Über Wasserkraft- und Wasser-Versorgungsanlagen: Praktische Anleitung zu deren Projektierung, Berechnung und Ausführung 9783486742206, 9783486742190

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Oldenbourgs

Minisclie Handbibliothek Hand V I I :

Über Wasserkraft- und WasserYersorgung'sanlagen von

Ferdinand Schlotthauer

München und Berlin Druck und Verlag von B. Oldonbourg 1913

Über Wasserkraft- und WasserVersorgungsanlagen Praktische Anleitung zu

ihrer

Projektierung, Berechnung uud Ausführung Von

Ferdinand Sclilotthauer inii-mieur

Zweite Auflage

Mit 20 A b b i l d u n g e n

München und Berlin D r u c k u n d V o r l a g von E . O l d e n b o u r g .1913

Vorwort zur zweiten Auflage. Der rasche Absatz, dessen sich die erste Auflage dieses Buches zu erfreuen hatte, beweist die günstige Aufnahme, welche es in weiten Kreisen fand, und bestätigt das durchaus wohlwollende Urteil der Kritik, die, aus zahlreichen hervorragenden Fachmännern bestehend, fast ausnahmslos zu der Überzeugung gelangte, daß dem Verfasser die Lösung seiner schwierigen Aufgabe vollständig gelungen sei. E s galt, intelligenten, theoretisch tüchtigen und praktisch erfahrenen Technikern eine Anleitung zu bieten, welche sie befähigt, selbst ohne Kenntnis der höheren Mathematik sich mit den Grundgesetzen der Hydraulik oder Hydromechanik bekannt zu machen, an der Hand praktischer Beispiele ihre Formeln richtig anwenden zu lernen und neben der Theorie, die auf das geringste zulässige Maß beschränkt wurde, sich auch die reiche Praxis zu eigen zu machen, welche der Verfasser im Laufe fast eines Menschenalters gesammelt hat. Es läßt sich nicht bestreiten, daß sowohl im Hoch- als Straßen- und Eisenbahnbau die Hydraulik eine recht wesentliche Rolle spielt. Beispielsweise sei darauf hingewiesen, daß die Versorgung mit Trinkwasser in allen Fällen, woselbst diese nicht durch gemeindliche Leitungen erfolgen kann, oft eine recht schwierige Sache ist, da aus lokalen, hygienischen und praktischen Gründen die Schaffung von Pumpund Ziehbrunnen immer mehr in den Hintergrund tritt. Auch die Herstellung von Entwässerungsanlagen spielt oft eine wesentliche Rolle und es erfordern beide Einrichtungen tüchtige Kenntnisse auf dem hydraulischen Gebiete, sollen

VI

Vorwort..

g r o b e Fehler u n d u n m o t i v i e r t e M e h r k o s t e n e n t f a l l e n . In weit, h ö h e r e m M a ß e ist es b e i m E i s e n b a h n b a u n ö t i g , einen g r ü n d lichen E i n b l i c k in die e r w ä h n t e W i s s e n s c h a f t zu besitzen. Sie ist n ö t i g zur richtigen B e s t i m m u n g der D u r c h l ä s s e , B r ü c k e n , F l u ß - u n d B a c h k o r r e k t i o n e n u n d insbesondere' der G r ä b e n in d e n E i n s c h n i t t e n u n d längs der D ä m m e , da ihre v e r f e h l t e A n l e g u n g A n l a ß zu b e d r o h l i c h e n B ö s c h u n g s r u t s c h u n g e n b i e t e t . U n d wie selten findet m a n d a s e r f o r d e r l i c h e W i s s e n f ü r alle diese D i n g e ! I.)er G r u n d liegt d a r i n , d a ß auf höheren Schulen d a s V e r s t ä n d n i s h i e r f ü r n i c h t i m m e r e r w e c k t wird. Man doziert die H y d r a u l i k , m i t der H y d r o d y n a m i k beginnend, n u r zu o f t auf rein w i s s e n s c h a f t l i c h e r Basis u n d u n t e r l ä ß t die Hinweise auf die einschlägige P r a x i s , so d a ß f a s t alle, deren Beruf nicht auf dieser M a t e r i e f u ß t , ihren W e r t n i c h t erfassen lernen und es v o r z i e h e n , ihre Zeit d e m eigentlichen, für sie in e r s t e r Linie m a ß g e b e n d e n S t u d i u m der b e t r e f f e n d e n liauwissenschaft, zu w i d m e n u n d d a s a n s c h e i n e n d N e b e n sächliche zu vernachlässigen. Geraten schon diese Herren n i c h t selten in eine b e d e n k l i c h e Lage, so ist diese n o c h rosig g e g e n ü b e r j e n e r zu nennen, in welche f a s t alle T e c h n i k e r gedrängt w e r d e n , die im D i e n s t e kleinerer städtischer B e h ö r d e n , von Distrikts- bzw. V e r w a l t u n g s b e h ö r d e n oder v o n P r i v a t e n s t e h e n u n d die G r u n d l a g e ihres W i s s e n s nicht in h ö h e r e n Schulen erworben h a b e n . Sie h a b e n sieh f ü r e i n ü n b e s t i m m t e n Beruf v o r b e r e i t e t , u n d n u n v e r l a n g t man gleichzeitig: Hochbau, Ivulturtechnik, Elektrizitäts- u n d M a s c h i n e n w e s e n sowie T i e f b a u . Letztere M a t e r i e schließt n a t ü r l i c h die H y d r a u l i k ein. W a r es da n i c h t ein z w i n g e n d e s Gebot der .Notwendigkeit., all den Genannten ein H i l f s m i t t e l an die H a n d zu geben, d a s den e i n g a n g s a u f g e f ü h r t e n Bed i n g u n g e n e n t s p r i c h t ? Ist doch g e r a d e diese M a t e r i e jene, w e l c h e z u r z e i t die g r ö ß t e Rolle spielt u n d d e m S e l b s t s t u d i u m die meisten Schwierigkeiten bereitet. Die A n t w o r t auf die v o r a u s g e g a n g e n e F r a g e bildet der r a s c h e A b s a t z der ersten A u f l a g e dieses Buches. Reichlich e n t l o h n t d u r c h diesen Erfolg seiner mühseligen A r b e i t ist der V e r f a s s e r f r e u d i g an die H e r s t e l l u n g der zweiten g e s c h r i t t e n . E r h a t es sich n i c h t v e r d r i e ß e n lassen, einen großen Teil seines Buches

Vorwort.

VII

vollständig u m z u a r b e i t e n , u m das Work zu v e r v o l l k o m m n e n , den W ü n s c h e n der Kritik R e c h n u n g zu tragen u n d K ü r z u n g e n e i n t r e t e n zu lassen, soweit sie tunlich waren, ohne der verschiedenartigen A u f f a s s u n g s g a b e der Interessenten u n d i h r e m ebensolchen Bildungsgänge E i n b u ß e zu t u n . Aber auch die in der j ü n g s t e n Zeit g e m a c h t e n F o r t s c h r i t t e auf technischem Gebiete erheischten dringend eine A u f n a h m e in das Buch, dessen R a h m e n allerdings5 recht eng begrenzt ist, so d a ß es sich als nötig erwies, vieles n u r mit wenigen W o r t e n anzud e u t e n . Der Hinweis, welcher d a d u r c h erfolgte, d ü r f t e jedoch fast in allen Fällen genügen, u m den b e t r e f f e n d e n Herrn zur E i n f o r d e r u n g von P r o s p e k t e n usw. zu veranlassen. Die Zahl der Abbildungen w u r d e v e r m e h r t , Veraltetes ausgeschieden, allen N e u e r u n g e n R e c h n u n g getragen. Ein H a u p t gewicht legte der Verfasser d a r a u f , d i e A b t e i l u n g e n I u n d II t u n l i c h s t u n a b h ä n g i g voneinander z u m a 0 h e u , da sich verschiedene Herren o f t nur m i t einer der beiden zu beschäftigen haben. Zu diesem Zwecke war es nötig, einzelne A b h a n d l u n g e n auszuscheiden u n d in den allgemeinen E r l ä u t e r u n g e n u n t e r z u b r i n g e n , welche f ü r die B e n u t z u n g der Tabellen 1 I u n d I 2 erforderlich sind u n d diesen direkt vorausgesetzt w u r d e n . Einige u n b e d e u t e n d e Wiederholungen w u r d e n dabei unerläßlich, werden jedoch gerne in den Kauf g e n o m m e n worden, da in dem e r w ä h n t e n Falle d a s Studium des g e s a m t e n Inhaltes d e s B u c h e s e r s p a r t u n d zirka auf die H ä l f t e bes c h r ä n k t ist. Es wird sich daher diese U m a r b e i t u n g ungeteilten Beifalles erfreuen. Ein weiterer wesentlicher Vorzug d ü r f t e in vorliegender A u s g a b e darin liegen, d a ß der Verfasser vor der mühseligen u n d zeitraubenden Arbeit n i c h t z u r ü c k s c h r e c k t e u n d zahlreich«! Berechnungen anstellte, u m die im vorausgegangenen e r w ä h n t e n Tabellen d a d u r c h zu erweitern, d a ß d o r t alle jene R o h r g a t t u n g e n neu eingereiht w u r d e n , welche seit k u r z e r Zeit in den H a n d e l g e b r a c h t w u r d e n , u m die großen A b s t ä n d e von einem R o h r d u r c h m e s s e r zum n ä c h s t e n zu v e r m i n d e r n u n d so erhebliche E r s p a r u n g e n an R o h r m a t e r i a l h e r b e i z u f ü h r e n . E n t s p r e c h e n d dem Zwecke dieses Buches u m f a ß t die Tabelle n u n für W a s s e r v e r s o r g u n g e n

VIII

Vorwort.

s ä m t l i c h e R o h r l i c h t w e i t e n von bis 300 mm und für Wasserkraftanlagen noch alle meist gebräuchlichen von 300 mm bis zu 2000 mm. D i e s e h o c h w i c h t i g e Neuerung dürfte zurzeit k a u m in einem a n d e r e n W e r k e zu f i n d e n s e i n . So sei denn diese neue Auflage der Öffentlichkeit mit dem Wunsche übergeben, daß sie ebenso wohlwollend wie die erste aufgenommen und ihr Zweck noch in gesteigertem Maße erreicht werde! Möge das Buch manche schwere berufliche Sorge verscheuchen!

Der Verfasser.

Inhaltsverzeichnis. I. Teil:

Wasserkraftanlagen.

Allgemeines über die Hydraulik und Anwendung der Formeln Über die Bewegung des Wassers in Kanälen und natürlichen Gerinnen Verhältnis der Wasserquerschnittsfläche zum benetzten Umfang Bestimmung der Wassergeschwindigkeit . . . Rücksichtnahme auf Ausspülungen, gebräuchliche Wassergeschwindigkeit Ermittelung der Wassermengen und Methoden hierzu Ermittelung der wechselnden Wasserstände . E i n f ü h r u n g von Hochwasser in Kanäle . . . Exzessive Hochwässer Wassermessung durch Querprofilaufnahmen . Vorsicht bei vorhandenen Stauanlagen . . . Woltmannsche Flügelradmesser Bestimmung der mittleren Wassergeschwindigkeit aus jener im Stromstriche Formel hierzu Verzeichnis der Rauhigkeitskoeffizienten aus jener im Stromstriche Tabelle 1 f ü r —

r

Wassermessung durch Ausflußöffnungen . . . Formeln von Bazin, Eytelwein u. Bornemann Vorarbeiten f ü r die Kanalbestimmung . . . Stauformel nach Geh. R a t Prof. P f a r r . . . Wassergeschwindigkeit in Kanälen

Al!S

1

-

Seile

1

2

3 i 2 3, 4, 11, 18 3 4—5 3

5—6

4 4 4 4 4 4 4

6 6—7 6—7 7 7 8 8

5 5

9 — 10 10

5

10

5

11

6 6 7 7 8

11 11 — 12 13 13 14

X

Inhaltsverzeichnis.

Widerstandsfähigkeit verschiedener Materialien gegen Wasserangriff B e s t i m m u n g des Kanalprofiles Günstigste Querprofile nebst Formeln und Tabelle 3 hierzu Gefällsbestimmung für eine gewählte Geschwindigkeit Formeln 1 — 4 von Dar^y Bazin Beispiel B e s t i m m u n g der Wassergesehwindigkeit bei gegebenem Gefall F oder hydraulischer R a d i u s u Formel von Ganguillet und K u t t e r Rauhigkeitskoeffizienlen hierzu Pos. 1 — 6 . . Beispiel hierzu Vereinfachte Formel von Ganguiller und K u t t e r Rauhigkeitskoeffizienten zu dieser Pos. 1 — 12 Beispiel Wechsel der Wassergeschwindigkeit bei verschiedenen Kanalarten Übergang vom Erd- zum B e t o n k a n a l und umgekehrt Beispiel Absturz von der Beton- zur Erdkanalsohle . Vertiefung der Kanalsohle u n t e r das absolut nötige Maß Kanäle, f ü r welche kein günstigstes Qnerprofil möglich ist Kanaleinlauf' oberhalb der Wehranlage . . . Wehrkronenhöhe Seitliche Kontraktionen Erhebung der Kanal-Einlaufsohle über jene des Flusses Berechnungen f ü r den Kanaleinlauf A u s f ü h r u n g des Überganges vom Beton- zum Erdkanale Gefällsberechnungen t nterwasserkanäle, Allgemeines Wassergeschwindigkeit in diesen Quersehnittsfläche diesei- Kanäle

Aiis.

Spile

8 9

14 14 — 18

9

15-IC.

10 10 10

18 18 19

11

19

11

19

II 11 11 11 11 11

19 20 20 — 21 21 21 — 22 22-2:!

12

23

12 12 12

23, 28 22-23 25

12

25

13 14 14 14

25 26 26 26

14 14

27 27 — 28

15 15 16 16 16

28-31 30 — 31 31 — 32 32 32

Inhaltsverzeichnis.

XI

•U)-.. Seile Wehranlagen und Festlegung' clor Einbausteile 17 33 a) Breite des Wehres 17 33 b) Höhe der Wehrkrone 17 33 c) Mehrbau in Rücksicht auf Hochwasser . 17 31 Mlgemeine Bemerkungen 17 34 Fullung des Kanales auf mittlere Ilochwasserhöhe 17 3'i Vorsorge gegen die Gefahr einer ( berflutung der Ufer 17 34-35 \orsorge gegen die dabei eintretende erhöhlo Wassergesohwindigkeit 17 35 Art der Wehre und ihre Gestalt 17 33 Grundwehre 17 35—36, 43—47 Bewegliche iberfallweltre 17 36—37 f h e r f a l l e oberhalb des Wehres 17 37 Stauschutzdämmo 17 37 —38, 42 Automatischer Ablaß von Hochwasser . . 17 38 Stauweiher und Seen als Reservoire 17 39 Stauberechnungen bei Wehranlagen 18 40-42 Grundwehre, Formeln und Beispiele . . . . 18 40 f berfallwohre, Formeln und Beispiele . . .18 40—41 Berechnung der Stauweile bei Wehreinbauten 19 42 Berechnung der (."herfalle bei Wehreinbauten 20 12 Die verschiedenen Wehrarien und ihre Formen 21 43 Grundwehre, Berechnung nach Handbuch der Ing.-Wissenschaf 1 21 13 Berechnung der Wehrkronenhohe für eine festgelegte Stauhohe 22 44—47 Stauwirkung der Grund- und ('berfallwohre mit festem Unterbau und offenen Schützen bzw. entfernten Nadeln 23 17 a) Stauhohenbereclinung 23 17 b) Wassergeschwindigkeitsbercchnung . . . 23 17 Allgemeine praktische Winke über Wehre, Kanäle und Turbinenanlage 24 47—33 Stellung der Wehre 24 48 Kiesschleusen 3-4 49 Sehlammkanal zu diesen 24 19 Erdkanale zwischen Dämmen 24 49—50 Floßgassen und Fischleitern 24 50 Hohe des Cberfalles bei Turbinenanlagen . . 24 30

XII

Inhaltsverzeichnis.

Schlammabführung vor dem Einlaufrechen. . Einleitung des Wassers in die Unterwasserkanäle Wasserpuffer unter den Turbinen Hochdruckturbinen Schachtturbinen Wasserfang im Gebirge als Ersatz für Wehre Gerinne als Kanäle, Allgemeines Gerinne, Querschnittsbestimmung Rohrkanäle als Oberwasserkanalstrecke . . . Druckrohrleitungen: a) Allgemeines b) Berechnung der Druckhöhenverluste . . Rücksicht auf inneren Rostansatz Ursache für diesen Formeln für Druckverlustsberechnungen . . . Formel von Frank für Rohre mit innerein Rostansatz Die gebräuchlichste Formel von Weißbach . . Abminderung und Vernachlässigung des Wertes von 1 + £ Druckhöhenverluste in Krümmern usw. . . . Bestimmung der Rohrdurchmesser für Druckleitungen Formel von Dar$y hierzu Festsetzung der Rohrlichtweiten nach obiger Formel Hilfstabelle I 1 u. I 2 als Ersatz für diese . . Erläuterungen über die Wahl von Druckrohrleitungen nebst Beispielen Projektierung von Hochdruckanlagen bei nur teilweiser Wasserausnützung P'ührung von Kanälen vom Wasserfange bis zur Druckrohrleitung Druckrohrleitung vom Wasserfange an beginnend Allgemeine Bemerkungen über die Wahl der Rohrdurchmesserund Wassergeschwindigkeiten Stollen als Kanalstrecke und Heberleitungen . Sicherung der Rohrleitungen gegen Wanderung Rohrmaterial und Dichtung der Rohre . . . Kompensationsstücke Erläuterungen zur Tabelle II 1 u. 2 für Kohrkanäle mit eiförmigem Querschnitt . . . .

Abs.

Seite,

24 24 24 24 24 24 25 25 26 27 27 27 27 27

50—51 51 51 51 51 52—53 53—54 54 55 55 55 — 56 56 57 56

27 27

56 56

27 27

58 58 — 59

27 59, 219 — 223 27 59 27 60 — 61 27 61, 2 1 9 - 2 2 3 27

62 — 66

28

66—67

29 30

66 — 67 67

31 32 33 34 35

67 — 68 68 — 70 70 70—72 72

36

72 — 78

XIII

Inhaltsverzeichnis. Hilfsmittel zur Berechnung derselben und Beispiele Unterwasserkanäle f ü r kleine Wassernlengen . Abschätzung von Wasserkräften Oberschlächtige Wasserräder und Turbinenanlagen Schlußbemerkungen zu Teil I, die Berechnung der zu erwartenden Tagwässer für die Regengebiete

Abs.

Seite

36 37 37a

75—78 78 78 — 83

37b

83-86

38

86-92

II. Teil: Wasserversorgungsanlagen. Vorbemerkungen Hochquellenleitungen und Allgemeines über Wasserbeschaffung Grundwasser a) Allgemeines b) Artesische Brunnen c) Ausnützung von Grundwasserströmen. . Flußwasser für Wasserversorgungsanlagen . . Wasserversorgung mit Trink- und Nutzwasserleitungen Bestimmung der erforderlichen Wassermenge Projektierung von Hochquellenleitungen . . . Wasserbedarf und Quellschüttung Gefällsmessungen Zweck der Hochbehälter Wasserverbrauch zu bestimmten Zeiten . . . Wasserbewegung in den Rohren, Wahl der Wassergeschwindigkeit Gefällsverbrauch für die einzelnen Strecken . Wasserfassungen a) Allgemeines b) Art der Quellfassung: «) in festem Gestein nebst Armierung des Quellschachtes ß) in Kiesschichten auf Lettenuntergrund y) in Schwimmsand d) Fassung von Quellen, deren Ursprung nicht deutlich ausgesprochen ist . . . Erschließung und Fassung der oberen Grundwasserzone

93 — 94 39 40 40 40 40 41

94—97 97 — 99 97 — 98 98 99 99

42 43 44 44 44 45 45

100 100—101 101 101 101 — 102 102 — 103 104

46 46 47 47

104 105 — 106 106—116 106—108

47 47 47

108 — 110 110—111 112 — 115

47

115—116

48

116—117

XIV

Inhaltsverzeichnis.

Saninielbrunnen und ihre Verbindung mit jedem einzelnen B a u a r t der Brunnen Höhrenbrunnen Sicherung der Brunnen gegen Tagwasser und ihre A r m a t u r . Erschließung der zweiten Grundwasserzone W a s s e r b e s c h a f f u n g durcli Benutzung von Bach, Fluß oder Seewasser a) Wasser aus Bächen und Flüssen . . . . b) Künstliche Filtration c) Herstellung der Filter und ihre Berechnung W a s s e r e n t n a h m e aus Seen Wasserfang R o h r b e s t i m m u n g und Gefall Künstliche Wasserhebung Allgemeines und Platz für Hochbehälter . . Gruppenwasserleitungen Wasserkräfte für Pumpenbetrieb Wasserhebevorrichtungen bzw. P u m p s t a t i o n Kreiselpumpen B e s t i m m u n g des Kolbendurchrnessers . . . . Festsetzung der zum P u m p e n b e t r i e b e nötigen Kraft Der Bau und die Armierung von Hochbehältern Hochreservoire bei künstlicher W a s s e r h e b u n g . Wasserstandsfernmelder Kombinierte Wasserversorgungsanlagen . . . F ü h r u n g von Hohrsträngen als Gravitationsund lleberleitung lleberleitungen mit Erhebung über das t'rsprungsniveau E n t l ü f t u n g und Ausnutzung der lleberleitungen Heberleitungen, welche sicli nicht ü b e r die anfängliche Höhe erheben lleberleitungen im Ortsrohrnetze Gravitationsleitungen f ü r Quellfassungen. . . Beispiel f ü r die Einleitung von Quellen in den Sammelschacht Saugbehälter und Wasserzuführung zu diesen Vakuum-Messer

AL>«.

SRÌIC

49 50 51

118 IIS—119 119

52 53

119- 120 120--122

54 54 54 54 55 55 55 56 56 56 56 56 56 56

122 — 126 122 — 12.') 123 123—125 125 — 121) 125 126 1 2 6 - 135 126 — 127 127 128 — 129 129—130 130 131 — 135

57 58 59 59 60

135 — 137 137 — 144 144 - 1 4 5 145 145 — 147

61

150

61 62

148—150 150 — 151

63 64 65

151 — 153 153 — 154 154 — 155

66 67 67

155 — 157 157 — 164 158

151

XV

Inhaltsverzeichnis. Alis.

