lóerőt hasznosítanak. E fajta egyszerű V.-eket látunk vályúba beépítve stabil malmok hajtásánál is. A víz a vályúban a kerék előtt 10-15 cm. vastag rétegben folyik és csak a kerék kerületét csapja. Hatásfokuk 15-30%, mit az alsó víz dagadása még alább szállíthat. Hámorok pörölyei hajtására gyakran használnak ilyen V.-eket, nagy (6-7 m) esésekre is, hol a vizet a vályúba csövön vagy lejtős nyílt csatornán eresztik le. A nagy vízsebességek és kis kerékátmérők (3 m-ig) oly nagy fordulati számot eredményeznek, hogy további áttételek nélkülözhetők. Jobb hatásfokot eredményeznek (40-50%) azok az alul csapott V.-ek, melyek teknőben járnak (Kropfräder). A lapátok sugárirányúak, csak a végük van egy kissé legörbítve, hogy a vízből függélyesen kiemelkedve az alsó vizet fel ne locsolják. A beeresztő zsilipet néha ferdén helyezik el, hogy a kiömlési nyílás a kerékhez közel kerüljön, ami azonban nem éppen lényeges kelléke a jó hatásfoknak. Alkalmazni szokás ezen V.-eket Q = 2 m3 és h = 0,5-1,5 m-nél. Vasszerkezetben, görbített lapátokkal (Poncelet szerkezete), az alulcsapott V. hatásfoka 68%-ra is emelkedhetik. Kis esésekre és nagy vízmennyiségekre (h = 0,7-2,5, Q = 5 m3) kedvelt V. a Sagebien-féle. A vizet bukózsilip (tehát kis sebességgel) ereszti a sűrűn elhelyezett ferdén álló lapátokra. Nagy kerékátmérő (az esésnek 3-10-szerese) és lassú járás jellemzik. A víz főképpen nyomással működik. Hatásfoka 60-70%. Zuppinger konstrukciója ugyanazon vízmennyiség és esés mellett az előbbinél kisebb dimenziókat ad s nagyobb forgási sebességet. 21/2 m. esésig középen csapott, 31/2 m-ig háton csapott, ettől egész 12 m-ig felülcsapott kerék van helyén , kivételesen azonban ezektől nagyon eltérő esésekre is alkalmazzák az egyes kerékfajokat. Greenockban p. van egy 21 m átmérőjű, 3,8 m széles háton csapott V., mely 191/2 m esés mellett 0,9 m3 vizet emészt. A víz ezen V.-ekben nagyrészt súlyával dolgozik, a lapátok és az oldalkoszorúk képezte cellákban. A kerékre csapó vízsugárnak olyan irányt adnak (kulissza-vezetés), hogy ütközés nélkül töltsék meg a cellákat, mialatt a lapátfelületeken elterelve, eleven erejüket a keréknek adják át. Ezért a lapátvég irányának a beömlő víz és a kerék kerületi sebességének eredője irányával kell összeesnie. A középen és háton csapott kerekek hatásfokuk lényeges csökkenése nélkül az alsó vízbe is bemerülhetnek, míg a felül csapott V.-ek az alvízfolyással ellenkező irányban forogván, nagyon változó alvíz esetén nem alkalmazhatók, a vízmennyiség változásai iránt azonban a felül-csapott V. legkevésbé sem érzékeny. Ezen V.-ek hatásfoka 60-70%, de igen nagy méretű felül-csapottaknál 80%-ra is rúghat. A V. erejét vagy a tengelyről adja tovább, vagy pedig direkt a kerületéről, melyre ez esetben fogas koszorút erősítenek. Az első esetben a küllőknek olyan erőseknek kell lenni, hogy ne csak a kerék súlyát bírják meg, hanem a kerületről a tengelyre a torzióerőt is átvihessék. A fogas koszorúval ellátott V.-nél; nevezetesen ha vasból készítik, könnyű, húzásra igénybe vett, de keresztkötésekkel kellőképpen merevített küllőkből álló karrendszereket alkalmaznak (szuszpenzió-rendszer). Az eddig leirt szerkezeteket egyszerűen V. névvel jelölik, megkülönböztetésül a turbináktól. Jellemző különbség a kettő között az, hogy a V.-nél a víz mindenkor azon felület élen folyik ki, amelyen beömlött, holott a turbinánál a lapátoknak két nyitott határoló élük lévén, az egyiken történik a beömlés, a másikon pedig a kiömlés.

