Die neue Turbinenanlage in Bellegarde. Von Wilh. Müller in Cannstatt. Die neue Turbinenanlage in Bellegarde. Die Wasserwerksgesellschaft in Bellegarde (Departement de l'Ain) The Land and Water Power Co., Ltd., London, hatte bei Erweiterung ihrer Kraftstation, hauptsächlich zu Stromabgabe für elektro-chemische Industrie, in erster Linie örtlichen Verhältnissen und vorhandenen Einrichtungen Rechnung zu tragen. Textabbildung Bd. 314, S. 50 Turbinenanlage in Bellegarde. Die Abmessungen des bestehenden Tunnelkanals für das Aufschlagwasser genügten; im ganzen genommen handelte es sich bei dem Entwurf um folgende zwei wesentliche Lösungen: 1. Sicherung voller Ausnutzung der Niederwassermenge der Rhone mittels eines quer durch den Strom gelegten Fangdammes. 2. Bedachtnahme auf beschränkten Raum zwischen den bestehenden Werken und dem Felsen, falls die Anlage im alten Flussbett der Valserine errichtet werden sollte. Bezüglich Turbinen und Elektrogeneratoren zweckmässigste und wirtschaftlich günstigste Systeme unter möglichst sparsamer Ausnutzung des verfügbaren Raumes und Berücksichtigung der bereits bestehenden Bauten vorzusehen. Die Dammanlage gab zu verschiedenen unter sich stark abweichenden Vorschlägen Veranlassung, die der Begutachtung von Sachverständigen unterbreitet wurden. Die Leitung der Gesellschaft, von Seiten der Maschinenwerkstätten in Vevey gebührendermassen unterstützt, beschloss, die in Fig. 1 bis 3 dargestellte Anordnung auszuführen. Der Zulaufkanal nimmt seinen Anfang an der Stelle, wo die Rhone, zwischen zwei Felsenwände eingezwängt, sich ein schmales Bett ausgewaschen hat, in welchem der Niederwasserspiegel bis auf eine Tiefe von etwa 12 m hinabsinkt. Textabbildung Bd. 314, S. 51 Fig. 3.Turbinenanlage in Bellegarde. Textabbildung Bd. 314, S. 51 Fig. 4.Stauwehr (Ansicht). An dieser bei Niederwasser freien Stelle wurde der erste, d.h. obere Teil des Wehrdammes – Oberkante in gleicher Höhe mit dem Strassenvisier – kreisbogenförmig gebildet zwischen die Felsenwände angelegt, um dem Druck besser zu widerstehen. In dem nach Art eines Brückenbogens ausgeführten Mauerwerk (Fig. 4 bis 6) sind Schlitze zum Durchstecken von drei ⌶-Trägern frei gelassen, deren untere Enden sich auf den felsigen Grund des Flussbettes stützen. Diese Eisenbarren hatten den Zweck, den an dieser Stelle des Bauwerkes in reichlicher Menge versenkten grossen Felsblöcken und Cement als Stütze zu dienen und den unteren Teil des Wehrdammes bilden zu helfen, dessen Aufmauerung die Heftigkeit des Stromes nicht gestatte. Man ging dabei von dem Gedanken aus, dass die vom Wasser mitgeführten festen Körper die zwischen den künstlich geschichteten grossen Steinblöcken und Felsstücken frei gebliebenen kleineren Oeffnungen nach und nach derart verstopfen, dass dadurch ein sich langsam vollziehender genügender Abschluss erreicht wird, um der Forderung, das Kleinwasser vollständig abzufangen, zu entsprechen. Ausser dem Wehrdamm wurde die Wasserfassung noch durch eine mächtige beim Tunneleingang aufgestellte Ablassfalle für Geschiebe vervollständigt, deren Wirksamkeit mit Bezug auf letzteres eine überaus kräftige ist. Alle diese Arbeiten wurden durch die Bauunternehmer Turquois und Bergeron in Bellegarde während des Winters 1897 bis 1898 ausgeführt. Das erzielte Resultat hat die Erwartungen weit übertroffen, indem sich der Wasserspiegel im Kanal bei Niederwasser thatsächlich um etwa 2 m gehoben und dadurch eine Gefällsvermehrung sich eingestellt hat, die