Größe der Saugbehälter Tonrohrleitungen A u s n u t z u n g der erhöhten Wasserlieferung bei zunehmender Brunnonabsenkung (lefällsbereehnungen Bau und Lage der Saugbehälter E i n r i c h t u n g der P u m p s l a i i o n e n Zusammenfassung mehrerer Grundwasserbrunnen Herstellung kleinster Wasserversorgungsanlagen Hydraulische Widder Ihre Wirkungsweise und K o n s t r u k t i o n . . . . P r o j e k t i e r u n g des eigentlichen Druckrolirnetzes a) Allgemeines b) Systeme des Rohrnetzes i ) B e s t i m m u n g des Rohrnetzes d) Darstellung der Piezzomelerstände oder Wasserdrucklinien Berechnung der einzelnen Iiohrstränge . . . Die einzelnen Bestandteile des Ortsrohrnetzes Material f ü r das Rohrnetz F o r m s t ü c k e und A r m a t u r e n Entlüftungskiisten Anschlußleitungen Die Wasserzinserhebung, Steftensystem und Wassermesser Hausinstallationen F o r m s t ü c k e f ü r Hausanschlüsse und Installation im Innern F o r m s t ü c k e l'ür Abwasserleitungen Vorsorge f ü r künftigen erhöhten Wasserverbrauch Vorbemerkungen zu den Tabellen 1 1 u. 1 2 . Tabelle I 1 zur B e s t i m m u n g der Rohrlichtweite Tabelle I 2 zur B e s t i m m u n g der Druckhöhenverluste Tabelle II 1 zur B e s t i m m u n g eines normalen Eiprofiles Tabelle II 2 zur B e s t i m m u n g der Druckhöhenverluste Hydrometrie

Seite

67 67

159-160 160

67 67 67 68

160—162 16;! 163 — 164 164 — 165

68a 69 70 71 72 72 72 72

165 — 166 1 66 — 169 169-173 173 — 175 175 — 183 175 175 — 176 176 — 178

72 73 74 75 76 77 78

178 — 183 183—191 191 — 194 194 — 198 198 — 203 203-205 205-207

79 80

207 — 210 210-213

81 81

213 — 214 214 — 215

82 82 82

215-218 219 — 223 224 — 225

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226-227

82

228

82 82

229 230-235

I. Teil.

Wasserkraftanlagen. 1. Allgemeines über die Hydraulik — auch Hydromechanik genannt —, bzw. über die Anwendung der einschlägigen Formeln. Die Bewegung des Wassers, sei es in den von der N a t u r geschaffenen Rinnsalen, sei es in künstlich hergestellten Wasserläufen, geht in Wirklichkeit niemals ohne Wellen, Wirbelungen, T e m p e r a t u r v e r ä n d e r u n g e n und sonstige äußere Einwirkungen vor sich. Es ist daher unmöglich, eine exakte m a t h e m a t i s c h e Darstellung jener Gesetze, nach welchen das Wasser in einzelnen bestimmten Fällen sich fortbewegt, zu schaffen. Wird selbst von der W ä r m e v e r ä n d e r u n g volls t ä n d i g abgesehen und die Wasserbewegung einzig nach dem Gesetze der Schwere behandelt, so ergeben sich trotzdem unvollkommene Formeln. Aus diesem Grunde blieb die rein theoretische Lehre über die Wasserbewegung oder H y d r o d y n a m i k ziemlich ohne praktisch greifbare Resultate, da die Integration der Grundgleichungen sich nur in wenigen Fällen vollziehen läßt. Für den Zweck, welchen dieses Buch verfolgt, k o m m t daher lediglich die Hydraulik, auch Hydromechanik genannt, in Betracht. Diese Wissenschaft rechnet in ihren empirischen Formeln mit E r f a h r u n g s koeffizienten, welche, richtig angewendet, für die Praxis vollständig b r a u c h b a r e Resultate liefern. Die Benutzung von empirischen Formeln verlangt jedoch, daß keine willkürliche Auflösung derselben vorgenommen wird, da die Bedingungen, unter welchen diese Koeffizienten ermittelt wurden, in der S c h l o L t liu u e r , W a s s e r k r a f t a n l a g e n .

1

2

I. Teil.

Wasserkraftanlagen.

P r a x i s n i e m a l s die vollständig gleichen werden u n d eine Verallgemeinerung der b e t r e f f e n d e n F o r m e l n die E i n s e t z u n g weiterer b e s t i m m t e r Koeffizienten nötig m a c h t e , deren W e r t n u r u n t e r der gegebenen V o r a u s s e t z u n g ein richtiger ist, so d a ß es n i c h t angeht, jeden einzelnen Koeffizienten a u s der Formel b e r e c h n e n zu wollen. Dieser U m s t a n d erschwert in h o h e m M a ß e die Arbeiten auf dem Gebiete der H y d r a u l i k u n d bietet das einzige verlässige Hilfsmittel für jene, welche die einschlägige, wissenschaftliche Materie nicht oder n i c h t vollständig beherrschen, der in diesem Buche eingeschlagene W e g : an der H a n d von Beispielen die A n w e n d u n g der erforderlichen Formeln klarzulegen u n d ihre A u f l ö s u n g rechnerisch d u r c h z u f ü h r e n . Verschiedene Formeln sind ü b e r h a u p t nicht direkt lösbar, sie geben lediglich die Beziehungen der einzelnen Koeffizienten zueinander. In solchen Fällen erübrigt nichts anderes als d u r c h E i n s e t z u n g von Versuchswerten f ü r jene U n b e k a n n t e , welche die direkte Lösung der Formel u n m ö g lich m a c h t , ein R e s u l t a t zu erhalten, d a s sich alsdann entweder zu groß oder zu klein erweist, sehr selten zufällig e r r a t e n wird. Man wird d a h e r ein zweites R e s u l t a t suchen, d a s zu klein ausfällt, wenn das erste zu groß w u r d e u n d a u s beiden den D u r c h s c h n i t t s w e r t ermitteln, der, in die Formel eingesetzt, d e m gesuchten W e r t e allmählich ganz nahe k o m m t , so daß das Resultat p r a k t i s c h v e r w e n d b a r wird. Derartige Manipulationen sind zwar u m s t ä n d l i c h u n d zeitraubend, aber bisweilen nicht zu vermeiden. W e r mit d e m Rechenschieber b e w a n d e r t ist, wird in solchen Fällen mit diesem eine b e d e u t e n d e Arbeitserleichterung erzielen. Es v e r b i e t e t der Zweck dieser Anleitung, sämtliche F o r m e l n der H y d r a u l i k hier a u f z u f ü h r e n u n d zu e r l ä u t e r n . Ein solches V e r f a h r e n w ü r d e n u r zu Mißvorständnissen f ü h r e n u n d diese Niederschrift m i t G e g e n s t ä n d e n überladen, an denen derjenige, welcher einen b e s t i m m t e n Fall zu b e a r b e i t e n h a t , kein Interesse besitzt. Es k o m m e n d a h e r n u r diejenigen F o r m e l n zur A n w e n d u n g , welche bei der p r a k t i s c h e n Durchf ü h r u n g von P r o j e k t e n u n e n t b e h r l i c h sind, u n d zwar wurden gerade jene ausgewählt, welche auf G r u n d der K r f a h r u n g

2. Über die Bewegung des Wassers in natürl. Gerinnen usw.

3

das sicherste Resultat ergeben. W o die Auflösung einer solchen Formel sehr schwierig ist u n d eine einfachere ein p r a k t i s c h ausreichendes Resultat ergibt, wurde letztere gew ä h l t . Von der Entwicklung der Formeln, welche ohne höhere M a t h e m a t i k meist nicht d u r c h f ü h r b a r ist, w u r d e ebenfalls A b s t a n d g e n o m m e n , da der H a u p t z w e c k dieses Werkes eine p r a k t i s c h e Anweisung zur raschen u n d sicheren Lösung aller einschlägigen Arbeiten auf dem Gebiete der H y d r a u l i k sein soll. 2. Über die Bewegung des Wassers in natürlichen Gerinnen und Kanälen, bzw. die Einflüsse, welche sich bei derselben geltend machen. Das Wasser bedarf als t r o p f b a r flüssiger Körper zu seiner Fortbewegung einer b e s t i m m t e n Druckhöhe oder eines gewissen Gefälles. Die Geschwindigkeit, welche bei den verschiedenen Gefällshöhen eintritt, ist einerseits von der geognostischen Beschaffenheit seines Gerinnes oder Bettes, anderseits von dem Verhältnis des benetzten Umfanges zur Wasserquerschnittfläche abhängig. Die Beobachtung, daß das Wasser der Flüsse bei gleichbleibendem Sohlengefälle je nach der Tiefe des W a s s e r s t a n d e s eine verschiedene Geschwindigkeit erhält, liefert hierfür den Beweis. W ä h r e n d z. B. ein Fluß m i t breiter Sohle bei niedrigem Wasserstande und einem vorhandenen geringen Gefälle nur langsam fließt, steigt seine Geschwindigkeit bei eintretendem Hochwasser oftmals u m mehr als das Doppelte. Es gibt für diese Erscheinung n u r die oben angedeutete Erklärung, daß das Verhältnis des benetzten U m f a n g e s V eines Wasserlaufes zum Wasserquerschnitt F ein derartiges ist, daß die Geschwindigkeit des Wassers wächst, je größer die Querschnittfläche im Verhältnis zum b e n e t z t e n U m f a n g wird. Die Querschnittfläche F wächst im quadratischen Verhältnisse, w ä h r e n d der benetzte U m f a n g U n u r in linearem solchen z u n i m m t . Ein Beispiel wird das Gesagte erläutern. Ein Fluß, der 20 m mittlere Breite und durchschnittlich 0,4 m Tiefe, sowie einmalige Uferböschung besitzt, h a t eine Wasser1"

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I. Teil.

Wasserkraftanlagen.

Querschnittsfläche F — 20 X 0,4 = 8 qm. Der benetzte U m f a n g U = 19,2 + 2 X 0,57 = 20,34 m. Das Verhältnis F zwischen Querschnitt u n d U m f a n g oder JJ = 8 : 20,34 =

rund 0,39. Schwillt das Wasser auf eine mittlere Tiefe von 0,8 m an, so wird F 16 q m und ¿ 7 = 1 8 , 2 + 2 x 1 , 1 3 = 20,46 F = r u n d 0,78. u n d -JJ

Bezüglich der Berechnung des benetzten Umfanges U f ü r ein beliebiges und ein günstigstes Querprofil vgl. die Angaben S. 11 u. 16. I n d e m also bei einem Wasserstande von 0,4 m Tiefe die Querschnittsfläche 8 qm b e t r ä g t und der benetzte U m f a n g 20,34 m, e r h ö h t sich bei 0,8 m Wassertiefe der Querschnitt bereits auf das Doppelte, während der benetzte U m f a n g lediglich auf 20,46 m steigt. In der Lehre über die Bewegung flüssiger Körper wird F der Quotient -JJ fast durchwegs mit R oder hydraulischem Radius bezeichnet. Wie jedoch erwähnt wurde, ist für die Geschwindigkeit eines fließenden Wassers nicht das oben erwähnte Verhältnis allein maßgebend, sondern auch die Beschaffenheit des Fluß- oder Kanalbettes. Je rauher z. B. die Sohle und das Ufer eines Flusses ist, je mehr Gerolle, Geschiebe oder Felsblöcke im Wasserlaufe a u f t r e t e n , je dichter der Pflanzenwuchs oder je größer die Schlammablagerung in langsam fließenden Gewässern ist, desto geringer wird die Geschwindigkeit. 3. Bestimmung der Wassergeschwindigkeit. Vorbemerkungen. Es ergibt sich hieraus, daß ein bedeutend höheres Gefälle erforderlich wird, wenn ein Wasserlauf bei derartigen, der Bewegung hinderlichen Untergrunds- u n d Uferverhältnissen eine b e s t i m m t e Geschwindigkeit erreichen soll, als wenn sich derselbe z. B. in einem gehobelten Gerinne oder

3. Bestimmung der Wassergeschwindigkeit.

5

einem Kanale aus glatt verputztem Beton fortbewegt. Soll nach dem Gesagten daher ein Fluß oder Kanalprofil bestimmt werden, so ist es unerläßlich, zu wissen, welches Material dabei durchschnitten wird, da nicht nur darauf zu achten ist, ob infolge der Beschaffenheit desselben ein größeres oder kleineres Gefälle nötig wird, sondern auch berücksichtigt werden muß, daß einzelne Bodenarten schon von sehr mäßig fließendem Wasser angegriffen werden, so z. B. Lehmerde, Tonerde, lockerer Sand usw. Die Folge eines zu raschen Wasserlaufes wäre daher Ausspülung der Sohle und Böschungen und Xachrutschung der letzteren. Anderseits birgt aber auch langsam fließendes Wasser bei unseren klimatischen Verhältnissen die Gefahr in sich, daß dasselbe gänzlich, das ist bis zum Grund, einfriert. Ist derartiges zu befürchten und gestattet dio Beschaffenheit des Materials keine nennenswerte Wassergeschwindigkeit, so bleibt nur der einzige Ausweg übrig, die vom Wasser benetzte Kanalstrecke künstlich vor Ausspülung und Rutschungen zu sichern, was, wenn auch mit erheblichen Kosten, dadurch möglich wird, daß die Sohle durch Herstellung einer Betonschichte oder eines auf einem Schwellroste befestigten Bodenbelages aus Dielen und die Seitenwände durch Beschlachtungen, Ufermauern — im günstigsten Falle — durch Flechtzäune und Faschinenbauten oder Steinwurf gesichert werden. Die erste Erwägung bei Bestimmung eines W T asserlaufes gilt somit der für ihn zu wählenden Geschwindigkeit. Je nach dem Rauhigkeitskoeffizienten des Materials ergibt sich für einen Oberwasserkanal praktisch eine mittlere solche von 0,3—0,9 m pro Sekunde. Dabei bezeichnet die mittlere Geschwindigkeit nicht etwa den Lauf des Wassers im Stromstriche, in dessen Mitte die größte Geschwindigkeit auftritt, sondern den Durchschnitt aus den verschiedenen Geschwindigkeiten, welche im letzteren, sowie an den beiden Ufern und bei zunehmender Tiefe beobachtet werden. Soll z. B. lockerer Kies in der Sohle eines Kanals nicht in Bewegung geraten, so darf die Wassergeschwindigkeit über dieser Sohle 0,75 m pro Sekunde nicht überschreiten. Hierbei wird die der Gefällsrechnung zugrunde zu legende

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I. Teil.

Wasserkraftanlagen.

mittlere Wassergeschwindigkeit angenähert um % größer, somit 1 m pro Sekunde. Es wird daher in der Regel nötig werden, die Wassergeschwindigkeit als gegeben vorauszusetzen und alsdann zu berechnen, welches Gefälle erforderlich wird, um dem Wasser die gewünschte Geschwindigkeit zu verleihen. Es ist bereits erörtert worden, daß letztere von dem Rauhigkeitskoeffizienten und dem Verhältnis des benetzten Umfanges zur Wasserquerschnittsfläche abhängt. 4. Ermittelung der Wassermengen und die hierzu dienenden Methoden. Ehe jedoch an eine derartige Berechnung geschritten werden kann, ist es vor allem nötig, die Wassermenge zu wissen, welche in der Sekunde den Kanal zu durchfließen hat, ebenso das Gefälle, welches für die Ausnutzung einer Wasserkraft zur Verfügung steht. Sehr häufig ist beides erst zu ermitteln. Die Berechnung der in einem größeren Flusse sekundlich abgeführten Wassermenge ist deshalb schwierig und unzuverlässig, weil der Wasserstand der Flüsse ein stetig schwankender ist. Es ist in solchen Fällen rätlich, bei Behörden oder Personen, welche ständig mit der Beobachtung der verschiedenen Wasserstände zu tun haben, Erkundigungen über den geringsten, mittleren und höchsten Wasserstand einzuziehen. Früher wurde fast ausnahmslos eine Turbinenanlage für den m i t t l e r e n Wasserstand eines kleineren Flusses berechnet. Diese dient zwar immer noch als Grundlage für die Projektierung von Wasserkraftanlagen, weshalb sie stets zu ermitteln ist, in vielen Fällen geht m a n jedoch in letzterer Zeit dazu über, die Kanäle so herzustellen, daß ihr Wasserstand bis auf die Höhe mittlerer Hochwässer anzuschwellen vermag, so daß auch die Höhe der letzteren festgestellt werden muß, wozu vielfach Höhenmarken in den vorhandenen Wasserkraftanlagen oder Erhebungen bei den einschlägigen Behörden dienlich sind.

4. E r m i t t e l u n g d. Wassermengen u. d. hierzu dienenden Metli.

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Derartige Bauausführungen sind besonders dann angezeigt, wenn die Anlage größere Geldausgaben lohnt, im Unterwassergraben sofort ein schädlicher Rückstau eintritt und der Betrieb mittels Turbinen auf das höchste ausgenutzt werden soll. Wo hierzu keine zwingende Veranlassung gegeben ist, haben solche Anlagen besser zu unterbleiben, da sie sehr teuer sind und die Konstruktionen der Turbinen derartig verbessert wurden, daß einzelne Systeme auch unter bedeutendem Rückstau noch einwandfrei arbeiten. Unter allen Umständen ist daher die Bauwürdigkeit einer derartigen Anlage genau zu kalkulieren, da als Sicherung des Betriebes bei Niederwasser fast immer eine Dampfreserve aufzustellen ist, so daß einzig der Kostenpunkt entscheidet, ob diese nicht vorteilhafter auch bei Hochwässern in Betrieb zu setzen ist und dafür die Kosten für den teuren Kanal in Wegfall gelangen können. Es darf aber dabei nicht unberücksichtigt bleiben, daß ein Turbinensystem für Niederund Mittelwasser, ein weiteres für Hochwasser nötig ist, welch letzteres bei Einleitung von solchen in den Kanal wiederum wesentlich größer und teuerer ausfällt. Exzessive Hochwässer kommen auch in diesem Falle nicht in Betracht und sind diese, wie später gesagt wird, durch Überfälle tunlichst schadlos zu machen. Bei Anlagen, welche auf Mittelwasser projektiert werden, stehen diese Überfälle in der ihm entsprechenden Höhe. Andernfalls auf jener mittlerer Hochwässer (vgl. Fig. 3, S. 13). Bei Wasserkraftanlagen, welche durch Ströme gespeist werden, wird diesen immer nur ein Teil des gesamten Wassers entnommen. Ist eine Wehranlage mit Schützenzügen, an welchen das Wasser direkt gemessen werden kann, nicht vorhanden, so ist die Wassermenge durch Aufnahme von Querprofilen zu bestimmen, welche sich von einem Ufer zum andern erstrecken. Die Höhe des Wasserspiegels ist bei jedem Querprofile durch das Nivellierinstrument zu bestimmen und kann alsdann die Tiefe der Fußsohle durch Peilung festgesetzt werden, während die Entfernung der Brechungspunkte einzumessen ist, so daß die Querprofile aufgetragen und be-

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I. Teil.

Wasserkraftanlagen.

r e c h n e t werden können. Dabei ist der ermittelte Normalw a s s e r s t a n d f ü r Mittelwasser einzutragen u n d die Q u a d r a t fläche der Querprofile f ü r diesen zu berechnen. Die aus drei oder m e h r Querprofilen sich ergebende D u r c h s c h n i t t s fläche e n t s p r i c h t d e m mittleren Flußprofile an dieser Stelle u n d d i e n t zur Berechnung der W a s s e r m e n g e , welche sich a u s der m i t t l e r e n Geschwindigkeit m a l der Querschnittsfläche ergibt. Dabei ist d a s K o n s t a n t b l e i b e n des W a s s e r s durch P e g e l b e o b a c h t u n g oder wiederholte Messung der Wasserspiegelhöhe zu kontrollieren. Befinden sich oberhalb der g e d a c h t e n Wehrstelle Stauanlagen, so ist doppelte Vorsicht geboten, d a v o n den Besitzern fast regelmäßig in den Ruhep a u s e n des Betriebes Wasser auf die zulässige Höhe, welche s t e t s v o n A m t s wegen durch einen E i c h p f a h l oder eine Eichm a r k e festgelegt ist, a u f g e s t a u t wird, u m bei Beginn des Betriebes eine erhöhte A r b e i t s k r a f t zur V e r f ü g u n g zu h a b e n . Es k a n n also der Fall sein, d a ß w ä h r e n d des Staues eine zu geringe u n d bei Verlaufen desselben eine zu große W a s s e r m e n g e festgestellt wird. Die Wassergeschwindigkeit wird a m besten mittels des W o 11 m a n n sehen Flügelmessers b e s t i m m t , dessen U m d r e h u n g s z a h l f ü r eine b e s t i m m t e Geschwindigkeit v e r m i t t e l t sein m u ß u n d als K o n s t a n t e f ü r die verschiedenen zu messenden Geschwindigkeiten dient. Festzustellen ist bei jedem Profile m i n d e s t e n s die Geschwindigkeit in der Mitte des Stromstriches, jene an den Ufern, ferner a n den gleichen Stellen die Sohlengeschwindigkeit. Der D u r c h s c h n i t t aus sämtlichen Geschwindigkeitsmessungen ist a l s d a n n die mittlere Wassergeschwindigkeit v, welche, m i t der m i t t l e r e n Querschnittsfläche multipliziert, die sekundliche W a s s e r m e n g e Q angibt. Eine derartige Messung ist selbstredend nur d a hinreichend, wo es sich um einen n i c h t zu großen u n d ziemlich regelmäßigen Wasserlauf h a n d e l t . Andernfalls ist systematisch eine ganze Reihe von P u n k t e n , z. B. in A b s t ä n d e n von ca. 5 m und in verschiedenen Tiefen zu u n t e r s u c h e n bzw. die Geschwindigkeit zu messen. Es empfiehlt sich, als erste Messung die Höhe von 0,1 m u n t e r dem Wasserspiegel zu wählen, d a n n 0,4 m u n d endlich 0,5 m u n d in

5. Bestimmung d. mittl. Wassergeschw. aus joner im Stromgeb.

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diesen A b s t ä n d e n gleichmäßig bis zur Sohle die Messungen fortzusetzen. Jede einzelne Messung ist dreimal vorzunehmen und d e r Durchschnitt als mittlere Geschwindigkeit zu verzeichnen. Man t r ä g t vorteilhaft das Querprofil des Flusses auf Millimeterpapier auf und verzeichnet in demselben die einzelnen Geschwindigkeitsmessungen, deren Dauer auf 100 Sekunden bemessen wird. Die Messungen an der Sohle sind tunlichst nahe über dieser vorzunehmen. Die Höhe des Wasserstandes ist in jeder Zone der Vertikalmessung durch Pegelbeobachtung u n d Peilung zu registrieren. Die Berechnung der Wassermengen erfolgt unter Zugrundelegung der in jeder Höhenzone ermittelten Geschwindigkeit aus den e r w ä h n t e n nötigen drei Messungen während je 100 Sekunden. Das nachstehende Schema m a c h t die systematische Geschwindigkeitsmessung und Berechnung der Wassergeschwindigkeiten ersichtlich. (Siehe Skizze Seite 10.) Die Querschnittsberechnung erfolgt für das Profil /I von oben nach abwärts durch Berechnung des mittleren Profils aus zwei von oben nach u n t e n sich aneinander reihenden Profilen, die Wassermengenberechnung durch Einsetzung der mittleren Wassergeschwindigkeit zwischen diesen beiden Profilen, u n d zwar wird mit letzterer das Durchschnittsprofil aus 1 und 2, dann aus 2 und 3, 3 u n d 4 usw. multipliziert. Alsdann wird in gleicher Weise Profil b, d a n n Profil c usw. berechnet, bis die ganze Flußbreite erreicht ist, womit auch die Gesamtwassermenge ermittelt ist. Der Flügelradmesser ist bei größeren Geschwindigkeitsmessungen wiederholt durch Kontrolle mittels eines zweiten I n s t r u m e n t e s auf seinen richtigen Gang zu prüfen. Die besten Resultate ergeben Flügelradmesser mit elektrischer Ein- u n d Ausschaltung.

