Forum Wasserkraft: Wasserkraftanlagen

In meinem kurz vorher hier gegebenen Beitrag "Kurzdruck-Wasserkraft-Kolbenmaschine" sprach ich schon von Versuchsanordnungen dazu, dahs auch mit relativ wenig Wasservolumen-Verbrauch bei Kolbenzylindermaschinen beträchtliche Momentandrücke vorkommen und auch nutzbar sind.

Hier ein Versuch dazu, nach Klarstellung des Umfangs der involvierten Drücke (z.B. in den Alpen):
Das (bit.) Patent Gaetano Sallusto's [Italiener aus Nola, dort auch wohnhaft gewesen] benutzt circa 1 cm Ruckweg; Sallusto setzt also in der Hauptsache auf den geoeffneten Arbeitsweg n a c h dem hydrostatischen Druckaufschlag aus Hoehe der Wassersaeule mal Kolbenstempelflaeche mal Erdbeschleunigung g = 9,81 m/sec² <also eine echte Kraftwirkung aus Masse mal Beschleunigung -: fuer den Kolben im Zylinder, der beweglich wird durch den unteren Umlauf (Becken q) und die druck- und saugbedingte Wasserwanderung von einer Kammer in die andere, so dass wir nur einerseits den Flaechendruck haben -- bei z. B. r = 30 cm, also r²pi ~ 2.800 cm², sind das unter 1100 m Hoehe (= 110 atue) 2.800 • 110 kp = 308 t pro Hub -- hier werden also s t a r k e Rohre und Zylinder gefragt sein! -- und andererseits den offenen Weg fuer die "traege" Auswirkung dieser Kraft entlang dem freien Wege im Zylinder, da Kolben weiter beweglich und die Kraft in Arbeit umsetzend.

Der Stosz, einmal vorhanden (hier 308 Tonnen), muss nach den Traegheitsgesetzen (Gesetz der Beharrung) weiterwirken! - Eine einmal eingegebene Kraft, hier Flaechendruck auf Kolben, hat die fysikalische Eigenschaft, solange, bis sie etwa durch Schwungrad, das an Pleuel ueber Kurbel den Druck auffaengt, gebremst ist, weiterzuwirken,
bzw.: die Masse (hier Kolben mit empfangenem elastischem Stosz) bleibt solange in Bewegung, wie sie nicht gestoppt wird, und setzt dabei die mit ihr getragene Kraft um.
Die Druckkraft stammt aus der Hydrostatik nach Pascal, ist nur abhaengig von der Hoehe ueber Erdmittelpunkt und der Flaechengroesze, die in Betracht kommt, hier die wegbewegbare Kolbenflaeche. Ist der Kolben grosz (im Querschnitt), so ist auch der Druck um so gewaltiger.

Bei gleicher Hoehe aus Druckleitung im Gebirge von 1.100 m, aber Kolbenstempelflaeche von

r² pi = 10.000 • 3,14 cm² |bei r = 1 m| = 31.400 cm²

haben wir einen pro Hub in Gang gesetzten Flaechendruck von 31.400 • 110 kp = 3.724 t (in Worten: dreitausendsiebenhundert und vierundzwanzig Tonnen)
Wenn man bedenkt, dass der Zylinder einen Hub von, sagen wir, 3 m hat, dass dabei 1/3 dieses Hubes die wie ein Stosz wirkende Kraft noch ausfahren kann, so haben wir eine Leistung von 3.724 t • 1 m = 3.724.000 kgm. Geteilt durch die dazu benoetigten vielleicht 5 sec ergibt 944.800 kpm/sec pro Hub, das sind (944.800 : 75 =) 12.597,33-- PS.

Ich glaube klargemacht zu haben, wie also auch blosze Bergdruckleitungen - ohne die Notwendigkeit von riesigen Staubecken/Talsperren - noch gehoerig genutzt werden koennen.