künftig bei voller Ausnutzung der Niederwassermenge einer Kraft von etwa 8000 gleichkommt. Was die Aufstellung der hydraulischen Motoren betrifft, so wurden nach Mitteilungen, welche wir der Direktion der Werkstätten in Vevey verdanken, Projekte von zwei Firmen, die im Turbinenbau bewährten Ruf geniessen, einverlangt und dabei Krafteinheiten von 1200 und eine mit günstigem Wirkungsgrad übereinstimmende Umgangszahl vorgeschrieben. Das Projekt von Cachin, Direktor der Werkstätten in Vevey, hat fünf Turbinen, System Francis, mit ausgewuchteter, leicht zu bewegender Abschützung vorgesehen. Das Eigentümliche und Vorzügliche des Cachin'schen Entwurfs besteht in den Ablaufkanälen der Turbinen, indem dieser Ingenieur den sinnreichen Gedanken hatte, sie einfach in den Felsen zu hauen. Cachin brachte für jede Turbine den Durchstich eines Ganges mitten durch den Fels in Vorschlag, welcher nicht die Gefahr in sich schloss, die Sicherheit der oberen Kanalmauer in Frage zu stellen, im Gegenteil verbleibt derselben dadurch eine ausserordentlich feste Grundlage. Bei dem anderen Entwurf wäre dies nicht der Fall gewesen, indem dabei bis zu einer Tiefe von fast 7 m unter die Sohle dieser Mauer hätte gegangen werden müssen, überdies wären die Turbinen bei Hochwasser für Ausbesserungen auch nicht zugänglich gewesen. Diese unstreitigen Vorzüge haben zu Gunsten des Projektes der Werkstätten von Vevey entschieden und wurde diese Firma auch mit Ausführung der Turbinen beauftragt. Textabbildung Bd. 314, S. 52 Fig. 5.Grundriss. Der Gesamtplan zeigt die Anordnung der älteren und diejenige der neuen Turbinen mit ihren Dynamos, woraus auch bezüglich der Kostenersparnis durch Anordnung des Durchstichs nach dem besprochenen Projekt alles weitere ersichtlich ist. Jede Krafteinheit setzt sich aus nachstehender Gruppe zusammen: a) Fig. 7 und 8. Turbine zum Antrieb einer Generatordynamo nach folgenden Berechnungsgrundlagen: Nutzgefälle 11 bis 13 m, Wassermenge 11000 bis 9300 l in der Sekunde, Leistung 1200 bei 75% Nutzeffekt. Umgangszahl durch die Erbauer der Dynamo, Brown Boveri und Co. in Baden (Schweiz), mit 114 Umdrehungen in der Minute vorgeschrieben. b) Fig. 9. Turbine für die Erregerdynamo: Nutzgefälle 11 m, Wassermenge 400 l in der Sekunde, Leistung 40 , Wirkungsgrad 75%, Umdrehungszahl 400 bis 450 in der Minute. Beide Turbinen sind nach dem Ueberdrucksystem gebaut, haben stehende Wellen und über Wasser liegende Zapfen. Diejenige für 1200 nach dem System Francis, mit äusserer radialer Beaufschlagung konstruiert, fasst drei übereinander gesetzte Schaufelkränze in sich, hat durchbohrte Stahlwelle und Oberwasserzapfen, System Fontaine, der auf einer Standsäule ruht. Kräftige Lager, deren eines auf dem Deckel des Leitrades, das zweite auf dem Deckel der Wasserkammer sitzt, und endlich ein drittes unter der Verkuppelung der Turbinenwelle mit der Achse der Dynamo angebracht, sichern eine vollständige Mittelpunktslage. Die Abschätzung dieser Turbine besteht aus einem ringförmigen Gitterschieber, der an der Eintrittsseite bewegt wird, da wo die Leitschaufel eine der Einflussweite der Oeffnung entsprechende Verdickung aufweist, für welche der bewegliche Ring das Oeffnen oder Schliessen entweder von Hand oder unter Einwirkung des selbstthätigen Reglers bewerkstelligt. Die auf senkrechter Welle aufgesetzte Hebel- und Schubstangenanordnung überträgt die Bewegungsrichtung der Schütze auf den wegen leichter Einwirkung in unmittelbarer Nachbarschaft der Dynamo