5. Bestimmung der mittleren Wassergeschwindigkeit aus jener im Stromstriche. S t e h t ein W o 11 m a n n scher Messer nicht zur Verfügung, so k a n n die Geschwindigkeit i m S t r o m s t r i c h e dadurch a n n ä h e r n d b e s t i m m t werden, daß an einer tunlichst geraden Flußstreckenstelle eine b e s t i m m t e Länge abgemessen

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I. Teil.

Wasserkraftanlagen.

u n d markiert wird. Eine verkorkte Flasche oder sonst ein geeigneter Schwimmer wird an der oberen Markierung der gemessenen Länge zu einer bestimmten Sekunde in die Mitte des Stromstriches gelegt und mit der Uhr beobachtet, wie lange der Schwimmer braucht, um die abgemessene Strecke zu durchschwimmen. Der Versuch ist mehrere Male zu wiederholen und die durchschnittliche Zeit hieraus zu ermitteln. Die mittlere Wassergeschwindigkeit erhält man alsdann nach der Formel von B a z i n : v vn

* g.5 i g-5

1 1 + 141/« +

i> R

2-5 xTrrii SS * Z.sij

In dieser Formel bezeichnet y0 die ermittelte Geschwindigkeit im Stromstriche; a und ß die Rauhigkeitskoeffizienten, u n d zwar sind: I. für sehr ebene W ä n d e (glatter P u t z und gehobeltes Holz) . . II. ebene Wände (Hausteine, ungehobelte Bohlen) u n v e r p u t z t e r Beton I I I . wenig ebene W ä n d e (Bruchsteinmauerwerk) IV. Erdwände V. Gerölle und Geschiebe sowie Schlamm und Wasserpflanzen .

ß 0,00015

0,0000045

0,00019

0,0000133

0,00024 0,00028

0,000350

0,00040

0,00070

0,000060

6. Wassermessungen d. Ausflußöf'fnungen od. Überfälle usw.

Die B a z i n sehen Werte von

11

für eine größere Reihe

von hydraulischen Radien sind in unten aufgeführter Tabelle ersichtlich gemacht. Tabelle 1. Der hydraulische Radius oder R — 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,8 1,00 2,003,00 6,00 f ü r den Fall

I 0,84 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85|0,85 0,85 0,85 0,85

» II » III » IV » V

0,80 0,72 0,54 :o,45

0,82 0,82 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83 0,84 0,84 0,84 0,76 0,77 0,78 0,79 0,80 0,80 0,81 0,81^0,82 0,82

0,61 0,65 0,68 0,70 0,71 0,72 0,74 0,77 0,78 0,80 0,53 0,58 0,61 0,63 0,65 0,67 0,68 0,72 0,74 0,76

Die genaue Berechnung von U bei gegebenen regelmäßigen Böschungen ist in Tab. 3, Kol. 8, Seite 16 u. 18, ersichtlich gemacht und durch eingehende Erklärungen erläutert. Die Querschnittsfläche F ergibt sich durch die Berechnung der Größe des aufgenommenen mittleren Querprofiles. Wässers piege!

TT Fig. 2.

Der benetzte U m f a n g U = a

6.

b

c.

W a s s e r m e s s u n g e n durch A u s f l u ß ö f f n u n g e n Überfälle u s w .

oder

Läßt sich das Wasser mittels einer vorhandenen oder einzubauenden Ausflußöffnung messen, so dient zur Berechnung der Abflußmenge über einen rechteckigen Überfall mit scharfer Überfallkante, wenn eine seitliche Wasserkontraktion durch einen trichterförmig verbreiterten Einlauf zum Gerinne vermieden ist und dieses die gleiche Breite als der Überfall besitzt, die Formel von B a z i n : Q=

mbhi2gh,

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I. Teil.

Wasserkraftanlagen.

wobei Q die Wassermenge, b die Breite des Überfalles, h die Druckhöhe und g die Beschleunigung beim freien Fall oder 9,81 ist. m bestimmt sich aus der Formel: m = 0,425 + 0,212 ( ^ - f . in welcher w die Wehrhöhe bedeutet. Bei einer derartigen Anordnung ist jedoch abzuwarten, bis sich der durch den Einbau des Überfalles entstehende Stau verlaufen hat, so daß die Druckhöhe h erst nach diesem Zeitpunkte gemessen werden darf. Erfolgt die Wassermessung durch Ziehen einer Schütze unter Wasser, wobei die Schütze so lange zu regulieren ist, bis der Oberwasserspiegel konstant bleibt, so wird die Wassermenge Q angenähert = /iA \ 2 g h , wobei A die Querschnittsfläche der Ausflußöffnung, g wiederum 9,81 und h die Höhendifferenz zwischen Ober- und Unterwasserspiegel bedeutet, /LI wird bei scharfkantiger nach außen abgeschrägter Kante der Ausflußöffnung = 0,615. Vorausgesetzt ist dabei, daß das obere und untere Gerinne gleich breit sind. An Stelle der von B a z i n aufgestellten Formel für Wassermessungen an Überfällen wird häufig die Formel von 2 E y t e 1 w e i n angewendet, nämlich Q = ^ jubh]^2gh, wobei 2 ,«=0,41,

b = ein Drittel der Breite des Gerinnes

und

h die Differenz zwischen Ober- und Unterwasserspiegel ist. Die Messung von h darf nicht direkt am Überfalle selbst vorgenommen werden, woselbst das Wasser sich infolge der Erdbeschleunigung beim freien Fall bereits absenkt, sondern 1—3 m oberhalb des Überfalles. Die für letzteren erforderliche scharfe Kante muß dabei nach innen gerichtet sein. Die genauere Formel für den gleichen Fall ist nach dem Handbuche der Ingenieur-Wissenschaft jene von B o r n e m a n n , nach welcher Q = bh}'2°h

10,54 593 — 0,091

7. Vorarbeiten f ü r die K a n a l b e s t i m m u n g und E r m i t t e l u n g usw.

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wird, wobei die Geschwindigkeit des Wassers bei seiner Ankunft vor dem Überfalle vernachlässigt ist. Wird dieselbe in Rechnung gezogen, so ergibt sich ein noch schärferes Resultat und lautet die Formel: Q = bh i'lg

(li + 1 2 g f 2 (o,640204 -

0,286217

In beiden Formeln bezeichnet b die Breite des Überfalles, dessen obere Kante a gegen die Unterwasserseite zu abgeschrägt ist, h die Höhe des zur Ruhe gekommenen Ober-

wasserspiegels über der Kante a und H die Tiefe des Wasserstandes 1—3 m oberhalb des Überfalles, v ist in der zweiten Formel die Geschwindigkeit des ankommenden Wassers. 7. Vorarbeiten für die Kanalbestimmung und Ermittelung der Stauweite für Wehranlagen. Ist nach einer der vorbezeichneten Methoden die Wassermenge bestimmt, so wird das Gefälle des Flusses von jenem Punkte aus, an welchem die Abzweigung des Kanals gedacht ist, bis dahin, wo der Unterwasserkanal münden soll, mittels des Nivellierinstrumentes gemessen. Ist der Einbau eines Wehres geplant, so sind flußaufwärts vom gedachten Wehre Querprofile aufzunehmen, welche ersehen lassen, ob der Aufstau bei Hochwasser die Herstellung von Dämmen zum Schutze der angrenzenden Grundstücke nötig macht. Die Länge des Staues, welche die Entfernung des letzten Querprofiles oberhalb des Wehres bestimmt, berechnet sich am 2h vorteilhaftesten nach der einfachen Formel L=—, T ' welche

I. Teil.

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Wasserkraftanlagen.

der Geh. B a u r a t Herr Professor P f a r r an der Techn. Hochschule in D a r m s t a d t aufgestellt h a t und in welcher h die S t a u h ö h e und i das im Flusse oberhalb des Wehres v o r h a n d e n e Sohlengefälle pro m b e d e u t e t , weshalb auch dieses durch Höhenmessung zu ermitteln ist. Schließlich m u ß noch die vorteilhafteste Kanalachse aufgesucht und eingemessen werden. Die Höhe der einzelnen A c h s p u n k t e ist zu bestimmen u n d bei jedem derselben ein Querprofil aufzunehmen, dessen Breite so bemessen werden soll, daß etwaige Achsverschiebungen, welche bisweilen schon in Rücksicht auf die Grunderwerbung eintreten können, ohne ergänzende N e u a u f n a h m e n möglich sind. Für die Zentrale selbst sind ebenfalls Querprofilsaufnahmen erforderlich. Sind diese Vorarbeiten beendigt, so k a n n an die B e s t i m m u n g des Kanalprofils geschritten werden. 8. Die Wassergeschwindigkeit in Kanälen. Als allgemeine Norm für die in einem Ivanale zulässige mittlere Geschwindigkeit k a n n nachstehende Tabelle gelten: Tabelle 2. pro Sekunde

Für » » » »

Erde und Lehm fetten Ton Sand Kies (rollig) Kies mit dazwischen gelagertem Sand » größere Kieselsteine »Holz » kantige Steine » Schiefer und Konglomerate . . » geschichtete Felsen » harte, geschlossene Felsen u. Beton

v= v o o v v v v v v v

0 , 0 7 6

0,152 0 , 3 0 5 0 , 6 0 9

0,75 0,914 0 , 6 — 0 , 9

1,22 1,52 1,84 2 , 5 — , ' S , 0 5

m m m m m m m m m m m

9. Bestimmung des Kanalproiiles. Ist für den Kanal auf G r u n d obiger Angaben eine Geschwindigkeit v festgesetzt, so wird zunächst die erforder-

9. B e s t i m m u n g des Ivanalprofils.

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liehe Querschnittsfläche für das gegebene Wasserquantum Q aus der Formel ^ gesucht. Alsdann wählt man einen für v ° das vorhandene Material entsprechenden Böschungswinkel. Ist der Kanal gemauert oder betoniert, so wird am vorteilhaftesten die innere Wandung senkrecht gehalten und der Anlauf auf die Erdseite gelegt. Ist das Profil aus festem Material auszubrechen, so wählt man zweckmäßig einen Böschungswinkel von 60° bzw. 45°. Bei einem Boden, welcher noch mit Pickel und Schaufel zu lösen ist, kann die Böschung 5/4 malig b::w. i y 2 malig gewählt werden, und ergibt sich für erstere ein Böschungswinkel von 38° 40', für letztere von 33° 41'. Es ist jedoch dabei, wie erwähnt, im Auge zu behalten, daß das Wasser nur eine solche Geschwindigkeit erhalten darf, welche das Material nicht anzugreifen vermag. Umstehende Tabelle gibt einen vorzüglichen Behelf zur Bestimmung eines günstigsten Querprofiles, bei welchem der vom Wasser benetzte Umfang U ein Minimum wird. Die Tabelle berechnet sich nach den Formeln: F sin d Die Wassertiefe a = I ,, .> | 2 — cos ° sin a = 0,67 • 30 y19,62 • 0,823

0,82 • 0,S - • 0,088,

wobei Abrundung der Wehrkrone vorgesehen ist. Wird das Wehr als Unterbau eines Schleusenwehres Fig. b gedacht, so wird a=

00

0,62- 30 y 1 9 , 6 2 - 0 , 8 2 3

• 0,8!) • 0,8

• 0,092.

Demnach wäre die Wehrkrone um 0,09 m unter Mittelwasser zu projektieren.

23. Stauwirkung der Grund- und Überfallwehre mit festem usw. 4 7

23. Stauwirkung der Grund- und Überfallwehre mit festem Unterbau und offenen Schützen bzw. entfernten Nadeln. Es erübrigt nur noch, die Stauwirkung von Wehrbauten bei Hochwasser in Betracht zu ziehen. a)

Stauhöhe.

Ist für einen Wasserlauf durch Messung bei Hochwasser die Querschnittsfläche F z. B. mit 400 qm gefunden und sei die Breite B = 80 m und die Wassermenge Q = 600 c b m r so ist zu untersuchen, wie groß die Stauhöhe h und die Geschwindigkeit v wird, wenn die Tiefe a des Unterbaues unter dem ungestauten Wasserspiegel 5 m beträgt, die Wehrbreite = 60 m ist und z. B. bei einem Nadelwehre sämtliche Nadeln entfernt sind. Die Formel hierfür ist: K

ri2 g LI H ba! 600 a h — 1 U V2 / 600 \2" = 0,137, ° e r 1 ~ 1 ^ 6 2 Lfeöö"- 6075,07 ~ I m ) wobei ¡i = 0,9 ist. Setzt man den so gefundenen Wert von h in die Formel! 1 /(b \a - •h) F+ 2g l ein, indem h = h ist, so ergibt sich: h =

A =

19,62 [I 0,9 • 60 • 5,137 j b)

Bh

1400 + 8 u . i l , 137

= 0,13 m..

Wassergeschwindigkeit.

Zur Berechnung der Geschwindigkeit u dient die Formel:. 71

Q V.

itb(a + h)

...

600 0,9 • 60 (5,0 -f- 0,130)

= 2,166 m

sekundlich. 24. Allgemeine praktische Winke über Wehre, Kanäle und, Turbinenanlagen. E s wurde in dem Vorausgegangenen bereits darauf aufmerksam gemacht, daß durch die Wahl günstigster Quer-

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I. Teil.

Wasserkraftanlageri.

profile f ü r die K a n a l f ü h r u n g an Gefälle sowohl wie an K o s t e n g e s p a r t werden k a n n u n d d a h e r zu solchen stets gegriffen w e r d e n m u ß , falls die Terrainverhältnisse es g e s t a t t e n . Je v o r t e i l h a f t e r das Profil für die W a s s e r b e w e g u n g gewählt werden k a n n , um so geringer wird der Gefällsverlust u n d u m so größer der an der T u r b i n e w i r k s a m e N u t z e f f e k t . Aber nicht nur d u r c h rationellste A u s n u t z u n g des Gefälles wird letzterer erzielt, sondern a u c h durch die W a h l der Geschwindigkeit, mit welcher das Wasser im K a n a l e gef ü h r t werden will, da große Geschwindigkeiten, wie gezeigt, a u c h große Gefällsverluste bedingen. Man soll also, a b gesehen von dem e r w ä h n t e n Übelstande, daß zu rasch fließendes Wasser die Kanäle, welche durch lockeres Material g e f ü h r t werden, angreift, keine zu große Wassergeschwindigkeit wählen u n d nur darauf B e d a c h t n e h m e n , d a ß die e r w ä h n t e Gefahr des gänzlichen Einfrierens, sowie ein Verwachsen des Ivanales durch W a s s e r p f l a n z e n vermieden bleibt. Ein*1 V e r s c h l a m m u n g der K a n ä l e ist n i c h t in Rücksicht zu ziehen, d a diese Wasserwege stets periodisch gereinigt werden müssen, was bei schlammigen Ablagerungen selbst w ä h r e n d des Betriebes möglich ist. Aber n i c h t allein eine rationelle A u s n u t z u n g des Gefälles im O b e r - , u n d U n t e r wasserkanale bedingt einen regelrechten u n d mit den Ber e c h n u n g e n ü b e r e i n s t i m m e n d e n Betrieb, sondern a u c h die Anlage des Wehres u n d der Einlauf zur T u r b i n e . Es ist z. B. nicht angängig, das W e h r d e r a r t schräg anzulegen, d a ß der Oberwasserkanal parallel zur V e r l ä n g e r u n g des so k o n s t r u i e r t e n W e h r e s u n d direkt an dieses anschließend geführt, wird, da in solchen Fällen das gesamte Eis, Treibholz usw. gegen den Kanalrechen getrieben wird u n d diesen verlegt, so daß große B e t r i e b s s c h w a n k u n g e n bzw. - S t ö r u n g e n eintreten. V e r s c h l a m m u n g e n u n d Verkiesungen im K a n a l a n f a n g e sind gleichfalls die Folge einer d e r a r t verfehlten Anlage. Es empfiehlt sich d a h e r , d a s W e h r senkrecht zur F l u ß r i c h t u n g einzubauen, die K a n a l a b z w e i g u n g 15—25 m oberhalb des W e h r e s zu verlegen u n d d u r c h sog. Streichbalken u n d den E i n b a u eines groben R e c h e n s das Eis sowie Treibholz usw. von d e m K a n a l e ab-

•24. Allgemeine praktische Winke ü b e r Wehre, Kanäle usw.

49

zuweisen. Daß die Sohle des Kanaleinlaufes höher zu liegen hat als die Flußsohle, um den Eintritt von Sand, Schlamm und Kies in den Kanal hintanzuhalten, wurde bereits klargelegt. Von sehr großem Werte als Mittel gegen letztere Übelstände sind die sog. Kiesschleusen zu betrachten, welche stets in das Wehr eingebaut werden sollen. Um die

gesamten Ablagerungen vor dem Wehre durch diese Schützen abführen zu können, wird längs der Kanaleinlaufmauer ein tiefer als das Flußbett gelegener Schlammkanal erbaut, welcher sich bis zu der erwähnten Kiesschleuse fortsetzt und bei ihrem Ziehen entleert wird. In solchen Fällen ist eine Erhöhung der Kanaleinlaufsohle nicht unbedingt nötig. Wird ein Erdkanal, wie es vielfach erforderlich ist, zwischen Dämmen geführt, so sind letztere mit ihrer Krone S c h l o t t h a u e r , Wasserkraftanlagen.

4

50

I. Teil.

Wasserkraftanlagen.

ca. 30 cm über dem höchsten Hochwasserspiegel zu legen und horizontal zu führen, damit der durch das Hochwasser im Unterwasserkanale entstehende Rückstau durch die alsdann mögliche H e b u n g d e s Oberwasserkanalspiegels auf Hochwasserhöhe tunlichst gemindert wird. Ebenso empfiehlt es sich, die Sohle des Oberwasserkanales tiefer als nötig zu legen, damit bei Eisbildung an der Oberfläche des Wassers keine allzugroße Querschnittsverkleinerung eintritt. Bei dieser Anordnung ist auch die erwähnte Höherlegung des Turbineneinlaufes auf die normale Kanalsohle zulässig. Ferner sei hier darauf hingewiesen, daß die Herstellung von Wehren in Flüssen, welche mit Flößen befahren werden, den Einbau sog. Floßgassen bedingt. Bei etwaigem Schiffsverkehr sind Schleusenkammern zu erbauen. Auch darf nicht übersehen werden, daß in fischreichen Gewässern von den staatlichen Behörden sowohl als von Privaten oder Gemeinden die Anbringung sog. Fischleitern verlangt wird, wenn sämtliches Mittelwasser dem Ivanale zugeführt wird. Von großem Vorteile in bezug auf Turbinenregulierung sind noch die Überfälle an der K r a f t Station selbst, welche gewissermaßen als Übereich dienen und einen gleichmäßigen Gang der Turbinen bedingen. Wird, wie oben schon erwähnt, darauf reflektiert, daß bei Hochwasser dieses in den Oberwasserkanal in der Höhe des im Flusse vorhandenen Wasserspiegels eintreten kann, daß also sozusagen auch dem Kanale solches zugeführt wird, so würde natürlich ein v o r der Turbinenanlage auf M i t t e l wasser angelegter Überfall den angestrebten Zweck, d. i. die Wirkung des im Unterwasserkanale eintretenden Rückstaues zu mildern, vereiteln. In solchen Fällen ist dieser Überfall so zu konstruieren, daß dessen Krone die Basis zur Anbringung einer Schütze, oder von Setzpfosten bzw. eines Nadelwehres bildet, so daß der nötige Aufstau mit geringer Mühe erfolgen kann. Der Schlamm, welcher sich vor dem Rechen bei der Turbinenanlage ansammelt, muß zeitweise entfernt werden können und ist zu diesem Zwecke vor dem Rechen ein Schlammkanal anzubringen und in starkem Gefälle zur Putzschütze

24. Allgemeine praktische Winke über Wehre, Kanäle usw.

51

zu führen, welche vorteilhaft im Überfalle eingebaut wird und zugleich als Leerschuß bei Entleerung des Kanales dient. Das diese Schütze durchströmende Wasser, Schlamm usw. wird durch einen parallel zu den Turbinen schachten geführten Kanal in den Unterwassergraben zurückleitet. Sohle und Seitenwände des letzteren sind an der Mündung dieses Kanales sowohl als beim Auslaufe aus den Turbinenkammern gegen Ausspülung durch kräftige Stein- oder Betonbauten, Pflasterungen usw. zu schützen. Wurde die Sohle des Kanals, wie erwähnt, tiefer als nötig angeordnet, so ergibt sich der Putzgraben von selbst und ist die Kanalsohio dort lediglich zu betonieren und mit starkem Gefälle gegen die Putzschütze für die Entschlammung zu versehen. Daß unter den Saugrohren der Turbinen, welch letztere bekanntlich den Zweck haben, das dort abströmende Wasser ebenso wie das der Turbine zuströmende als ßetriebskraft nutzbar zu machen, eine Sohlenvertiefung vorzusehen ist, dürfte bekannt sein, da das in dieser stehende Wasser als natürlicher Puffer wirkt und dadurch die sonst unvermeidlichen Ausspülungen in der Sohle verhindert. Bei Hochdruckturbinen ohne Saugrohr, welche nur an eine Druckrohrleitung angeschlossen werden, ist die Anlage für das Turbinenhaus eine sehr einfache, da ein Rückstau infolge der hohen Lage des Turbinenachsenmittels ausgeschlossen ist. Allerdings ist dabei ein nicht unbedeutender Gefällsverlust in Kauf zu nehmen, da diesen Turbinen die Saugrohre fehlen, so daß das Wasser, welches das Schaufelsystem passiert hat, ohne eine weitere Kraftäußerung zu vollziehen, in den Unterwasserkanal abstürzt. Ein bewährtes Modell ist die Schwamkrug-Turbine. Für Anlagen mit Schachtturbinen ist zu beachten, daß hier Saugrohre vorhanden sind, also der Rückstau im Unterwasserkanal bei eintretendem Hochwasser einen Gefällsverlust und dadurch eine verminderte Arbeitsleistung bedingt. Da jedoch derartige Anlagen für Bäche vorgesehen werden, welche sehr erhebliches Gefälle besitzen, so daß die Hochwässer nicht sehr hoch anschwellen und sehr rasch wieder verlaufen, ist die verminderte Arbeitsleistung unbeträchtlich 4*

52

I. Teil.

Wasserkraftanlagen.

u n d v o n kurzer Dauer.