A tulajdonképpeni V.-ek nagyobb vízeséseknél és nagy vízmennyiségeknél nagy méretűek s drágák, bizonyos határokon túl pedig egyáltalán kivihetetlenek. Ha nagy az esés, de a vízmennyiség kicsiny, rendesen sugáralakban eresztik a vizet a lapátokra, mely esetekben gyorsan forgó kis kerekeket szerkesztenek. Legprimitívebb formájában fatengelyekre nyeleikkel felerősített kanalakból állanak a lapátok, melyekbe a vízsugár ütközik (hatásfok 30-35%); legtökéletesebb szerkezetében a (Pelton-) kerekeknél (hatásfok 80-85%) a koszorúcsavarokkal felerősített serlegek a vízsugarat vízszintes síkban kétfelé és a beömléssel éppen ellenkező irányban terelik vissza. Ha a kerék kerületi sebessége félakkora, mint a vízsugár belépés előtti (abszolút) sebessége, akkor legnagyobb hatásfokkal dolgozik, mert a lapátfelületeken a kerék mozgásához képest (relatív) félakkora sebességgel surran végig és a lapátot elhagyva a két egyenlő sebességű, de ellentétes irányú mozgás behatása alatt kis (abszolút) sebességgel, eleven erejét a keréknek kiadva, holtan esik le. A serlegkerekeket néha burkolattal látják el, néha a kerületen elosztva 2-3, sőt több sugarat is lövellnek rá. Kis vízmennyiségre és nagy esésre szerkesztett turbina a Zuppinger-féle tangenciális kerék is, melynél a járókerék vízszintes síkban fekszik. A víz a külső kerületen ömlik a lapátokra és azokon végigsurranva, a belső kerületen lép azokból ki (axiális beömlés). A Schwammkrug-turbinánál a kerék függélyes síkban jár, a bevezetés a belső kerületen történik.

Valamennyi eddig bemutatott V.-szerkezetet az jellemzi, hogy a vizet a kerületnek csak kis részén vezetik be (parciális, részleges beömlés). Nagy vízmennyiségek felvételére azonban a kerék teljes kerületére eresztik a vizet, miáltal nagy emésztésű, aránylag kis átméretű, a nyomó magassághoz viszonyítva gyorsjárású kerekek adódnak ki. Ezeket a teljes beömlésű turbinákat majdnem kivétel nélkül vízszintes síkban helyezik el, mert csak így ömölhet mindegyik lapátba ugyanazon, a hatásfokra legkedvezőbb nyomással a víz. A lapátfelületek rendesen henger- vagy csavarfelületek, alkotójuk lehet sugárirányú, melyekre a beömlés tengelyirányú vagy tangenciális (Schiele-féle turbina, mely nem egyéb, mint Pelton-kerék sűrűn elhelyezett lapátokkal és teljes beömlésre szerkesztve). Lehet továbbá a lapátfelületek alkotója a tengellyel párhuzamos (axiális beömlés), vagy oly csavarfelület, melynek alkotója a tengelyirányból a sugárirányba megy át. Ezeknél a beömlés sugárirányú, a kiömlés tengelyirányú (Francis- és az ún. amerikai turbinák).

A turbina jó hatásfokának (70-85%) feltétele, hogy a víz lehetőleg energiájának csökkenése nélkül ömöljön a járó kerék lapátjaiba, aminek feltétele a víz irányban való vezetése. Turbinák, melyeknél a vezető kerék hiányzik, ma már nem készülnek; az ilyenek, mint a Cadiat-, Witelaw- (skót turbina), Combes-, Cansen-, v. a Plataret-féle csőbe szerelt csavar-turbina hatásfoka legfeljebb 40-45%. A vezető kerék épp oly sokféle lehet, mint a járó kerék maga. Míg pl. a Francis-turbinánál a járó kerék lapátjai terelik a vizet a radiálisból az axiális irányba, addig a Fourneyron-féle turbinánál (1830. évből származik és az első a műszaki követelményeknek megfelelően szerkesztett turbina) a tengely irányból a sugár irányába a vezető lapátok terelik; hasonló vezetőkerék-szerkezettel bíró turbinánánál a vízbeeresztés jöhet felülről és alulról is.