aufgestellten Regler. Der Zapfen nach der von Fontaine herrührenden Anordnung erleidet folgenden Auflagedruck: Gewicht des Laufrades und der Welle 10000 kg Gewicht des sich drehenden Teils der Dynamo 20000 „ ––––––––– Zusammen 30000 kg Da diese starke Belastung leicht eine Erhitzung des Zapfens und die Möglichkeit längeren Stillstandes hervorrufen könnte, ist eine fast völlige Zapfenentlastung versucht worden. Der Wasserdruck wirkt auf eine runde Scheibe, die hier das Prinzip gleichmässiger Entlastung zur Ausführung bringt und zwar in eigenartiger Weise und mit grosser Einfachheit der Mittel, da an Stelle einer besonders auf die Welle aufgekeilten Druckscheibe solche in Gestalt eines den ganzen Umfang des Leitrades überdeckenden Ringes an das Laufrad angegossen ist. Diese von Cachin angegebene, durch Schweizerisches Patent Nr. 14651 geschützte Einrichtung (Fig. 10) bewirkt seit Ingangsetzung eine wirksame und dauernde Entlastung; die Zapfenkonstruktion wurde derart ausgeführt, dass eine plötzlich eintretende Auswechselung der der Reibung ausgesetzten Teile ohne weitläufige Arbeiten vor sich gehen kann. Textabbildung Bd. 314, S. 52 Fig. 6.Querschnitt. Die 40pferdige, für die Erregerdynamo bestimmte Turbine ist gleichfalls mit geschlossener Wasserkammer, jedoch nach dem System Jonval ohne Abschützung des Leitrades gleichfalls mit senkrechter Welle ausgeführt. Die Regelung erfolgt in Uebereinstimmung mit der grossen Turbine durch eine am Anfang des Einfallrohres aufgesetzte Ventilhaube, der Ringzapfen am oberen Ende der Turbinenwelle ist ebenfalls entlastet und zwecks leichter Ueberwachung durch das Bedienungspersonal oberhalb der Dynamo aufgesetzt. Die Beaufschlagung für jede Gruppe findet in den bestehenden runden Kammern statt, an deren Eingang Rechen zum Aufhalten fester Körper aufgestellt wurden. Starke Ringschützen sind bei der Einströmung in die Turbinen vorgesehen; dieses Schützensystem bietet vermöge seiner Form den Vorteil, bei jeder durch den Wasserdruck verursachten Belastung gleichgewichtig zu sein, ein Gegengewicht hält der Last des beweglichen Ringes die Wage derart, dass die Handhabung dieses Abschlussringes mittels des im Dynamosaal befindlichen Getriebes ebenso leicht als rasch stattfinden kann. Textabbildung Bd. 314, S. 53 Francis-Turbine 1200 zum Antrieb einer Generatordynamo. Textabbildung Bd. 314, S. 53 Fig. 9.Jonval-Turbine 40 für die Erregerdynamo. Textabbildung Bd. 314, S. 53 Fig. 10.Zapfenentlastung, System Cachin. Hier mag besonders bemerkt werden, dass nicht nur die Einströmung in die Turbinen, sondern gleicherweise auch die Ausläufe mit ziehbaren Abschlüssen versehen sind, um die Turbinen bei Hochwasser, falls der Eintritt ins Innere notwendig werden sollte, völlig freilegen zu können. Aehnlich ist der Einlauf zu den Turbinen mit 40 durch eine Verschlussklappe abgeschützt; bei den Turbinen von 1200 schliessen starke Schützen den Eingang eines jeden der in den Fels getriebenen Ablaufkanäle ab; grössere Mannlöcher erleichtern den Eingang in die Turbinengehäuse und auch unter die grossen Turbinen (vgl. Gesamtplan Fig. 1 bis 3). Selbstthätige Regelung. Der ungleiche Gang der vorhandenen älteren Turbinen, aus einer Fehlerhaftigkeit ihrer Regler herrührend, verursachte fortwährend Unannehmlichkeiten aller Art. Man gelangte deshalb zur Ueberzeugung, dass die neuen Turbinen für jeden Gewerbebetrieb, der sich möglicherweise darbieten könnte, geeignet sein müssten. Es war daher von höchster