Es e m p f i e h l t sich daher, v o r

E i n f a l l in den Schacht einen Ü b e r l a u f und L e e r s c h u ß

dem anzu-

ordnen, wie derselbe bei j e n e n T u r b i n e n a n l a g e n vorgesehen ist, bei welchen Hochwasser nicht in den K a n a l eingeleitet w i r d .

Schließlich Erwähnung

sei hier

noch

getan, w e l c h e

mit

sehr s t a r k e m Gefälle

die

Wasserabfangung

einer

besonderen

hauptsächlich

bei

Wehranlage

Gebirgsbächen

v o r t e i l h a f t a n g e w e n d e t wird,

mittels

eines

in

die

Bachsohle

d. i. über

e i n e m E i n f a l l s c h a c h t e e r b a u t e n , i m Gefälle liegenden eisernen Rechens. Wo

die Bäche

viel

Geröll,

Felsstücke usw.

mitbringen,

ist ein d e r a r t i g e s W e h r d a s V o r t e i l h a f t e s t e , d a diese

Körper

25. Gerinne.

53

schadlos über den im Gefälle eingebauten Rechen hinweggleiten und auf dem bisherigen W e g weitergeführt werden, indem ein Stauwehr, vor welchem sich die Felsen u n d Steine festsetzen würden, nicht vorhanden ist, und von diesen daher auch nicht beschädigt oder z e r t r ü m m e r t werden k a n n . Man k a n n deshalb derartige Anlagen richtiger als W a s s e r f a n g bezeichnen u n d haben sie den weiteren Vorteil, daß die Hochwasserverhältnisse nicht geändert werden. A m besten e r b a u t m a n die Einfallschächte oberhalb eines W a s s e r a b s t u r z e s , so daß Sand, kleine Kiesstücke usw., welche durch den Rechen in den Schacht hinabfallen, wieder u n t e r h a l b des Absturzes in den Bach entleert werden können, zu welchem Zwecke ein Kanal mit s t a r k e m Sohlengefälle, häufig in Form eines Bogensegmentes, e r b a u t werden m u ß , der an seinem Ende mit einer Schütze zu versehen ist. Diese dient alsdann zugleich als Leerlauf. Die Mauer des Kanales, welche an den Bach angrenzt, ist auf eine b e s t i m m t e Strecke als Uberfall zu erbauen, d a m i t das bei Hochwasser in den Schacht eintretende zu reichliche Wasser wieder in das tiefer liegende Gerinne zurückfließen k a n n . Die Abzweigung des Triebwassers mittels eines Rohres, Kanales oder Stollens usw. erfolgt von diesem K a n a l e aus u n d m u ß die Sohle des erforderlichen Gerinnes so hoch angeordnet sein, daß aus dem Ableitungskanale vom Wasserfange weder Sand noch Steine usw. vom Triebwasser mitgerissen werden. Vor der Abzweigung des letzteren ist eine Einlaßschütze und ein Feinrechen anzubringen. Derartige Anlagen sind insbesondere im Hochgebirge sehr empfehlenswert. (Siehe Skizze.) 25. Gerinne. a)

Allgemeines.

Sehr häufig sind besonders in Gebirgsgegenden Wasserk r a f t a n l a g e n m i t verhältnismäßig wenig Wasser u n d h o h e m Gefälle. mehr

Die Konstruktion der Hochdruckturbinen g e s t a t t e t n u n die Ausnutzung ungewöhnlich hoher Gefälle, z u d e m

54

I. Teil.

Wasserkraflanlagen.

als a u c h d a s Rohrleitungsmaterial so hergestellt werden k a n n , d a ß es d e m s t ä r k s t e n Drucke W i d e r s t a n d leistet. E h e jedoch auf diese W a s s e r k r a f t a n l a g e n näher eingegangen w i r d , sei noch einer K a n a l g a t t u n g E r w ä h n u n g getan, d a s sind H o l z - oder E i s e n g e r i n n e , durch welche eine entsprechende W a s s e r m e n g e ganz oder streckenweise einem Schachte z u g e f ü h r t wird, in den sich das W a s s e r ergießt, u m eine oder mehrere S c h a c h t t u r b i n e n in Bew e g u n g zu setzen u n d d a m i t K r a f t zu erzeugen. So k a n n z. Ii. zur D u r c h q u e r u n g einer T e r r a i n f u r c h e , welche die Kanalachse k r e u z t , o f t m i t Vorteil ein Gerinne v e r w e n d e t werden, welches die Mulde mittels eines Gerüstes überschreitet. Wird letzteres für die praktische A u s f ü h r u n g zu hoch, so m u ß eine D r u c k r o h r l e i t u n g das Gerinne ersetzen, wobei jedoch ein ziemlicher GefäUsverlust eintritt, wenn die Rohre n i c h t sehr groß gewählt werden, was wiederum die Anlage v e r t e u e r t . In s a n f t abfallendem Gelände bis zu Höhen von 5 m k ö n n e n G e r ü s t e zur F ü h r u n g dos Gerinnes ü b e r h a u p t verw e n d e t werden, wenn die seitliche Verschiebung eines Betonoder E r d k a n a l e s usw. an eine das Tal in der L ä n g s r i c h t u n g begrenzende Anhöhe u n t u n l i c h ist. Über die e r w ä h n t e Höhe hinaus v e r b i e t e t sich die Ausn u t z u n g der Wasserkraft, mittels Gerinne u n d Schacht schon deshalb, weil der letzterer als D r u c k s c h a c h t sehr s t a r k bea n s p r u c h t u n d deshalb teuer u n d unrationell wird. b)

B e s t i m m u n g d er Qu e r s c l i n i t t e v o n G e r i n n e n.

Die B e r e c h n u n g eines Gerinnes erfolgt analog der Ber e c h n u n g eines lietonkanales u n d entspricht das innen sauber gehobelte Holzgerinne einem g l a t t v e r p u t z t e n B e t o n k a n a l e hinsichtlich des Reibungswiderstandes, w ä h r e n d ein ungehobeltes Gerinne dem u n v e r p u t z t e n .Betonkanale gleichzuachten ist. Eisengerinne, welche halbkreisförmig oder p a r a bolisch gewählt werden können, bedingen den geringsten Gefällsverlust. Die B e r e c h n u n g derartiger K a n ä l e ist bei den E r d k a n ä l e n e r w ä h n t u n d soll hier nicht m e h r erörtert w e r d e n .

26. Rohrkanäle als Oberwasserkanalstrecke.

oo

26. Kohrkanäle als Oberwasserkanalstrecke. Ist die F ü h r u n g eines derartigen Gerinnes ohne Gerüst, also an einem dem Tal e n t l a n g sich hinziehenden ß e r g h a n g e möglich, so k a n n an Stelle eines g e m a u e r t e n Kanales, welcher zweckmäßig abzudecken ist, u m vor a b f a l l e n d e m Gestein, B ö s c h u n g s r u t s c h u n g e n u n d Eisbildung usw. gesichert zu sein, das Wasser in einem kreisrund oder parabolisch g e f o r m t e n R o h r k a n a l e v o r t e i l h a f t bis zu einem S a m m e l - oder Einfallschachte geleitet werden. Von letzterem wird dasselbe auf dem kürzesten Wege mittels einer dem W a s s e r z u f l u ß e n t sprechend gewählten D r u c k r o h r l e i t u n g zur T u r b i n e n a n l a g e g e f ü h r t . Vgl. E r l ä u t e r u n g e n zu T a b . I I 1 u. 2. S. 72 — 78, u n d K a p . 20, S. (.¡(¡—1)7. 27. Driickrohrlcituiigen. a)

Allgemeines.

Hinsichtlich der W a s s e r b e w e g u n g in Rohrleitungen n a c h s t e h e n d e s zu b e m e r k e n :

ist

Ist das Rohr als D r u c k r o h r l e i t u n g gefüllt, so erleidet die W a s s e r b e w e g u n g in diesem, wie bei den K a n ä l e n , einen W i d e r s t a n d , der als D r u c k h ö h e n v e r l u s t bezeichnet w i r d . Derselbe h ä n g t einerseits von dem Verhältnisse des R o h r querschnittes zur gewünschten Geschwindigkeit u n d Leitungslänge ab, anderseits von dem W i d e r s t a n d e , welchen die R o h r w a n d u n g e n dem W a s s e r beim Durchfließen der R o h r e entgegensetzen u n d von jener K r a f t , welche erforderlich ist, u m dem Wasser beim E i n f l u ß in die L e i t u n g die erforderliche Anfangsgeschwindigkeit zu erteilen. b) B e r e c h n u n g d e r 1) r u c k h ö h e n Verluste. Ist hi die D r u c k h ö h e , welche b e r e c h n e t werden soll, d der innere oder lichte Durchmesser der Rohre, l die Leitungslänge, X der R ö h r e n w i d e r s t a n d u n d £ die D r u c k h ö h e , welche erforderlich ist, dem Wasser beim E i n t r i t t in die Leit u n g die nötige Geschwindigkeit zu verleihen, endlich v die

56

I. Teil.

Wasserkraftanlagen.

effektive Geschwindigkeit des Wassers am Ende der Leitung, also an der Turbine, so ist

Ist der Querschnitt nicht kreisförmig, sondern anderweitig gestaltet, so daß der Umfang = U ist und die Quadratfläche F, so hat man statt A•-y zu setzen: X ~r~rr l. ' d 4F

o=

und Q = v • — ^

— 1 1+5+4

= Wassermenge für das ermittelte v oder,

bei oben erwähnter Annahme, statt X '-wieder X-J^-l. d 41 Nun ist nach: 0,00947 W e i ß b a c h A = 0,01439 +

f»

^ Darcy

> • , 0,0005078 n,nQn 1 = n0,01989 -)---!— -

t-, , Frank

, „ n , M r i 0,0075478 X = 0,01004o 4 - —'—-= id 1 Letztere Erfahrungsformel gilt jedoch für inkrustierte Rohrleitungen, wobei di den durch Ansatz verengten Querschnitt bedeutet. Der Druckhöhenverlust wird in solchen Leitungen: 7 , * »2 kl=X und

d2i

hj _ 16 X Q* l ~ n22g d5 '

Eine Formel, welche auf innerem Rostansatz als grundsätzliche Voraussetzung basiert, dürfte jedoch nicht in allen Fällen empfehlenswert sein, und zwar deshalb, weil 1. reines, von schädlichen festen Bestandteilen oder Lösungen sowie von überschüssiger Kohlensäure freies Wasser inneren Rostansatz überhaupt nicht hervorruft, was zahlreiche praktische

27. Druckrohrleitungen.

57

E r f a h r u n g e n beweisen, die sich auf 30 u n d noch m e h r J a h r e zurückerstrecken; 2. ein leichter i n n e r e r R o s t a n s a t z , wie e b e n f a l l s bei a l t e n L e i t u n g e n festgestellt w u r d e , u n t e r gewissen V o r a u s s e t z u n g e n , w e l c h e im f o l g e n d e n e r ö r t e r t w e r d e n sollen, der W a s s e r b e w e g u n g in den R o h r e n n i c h t in d e m Maße h i n d e r l i c h ist, d a ß es sich r e c h t f e r t i g e n l ä ß t , w e n n i m v o r a u s g r ö ß e r e R o h r e v e r w e n d e t w e r d e n , welche u n t e r U m s t ä n d e n gar n i c h t n ö t i g w ä r e n , so d a ß n u t z l o s e g r o ß e M e h r a u s g a b e n e n t s t e h e n u n d 3. bei der eigentlichen I n k r u s t i e r u n g , welche m i t K n o l l e n bildung und beträchtlicher Querschnittsverengung verbunden ist, a u c h g r ö ß e r e R o h r e bis zu einem M a ß e v e r e n g t werden,, d a ß sie zur F ö r d e r u n g des n ö t i g e n W a s s e r s n i c h t m e h r geeignet sind. So ist d e m Verfasser ein Fall in N e u s t a d t a. S. in d e r P r a x i s v o r g e k o m m e n , bei w e l c h e m die R o h r e schon n a c h 8 J a h r e n d e r a r t i g i n k r u s t i e r t w a r e n , d a ß der R o h r q u e r s c h n i t t d u r c h I n k r u s t a t i o n auf ]/ 3 des u r s p r ü n g l i c h e n a b g e m i n d e r t w u r d e . Das aus B a s a l t f o r m a t i o n e n t s p r i n g e n d e Quellwasser e n t h i e l t n e b e n S p u r e n v o n Eisen, B r o m u n d J o d eine g r o ß e Menge freier K o h l e n s ä u r e . Der n a c h t r ä g l i c h e E i n b a u von P u t z k ä s t e n in 100 m E n t f e r n u n g u n d die S ä u b e r u n g der R o h r e m i t S t a h l d r a h t b ü r s t e n brachte für 5—6 Jahre Besserung, schließlich m u ß t e doch n e u e s Quellwasser auf weite E n t f e r n u n g beigeleitet w e r d e n . W a s s e r , welches s a l p e t r i g e S ä u r e , Chloride, S c h w e f e l w a s s e r s t o f f , u n g e b u n d e n e K o h l e n s ä u r e usw. e n t h ä l t , soll n u r f ü r W a s s e r k r a f t - oder N u t z w a s s e r a n l a g e n v e r w e n d e t w e r d e n , f ü r T r i n k w a s s e r n u r d a n n , w e n n die Möglichkeit b e s t e h t , d i e schädlichen Bestandteile auszuscheiden. K a n n e i n w a n d f r e i e s W a s s e r , welches I n k r u s t a t i o n e n i m e r w ä h n t e n Sinne n a c h g e n a u e r c h e m i s c h e r U n t e r s u c h u n g u n d h i n s i c h t l i c h seines G e h a l t e s a n freier K o h l e n s ä u r e n i c h t b e s o r g e n l ä ß t , b e n u t z t w e r d e n , so g e n ü g t es, bei W a s s e r v e r s o r g u n g e n als A b h i l f e gegen leichten i n n e r e n R o s t a n s a t z bei der B e r e c h n u n g des n ö t i g e s Gefälles eine d e n V e r h ä l t n i s s e n a n g e p a ß t e Ü b e r d r u c k h ö h e v o r z u s e h e n , sowie den in d i e s e m Buche überall zum Ausdrucke gebrachten Grundsatze g e m ä ß

58

I. Teil.

Wasserkraftanlagen.

die Rohre so zu wählen, d a ß stets n a c h der im H a n d e l befindlichen nächst größeren Lichtweite gegriffen wird, w e n n die e n t s p r e c h e n d nächst kleinere sich als zu k n a p p oder gar als zu klein erweist. Bei der nötigen Vorsicht hinsichtlich der V e r w e n d u n g v o r h a n d e n e n Wassers u n d E i n h a l t u n g der v o r a u s g e h e n d e n Vorsichtsmaßregeln k a n n — insbesondere für Trinkwasseranlagen — auf die F r a n k sehe Formel verzichtet werden, d a diese in solchen Fallen viel zu große Rohrlichtweiten nötig m a c h t , die u n n ü t z v e r a u s g a b t e s Geld b e d e u t e n . A n d e r s v e r h ä l t es sich, wenn unreines Wasser f ü r W a s s e r k r a f t - oder Nutzwasseranlagen in Frage k o m m t . In solchen Fällen wird der Druckhöhenverlust h\ vielfach n a c h dieser F o r m e l zu berechnen sein, wenn auch in den V o r b e m e r k u n g e n zur Ben u t z u n g der Tabelle I 1 u n d 2 d u r c h ein Beispiel nachgewiesen ist, d a ß die übliche A b s t u f u n g der Rohre von 5 zu 5 cm in den meisten Fällen dazu f ü h r t , d a ß die Rohre ohnedies zu groß ausfallen. Der A n f o r d e r u n g , d a ß es sich bei B e s t i m m u n g der Rohre nicht d a r u m bandeln k a n n , zu wissen welche Wassermenge u n t e r dem v o r h a n d e n e n Gefällt? neue Rohre liefern, sondern wie die L e i t u n g in späteren Jahren f u n k t i o n i e r t , w u r d e also a u c h in diesem Buche volle Rechnung getragen. Die a m häufigsten angewendete Formel zur Bestimm u n g des Druckhöhenverlustes Aj ist jene von W e i ß b a c h , n a c h welcher auch die beiliegende T a b . I 1 u n d 2 b e r e c h n e t ist. £ ist im Mittel 0,505, wird jedoch bei t r i c h t e r f ö r m i g g e f o r m t e r A b r u n d u n g des Rohreinlaufes auf 0,08 herabg e m i n d e r t u n d kann d e m n a c h bei l ä n g e r e n L e i t u n g e n der Koeffizient 1 - f - f außer R e c h n u n g bleiben. c)

Druck höhenverluste

in

Krümmern

usw.

Zu den e r w ä h n t e n W i d e r s t ä n d e n , welche das Wasser bei seiner Bewegung in Rohrleitungen erleidet, k o m m e n noch die W i d e r s t ä n d e durch Bogenrohre oder K r ü m m e r u n d ist f für ein Knie v o n : 10° = 0,045 45° = 0,981 2 0 ° = 0,139 7 0 ° = 2,43. 3 0 ° = 0,3G3

27. Druckrohrleitungen.

59

F ü r j e d e V e r e n g u n g ist $ =

m. A !

u n d f ü r jede E r w e i t e r u n g

w o r i n A1 der kleinere u n d .4 der g r ö ß e r e Q u e r s c h n i t t , w ä h r e n d m — 0,6 bis 0,8 ist. d)

B e s t i m m u n g der R o h r d u r c h m e s s e r D r u c k l e i t u n g e n .

für

Den D u r c h m e s s e r einer L e i t u n g , welche Q c b m S e k u n d e liefern soll, e r h ä l t m a n d u r c h die F o r m e l

pro

in .Metern. Diese F o r m e l t r ä g t j e d o c h d e m Druckhöhenverluste k e i n e R e c h n u n g u n d k a n n n u r b e n u t z t w e r d e n , u m eine beliebige Q u e r s c h n i t t s f l ä c h e , in w e l c h e r eine bestimmte W a s s e r m e n g e Q m i t einer a n g e n o m m e n e n G e s c h w i n d i g k e i t v fließt, in eine k r e i s f ö r m i g e u m z u w a n d e l n . Zur a n g e n ä h e r t e n d i r e k t e n B e r e c h n u n g jenes R o h r d u r c h m e s s e r s , welcher d e n R e i b u n g s w i d e r s t ä n d e n R e c h n u n g t r ä g t , gibt D a r c y die Formel: daher d — und

>

l die L e i t u n g s l ä n g e ,

h

d a s Gefall resp. die D r u c k h ö h e u n d Q die W a s s e r m e n g e ist. Es Eintritt setzung leitung

w u r d e b e r e i t s e r w ä h n t , d a ß | als W i d e r s t a n d b e i m des W a s s e r s in die R o h r e u n t e r der g e m a c h t e n V o r a u s eines t r i c h t e r f ö r m i g e n E i n l a u f e s in eine l ä n g e r e R o h r vernachlässigt wird.

D e r gleiche F a l l ist g e g e b e n bei s t a n d in K r ü m m e r n u s w . b e z e i c h n e t . Z u s a m m e n s t e l l u n g zeigt j e d o c h s e h r

welches d e n W i d e r Die v o r a u s g e g a n g e n e deutlich, d a ß starke

60

I. Teil.

Wasserkraftanlagen.