A jó hatásfoknak további feltétele, hogy a lapátokon a víz veszteségeket okozó súrlódások, ütközések, hirtelen keresztmetszet változások és irányváltozások nélkül végigsurranva, lehető kis abszolút sebességgel hagyja el a kereket. Ezen feltételekre tekintettel szerkesztik és pedig külön minden fennforgó esetre a járó és vezető kerék lapátgörbéit, melyek a lapátszélesség több pontjára meghatározva a lapátfelületek vázát alkotják. A vezető lapátok a vizet kis hajlásszög alatt terelik a járó kerék mozgásirányára és ezek ellenkező irányban vezetik a kiömléshez. A lapátok közötti bőséget és a kiömlési nyílást vagy oly bőre szabják, hogy a vízsugár azt ki nem töltve, szabadon átfolyik (Girard-féle turbina); vagy pedig oly szűkek a kiömlési nyílások a beömléshez képest, hogy a lapátok közeiben a víznyomás alatt áll. Ez utóbbi esetben a víz nemcsak eleven erejével, hanem nyomásával is hajtja a vizet, mely mint a kifolyás irányával ellenkező irányú visszahatás (reakció) nyilvánul (egymástól függetlenül szerkesztettek ilyet Jonval és Henschel, kiknek nevét viseli). Tisztán a reakció hatásán alapszik a Segner-kerék és a Whitelow-féle turbina.

A Girard-turbinánál a vízsugárnak szabadon, zavartalanul kell folynia, miről a csatornák kellő méretezésén kívül légbevezetéssel is gondoskodnak. Víz alatt ezek a turbinák rossz hatásfokkal dolgoznak, míg a Jonval-turbina víz alatt sem veszít sokat hatásfokából; szívócsővel ellátva, mely esetben a külső lapátkoszorú elmaradhat, jóval az alsó vízszint felett is elhelyezhető (Rittinger elnevezése szerint csőturbina). Szerkesztenek olyan turbinákat is, melyeknél a víz a lapátközöket egészen kitölti ugyan, de azért igen kis reakcióval dolgozik. Ezen határturbinák víz alatt is járhatnak. Ezen tulajdonságaik révén a Girard-turbinák változó vízmennyiségre, de állandó esésre, a Jonval-turbinák állandó vízmennyiségre, de változó esésre, míg a határturbinák úgy változó vízmennyiségre, mint változó esésre is alkalmasak.

A Girard-turbina szabályozható a beömlés szűkítésével, vagy egyes lapátközök tolattyúkkal, szelepekkel, fedőlapokkal, vagy Fontaine és Brault módja szerint a vezető kerék bőrlappal való befedésével, körtolattyúval, a Lehmann-féle nyerges tolattyúval, vagy axiális beömléssel ugyanezen elveken alapuló szerkezetekkel. Jonval-turbinák ekként nem szabályozhatók, ezeknél a vezető és járó kerék víztömege közti összefüggést nem szabad megszakítani, ami szabályozásukat megnehezíti. Helyes, de meglehetősen bonyolult szabályzó szerkezet a Nagel- és Kämp-féle, melynél a vezető, valamint a járó kerék szélessége egyszerre változtatható. Francis- és vele rokon szerkezetű turbináknál a vezető kerék lapátjai állításával történik a szabályozás. Egyenletes járást feltételező üzemekre a szabályozás nem kézzel, hanem érzékeny regulátorokkal (rendesen indirekt, néha hidraulikus módon) történik.

A könnyebb szabályozhatás és nagy vízemésztés elérésére két-, sőt háromkoszorús turbinákat is készítenek vagy közös tengelyre két turbinát működtetnek. Az erőátvitel a függőleges turbinatengelyről rendszerint kúpkerekekkel történik, csak kivételesen látjuk a munkagépet (malomkőjárat, szivattyú, defibreur vagy dinamó) a tengelyről direkt hajtva. A turbina tengelye rendesen fésűs csapott vagy harangcsapon függ.

A nagyméretű turbináknál erősen terhelt csapsúrlódásokat közbesajtolt olajjal minimumra lehet redukálni (Mechwart szerkezete), mert ennél a csap nem a csészéjén, hanem olajrétegen jár. Súlyos és nagy víznyomással terhelt tengelyek tehermentesítésére különféle szerkezetek vannak, melyek rendesen a víz felhajtó erejét használják fel a tehermentesítésre (Mechwart szabadalmazott turbinája). A Fontaine-csapszerkezetnél a tengely szilárdul áll és ezen csüng a csöves turbina tengelye. Néha talpcsapon jár a tengely. Hosszú turbina-tengelyek vezető (víz alatt guajak-fából való) csapágyakkal látvák el. A turbinák gyártását hazánkban a Ganz és társa gépgyár nagy tökélyre vitte, mintaszerű szerkezetei külföldön is nagy elterjedésnek örvendenek.

Forrás: Pallas Nagylexikon

Kapcsolódás



Maradjon online a Kislexikonnal Mobilon és Tableten is