Und jetzt der dazugehörige Prinzipversuch (kommt in nächstem Eintrag). ---hdito ~*~

Kurzdruck-Wasserkraft-Kolbenmaschine.
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Bin gefragt worden, ob es irgendwo eine laufende Kurzdruck-Wasserkraftmaschine gibt. Ich kenne das Projekt von Gaetano Sallusto. Es sind Abwandlungen davon möglich. Das Prinzip ist, bei Vorhandensein von Bachwasser (höher gelegen) aus einem Reservoir eine Steigleitung nach unten zu verlegen, beispielsweise 80 m tief (senkr. Höhenunterschied). Unten hat's dann einen Wasserdruck des inkompressiblen Wassers von 8 bar (=8 at = 8 kp/cm²). Der wird in Wasserdruckbehälter vor Kolbenzylinder jeweils kurz eingegeben, dann mit Schiebezylinder Steigleitung jedesmal wieder geschlossen.
Es kommt dann in das vorher schon eingelassene druckfreie Wasser vor dem beweglichen Kolben ein entsprechender hoher Druck, malzunehmen mit der Kolbenstempelfläche.
Bei Zylinder-Durchmesser von 8 cm haben wir eine Druckfläche von 16 pi cm² = 50,27 cm².

Malzunehmen mit den Bar ergibt:
50,27 cm² x 8 kp/cm² = 402,12 kp = 0,4 t (technische Tonnen) pro Hub.

Während der Freigabe der Steigleitung kommt auch etwas Wasser mit der Überleitung des hydraulischen Druckes mit hinein. Beides zusammen ergibt den Ruck auf den Kolben, der verbunden ist mit Kolbenstange und Pleuel an Kurbel eines Schwungrades und entsprechend die Kraft in Arbeit an dem Schwungrad umsetzt.
Natürlich könnte man (wenn genug Wasser vorhanden) immer den ganzen Zylinder jeweils auffüllen, dann erst Steigleitung schliessen.
Die gestellte Aufgabe war und ist aber: Auch mit weniger Wasser noch relativ gute Kolbendrücke umzusetzen. Unten muss immer durch eine Untere Wasserumleitung oder Heranleitung jeweils Wasser vor den Kolben gebracht werden, bevor die Steigleitung geöffnet wird.
Bei einem Zweikammer-Arbeitszylinder wird abwechselnd die eine, dann die andere Kammer (Raum vor und hinter dem Kolben) - beide mit Wasser gefüllt, mit Druck kurz beaufschlagt. Untere Wasserumleitung vorher auch voll wassergefüllt.

So wird jedes Mal auch der Rückweg des Kolbens ausgenutzt.
Eine weitere Möglichkeit ist (auch schon von Gaetano Sallusto, der ein britisches Patent bekommen hatte) eine schnelle Ventilsteuerung, so dahs auch sogar während der Kolben schon fährt, noch weitere kurze Druckstöhsse erteilt werden können, dabei muss aber verhindert werden, dahs der Druck auf die jeweils andere Seite des Kolbens (die jeweils andere Kammer) über die Untere Umleitung durchkommt, weil das ja die Sache von der anderen Seite sofort hemmen würde.

Darum muss wohl der Untere Umlauf (was Gaetano Sallusto für selbstverständlich gehalten hat) längere Umwege machen (Rohrschlangen), damit die Druckwelle nicht schon auf die andere Seite gelangt, während Steigleitungsdruck von oben noch eingegeben wird, also eine klitzekleine Verzögerung muss sein, ausserdem Auspritzventil, bzw. Überdruckventil vonnöten. Alles machbar.
Es kommt auf den richtigen Zeitpunkt an, wo was in Gang gesetzt wird bzw. sich automatisch, wie vorprogrammiert, einschaltet. Elektronische Steuerung heutzutage kein Problem.