K r ü m m e r , wenn irgend möglich, vermieden werden müssen, sollen nicht große Gefällsverluste eintreten, so daß weit besser in kurzer E n t f e r n u n g zwei bis drei schwache K r ü m m e r eing e b a u t werden. Der e r h ö h t e K o s t e n p u n k t k a n n dabei n u r d a n n in Frage kommen, w e n n so reichliches Gefalle v o r h a n d e n ist, d a ß auf einen Bruchteil desselben leicht verzichtet werden kann. Man wird jedoch in der P r a x i s die Vernachlässigung des Koeffizienten f d a d u r c h ausgleichen, d a ß etwas größere R o h r e gewählt werden, w a s ohnedies fast immer n o t w e n d i g wird, wenn der gefundene R o h r d u r c h m e s s e r a u f - s t a t t a b g e r u n d e t wird. Bei kleineren G u ß r o h r e n , welche nach den b e s t e h e n d e n Normalien hergestellt werden, ist zudem die W a h l der Rohrdurchmesser eine b e s c h r ä n k t e , da n u r b e s t i m m t e solche im H a n d e l sind und die H e r s t e l l u n g anderer Durchmesser die Preise m e h r verteuern w ü r d e als die W a h l des n ä c h s t größeren Profiles. F ü r Schmiedeeisenrohre, welche n a c h A n g a b e gefertigt werden, empfiehlt es sich ebenfalls, den Durchmesser auf 5 cm a u f z u r u n d e n , also z. B. n i c h t Rohre m i t 0,62 m Lichtweite zu bestellen, sondern mit 0,65. 27 a. Über die Festsetzung der Rohrlichtweiten. Die zu diesem Zwecke dienende Formel v o n Darc-y Abs. 27, S. 59, l ä ß t erkennen, d a ß bei E i n s e t z u n g des genauen W e r t e s v o n C das gesuchte d auch in diesem e n t h a l t e n ist, so d a ß die Gleichung n u r durch A n n ä h e r u n g s r e c h n u n g lösbar ist, w e n n auf die Einsetzung des W e r t e s 0,000042 nicht verzichtet w e r d e n will, was nicht i m m e r rätlich ist. Sie zeigt ferner, d a ß aus der zuerst angegebenen Gleichung f ü r h sein W e r t v o r e r s t e r m i t t e l t werden m u ß , u n d sie schließt endlich den großen Nachteil in sich, d a ß dieses Ii u n v e r ä n d e r l i c h fests t e h e n m u ß , soll die L ö s u n g der Formel f ü r d eine richtige w e r d e n . Neben z e i t r a u b e n d e n u n d f ü r m a n c h e n Techniker schwierigen Berechnungen b i e t e t also die Formel keine W a h l u n t e r den Rohren u n d Geschwindigkeiten bzw. Gefällsver-

27 a. I ber die F e s t s e t z u n g ' d e r R o h r l i c h t w e i t e n .

61

lusteri, obwohl es, wie später erörtert werden soll, aus wirtschaftlichen Gründen dringend nötig ist, eine entsprechende Wahl treffen zu können. Man ist daher schon seit langer Zeit auf Abhilfe bedacht gewesen und hat Tabellen aufgestellt, welche jede Berechnung ersparen und sofort ersehen lassen, welche Rohrlichtweite für eine Reihe von Wassergeschwindigkeiten nötig ist und welcher Gefällsverlust oder Röhrenwiderstand in jedem einzelnen Falle entsteht, so daß die aus finanziellen Rücksichten nötige Wahl der Rohrdurchmesser geboten ist. Auch die beigefügten Tabellen 1 1 und 1 2 dienen diesem Zwecke in bester Weise und sie wurden in dieser Neuauflage vom Verfasser noch durch Einschaltung jener Rohre, welche neu in den Handel eingeführt sind und insbesondere für Teil II seines Buches in Betracht kommen, wesentlich erweitert, wie sie auch fast einzig unter den bestehenden derartigen Hilfsmitteln ausnahmslos alle Rohre von aufwärts bis zu 300 mm Lichtweite umfaßt, während die größeren Dimensionen auf Grund praktischer Erfahrungen ausgewählt wurden. Die nähere Anleitung, wie beide Tabellen zu benutzen sind, wurde in den Vorbemerkungen zu diesen niedergelegt und finden sich in diesem Buche direkt vor dem Tabellenanhange. Da letzterer für Wasserversorgungsanlagen in erster Linie in Frage kommt, schien es angezeigt, die betreffenden Erläuterungen nicht in Teil 1 zu verlegen, sondern sie am Schlüsse beider unterzubringen. Für Wasserkraftanlagen soll daher nur das hervorgehoben werden, was nötig ist, um ein Studium auch der Wasserversorgungsanlagen zu vermeiden, wenn es an sich nicht als geboten erscheint. Die auf solche Weise nötigen und auf das geringste Maß beschränkten Wiederholungen liegen im Interesse jener Herren, welche nicht auf beiden Gebieten tätig sind. Es ist also zunächst nötig, sich mit den Vorbemerkungen zu Tabelle I 1 und 2 vertraut zu machen. Es wird alsdann spielend leicht sein, mit Hilfe derselben die Aufgaben zu lösen, welche an den Projektanten herantreten.

62

I. Teil.

Wasserkraftanlagen.

F ü r T u r b i n e n a n l a g e n , bei welchen ein größeres Gefälle w i r k s a m wird, als bei S c h a c h t t u r b i n e n , k o m m e n lediglich Druckrohrleitungen in Betracht. Die Größe ihrer lichten Durchmesser ist v o n folgenden G e s i c h t s p u n k t e n aus zu bemessen: 1. Es soll die v o r h a n d e n e W a s s e r k r a f t bis an die Grenze des Möglichen a u s g e n u t z t werden, ohne daß ihr A u s b a u in finanzieller Hinsicht Schwierigkeiten zu begegnen hätte. 2. Der Bau soll jene S u m m e nicht überschreiten, die d a f ü r zur V e r f ü g u n g steht, bzw. es soll die ausgeb a u t e P f e r d e s t ä r k e den B e t r a g von M. 500 n i c h t überschreiten. 3. Es ist überreichliches Gefälle v o r h a n d e n , so d a ß an dem Durchmesser der Rohre gespart werden soll, d. h. es will nur der größte Teil der K r a f t v e r w e n d e t werden. 4. E s soll zunächst n u r ein b e s t i m m t e r Teil der zu erzielenden W a s s e r k r a f t zum A u s b a u gelangen, der Rest soll später n u t z b a r g e m a c h t werden. ad 1. E s werden so große Rohre nötig, daß der Druckh ö h e n v e r l u s t auf das zulässige Minimum h e r a b s i n k t . Letzteres ist begrenzt u n d finden sich n ä h e r e A n g a b e n hierüber u n t e r A b s a t z 31, S. 67—68. Man sucht also u n t e r einer Geschwindigkeit von 0,5—1 m in Tabelle I 1 eine W a s s e r m e n g e , welche reichlich der dem P r o j e k t e zugrunde liegenden e n t s p r i c h t , u n d zwar bei jeder der zwischen 0,5—1 verzeichneten Kolonnen u n d verzeichnet die b e t r e f f e n d e n R o h r d u r c h m e s s e r , welche zu jeder der geeigneten Zahlen gehört u n d e r m i t t e l t sofort in Tabelle 1 2 den sich dabei ergebenden D r u c k h ö h e n v e r l u s t . M a n vergleicht die erhaltenen R e s u l t a t e . Die v o r h a n d e n e W a s s e r m e n g e sei z. ß . 400 Sek./l, das Gefälle b e t r a g e 180 m . U n t e r v = 0,5 m fließen durch 1000 m m - R o h r e 392,7 Liter, der Gefällsverlust ist 0 , 0 3 5 4 % , » v = 0,6 » fließen-durch 1000 m m - R o h r e 471,24 L i t e r , der Gefällsverlust ist 0 , 0 4 8 8 % , » v = 0,7 » fließen d u r c h 900 m m - R o h r e 445,32 L i t e r , der Gefällsverlust ist 0 , 0 7 1 4 % .

27 a. Über die Festsetzung der Rohrlichtweiten.

63

Ein weiteres Suchen oder Vergleichen ist überflüssig, da die Wassermenge bei v — 0,5 zu klein ausfällt, während bei v — 0,7 der Gefällsverlust pro 100 m bereits so groß wird, daß die gestellte Bedingung nicht mehr erfüllt ist. Es sind also 1000 mm-Rohre bei ü = 0,6 ZU wählen, wobei der Überschuß an Wasserförderung von rund 71 1 pro Sekunde als Sicherheit gegen inneren Rostansatz und die dadurch bedingte kleine Verringerung von v dient. Ist die Leitung 1400 m lang, so wird der Gefällsverlust 14 X 0,049 = 0,686 oder rund 0,7 m. An Gefälle werden wirksam 180 — 0,7 = 179,3 m. Die Leistung der Turbine zu 75% angenommen, ergibt sich eine Pferdestärke von PS = 400 • 179,3 • 0,75 , , 400-179,3 0,75 100 °d,'r k ü r z e r 1ÖÖ ^ = Bei Turbinen mit 82% Nutzeffekt sind PS=-—n /u

J.

'L.Ar. '

0,/o • 100

= 784,1 PS. Zu überschlägigen Berechnungen wird jedoch stets der Effekt der Turbine mit 75% angenommen, so daß Gefälle mal Wassermenge geteilt durch hundert direkt die zu erwartende Pferdestärke angibt. ad 2. Es soll hier die gleiche Voraussetzung angenommen werden, also gleiches Gefälle und gleiche Wassermenge. Der Wasserfang, also die Wehranlage, das Wasserschloß, das Turbinenhaus mit zwei Turbinen und der Unterwassergraben, ferner die Sicherung der Rohre gegen Ausbiegungen und Wanderung, Kompensationsstücke, Turbinenregulatoren, Grabund Sprengarbeit sowie Überdecken der Rohre und ihre Isolierung bei der Einführung in das Turbinenhaus sollen zusammen auf Grund des Kostenvoranschlages mit M. 250 000 angenommen werden. Rohre mit 1000 mm Lichtweite kosten (nach willkürlicher Annahme, der Preis ist jederzeit zu ermitteln) fertig verlegt pro lfd. m M. 130, in Summa für 1400 m M. 182 000. Der gesamte Kostenbetrag würde daher 250 000 + 182 000 = M. 432 000 ergeben. Die Pferdekräfte sind rund mit 720 anzunehmen. 432 000 : 784 = M. 551 pro PS. Die Leitung wird also zu teuer, und zwar um M. 51 pro PS. Es ist zu untersuchen, ob die sonstige bauliche Anlage nicht verbilligt werden kann und man wird finden, daß bei kleineren

64

I. Teil.

Wasserkraftanlagon.

R o h r e n die E r d - u n d S p r e n g a r b e i t sehr erheblich a b n i m m t , ebenso der T r a n s p o r t u n d das Verlegen der Rohre, desgl. die Verankerungskosten für die Rohre, die Größe des T u r b i n e n hauses u n d jene der T u r b i n e n usw. Die E i n s p a r u n g e n werden m i t M. 10 000 a n g e n o m m e n . E s ist d e m n a c h das B a u k a p i t a l ohne Rohrleitung auf M. 240 000 zu erniedrigen. Letztere k a n n d u r c h die A n n a h m e einer Geschwindigkeit von 1,5 m p r o Sekunde auf einen lichten Durchmesser von 600 m m h e r a b g e m i n d e r t werden. Die dabei geförderte W a s s e r m e n g e ist 424 1 sekundlich. Der R ö h r e n w i d e r s t a n d wird dabei auf 100 m = 0,423 m u n d auf 1400 = 5,92 m. Der Gefällsüberschuß ist daher 180 — 6 (rot) = 174 u n d die P f e r d e k r a f t 174 • 400 —~100 = 696 P S . Bei 8 2 % N u t z e f f e k t der T u r b i n e ergeben sich r u n d 761 P S . . \ u n k a n n der Betrag f ü r den lfd. m R o h r l e i t u n g mit M. 70 a n g e n o m m e n werden, d e m n a c h f ü r M. 1400 auf M. 98 000. Die G e s a m t b a u k o s t e n b e t r a g e n d a h e r 2 4 0 0 0 0 - f 98000 = 338 000 : 761 = r u n d M. 444. Die gestellte Bedingung, daß die a u s g e ü b t e P f e r d e k r a f t den B e t r a g v o n M. 500 nicht überschreiten darf, ist d e m n a c h im günstigen Sinne erfüllt. Eine Gegenüberstellung der sub 1 u n d 2 ber e c h n e t e n Resultate ergibt, d a ß es nicht rätlich ist, im allgemeinen den Gefällsverlust auf ein M i n i m u m h e r a b z u d r ü c k e n u n d sehr große Rohre zu v e r w e n d e n , weiters daß dieses Vorgehen sich nicht nur aus technischen, sondern insbesondere a u c h aus finanziellen G r ü n d e n fast i m m e r verbietet, da in den Beispielen nachgewiesen ist, d a ß der Gewinn von ca. 23 P S m i t einem M e h r a u f w a n d e von 551 — 444 = M. 107 pro P S b e z a h l t werden m ü ß t e . Die W a h l der lOOOmm-Rohre im Beispiele zu 1 wäre daher n u r zu rechtfertigen, w e n n t a t s ä c h lich diese 23 P S nicht e n t b e h r t werden können, da sie die Anlage u n t e r den gegebenen Voraussetzungen u m M. 94 000 v e r t e u e r n würde. ad 3. Es soll a u c h hier das gleiche Gefälle u n d die n ä m liche Wassermenge beibehalten werden wie im vorausgegangenen. Die Kosten für die eigentlichen B a u a r b e i t e n bleiben u n v e r ä n d e r t , da eine wesentliche A b m i n d e r u n g infolge einer

27 a.

Ü b e r die F e s t s e t z u n g der R o h r l i c l i l w c i t c n .

65

etwas kleineren Rohrdimension nicht eintreten kann. Über eine Wassergeschwindigkeit von 2,5 m soll beim Turbinenbetrieb nicht hinausgegangen werden. Rohre mit 450 mm Lichtweite würden 397,61 Sek./l liefern, wenn die erwähnte Höchstgeschwindigkeit gewählt wird. In Rücksicht auf den zukünftigen verlangsamten Wasserlauf ist es jedoch nicht rätlich, sich mit dieser Wassermenge zu begnügen, jedenfalls dürfte sie erst dann dem Projekte zugrunde gelegt werden, wenn die Bauherrschaft sich mit einer künftigen kleineren Abnahme der Wasserkraft einverstanden erklärt, bzw. wenn die zu gewinnende Kraft auch dann noch den Bedarf erheblich überschreitet. Wie die aufgestellte Bedingung lautet, wird •der Erbauer auf größere Rohre verzichten und daher sollen solche mit 450 mm in Berechnung gezogen werden. Der Gefällsverlust ist pro 1,443 auf 1400 m = 20,2 m. Die

,, • ,

397 61 1&9 8

> ' > • °>82

dabei entstehende Kraft ist der Turbinen. .AA— 100 •0 als höchste Anfangsleistung

=

080 P S

Ist der Bedarf an Kraft lediglich 600 P S , so ist jedes Risiko ausgeschlossen. Da 450 mm-Rohre sich einschließlich Transport, Verlegung und Abdichtung auf ca. M. 40 pro lfd. m stellen werden, betragen die Gesamtkosten 240 000 + 5 6 000 = 296 000. Diese durch 680 geteilt, ergibt M. 435 pro P S . Die Einsparung ist daher sehr gering und späterhin wird sich die Anlage noch dadurch verteuern, daß die gewonnenen 680 P S vermutlich auf 630 herabsinken werden, wenn sich die Wassergeschwindigkeit verlangsamt oder schon von Anbeginn an teuerer stellt, wenn Turbinen mit dem hohen Nutzeffekte von 8 2 % unter den gegebenen Verhältnissen sich nicht konstruieren lassen. In diesem Falle würde die Kraftleistung an sich schon auf 635 herabsinken, so daß die Annahme, künftig nur 630 PS zur Verfügung zu haben, der Wirklichkeit sehr nahe kommen wird. Die ausgebaute P S würde sich in diesem Falle nahezu auf M. 470 belaufen. Trotz sinkenden Anlagekapitales verteuert sich also die ausgebaute Pferdekraft ganz erheblich und eine solche Anlage könnte nur dann empfohlen werden, wenn keine Aussicht besteht, daß jemals ein erhöhter Kraftbedarf eintreten kann. Schlottliauer,

Wasserkraftanlagen.

5

66

I. T e i l .

Wasserkraftanlagen.

ad 4. Die Rohrbestimmung erfolgt in gleicher W e i s e , wie sie im vorhergehenden geschildert wurde, die näheren E r wägungen sind im folgenden Absätze niedergelegt. 2 8 . Projektierung von Hochdruckanlagen, bei welchen das vorhandene Wasser nicht vollständig verwertet werden will. Häufig kommt es vor, daß eine vorhandene Wassermenge deshalb nicht ganz ausgenutzt werden will, weil vorerst für die ganze entstehende K r a f t keine Verwendung vorhanden ist und der volle Ausbau ein zu hohes Anlagekapital bedingen würde. Man hilft sich in diesem Falle dadurch, daß zunächst nur eine dem erforderlichen Kraftbedarf entsprechende Rohrleitung für einen bestimmten Teil der Wassermenge in Benutzung genommen, die Wehranlage und der sonstige Bau jedoch so hergestellt wird, daß späterhin eigentliche Bauarbeiten nicht mehr nötig sind, die Legung eines zweiten Rohrstranges jedoch, sowie die Aufstellung einer zweiten T u r b i n e jederzeit ohne wesentliche Mehrkosten möglich ist. Vorteilhaft sind solche Anlagen vom finanziellen S t a n d punkte aus niemals, da erstens zwei getrennte Rohrleitungen teuerer sind als eine einzige größere und der Druckhöhenverlust mit der Abnahme der Durchmesser zunimmt, so daß die Querschnittsfläche beider Leitungen zusammen größer ausfällt als jene für eine einzige Leitung, vorausgesetzt, daß sich die Geschwindigkeit des Wassers gleich bleiben und kein erhöhter Druckverlust eintreten soll. Vom Betriebsstandpunkte aus bieten jedoch zwei getrennte Leitungen eine erhöhte Sicherheit, falls Rohrbrüche usw. sich ereignen. Die Anlage der Wehre erfolgt bei Druckrohrleitungen analog den für diese aufgestellten Grundsätzen. 29. Führung

von Kanälen vom Wasserfange bis zum Beginne der Druckrohrleitung.

Ist es möglich, das Wasser vom Wehre ab eine S t r e c k e weit in geringem Gefälle am Gelände fortzuführen, so wird an Stelle von Rohrleitungen vorteilhaft ein K a n a l erbaut,.

31. AHgem. Bemerkungen üb. d. Wahl (1. Rohrdurchmesser usw. 67 d a dieser hilliger wird u n d einen geringeren Gefällsverlust v e r u r s a c h t . W o das nicht zulässig ist, können für die erste Strecke leichte Eisen- oder Z e m e n t r o h r e v e r w e n d e t werden, w e n n keine Steinschläge usw. zu b e f ü r c h t e n sind. Die Druckrohrleitung b e g i n n t in solchen Fällen bei einem Schachte (Wasserschloß), in welchen die erste Kanal- oder R o h r s t r e c k e e i n g e f ü h r t wird u n d der so a n z u o r d n e n ist, d a ß eine E n t s c h l a m m u n g vor sich gehen k a n n ; ebenso ist dort ein Leerlauf anzubringen u n d je ein Absperrventil f ü r die Druck-" u n d S c h l a m m l e i t u n g vorzusehen. ¡50. Druckrohrleitung

vom

Wasserfange

an

beginnend.

Muß die D r u c k r o h r l e i t u n g direkt beim W e h r e beginnen, so ist das Wasserschloß d o r t zu e r b a u e n . Zur V e r h ü t u n g des Eindringens von F r e m d k ö r p e r n in die Leitung bzw. T u r b i n e sind Rechen anzubringen, u n d zwar meist ein gröberer zur A b h a l t u n g von Treibholz, Eis usw. und ein feinerer im S c h a c h t e selbst. 31.

Allgemeine Bemerkungen über die Wahl der Kohrdurchmesser und der Geschwindigkeit des Wassers.