Wichtigkeit, sie derart zu konstruieren, dass – unter Innehältung eines günstigen Wirkungsgrades – dieselben eine dauernd sichere und genaue Regelung gestatteten. Nach vorliegenden Berichten wäre dies auch völlig gelungen. Die Gleichmässigkeit des Ganges soll den strengsten Anforderungen entsprechen, was mit Bezug auf die älteren mit einem Hilfsmotor verbundenen hydraulischen Regulatoren besonders erwähnt sein mag, deren Mangelhaftigkeit klar zu Tage trat und zur Einschaltung von Schwungrädern Veranlassung gab. Selbst bei schroffem Kraftwechsel bis zu 400 , d.h. 30% der Gesamtleistung, sollen die Schwankungen dank des ausgleichend wirkenden grossen Ankergewichts 1% der mittleren Geschwindigkeit nicht überschreiten. Das dem tachygraphischen Geschwindigkeitsmesser eines Kraftabnehmers entnommene Schaubild (Fig. 11) lässt die Geschwindigkeitsänderung bei den neuen Turbinen erkennen. Textabbildung Bd. 314, S. 54 Fig. 11.Schaubild der Geschwindigkeitsänderung. Unmittelbar nach Ingangsetzung der ersten Turbinen- und Dynamogruppe liess die Gesellschaft The Land and Water Power Co., Ltd. Abnahmeversuche ausführen, deren Resultate in nachfolgendem Bericht verzeichnet sind und augenscheinlich das vollständige Gelingen dieser neuen Anlage nachweisen. Abnahmeprotokoll über eine Turbine und dreiphasige Wechselstrommaschine von 1200 unter 11 bis 13 m Gefälle. Bei den Versuchen waren die Erbauer der Turbine, die Maschinenwerkstätten in Vevey, durch Pfulg, die Lieferanten der Wechselstrommaschine, Brown, Boveri und Co., Baden (Schweiz), durch Aichele, die englische Gesellschaft durch Direktor Draper und den Elektroingenieur Bovy vertreten. Ueber die angestellten Versuche geben nachstehende Einzelheiten Aufschluss. Umdrehungeni. d. Minute Ampère derErreger-maschine ErreichteAnzahl Volt Ampère aufeiner Strom-leitung Kilo-Watt 115 136 2400 155 – 114   94 2000 178 – 116   92 2000 230 – 115 110 2140 255 940 Unter letzterer Spannung wurde 4 Stunden ununterbrochen gearbeitet und festgestellt, dass die Erwärmung der Maschine eine kaum bemerkbare war: 20° über die umgebende Luft in den Platten. Die Hauptwickelung an der elektrischen Maschine erwies sich kaum etwas wärmer als vor dem Versuch, nur eine der Phasen war lauwarm geworden. Dieser Umstand, in Verbindung mit dem Einfluss der Verteilung der Widerstände, die der Anker verursacht, lässt schliessen, dass die geleistete Arbeit um etwa 100 grösser war als die gemessene, nur eine der Leitungen trug ein Ampèremeter und eben diese war etwas weniger stark geladen. Aus der Temperatur der Wechselstrommaschine nach Vornahme des Versuchs kann man schätzen, dass das garantierte Güteverhältnis erreicht ist und die Maschine vollkommen zufriedenstellende Stromkraft erzeugt. Es wurde noch ein Versuch mit entlastetem Anker gemacht und dabei 2000 Volt und 500 Ampère mit 180 Ampère am Erreger, somit ein vorzügliches Resultat festgestellt. Die Turbine mit senkrechter Welle hat sich nach dem Urteil dieser Sachverständigen vortrefflich bewährt und unter 13,90 m Gefälle eine Kraft von 1400 bis 1500 entwickelt. Die hydraulische Entlastung arbeite zuverlässig, Lager und Zapfen hätten sich gut gehalten, der Geschwindigkeitsregler habe trotz raschen Kraftwechsels entsprechend gewirkt und die ganze Einrichtung in keiner Weise irgend eine Erschütterung bemerken lassen. Schliesslich wäre noch hervorzuheben, dass die neue Kraftanlage seit Ingangsetzung ohne irgend welche Unterbrechung zur Zufriedenheit der Besitzer arbeitet.