Damit habe ich die Impulswasserkraft für sparsamen Wassergebrauch hier mal skizziert.
Es ist kaum zu glauben, was für ein Sturm der bornierten Ablehnung da auf mich armen Schreiber bei Forum Wissenschaft im Spiegel losgelassen worden ist. Aber eines ist natürlich richtig: Prinzipversuche (ich habe eine Reihe) sollten dringend mal nachgemacht werden und das Ganze in Klein (zuerst in nicht zu kleiner Miniatur) durchgetestet werden.
Bestürzt war ich, dahs uns sogar schlimmste Beleidigungen an den Kopf geworfen wurden.
Man wurde den Verdacht nicht los, dahs es einigen Leuten von der Pro-Atom-Lobby (die auch ihre Schreiber hat, man sieht das an den immer wieder auftauchenden gleichen Pseudonymen) irgendwie wurmt, dahs hier neben den Talsperren (da können wir ja keine mehr bauen, alles schon belegt!) mit ihren Wasserturbinen, jetzt auch noch eine Nutzung von kleineren Wasserzuläufen im Bergland mit einer Kolbenzylindertechnik, die sich gewaschen hat, geben sollte. Aber warum nicht?
Was könnte man machen? - uAwg.
mfg, ---hdito ~*~

hallo....

Das klingt für mich ein bisschen wie der "hydraulische widder"....

Der hat aber einen ziemlich miesen Wirkungsgrad im einstelligen Bereich!
Der hydraulische WIdder nimmt aber den Grossteil der Energie aus der kinetischen ENergie des Wassers. Danach "steht" das Wasser erst mal und muss seine Trägheit überwinden um erneut kinetische Energie abzugeben.
Ich befürchte, dass genau diese Trägheit das Problem im "SPiel" ist und eine wirklich effiziente Nutzung extrem erschwert.

Grüsse
Oswald

Bei der Impulswasserkraftmaschine folgen die Druckstöhsse schnell hintereinander. Bei Öffnung einer Steigleitung (oder einer Zufuhr aus einer Steigleitung) ist augenblicklich der Wasserdruck (eine hydraulischen Druckwelle) an Ort und Stelle; die Geschwindigkeit der Verbreitung ist die der Schallwellengeschwindigkeit im Wasser.

Es wird ein relativ kleines Wasservolumen verbraucht zur sicheren Druckübertragung. Wie sich der druckbeaufschlagte Kolben verhält, hängt dann allein davon ab, ob er leicht oder stark gebremst ist durch Antrieb von Pleuel-Kurbel zu Schwungrad hin. Würde er völlig ohne Widerstände sich bewegen können, bekäme er auf Grund der Tatsache, dahs die ihn treffende Kraft ein Vektor ist (in dem nicht nur nebenbei g = 9,81 m/sec², also eine Beschleunigung, und zwar die Erdbeschleujnigung steckt), einen solchen Ruck, dahs er nimmermehr zum Stehen käme. Dies folgt aus dem Gesetz der Beharrung (Trägheitsgesetz) der Fysik. -

Für den unteren Wasserumlauf (zum Nachfüllen in den sehr kurzen Pausen, was bei Zweikammer-Zylinderkolbenmaschine von der verengt werdenden Kammer zur erweitert werdenden Kammer erfolgt) muss gesichert sein, dahs nicht die Druckwelle die gegenüberliegende Kammer erreicht; also beim Öffnen des Unteren Wasserumlaufes muss die Steigleitung geschlossen werden (bzw. kurz davor) und der Untere Umlauf sollte längere Rohrschlangen aufweisen, um mit Absicht eventuelles Durchkommen von restlichem Steigleitungsdruck über diese Linie zu der anderen Seite hin ((was ja alles hemmen würde)) zu verzögern.