Aus den für B e s t i m m u n g der Rohrlichtweiten gegebenen Beispielen ergibt sich, daß bei der unendlich großen W a h l v o n Geschwindigkeiten a u c h die Größe des lichten Durchmessers beliebig gewählt werden k a n n . Es ist jedoch p r a k t i s c h n u r ein geringer Bruchteil der R e s u l t a t e v e r w e n d b a r , da einerseits das Wasser einer b e s t i m m t e n Geschwindigkeit bedarf, u m , wie e r w ä h n t , die A b l a g e r u n g von Sinkstoffen in den Röhren zu vermeiden, so d a ß die Geschwindigkeit in der Regel nicht u n t e r 0,3 m pro S e k u n d e herabsinken d a r f , anderseits zu große Geschwindigkeiten — abgesehen v o n d e m e n t s t e h e n d e n D r u c k h ö h e n v e r l u s t e — eine zweckmäßige T u r b i n e n k o n s t r u k t i o n unmöglich m a c h e n . Die Maximalgeschwindigkeit soll d a h e r e r f a h r u n g s g e m ä ß im ä u ß e r s t e n Falle 2,5 m pro S e k u n d e n i c h t ü b e r s c h r e i t e n ; z u d e m als bei allzugroßer Geschwindigkeit s t a r k e Stöße in der L e i t u n g a u f z u t r e t e n pflegen, w e n n z. B. der Regulator der T u r b i n e 5*

68

I. Teil.

Wasserkraftanlagen.

infolge momentanen, geringeren Kraftverbrauches den Wasserzutritt rasch vermindert. Die Druckregulatoren, welche seit einiger Zeit an dem tiefsten Punkte der Rohrleitung eingeb a u t werden, mildern zwar die Stöße in der Leitung, bei etwa eintretenden Rohrbrüchen jedoch muß bei gewählter großer Wassergeschwindigkeit ein selbsttätiger Rohrabschluß vorhanden sein, der bei vermindertem Drucke den Wasserzufluß zur Leitung schließt. Trotz aller Schutzvorrichtungen ist jedoch bei derartiger Anordnung immer noch eine Gefahr für die Betriebssicherheit vorhanden und man wird nur bei zwingender Notwendigkeit zu sehr großer Wassergeschwindigkeit greifen. Ist eine recht kleine solche gewählt, so ist, wie bereits erwähnt, bei unseren klimatischen Verhältnissen die Gefahr des Einfrierens vorhanden. Es muß daher in solchen Fällen die Rohrleitung eine Deckung erhalten, welche die Frostwirkung aufhebt. Ist das nicht durchwegs möglich, so müssen die Rohre an exponierten Stellen isoliert werden, was gewöhnlich sehr teuer ist und häufig nicht den erforderlichen Schutz gewährt. Die Einfrierungsgefahr besteht insbesondere da, wo nachts der Turbinenbetrieb eingestellt ist und z. B. in dieser Zeit in einem Sammelweiher das zufließende Wasser aufgespeichert werden muß, um tagsüber eine erhöhte, gewöhnlich doppelt so große Wassermenge zur Verfügung zu haben. Kann das gesamte oder wenigstens ein Teil des der Turbinenanlage zugeführten Wassers nachts über durch den Leerlaufschieber abfließen, so ist auch bei kleiner Geschwindigkeit die Einfrierungsgefahr sehr gering. Um zu vermeiden, daß bei strenger Kälte das Öffnen des Leerlaufschiebers vergessen wird, kann der Absperrschieber zwangsläufig so mit dem Leerlaufschieber verbunden werden, daß der letztere sich öffnet, wenn ersterer geschlossen wird. Diese Anordnung h a t noch den Vorzug, daß hierbei Rückschläge in der Leitung ausgeschlossen sind. 32. Stollen als Kanalstrecke sowie Heberleitungen. Sollte, was bisweilen nötig wird, die Druckrohrleitung infolge eines vorgelagerten Höhenrückens nur bis zu diesem

32. Stollen als Kanalstrecke sowie Heberleitungen.

69

gei'ührt w o r d e n k ö n n e n u n d ist d a h e r a u c h die A n l a g e eines K a n a l e s bis z u m B e g i n n e der D r u c k r o h r l e i t u n g u n m ö g l i c h , so w i r d es n ö t i g , den B e r g r ü c k e n m i t t e l s eines W a s s e r stollens zu d u r c h f a h r e n u n d d e n S c h a c h t an seinem E n d e zu e r b a u e n . F ü r kleinere R o h r l e i t u n g e n , welche n u r einen Teil d e s z u f l i e ß e n d e n W a s s e r s b e a n s p r u c h e n , g e n ü g t bisweilen die A n l a g e einer H e b e r l e i t u n g , welche ü b e r den B e r g r ü c k e n gelegt w i r d . G r u n d b e d i n g u n g ist dabei, d a ß diese L e i t u n g keine L u f t s a u g e n d a r f , u n d d a ß infolgedessen der W a s s e r s t a n d i m Bache sieh n i e m a l s so a b s e n k t , d a ß d a s S a u g r o h r n a h e z u w a s s e r f r e i w i r d u n d i n s b e s o n d e r e der S c h e i t e l p u n k t der H e b e r l e i t u n g die zulässige H ö h e n i c h t ü b e r s c h r e i t e t . Die I n b e t r i e b s e t z u n g einer solchen H e b e r l e i t u n g erfolgt h ä u f i g in der W e i s e , d a ß a m A n f a n g e des S a u g r o h r e s eine R ü c k s c h l a g k l a p p e a n g e b r a c h t w i r d , welche bis zur F ü l l u n g d e s R o h r e s ein Z u r ü c k s t r ö m e n des W a s s e r s z u m B a c h e h i n d e r t , w ä h r e n d die F ü l l u n g d a d u r c h erfolgt, d a ß der S c h i e b e r v o r der T u r b i n e geschlossen u n d a m h ö c h s t e n P u n k t e der L e i t u n g d u r c h ein l u f t d i c h t v e r s c h l i e ß b a r e s T - S t ü c k n u r so viel W a s s e r in die geschlossene L e i t u n g e i n g e b r a c h t w i r d , d a ß d a b e i die L u f t d u r c h die Ö f f n u n g d e s T - S t ü c k e s n o c h a b z u s t r ö m e n v e r m a g . I s t die L e i t u n g v o l l s t ä n d i g g e f ü l l t , so w i r d d a s T - S t ü c k v e r s c h l o s s e n u n d der Schieber vor der T u r b i n e g e ö f f n e t , w o b e i die l ä n g e r e W a s s e r s ä u l e die k ü r z e r e n a c h z i e h t , i n d e m die R ü c k s c h l a g k l a p p e sich von selbst ö f f n e t . Am h ö c h s t e n P u n k t e d e r L e i t u n g ist eine s e l b s t t ä t i g e E n t l ü f t u n g vorzusehen. D e r a r t i g e A n l a g e n sind j e d o c h sehr selten u n d b e d i n g e n bei etwaigen R o h r r e p a r a t u r e n s t e t s d e n u m s t ä n d lichen V o r g a n g des Füllens, der allerdings e r l e i c h t e r t w e r d e n k a n n , w e n n d a s W a s s e r m i t t e l s einer L u f t p u m p e a n g e s a u g t w i r d , d e r e n I n b e t r i e b s e t z u n g j e d o c h eines der L ä n g e der L e i t u n g u n d der W a s s e r m e n g e e n t s p r e c h e n d e n K r a f t a u f w a n d e s b e d a r f . (Vgl. a u c h H e b e r l e i t u n g , Teil I I : W a s s e r v e r s o r g u n g s a n l a g e n S. 147—150.) I s t ein Stollen n ö t i g , so ist dessen P r o f i l u n d Gefälle wie bei e i n e m K a n a l zu b e r e c h n e n , j e d o c h d a r a u f B e d a c h t zu n e h m e n , d a ß derselbe in vielen F ä l l e n m i t t e l s eines Steges b e g e h b a r sein m u ß , die v o m W a s s e r

70

I. Teil.

Wasserkraftanlagen.

benetzten Flächen werden behufs verlust vorteilhaft v e r p u t z t . 33.

Sicherung der Kohrleitungen

Minderung

gegen

an

Gefälls-

Wanderung.

Es ist klar, daß eine längere Rohrleitung in starkem Gefälle eine W a n d e r u n g der Rohre bedingen würde, wenn nicht Vorsorge getroffen ist, daß die Rohre durch Verankerungen u n d durch E i n b a u von Betonklötzen in Ruhe verbleiben. Insbesondere sind an jenen Stellen, wo K r ü m m e r in starkem Gefälle in die Leitung eingebaut sind, diese gegen Verschiebung zu sichern, was wiederum die Herstellung von Betonklötzen bedingt. Der H a u p t r o h r s c h u b findet beim Übergange von einem starken Gefälle in die Horizontale — also meist vor der Zentrale — s t a t t u n d hier sind die k r ä f t i g s t e n Sicherungen anzubringen. Schmiedeeiserne Rohre erhalten zu diesem Zwecke starke Wanderwinkel angenietet, welche in die Mauer selbst einzubetten sind, u n d ist die Stärke der letzteren so zu bemessen, daß sie dem Schübe den erforderlichen Widerstand bietet. 34. Ilohrmaterial und Dichtung der Rohre. W ä h r e n d schmiedeeiserne Rohre durchwegs m i t Muffen zum Verschrauben oder mit Flanschen, zwischen welchen das Dichtungsmaterial eingebracht wird, versehen sind, besitzen gußeiserne Rohre entweder Flanschen analog jenen der schmiedeeisernen Rohre oder Muffen, welche gewöhnlich mit Blei abgedichtet werden. Die Flanschenverbindung ist stets eine vollständig unbewegliche u n d bei ihr liegt die Gefahr eines Abspringens der Manschen oder eines Rohrbruches näher als bei Muffenv e r b i n d u n g mittels Verbleiung, die auch sanfte Biegungen ohne K r ü m m e r zuläßt und so der Wasserbewegung dienlicher ist als die Flanschenverbindung, welche bei jeder Abweichung aus der horizontalen oder vertikalen Richtung eines K r ü m m e r s bedarf. Dagegen erfordert bei sehr hohem Drucke die Abdichtung der Muffen mit Blei eine ganz be-

34. Rohrmaterial und Dichtung der Rohre.

71

s o n d e r e S o r g f a l t , d a sonst die D i c h t u n g e n h e r a u s g e r i s s e n oder doch beschädigt werden. In solchen F ä l l e n w e r d e n bisweilen M u f f e n m i t eingegossenen Rillen oder k o n i s c h e M u f f e n v e r w e n d e t , w ä h r e n d d a s R o h r e n d e oder der R o h r z o p f R i p p e n oder eine W u l s t e r h ä l t . Beim A u s g i e ß e n f ü l l e n sich die Z w i s c h e n r ä u m e zwis c h e n Rille u n d R i p p e m i t Blei u n d dieses k a n n n i c h t leicht h e r a u s g e s c h l e u d e r t w e r d e n , w ä h r e n d eine v o l l s t ä n d i g e D i c h t u n g d u r c h festes u n d r e g e l r e c h t e s V e r s t e m m e n des •eingegossenen Bleies erzielt w i r d . Die H a n f s t r i c k e , welche •ein D u r c h l a u f e n des Bleies in d a s R o h r i n n e r e v e r h i n d e r n m ü s s e n , liegen d a b e i h i n t e r den Rillen u n d auf d a s sog. Vers t r i c k e n ist b e s o n d e r e S o r g f a l t zu v e r w e n d e n . Bei k o n i s c h e n M u f f e n v e r h i n d e r t die v e r g r ö ß e r t e B l e i s t ä r k e n a h e a m R o h r a n s a t z e ein H e r a u s t r e i b e n des Bleies w e s h a l b l e t z t e r e D i c h t u n g s a r t die g e b r ä u c h l i c h e r e ist. G u ß e i s e n b e s i t z t b e k a n n t l i c h eine s e h r geringe A u s d e h n u n g s f ä h i g k e i t u n d bedarf d a h e r eine m i t Blei a b g e d i c h t e t e M u f f e n r o h r l e i t u n g keiner Kompens a t i o n s v o r r i c h t u n g , d a m i n i m a l e V e r s c h i e b u n g e n in den Bleid i c h t u n g e n u n g e f ä h r l i c h sind. D i c h t u n g e n m i t g u ß e i s e r n e n F l a n s c h e n r o h r e n k ö n n e n d u r c h E i n b r i n g e n von z y l i n d r i s c h e n G u m m i - oder Bleiringen a n Stelle f l a c h e r D i c h t u n g s r i n g e g e g e n B r u c h bei g r o ß e n T e m p e r a t u r s c h w a n k u n g e n gesichert w e r d e n . N a c h d e m j e d o c h R o h r e ü b e r 40 c m 1. W . a u s G u ß eisen sehr schwer a u s f a l l e n , so d a ß die V e r l e g u n g d e r s e l b e n S c h w i e r i g k e i t e n b i e t e t , v e r w e n d e t m a n f ü r solche R o h r l i c h t w e i t e n , welche v o r g e n a n n t e s M a ß ü b e r s c h r e i t e n , v o r t e i l h a f t schmiedeeiserne Rohre, deren W a n d u n g mit z u n e h m e n d e m D r u c k e f ü r einzelne D r u c k z o n e n m e i s t v o n A t m o s p h ä r e zu A t m o s p h ä r e zu v e r s t ä r k e n ist. Als M a t e r i a l w ä h l t m a n S t a h l oder b e s t e s F l u ß e i s e n , oder S i e m e n s - M a r t i n s Flußstahl, e n t w e d e r g e n i e t e t oder g e s c h w e i ß t b z w . ü b e r l a p p t . N a c h d e m j e d o c h diese R o h r e bei g r o ß e n T e m p e r a t u r s c h w a n k u n g e n sich m e r k l i c h a u s d e h n e n oder z u s a m m e n ziehen, w i r d , falls n i c h t eine R e i h e v o n K r ü m m e r n die L ä n g s v e r s c h i e b u n g e n u n s c h ä d l i c h m a c h t , der E i n b a u v o n Kompensationsstücken erforderlich. Durch Überdeckung d e r R o h r e k ö n n e n sehr g r o ß e T e m p e r a t u r s c h w a n k u n g e n ge-

72

I. Teil.

Wasserkraftanlagen.

mildert werden, insbesondere, wenn in der Leitung Quellwasser fließt, dessen Temperatur im Winter meist nicht unter - f 4 ° C herabsinkt. 35. Kompensationsstücke. Für Einbringung von Kompensationsstücken, welche aus Kupferblech, zumeist in Form von Krümmern hergestellt werden und sehr teuer sind, kann keine bestimmte Norm angegeben werden. Sie richtet sich nach den klimatischen Verhältnissen und, wie angedeutet, nach der Gesamtanordnung der Leitung, da auch schmiedeeiserne K r ü m m e r eine gewisse Streckung oder Zusammenpressung ertragen. 36. Erläuterung zu Tabelle II 1 und 2 Ilohrkanäle mit eiförmigem und kreisrundem Profile. Für Zuleitungskanäle zum Wasserschlosse werden, wieerwähnt, bisweilen Zementrohre in kreisrunder oder Eiform angewendet, letztere vorteilhaft dann, wenn der Durchmesser der zylindrischen Rohre größer als 0,5 m werden müßte. In der Tabelle II 1 und 2 ist das reguläre allgemein übliche Profil für eiförmige Kanäle skizziert. In diesem wird die Quadratfläche F — 0,51 A2, der F benetzte Umfang U = 2,64 h und ^ = 0,1932 h. Im allgemeinen kann letztere Zahl auf 0,193 abgerundet werden. U _ l_ , F 0,1932 ' '' Man berechnet das Profil für vollständige Füllung. Für dieses Profil wird der erforderliche Querschnitt oder 3

6

a) die lichte Höhe A = 1,27 y'O b) die Geschwindigkeit ü = 0,96A

+ °'7_ 1000 i ^j^y'

In der Formel a) bedeutet h die lichte Höhe des Eiprofiles; i das gewählte Gefälle pro Meter, das vorteilhaft einer Minimalgeschwindigkeit von 0,6—0,75 m pro Sekunde entspricht.

36. E r l ä u t e r u n g zu Tabelle I I I

und 2 usw.

73

Man wird also zuerst die Formel b) auflösen, in welcher h wiederum die lichte Höhe bezeichnet (h = 3 r), wobei h durch Versuchsrechnung aus F = 0,51 K2 bestimmt wird, indem die Formel a) ebenfalls nur durch Annäherungsrechnung zu lösen ist. Da ohnedies eine aufgerundete lichte Höhe gewählt wird, ist der Wert bald ermittelt. Zur Erleichterung der Rohrbestimmung ist im nachstehenden e i n e T a b e l l e I I I u n d 2 a u f g e s t e l l t , welche bei verschiedenen gebräuchlichen Höhen h den Querschnitt verzeichnet u n d damit auch bei Zugrundelegung der zu wählenden Geschwindigkeit das Wasserquantum, so daß analog der Rohrdurchmesserbestimmung mittels der Tabelle I 1 und 2 sofort der für die vorhandene Wassermenge nötige Querschnitt und damit auch die lichte Höhe gefunden werden kann. Eine Geschwindigkeit über 1,2 m wird für die Wasserführung meist deshalb nicht gewählt, weil die Rohrdichtungen diese nicht vertragen. Wird ein Kanal ohne solche in Anwendung gebracht, z. B. bei durchgehender Mauerung oder Betonage, so kann ¡> entsprechend größer gewählt werden. Die gleiche Geschwindigkeit, wie beim voll laufenden Querschnitte F — 0,51 h2 tritt bei kreisförmigen Rohren schon bei einem Wasserquerschnitte von 0,5 F und beim eiförmigen von 0,53 F ein. Bei einer Füllhöhe von 0,91 d — Kreisform — bzw. 0,94 h — Eiform — zeigt sich die größte Abflußfähigkeit und diese ist um 8 % bzw. um 6 % größer als bei ganzer Füllung. Die bei einem bestimmten Gefälle eintretende Geschwindigkeit v ergibt sich aus nachstehendem: Bezeichnet: F den lichten Querschnitt in Quadratmetern, U dessen Umfang in Metern, F r — JJ den hydraulischen Radius, l die in Betracht kommende Leitungslänge in Metern, v die sekundliche Durchflußgeschwindigkeit in Metern, g die Beschleunigung durch die Schwere = 9,81 m in Sek. 2 ,

74

I. Teil.

Wasserkraftanlagen.

Q = F • v die durchfließende Wassermenge in S e k . / c b m , w die Reibungshöhe, d. h. die zu Verlust gehende Druckhöhe, i = w : l das sog. Reibungsgefäll der Rohrachse, den Koeffizienten der Reibungshöhe, d. h. das Verhältnis der Reibungshöhe zur Geschwindigkeitshöhe 1 qm Rohrumfangsfläche, 1 qm Rohrquerschnitt und 1 lfd. m Rohrlänge, so wird:

„. = w

Lc --— °M —U - i1 = 0 lv2 2gj F ^_r2g

v= & L r . i = 1 P C

2

A •i und

w

_J

' - f i T und Ä 9

r2g = c

gesetzt, v = c J r i , oder da /' = Ä, v = c f R i (vgl. S. 1 9 — 2 3 , Abschn. 11 mit Tabelle 4) und i oder h°/M

= 0,15 |l - f 0,03

u2.

(Siehe S. 18, Abs. 10, Formel 1.) (Der

Koeffizient ^ r ist

digkeiten

und

für

Profilshöhen

die entsprechenden

Geschwin-

in der Tabelle I I 2

enthalten.)

Aus der zuletzt aufgeführten Formel kann auf sehr einfache Weise das in jedem Falle nötige Gefälle eines solchen Kanales berechnet werden und liegt diese Formel der Gefällsberechnung der Tabelle I I 2 zugrunde. Letztere macht daher für gewöhnlich jede weitere Gefällsberechnung unnötig. Falls in außerordentlich seltenen Fällen, also insbesondere d a n n , wenn an Gefälle sehr gespart, oder umgekehrt aus finanziellen Gründen ein kleines Profil gewählt werden muß, für welches alsdann eine höhere Geschwindigkeit nötig wird, als 1,2 m pro S e k u n d e , mit welcher die Tabelle I I 1 und 2 abschließt, so bietet die erwähnte Tabelle I I 2 die M ö g l i c h k e i t , mittels einer einmaligen, einfachen Multiplikation das für jede beliebige andere Geschwindigkeit erforderliche Gefälle zu berechnen. E s wurde zu diesem Behufe die Formel h °/ 0 0 =

0,15 |l -)- 0,03 -^rj

36. E r l ä u t e r u n g zu T a b e l l e I I I

u n d 2 usw.

75

^p v2 für sämtliche Normalprofile berechnet, und zwar unter Weglassung der Endmultiplikation mit v2. Das Resultat dieser Berechnungen ist in Tabelle II 2 in Kolonne 3 vorgetragen. (/¿°/00 = y2 • . . . .) Das betr. Zahlenresultat wird demnach lediglich mit der zum Quadrat erhobenen neu gewählten Geschwindigkeit u, demnach mit v2 multipliziert. Wie unter solchen Verhältnissen zu verfahren ist, soll im nachstehenden durch Beispiele erläutert werden. Beispiel. Es sollen ca. 150 1 Wasser durch einen eiförmigen Kanal sekundlich abgeführt werden , und zwar auf eine Länge von 750 m. Das dieser Wassermenge entsprechende Profil ist h = 0,8 m und F — 0,3264, welches bei v = 0,5 m 103,21 Wasser fördert. Der Gefällsverbrauch ist 0,290 m pro 1000 m. Für 750 m = 0,22. Zur Verfügung seien jedoch nur 0,15 m. Es ist demnach ein größeres Profil zu wählen, ebenso eine Geschwindigkeit, welche einen kleineren Gefällsbedarf verursacht. Unter v = 0,3 wird wegen Ablagerung von Sand usw. nicht herabgegangen werden können. Die Querschnittsfläehe für h = 1 ist in der Tabelle mit 0,51 angegeben. Mit v = 0,3 multipliziert wird die Wassermenge 153 1 pro Sekunde, also eine entsprechende. Für dieses v wird das nötige Gefälle nach der Formel Ji

ü

/oo

0,15 ( l + 0,03 y)

y

y2 b z w

-

nach

Tabelle II 2, Kol. 3,

2

0,897 X 0,3 = 0,897 X 0,09 = rund 81 mm, somit weniger als erforderlich wäre. Wählt man v = 0,4, so ist y2 = 0,16 und h0/m = 0,897 X 0,16 = 0,1435 und für 750 m = 108 mm. Demnach ist in beiden Fällen die Aufgabe im günstigsten Sinne gelöst und wird es davon abhängen, ob bisweilen ein größerer Wasserzulauf erfolgt und ob dieser durch die Rohrleitung, welche sich dem Kanal anschließt, auch abgeführt werden kann oder nicht, da bei v = 0,4 bereits 204 1 sekundlich zum Abfluß gelangen können. Auch ist zu beachten, ob die Leitungsführung ziemlich geradlinig ist, also starke

I. Teil.

76

Wasserkraftanlagen.

Krümmungen in derselben nicht vorkommen. Ist letzteres der Fall, so muß auf den minimalen Gefällsgewinn verzichtet und das Gefälle von 108 mm vorgesehen werden. U m an Kosten für die Rohrleitung zu sparen, kann, wie schon erwähnt, eine größere Geschwindigkeit als u = 1,2 m, also demnach eine kleinere Rohrleitung dann angewendet werden, wenn der K a n a l durch eine kontinuierliche B e t o n a g e oder Mauerung hergestellt wird und reichliches Gefälle zur Verfügung steht. Soll

z. B .

eine Wassermenge

von

2 cbm

oder

2000 1

durch ein normales, in fortlaufende Betonage erbautes Eiprofil von h = F =

1,5 m

1,1475 qm

geführt ist,

werden,

dessen

Querschnittsfläche

genügt

ein v =

1,2 m nicht mehr

so

und ist das entsprechende größere v zu ermitteln. schwindigkeit wird alsdann

=

Die

Ge-

1,742 oder rund 1,75 m .

Nach Tabelle I I 2 ist' A % 0 für h = 1,5 m = 0,571 • 1,75 2 = 0,571 • 3,063 = 1,749. Ist die Leitung nicht 1000 m lang, sondern z. B . 850, so wird der Gefällsverbrauch 1,49 m. Der Gebrauch der Tabelle führt also auch hier zu der denkbar einfachsten Berechnung. Sollte in ungewöhnlichen seltenen Fällen ein größeres Profil als jenes mit h = 1,5 m nötig werden, so wird man durch Versuchsrechnungen unter Benutzung der in der T a belle I I 1 und 2 angegebenen Behelfe noch weit rascher zu einem Resultate gelangen, als durch Auflösung der Formeln a) und b) zur direkten Berechnung von h bzw. v. Die Tabelle II 2 zeigt, daß einerseits mit zunehmender Größe von h oder F der Gefällsbedarf stetig um ein Geringes sinkt und bei erhöhter Geschwindigkeit steigt. Sind also z. B. für die Kanalführung auf 1000 m L ä n g e ca. 60 cm Gefälle verfügbar, so darf v keinesfalls größer werden als I m , da bei A = l , 5 m der Gefällsverlust für v = 1 bereits 0,571 m pro Mille ist. Sollen nun ca. 4 0 0 0 1 Wasser ein Profil von hx durchfließen mit v = 1, so muß die Quadratfläche ca. 4 qm groß sein.

36. E r l ä u t e r u n g zu Tabelle I I I u n d 2 usw.

Nun ist F = 0,51 h2. Würde versuchsweise h mit angenommen, so ist h 2 = 9 und 9 • 0,51 = 4,59 qm. Profil ist daher etwas zu groß. Wählt man die Höhe 2,8 m, so ist h2 = 0,784 und 0,51 • 0,784 = 3,998 qm rund 4 qm. U = 2,64 • h = 2,64 • 2,8 = 7,392

77

3 m Das mit oder

F = 3,998 und -- - = = rund 1,85. Wird v = 1 gesetzt, r 3,998 so ist h°!w 0,15 (1 + 0,03 • 1,85) 1,85 • l 2 = 0,633 • 1 = 0,633 m. Es könnte demnach die Aufgabe als gelöst betrachtet w e r d e n , wenn der erforderliche geringe Mehrbedarf an Gefälle von 33 mm zulässig erscheint, was ja fast immer der Fall sein wird. Andernfalls wäre das Resultat von 0,633 statt mit v2 = l 2 mit v2 = 0,95 zu multiplizieren, so daß der Gesamtverbrauch an Gefälle rund 0,57 würde. Man sieht jedoch an dem gewählten Beispiele sofort, daß derartige ungeheuerliche Kanalprofile praktisch niemals zur Ausführung gelangen können und demnach eine Erweiterung der Tabelle über / t = l , 5 m hinaus überflüssig wäre, da in solchen Fällen ein offener Kanal oder ein größeres Gerinne aus Holz, Eisen oder Beton usw. weit billiger zu stehen käme. Läßt sich eine Steigerung der Durchflußmenge in einem Eiprofile lediglich durch Erhöhung der Geschwindigkeit erzielen, was ja, wie erwähnt, unter der Voraussetzung eines kontinuierlichen Kanals denkbar ist, so erhöht sich lediglich der Gefällsverlust und m u ß im allgemeinen ein Projekt als unrationell bezeichnet werden, welches wegen einiger Zentimeter Gefällsgewinn gewaltige Mehrkosten verursacht. So läßt sich bei h = 1,5 m durch die Wahl der Geschwindigkeit v = 2,5 m die Wassermenge Q, welche bei » = l , 2 m 1377 1 beträgt, auf 2 , 5 - 1 , 1 4 7 5 = 28691 steigern, wobei sich der Gefällsverlust Ii °/Q0 auf 0,571 • 2,5 2 = 3,75 m erhöht, während er bei y = l , 2 m 0,822 beträgt. Insofern es sich um kurze Entfernungen handelt, z. B. bei Durchleitung von Wasser durch einen B a h n d a m m von vielleicht 40 m Basis, würde das erforderliche Gefälle nur 0,15 m betragen. Dabei ist noch zu berücksichtigen, daß die eigentliche Wasserförderung sich um

78

I. Teil.

Wasserkraftanlagen.

6 % erhöht, da der höchste Wasserdurchfluß Eiprofile, wie erwähnt, bei 0,94 h erfolgt.

bei

einem

E s würde also in dem vorstehenden Beispiele die Wassermenge Q nicht 2869 1, sondern 3041 ] betragen. Für Kanalisierungen werden Eiprofile über das Maß von h = 1,5 nur selten gewählt und als M a x i m u m für solche kann eine lichte Höhe von 2 m gelten. Nähere Erörterungen hierüber gehören jedoch in das Gebiet der Kanalisationstechnik.

37. Unterwasserkanäle für kleinere Wassermengen. Ist z. B . bei Hochdruckturbinen mit starkem Gefälle nur eine geringe Menge von Unterwasser abzuführen, so wird entweder ein rechteckiger Kanal, der insbesondere im Turbinenhause überwölbt und außerhalb desselben meist abgedeckt wird, oder auch eine Rohrleitung gewählt und zwar meist aus Zementrohren in Eiform oder kreisrund. Die erforderlichen Berechnungen sind die gleichen, wie sie im vorausgegangenen geschildert wurden.

37 a. Über die Abschätzung von Wasserkräften. W i r d seitens industrieller Unternehmungen oder Gemeinden beabsichtigt, eine Wasserkraftanlage ins Leben zu rufen, so sind zwei Wege gangbar und zwar entweder der K a u f einer bestehenden oder die Ausnutzung eines Wasserlaufes, der bisher zu diesem Zwecke nicht beansprucht war. I m ersteren Falle ist wiederum eine zweifache Möglichkeit vorhanden, indem einerseits eine vollständig ausgebaute, also rationell hergestellte Kraftstation zum Kaufe ins Auge gefaßt werden, anderseits ein O b j e k t in B e t r a c h t kommen kann, welches einen umfassenden U m b a u bzw. Neubau erfordert, da insbesondere die E r b a u e r alter Triebwerke stets nur so viel K r a f t auszunutzen bestrebt waren, als es für ihre Zwecke erforderlich war und dabei mit den einfachsten Mitteln zu arbeiten pflegten. Soll ein solches W e r k — es handelt sich dabei in den meisten Fällen um Mahl-, Sägemühlen, Schleifereien usw. — zum vorteilhaften Ausbau gelangen,

37 a. Über die Abschätzung von Wasserkräften.

79

so m u ß selbstredend die bisher a u s g e n u t z t e W a s s e r k r a f t erworben werden, meistens sogar das ganze Anwesen. Es wird also in letzterem Falle der A u s b a u im v o r a u s mit einem K a p i t a l e belastet, das ihn nicht selten über Gebühr v e r t e u e r t , so dal.» es fraglich wird, ob sieh die E r r i c h t u n g einer solchen Wasserk r a f t ü b e r h a u p t noch lohnt. W ä h r e n d beim A n k a u f e einer rationell g e b a u t e n bestehenden Anlage die A b s c h ä t z u n g sehr einfach i s t , da ihr W e r t b u c h m ä ß i g nachgewiesen werden m u ß , ist sie bei letzterer Voraussetzung eine r e c h t schwierige u n d die gleichen Verhältnisse treten auch d a n n ein, w e n n ein bisher u n a u s g e n u t z t e r Wasserlauf in Frage k o m m t u n d es nötig wird, eine oberhalb oder u n t e r h a l b gelegene W a s s e r k r a f t erwerben zu müssen, u m die erforderliche Arbeitsk r a f t gewinnen zu k ö n n e n . In recht vielen Füllen liegen d a n n die Verhältnisse noch schwieriger als in den vorausgehend e r w ä h n t e n , d a es bei w e i t e m leichter ist, ein verkäufliches Anwesen zu erwerben, als ein solches, dessen Besitzer keinen A n l a ß h a t , auf Verkauf b e d a c h t zu sein. Geradezu ungeheuerliche Ü b e r f o r d e r u n g e n sind alsdann an der Tagesordnung, die meist dazu f ü h r e n , d a ß ein derartiges P r o j e k t u n t e r lassen werden m u ß , besonders wenn der Ausbau nicht ein Vielfaches der bisher v o r h a n d e n e n K r a f t ergibt. Die günstigsten Resultate k ö n n e n fast jedesmal d a n n erzielt w e r d e n , wenn keine v o r h a n d e n e Anlage in B e t r a c h t zu ziehen ist. In solchen Fällen wird eine A b s c h ä t z u n g nur d a n n e i n t r e t e n , wenn ihr Besitzer selbst ein Interesse d a r a n h a t , zu wissen, wie groß der H a n d e l s w e r t seines W e r k e s ist. Eine verlässige H a n d h a b e bietet n u n zu allen derartigen Schätzungen der D a m p f b e t r i e b . Die Technik ist so weit auf diesem Gebiete vorgeschritten, d a ß u n t e r U m s t ä n d e n besser zu letzterem gegriffen wird, als zu einer zu teueren W a s s e r kraftanlage. W e n n also b e k a n n t ist, wie hoch sich u n t e r normalen Verhältnissen eine P f e r d e k r a f t p r o J a h r stellen darf, u m der K o n k u r r e n z m i t der W a s s e r k r a f t die Spitze bieten zu können, so ist es n i c h t schwierig a b z u s c h ä t z e n , ob letztere noch als b a u w ü r d i g zu erachten ist u n d welchen W e r t sie besitzt. F ü r einen allgemeinen Überblick g e n ü g t es. in folgender Weise zu k a l k u l i e r e n :

80

I. Teil.

Wasserkraftanlagen.

Eine Wasserkraft zu 300 PS kostete beispielsweise Mark 200 000 einschließlich der Anlage von zwei Turbinen, deren eine als Reserve zu dienen hat. Der Zins hieraus zu 5 % beträgt M. 10 000 der Betrieb kostet » 2 000 die Unterhaltung » 900 Sa. M. 12 900 für 300 PS pro Jahr und für 1 P S = M. 43. Eine Dampfanlage erfordert an Aufwand f ü r Gebäude, d. i. Maschinenund Kesselhaus, Kohlenschuppen, Schornstein usw.. M. 15 000 f ü r zwei Maschinen und zwei Kessel, zu 300 P S u. z. je ein Paar als Reserve . . . » 35 000 Sa. M. 50 000 Verzinsung zu 5% Heizer und Maschinist . . . Schmiermaterial, Unterhaltung und Reparaturen . . . . Feuerung pro Stunde und P S 2 Pf. und für 300 Arbeitstage zu je 10 S t u n d e n .

*

M. 2 500 » 3 000 »

300

» 18 000 Sa. M. 23 800

pro P S daher rund M. 79. Angesichts dieses Resultates, das aus Erfahrungen zusammengestellt wurde, war es dem Verfasser sehr interessant, von einflußreicher Seite in Bayern die Behauptung aufstellen zu hören, daß der Jahresaufwand für eine Pferdestärke pro Jahr m i t M. 30 bereits so hoch sei, daß eine Wasserkraftanlage mit dem Dampfbetrieb nicht mehr zu konkurrieren vermöge. Sie m a g richtig sein, wenn eine Dampfanlage seit mehr als 15 bis 20 Jahren besteht, der Inventarwert so völlig zur Abschreibung gebracht wurde, wenn der Kohlenbezug unter ungewöhn-

37 a.

Über die Abschätzung von Wasserkräften.

81

lieh günstigen Vorhältnissen vor sich geht, also bei V e r w e n d u n g billiger u n d doch vorzüglicher Kohle, bei Gleisanschluß a n d i e B a h n u n d Vorhandensein der besten u n d teuersten Maschinen- u n d K e s s e l a n l a g e n , aber in dieser Allgemeinheit a u s g e sprochen, war diese Ä u ß e r u n g eine irreführende, denn es h a n d e l t s i c h nicht allein u m alte l ä n g s t bestehende Werke, sondern a u c h u m die H e b u n g u n d G r ü n d u n g neuer industrieller Anlagen, die alle A n s c h a f f u n g e n verzinsen und amortisieren m ü s s e n u n d auch sonst nicht immer mit günstigen Verhältnissen rechnen können. E s w u r d e in diesem B u c h e die B e h a u p t u n g aufgestellt, daß eine a u s g e b a u t e P f e r d e s t ä r k e m i t M. 300 noch als billig, eine solche mit M. 1000 nur noch u n t e r anderweitigen günstigen Verhältnissen als rentabel bezeichnet werden kann. In letzterem Falle b e t r ä g t der Zins bereits M. 50, w o z u noch die allerdings nicht sehr wesentlichen B e t r i e b s kosten zu rechnen sind, welche natürlich im Verhältnisse a b n e h m e n , je größer die gewonnene P f e r d e s t ä r k e wird. In der v o r a u s g e g a n g e n e n Gegenüberstellung k ä m e die a u s g e b a u t e P S auf ca. M. 700 und d a s Verhältnis zum D a m p f b e t r i e b zeigt, d a ß sie doch noch Vorteile für den Turbinenbetrieb a u f w e i s t , d i e finanziell schwer in die W a g e fallen. Nun m ö c h t e der E i n w a n d erhoben werden, daß neben Turbinenbetrieb n o c h eine D a m p f r e s e r v e nötig ist. B e i m Vorhandensein zweier T u r b i n e n , deren eine als R e s e r v e dient, läßt sich diese F o r d e r u n g nicht ohne weiteres aufrechterhalten, d a es zahlreiche W a s s e r k r a f t a n l a g e n gibt, die eisfrei sind und stets eine solche W a s s e r m e n g e liefern, daß der volle Betrieb zu jeder Zeit a u f r e c h t e r h a l t e n werden k a n n . Ich denke dabei an j e n e Anlagen, welche v o m R ü c k s t a u w a s s e r oder Hochwasser unbeeinflußt bleiben. A b e r selbst wenn m a n diese A n f o r d e r u n g gelten lassen will, so würde sich lediglich d a s A n l a g e k a p i t a l v o n M. 200 000, wie es in der Gegenüberstellung a n g e n o m m e n wurde, u m M. 17 500 erhöhen u n d vielleicht eine 28 t ä g i g e Arbeitsperiode m i t D a m p f vorzusehen sein, d e n n eine sehr schwankende Zuflußmenge u n d öfterer R ü c k s t a u auf längere Zeit müßten eine W a s s e r k r a f t a n l a g e im v o r a u s als unlohnend g e s t a l t e n . Die A u s g a b e n würden sich. S c h l o t t h a u e r , Wasserkraftanlagen.

6

82

I.Teil.

Wasserkraftanlagen.

dabei von M. 43 pro Jahr und PS auf M. 55 steigern gegenüber den berechneten M. 79 bei dauerndem Dampfbetrieb. Man ersieht hieraus, daß mit derartigen allgemeinen) Äußerungen und mit ungenauen Berechnungen bzw. Gegenüberstellungen nichts bezweckt ist, sondern unwissentlich Sonderinteressen verfolgt werden, die schweren Schaden herbeizuführen vermögen. Maßgebend außer den aufgeführten trockenen Zahlenreihen sind noch, wie hier ausdrücklich gesagt sei, die lokalen Verhältnisse, der Zweck der Anlage, der Bezug der Rohprodukte, die Verkehrsverhältnisse, Zu- und Abfuhrwege, die ortsüblichen Arbeitslöhne und in erster Linie eine rationelle Durchführung des Wasserkraftprojektes unter Berücksichtigung der Kosten für die ausgebaute Pferdestärke und der Möglichkeit eines weiteren Ausbaues, falls für die insgesamt erhältliche Kraft kein sofortiger entsprechender Absatz vorhanden ist. In letzterem Falle werden grobe Fehler begangen, indem man nicht berücksichtigt, daß mit der zunehmenden Zahl der Pferdekräfte die Anlagekosten in kaum glaublicher Weise abnehmen. Man sollte sich daher immer die Möglichkeit offen halten, im Laufe der Zeit die ganze vorhandene Kraft gewinnen zu können, ohne daß nennenswerte Umbauten entstehen. Die dadurch anfänglich eintretende Verteuerung der Baukosten zahlt sich später mit Zins und Zinseszinsen reichlich zurück. Das sei insbesondere staatlichen Unternehmungen ans Herz, gelegt. Wenn also eine Sehätzung erforderlich wird, kann man sich dadurch vor finanziellen Schädigungen bewahren, daß man bei alten Anlagen die vorhandene Pferdestärke im Jahresbetrieb nicht höher als auf M. 30 taxiert, diese Zahl mit jener der vorhandenen PS multipliziert und die sich ergebende Summe zu einem Zinsfüße von 5% kapitalisiert. Voraussetzung ist dabei, daß alle Verhältnisse so gelagert sind, daß sie den günstigsten Betrieb ermöglichen. Damit allein ist jedoch noch keineswegs eine richtige Schätzung ermöglicht. Es ist weiters zu erwägen, daß in allen Fällen, in welchen es sich nicht um Erzeugung elektrischen Stromes handelt, die erwähnten Zufahrtswege und die Entfernung von der Bahn, die Wohnungsverhältnisse für die Arbeiter usw.

37 a.

Über die A b s c h ä t z u n g von W a s s e r k r ä f t e n .

83

einen sehr erhebliehen Einfluß auf die Rentabilität einer industriellen Anlage ausüben, der oft nur dadurch in seiner schädlichen Wirkung abgeschwächt werden kann, daß man die Wasserkraft sofort in elektrische umwandelt und diese dorthin leitet, wo die Errichtung einer Fabrikanlage unter den günstigsten Voraussetzungen möglich ist. Dabei steigern sich selbstredend die Anlagekosten so wesentlich, daß oft tatsächlich Dampfbetrieb vorteilhafter wird. Es muß also bei einer Schätzung die Beschaffenheit der örtlichen Verhältnisse reiflichst erwogen werden und es ist nötigenfalls genau zu prüfen, ob die in Elektrizität umgesetzte K r a f t einer Wasserkraftanlage die Mehrkosten noch verträgt. Es kann als sicher angenommen werden, daß letzteres der Fall ist, wenn es sich um gigantische und rationell vorbereitete und ausgebaute Anlagen handelt, und für die gewonnene K r a f t in absehbarer Zeit Verwendung vorhanden ist. Ob gerade Staatsbauten dazu führen, die Baukosten in den mäßigsten Schranken zu halten, ist allerdings eine Frage, welche hier nicht erörtert werden will, dagegen kann es sich der Staat leisten, für den Anfang auf eine Rente aus derartigen Anlagen zu verzichten, die ihm bei zunehmendem Absatz von K r a f t in Gestalt von Elektrizität niemals entgehen kann. In ungünstig gelegenen Orten darf daher die Schätzung einer Pferdestärke zu M. 30 nicht angewendet werden, sondern ein wesentlich kleinerer Betrag, welcher den lokalen Verhältnissen Rechnung trägt, wobei das zu erstellende Projekt nicht nur die reinen Baukosten für die Wasserkraftanlage, sondern auch jene für Verbesserung oder Herstellung der Wege, Gleiseanschlüsse, Industriebahnen oder elektrische Kraftübertragungen umfassen muß. 37 b. Über oberschlächtige Wasserräder and Turbinenanlagen. 1. Bei einem Gefälle von 6—10 m, eventuell noch etwas darüber, kommen häufig oberschlächtige Wasserräder dann zur Anwendung, wenn Rückstau im Unterwassergraben nicht zu befürchten ist, also das Rad mit den unteren Schaufeln nicht mit Wasser in Berührung tritt, eine geringe Antriebs6*

84

I. Teil.

Wasserkraftanlagen.

geschwindigkeit nötig ist und Vereisungen nicht eintreten können, also warmes Quellwasser zur Verwendung gelangt. Zwischen 3—-5 m ist der Wirkungsgrad nur 50—60%, bei größeren Dimensionen steigt er auf 70—80%, erreicht also jenen der meisten Turbinen. Die Räder sind stets Füllräder, bei welchen das Wasser im Scheitel zugeleitet wird. Das Einlaufgerinne, welches mit einer Schütze und Leerlauf zu versehen ist, wird vorteilhaft in Gestalt jener Parabel geformt, welche einen tangentialen Einfall des Wassers in die Füllbehälter gestattet. Große, gut konstruierte oberschlächtige Räder stellen sich jedoch teuerer als Turbinen. Es erfolgt daher ihr Einbau n u r unter den oben angegebenen Voraussetzungen und wenn Turbinenanlagen Schwierigkeiten bieten. 2. Turbinen nennt man Räder mit stetig gekrümmten Schaufeln, welche vom Wasser mit gleichmäßiger oder beschleunigter relativer Geschwindigkeit durchflössen werden, so daß sie nicht zur relativen Ruhe gelangen. Es gibt Turbinen mit feststehenden Leitschaufeln, welche dem Wasser die Richtung zur tangentialen Beaufschlagung geben. Soll dasselbe in alle Zellen des Laufrades gleichzeitig eingeleitet werden, so gestalten sich die Leitschaufeln zu einem Ringe, bzw. sie bilden das Leitrad. Werden die einzelnen Leitschaufeln beweglich gemacht, so daß der Zufluß je nach Belieben geregelt werden kann, so entsteht eine Regulierturbine. Wirkt das Wasser nur durch seine lebendige K r a f t auf die Turbine, so entsteht die Aktions- oder Druckturbine. Übt es nach seinem Austritte aus derselben durch saugende Wirkung noch den gleichen weiteren Krafteffekt aus, so nennt man diese Art Reaktions- oder Überdruckturbinen. Weiters unterscheidet man zwischen Turbinen, bei welchen das Wasser das Schaufelsystem in radialer Richtung durchfließt, wobei die Achse horizontal liegt und von denen die gebräuchlichste die Francisturbine ist und solche, bei denen das Wasser in der Richtung der senkrecht stehenden Achse die wagrecht eingebaute Turbine durchfließt (Jouval- oder Henschel-Turbine). Neben den genannten Systemen existiert noch eine Reihe weiterer, deren Erörterung hier zu weit führen würde.

37 )>. Über oberschlächtige Wasserräder und Turbinenanlagen.