Also insofern wird hier auch eine Verzögerung miteinkalkuliert. Das ist aber alles sehr kurz im Vergleich zum Montgolfier Wasserwidder.
Dieser
arbeitet so, dahs ungefähr die Hälfte eines Wasserquantums, welches aus mittlerer Höhe abstürzen gelassen wird (schiefe Ebene) mit dem Schwung daraus nachher doppelte Höhe einer anderen schiefen Ebene erreicht, wobei über Ventilsteuerung
und Nutzung von Verzögerungswirkungen kein Rückfluss mehr möglich, also diese Hälfte dann oben bleibt. Das ist gut beschrieben von der Ausarbeitung in der Webseite www.wasserwidder.de,... auch historisch gut belegt.

Da der Gaetano-Sallusto Impulswasserkraft-Mechanismus Wasser auf höherer Ebene nicht so schnell verbraucht, sondern sehr sparsam damit umgeht, ist es durchaus möglich, den Hydraulischen Widder gerade zur Wiederauffüllung von oberem Reservoir zu nutzen, da der Hydraulische Widder keine Motorpumpe nutzt, auch keine kommunizierende Röhre mit Wasserturm (die man ja auch nicht überall hat). Es müssen dann immer zwei Widder im Takt arbeiten. Und bei höheren zu füllenden Reservoirs braucht man mehrere Zwischen-Plattformen.

Wenn man bedenkt, dahs dies alles praktisch nur aus der Gravitation ermöglicht ist, dann ist das defacto eine Anzapfung dieser Gravitationsenergie. Und die Gravitation (ob nun ausfächernde Felder oder sogar Wellen) erneuert sich momentan ständig.
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Hier noch, wie versprochen, ein Prinzipversuch zu der Tatsache, dahs auch kleines Wasservolumen grohsse Kräfte übertragen und in Gang setzen kann:
Ein hoher Boiler oder Badewanne mit Ausflussstopfen (den man sehr schnell offnen und verschliessen können muss, bzw. ein hindurchgestecktes Röhrchen schnell schliessen kann)
wird hochgebockt und unten am Abflussrohr, das waagerecht anzubringen ist, wird nach einer kleinen Strecke ein leicht aufsitzender Stopfen in Form eines passgenauen Kolbens, der leicht geklemmt wird (Klemmung schnell später zu beseitigen), aufgedrückt, so dahs er druckloses Wasser in dem waagerechten Rohr unterhalb des Wannenverschlusses gerade zurückhält (das Wasser muss also ohne Druck darinnen sein).

Dann wird der Wannenverschluss geöffnet bzw. dortiges Röhrchen,
und der Druck des Wassers bis zur freien Oberfläche des Wassers darüber (Wassersäule geheissen) teilt sich sofort dem unteren waagerechten Rohr mit dortigem Wasser mit.
Der Stopfen bzw. dortiger Kolben fliegt heraus, er sei ja nicht sehr fest eingeklemmt gewesen, sondern gerade so eben.
Und es ist an dem Wannenabfluss bzw. am besten an dem dortigen Röhrchen messbar, wie wenig Wasser da durchgeflossen ist, weil die Öffnung nur momentan war.

Und unteren Kolben, den kann man noch mit Kolbenstange und Pleuel an ein kleines Schwungrad verbinden (bzw. dessen Kurbel) und kann messen, was für einen Stohs der Kolben erfahren hat.

Es stellt sich heraus, je höher die Steighöhe bzw. Wassersäule (s.o.) und je gröhsser die Kolbenstirnfläche ist, desto stärker war die auf den Kolben wirkende Kraft, der er dann auch gefolgt ist, da die Kraft ein Vektor; und das Wasservolumen ist relativ winzig gewesen, das da verbraucht wurde.
Natürlich ist das waagerechte Rohr jetzt leer. Es müsste wieder gefüllt werden, nachdem Wannenverschluss zu. Aber das ist ja Wasser auf einer unteren Höhe (-unten kann man immer leichter Wasser in der Natur beschaffen als ganz oben-), also das ist nicht das Wasser, das kostbare, aus einer gröhsseren Höhe, um das möglichst zu sparen es ja ging. -
Das ist das ganze 'Geheimnis' der Hydrostatik.

mfg. ---hdito ~*~