85

Radialturbinen empfehlen sich dann, wenn die Druckverhältnisse eine Erhebung des Wassers über den Fußboden des Maschinenhauses gestatten, was nur im Anschluß an Druckleitungen möglich ist. Sie müssen daher, um starke Kraftverluste hintanzuhalten, als Reaktionsturbine ausgebildet sein, bei denen das aus dem Schaufelrade austretende Wasser mittels eines Saugrohres oder Saugkanales zu weiterer Arbeitsleistung infolge Saugwirkung gezwungen ist, wobei weder eine Kraftminderung noch ein Gefällsverlust eintritt. Diese Anlagen haben den Vorteil, daß die Achse der Turbine direkt mit der Hauptantriebswelle gekuppelt werden kann, so daß konische Getriebe, welche die senkrechte Drehung der Turbinenachse in eine wagrechte umwandeln, in Wegfall gelangen können. Weiters dienen ähnliche Konstruktionen, jedoch ohne Saugarbeit, zum Betriebe von Wasserkräften, welche unter hohem Drucke arbeiten. Ein kleiner Gefällsverlust ist dabei unvermeidlich. Ein bewährtes System stellt, wie schon erwähnt, die Schwamkrugturbine dar. Wo es sich um Ausnutzung des durch Oberwasserkanäle zugeführten Wassers handelt, kommt die Jouval- oder Henschelturbine zur Verwendung, und zwar wo die Gefällsverhältnisse es gestatten, wiederum als Reaktionsturbine ausgebildet. An Stelle 90 grädiger Bogenrohre, welche die Saugwirkung ausüben, kommen vielfach Schläuche aus Beton in gleicher Krümmung zur Anwendung. Sie haben den Vorzug fast unbegrenzter Dauerhaftigkeit gegenüber Eisenrohren und vermeiden Fibrutionen, welche dadurch vermieden werden müssen, daß man die Rohre ebenfalls in Beton bettet. Es würde daher lediglich das Rohr als Ersatz einer Schalung dienen, wozu es zu teuer ist. Schachtturbinen erhalten je nach den lokalen Verhältnissen vorteilhaft radialen Wasserdurchfluß, also Francisturbinen. Es kann an dieser Stelle natürlich nur ein Überblick über das Allernötigste geboten werden. Angesichts der stets zunehmenden Neuerungen und Verbesserungen wird es immer rätlich sein, auf Grund von Angaben über Wassermenge,

86

I. Teil.

Wasserkraftanlagen.

Gefälle und Rohrlichtweiton Offerte bewährter Firmen mit Zeichnungen, welche bereitwilligst zur Verfügung gestellt werden, einzuholen, die Wahl zu treffen und dann erst an die Zeichnung der Kraftstation heranzutreten. Für elektrischen Betrieb, welcher die Einhaltung einer bestimmten Tourenzahl erfordert, wurden Regulatoren konstruiert, welche durch selbsttätige Einstellung der beweglichen Leitschaufeln jeder billigen Anforderung gerecht werden. Einen vorzüglichen Regulator liefert die Firma Voit in Heidenheim a. B. Bei anderen Betrieben genügt meist eine Regulierung der Leitschaufeln durch eine einfache mit der H a n d zu bedienende Vorrichtung, so z. B. auch beim Pumpenbetrieb. Die Leistung der einzelnen Turbinenarbeiten muß stets garantiert und auf Verlangen durch Abbremsen der Betriebswelle nachgewiesen werden, vorausgesetzt, daß es möglich ist, die jeweilig zufließende Wassermenge genau festzusetzen. 38. Schlußltemerkungen zu Teil I Wasserkraftanlagen. B e r e c h n u n g zu e r w a r t e n d e r T a g w ä s s e r f ü r die Regengebiete. Um größere Wasserkraftanlagen durchführen zu können, ist es häufig nötig, Flußkorrektionen vorzunehmen, deren Durchführung stets in einer Weise verlangt wird, daß die korrigierte Strecke sich in den Rahmen einer künftig herzustellenden Regulierung des gesamten Wasserlaufes dieses Flusses einpassen läßt. Verursacht derselbe z. B. gefährliche Überschwemmungen, so wird man über kurz oder lang in die Lage versetzt werden, diesen Übelstand auf das geringste Maß einzuschränken. Es sind daher Teilkorrektionen in diesem Sinne durchzuführen, damit ein späterer nochmaliger Umbau erspart wird. Um nun zu wissen, wie groß die zu erwartende Hochwassermenge ist, wurden in Wien ausgedehnte Beobachtungen gemacht und verzeichnet und dabei von dem Grundsatze ausgegangen, daß Katastrophenhochwässer, welche vielleicht ein- oder zweimal innerhalb eines Menschenalters beobachtet werden, nicht in Berechnung zu ziehen sind.

38. Schlußbemerkungen zu Teil I Wasserkraftanlagen.

87

Nachdem die in Niederösterreich gegebenen Verhältnisse auch für Deutschland, und zwar insbesondere für Süddeutschland —- ausnahmlich der Hochgebirgsgegenden — angewendet •werden können, empfiehlt es sich, die dort gemachten Erfahrungen hier bekannt zu geben. Das S t a d t b a u a m t in Wien rechnet seit Jahren und zwar mit bewährtem Erfolge für seine Kanäle mit einer Stundenniederschlagsmenge von 20 mm. Dieses Wasserquantum wird wohl nur in äußerst seltenen Fällen überschritten. Bei kleinen Gebieten bis zu 1 qkm fließen von diesem Stundenniederschlage je nach der Beschaffenheit des Bodens und der vorausgegangenen trockenen oder nassen Witterung 50—70% ab. Für das in Deutschland bzw. Niederösterreich vorliegende ebene und hügelförmige Gelände darf bis zu 1 qkm Niederschlagsgebiet ein Prozentsatz von 0,5 angenommen werden. Dieser Abflußkoeffizient n i m m t wesentlich ab, wenn die Gebietsgröße wächst. Eine von L a u t e r b u r g aufgestellte Formel, welche sich auf 10 qkm Gebietsfläche erstreckt, gibt ziemlich zuverlässige Anhaltspunkte, um die erwähnte Abnahme der Stundenniederschläge bei zunehmender Gebietsfläche zu ermitteln und lautet sie 32 für den Reduktionskoeffizienten q =

^

F'

Niederschlagsgebiet in qkm bedeutet. Die sekundliche Hochwasserabflußmenge sich demnach: 0,02-1000000 n _ F -0,5 q 3600 ©der 88,89 • F ß V 31 + F '

^ Q

berechnet

Tabelle 5.

Gebietsgröße bis zu »

»

»

»

»

»

»

»

»

»

»

»

1 qkm mit 3 cbm 6 » » 2 » 8 » » 3 » » 10 » 4 » 12 » 5 » »

88

I. Teil.

Wasserkraftanlagen.

Bei einer Gebietsgröße bis zu 6 qkm mit 14 cbm » » » » 7 » » 16 » » » » » » » 8 » » 18 » » » » » 9 » » 20 » » » » » » » 10 » » 21 » Liegen keine zuverlässigen Beobachtungen über die Wasserabflußmenge in Gebieten von mehr als 10 qkm vor, so dienen zur Ermittlung der Normal- und Hochwassermengen von Flüssen und Bächen mit regulären Abflußverhältnissen die Formeln von I s z k o w s k i : Q0 = 0,2 y.Qm, Q1 = 0,iy-Qm, Q2 = 0,7yQm, Qa = Ch' m • /i • F.

Hierin bezeichnet Qm= 0,0317 C • m • h • F das theo-1 S retische Mittel aller während eines Normaljahres u zutreffenden Wassermengen, .S die absolut geringste Wassermenge, ^ die gewöhnliche Niederwassermenge, § (?2 das mittlere Normalwasser während der größten £ Zeit des Jahres, o Q a das höchste bekannte Hochwasser, F ist die Fläche des Regengebietes für den Fluß in qkm, h die mittlere jährliche Regenhöhe in Metern, Ch ist der mittlere Jahresabflußkoeffizient. Der Koeffizient y ist variabel, und zwar: 1. Nach der Bodenbeschaffenheit und Vegetationsart: a) für mittlere Bodengattungen und normale Vegetation ist y = 1 und steigt bis 1,5, wenn die Wasserläufe durch Seen oder Teichc reguliert sind; b) für durchlassende Bodenarten je nach dem Grade der Durchlässigkeit und im entgegengesetzten Sinne mit der Stärke der Vegetation, d. i. bei mehr durchlassenden Bodenarten mit schwächerer Vegetation und bei weniger durchlassenden Bodenarten mit stärkerer Vegetation ergeben sich die bezüglichen y =>- 0,4 bis 0,8, im Mittel 0,6;

38. Schlußbemerkungen zu Teil I Wasserkraftanlagen.

89

Tabelle 6. Ù z

3

l

2 3 4 5

6 7

8

9

Terrainkategorien in topographischer Bezeichnung

Moräste und Tiefland . . Niederung und flache Hochebene Teils Niederungen, teils Hügelland Nicht steiles Hügelland . . Teils Mittelgebirge, teils Hügelland oder steiles Hügelland allein, z. B. Ardennen, Eifel, Westerwald Odenwald und Ausläufer größerer Gebirge im Mittel Bodenerhebungen, wieHarzgebirge, Thüringer Wald, R ö h n , F r a n k e n w a l d , Fichtelgebirge, Erzgebirge, Lausitzergebirge, Wienerwald etc. im Mittel . . . Bodenerhebungen, wie Schwarzwald, Vogesen, Riesengebirge, Sudeten .

c

m

Ca für den variablen Terrainzustand nach unten verzeichneten Kategorien KateKateKateKategorie I gorie II gorie III gorie IV

_

0,2

0,017

0,030

0,25

0,025

0,040

0,30 0,35

0,030 0,035

0,055 0,070

0,125

0,40

0,040

0,082

0,155

0,400

0,45

0,045

0,100

0,190

0,450

0,50

0,050

0,120

0,225

0,500

0,55 0,055 0,60 0,060 Hochgebirge, je nach Steil-1 0,65 0,070 heit | 0,70 0,080

0,140 0,160 0,185 0,210

0,290 0,360 0,460 0,600

0,550 0,600 0,700 0,800

—

—

— —

U n t e r Kategorie I ist zu verstehen: S t a r k durchlassender Boden oder gemischte mittlere Bodenarten m i t üppiger Vegetation und Ackerland; Kategorie II b e t r i f f t mittlere am häufigsten v o r k o m m e n d e Verhältnisse; Kategorie I I I undurchlassende B o d e n g a t t u n g e n mit normaler Vegetation in steilerem Hügelland und Gebirge; Kategorie IV sehr undurchlassender mit keiner Vegetation b e d e c k t e r Felsen oder gefrorener bzw. mit Schnee bedeckter Boden.

I. Teil.

Wasserkraftanlagen.

c) für undurchlassendo Bodenarten, und zwar im Flachlande ist y = 1 bis 1,5, im Hügellande mit der Abnahme der Vegetation sich verringernd auf 0,8 bis 0,5, im Gebirge analog dem obigen 0,6 bis 0,3. Bei kleineren Bächen in kahlem undurchlässigem Gebirge sinkt y auf Q herab. 2. Nach der Größe des Niederschlagsgebietes. Bei Gebieten bis zu 200 qkm ist das unter 1. bestimmte y bei guter Vegetation im Quellengebiete u m ca. 2 5 % zu vergrößern. Für Gebiete von 200—20 000 qkm ist y unverändert zu belassen. 3. Nach der Regenverteilung. Je gleichmäßiger die Regenverteilung ist, desto größer wird ?/, so zwar, daß dasselbe in jenen Gegenden, welche vom Meeresklima beeinflußt werden, um 50% steigt. Bezeichnet Cm den normalen mittleren Jahresabflußkoeffizienten zugleich als Charakteristikum der relativen Bodenerhebung und ist Ch der Abflußkoeffizient für Hochwasser, so sind aus der Tabelle 6 auf S. 89 die Werte der betr. Koeffizienten zu entnehmen. Tabelle 7.

D e r K o e f f i z i e n t m. F

m

F

m

F

m

F

m

1 0

9 , 5

2 0 0

6 , 8 7

5 0 0

5 , 9 0

1 2 0 0

4 , 5 2

5 0

7 , 9 5

2 5 0

6 , 7 0

6 0 0

5 , 6 0

1 4 0 0

4 , 3 2

1 0 0

7 , 4 0

3 0 0

6 , 5 5

8 0 0

5 , 1 2

1 6 0 0

1 5 0

7 , 1 0

4 0 0

j

6 , 2 2

:

1 0 0 0

j

4 , 7 0

!

1 8 0 0

4 , 1 5

j

3 , 9 6

Die aus der Formel für die Bestimmung der Hochwasser•abflußmenge berechneten Werte ergeben bei kleinen Niederschlagsgebieten meist zu kleine Wassermengen für Wolkenbrüche und andauernden ungewöhnlichen Landregen. Es ist daher nachstehendes zu beachten: a) Bezüglich der mittleren Jahresregenmenge: bei kleinen Gebieten, und zwar in der Ebene, bis F = 100 qkm

38. S c h l u ß b e m e r k u n g e n

zu Teil I W a s s e r k r a f l a n l a g o n .

91

und im Hügel- und Gebirgslande bis F = ca. 300 qkm ist h entweder auf Grund der Ilochwasseraufzeichnungen, falls •es größer oder mindestens gleich 1 m ist, in die Höchstwassermcngeformel einzuführen. Tabelle 8. E

0. g

s 3 £ c

3 et J

Fluß

Flußstelle, für welche die berechnete Abflußmenge gilt

•o a o — Z «

Sekundliche Hochwasserabflußmenge in cbm

bei außerV a. ordent£•2 60» lichen : 2 2 Hoch° fiz wässern

Ol £

1 Y b b s f l u ß . . . bei A m s t e t t e n 1085 2 Kampfluß . . » H a d e r s d o r f 1720 3 L a i n s i t z f l u ß . . a n der L a n d e s - 840 grenze bei Schwarzbach 4 S c h m i d a b a c l i . b. Ilippersdorf 390 5 Göllersbach . . » S t o c k e r a u 446 6 P u l k a u b a c h . . » W u l z e s h o f e n 500 7 Z a y a b a c h . . . i> Drösing 590 8 Donaugraben . » Langenzers70 dorf 9 S t r ö g e n e r T a f f a » F r a u e n h o f e n 576 10 P e r s c h l i n g b a c h » A t z e n b r u g g 266 11 G r . - T u l l e n b a c h » Tulln 250 12 Kl.» » » 92 98 13 Z ö b e r n b a c h . . » Kirchschlag

1127 595 311

135 86 115 114 45 57 165 170 80

( •2 ~ L &_ 3 m ü

^ £ tu

U3 •£ S für Gebiete «> 'S s unter € ° 3 300 qkm hei « M i exzessiven tu Wolkeno. . — i 'JÌ brüchen

—

— — —

-

—

415 — —

196

1,04 0,35 0,37

0,35 0,19 0,23 0,19 0,64 0,99 0,62 0,68 0,87 2,00

b) Bezüglich des Abflußkoeffizienten C: «) bei kleinen, von Grundwasser durchnäßten Gebieten ist mit Ausnahme ganz außerordentlich durchlassender Bodenarten bis zu 100 qkm Gebietsgröße an Stelle der Kategorie I die Kategorie II zu wählen;

92

I. Teil.

Wasserkraftanlagen.

ß) bei kleinen Gebieten und größeren Bodenerhebungen ist bis zu einer Gebietsgröße von 150 qkm die Kategorie II durch Kategorie III und von da an bis zu 1000 qkm Gebietsgröße durch eine Kombination der Kategorien II und III zu ersetzen ; y) bei kleinen, bedeutendes Gefälle aufweisenden Gebieten bis zu 50 qkm wird an Stelle der Kategorie III die Kategorie IV und von da ab bis zu 300 qkm eine Kombination zwischen den Kategorien III und IV gesetzt. Tabelle 8 auf Seite 91 gibt ein klares Bild über die Hochwassermengen, welche bei der Normalprofilbestimmung für Flußkorrektionen dem Stadtbauamte in Wien als Norm dienten.

II. Teil.

Wasserversorgungsanlagen. (Die Wasserversorgung größerer S t ä d t e scheidet, entsprechend dem Zwecke dieses Buches, aus dem Bereiche meiner Erörterungen aus).

Die Art der Versorgung von Ortschaften mit Nutz- oder Trinkwasser ist und war von jeher recht mannigfach. So das Schöpfen aus vorhandenen Quellen, welche zu diesem Zwecke in einfache hölzerne oder gemauerte Brunnenstuben eingeleitet wurden, wobei diese oft ihre Fassung darstellten. Bei tieferem Wasserstande dienten früher als Hebevorrichtung Kübel, welche mittels Seilen um Rundhölzer oder Haspeln abgelassen und gehoben wurden. Eine andere Methode bestand darin, daß lange schlanke Baumstämme an ihrem stärkeren Ende seitlich beschlagen und dort zwischen zwei Pfosten drehbar gemacht und derartig ausbalanciert wurden, daß das hierzu verwendete aus Stein hergestellte Gewicht den längeren Hebelarm hoch und über der Mitte des Brunnens hielt, so daß eine dortselbst beweglich angebrachte, schwache Stange, welche an ihrem Ende einen Eimer trägt, zur Herausförderung von Wasser verwendet wurde bzw. wird, da z. B. derartige Anordnungen heute noch ein Wahrzeichen für die ländlichen Bezirke der Tiefebene Ungarns bilden. Schöpfräder, welche nahe den Ufern von Bächen und Flüssen in diese eingebaut wurden, dienen gegenwärtig noch Kulturzwecken und stellen die ersten Versuche dar, das Wasser zu heben und so einem höher gelegenen Gelände mittels Rinnen oder Hangkanälen zuführen zu können. Stauwerke erfüllen den gleichen Zweck und stammen schon aus frühesten Zeiten. Der Aquädukt, welcher

94

II. Teil.

Wasserversorgungsanlageii.

von den alten Römern zur Wasserversorgung Roms erbaut wurde, zeigt weiters eine erstaunliche Höhe technischer Vollendung und meisterhafter Ausführung. Holzdeicheln dienten schon seit langer Zeit zur F'ortleitung von Trinkwasser, und ihre Abdichtung wurde derart bewerkstelligt, daß sie dem Druck von 1—2 Atmosphären, in einigen Fällen auch darüber, Widerstand leisteten. In manchen Wasserversorgungsanlagen sind sie heute noch vertreten, wenn sie auch auf dem Aussterbee t a t stehen, da sie mit der beispiellosen Entwicklung der Eisenindustrie und der mit ihr Hand in Hand gehenden Herstellung von Schmiedeeisen, Mannesmann- und Gußrohren, die jedem nötigen Druck zu genügen vermögen, sowie bei der steigenden Verteuerung des Holzes nicht mehr konkurrenzfähig sind,, von anderen unlieben Nebenerscheinungen, z. B. Verstopfungen durch Wasserpflanzen, Undiehtheiten usw., abgesehen. Auch die bisher noch vielfach verwendeten Bleirohre, welche die Möglichkeit boten, als gute Druckleitungen zu dienen, treten in den Hintergrund; für Leitungen mit größerem Durchmesser im Freien fanden sie nur selten eine Benutzung. Eine leicht herzustellende, billige Druckrohrleitung ließ sich erst seit der Verwendung der erwähnten Eisenrohre bewerkstelligen. Seit dieser Zeit haben die Wasserversorgungsanlagen einen fast unglaublichen Aufschwung genommen, und es sind in erster Linie Hochquellenleitungen, welche meist als billigste und beste Wasserversorgung gewaltige Verbreitung gefunden haben. 39. Hochquellenleitungen und Allgemeines über die Wasserbeschaffung. Wo die gegebenen natürlichen Verhältnisse es gestatten, das Wasser, welches für die zu versorgenden Orte nötig ist, ohne künstliche Hebung beizuleiten, kommen sog. Hochquellenleitungen in erster Linie in Betracht. Bei diesen wird das Wasser regelrecht gefaßt, in einem Schachte gesammelt u n d von diesem aus direkt mittels einer Druckrohrleitung dem betreffenden Orte zugeführt, oder es wird zuerst in ein Hochreservoir eingeleitet, von welchem es in die Druckrohrleitungen abströmt. Eine derartige Anlage bedingt jedoch unter allen Umständen, daß die Quellen, welche f ü r

39. Hochquellerileitungen und Allgemeines über die usw.

95-

die W a s s e r v e r s o r g u n g in B e t r a c h t k o m m e n , eine h i n r e i c h e n d e S c h ü t t u n g h a b e n und so hoch gelegen sind, daß das W a s s e r an seinem B e s t i m m u n g s o r t e noch u n t e r j e n e m D r u c k e zum Auslauf g e l a n g t , der erforderlich ist, um in B r a n d f ä l l e n das F e u e r n o c h w i r k s a m b e k ä m p f e n zu können, ferner d a m i t auch in den höher gelegenen S t r a ß e n n o c h genügend W a s s e r in den obersten S t o c k w e r k e n zur V e r f ü g u n g s t e h t . W o solche V e r h ä l t n i s s e gegeben sind und die E n t f e r n u n g der Quellen von der b e t r e f f e n d e n O r t s c h a f t n i c h t zu groß wird, ist eine Hochquellenleitung zweifellos die günstigste W a s s e r v e r s o r g u n g s art, da das zutage t r e t e n d e Quellwasser meist rein, frisch und kohlensäurehaltig, daher zum Genüsse vorzüglich geeignet ist und keine B e t r i e b s k o s t e n für m e c h a n i s c h e W a s s e r förderung erwachsen. Allein nur wenige S t ä d t e sind v o n der N a t u r so b e g ü n s t i g t , daß eine derartige L e i t u n g ins Auge g e f a ß t werden k a n n , häufig auch dann n i c h t , wenn die L e i t u n g s länge sehr b e d e u t e n d wird. W e n n sehr große S t ä d t e es zu u n t e r n e h m e n v e r m ö g e n , das nötige W a s s e r m i t dem erforderlichen H o c h d r u c k e auf gewaltige E n t f e r n u n g e n in Rohren beizuleiten, so h a t ein solches V o r g e h e n seine B e r e c h t i g u n g in dem U m s t ä n d e , d a ß alsdann auch ein Massenabsatz dieses notwendigsten aller B e d a r f s a r t i k e l s t a t t f i n d e t und bei g r ö ß t e m U m s a t z schon ein geringer W a s s e r z i n s die an sich sehr kostspielige A n l a g e rent a b e l m a c h t . F ü r kleinere S t ä d t e wird eine sehr lange L e i t u n g zu teuer, da das W a s s e r in dem ä r m s t e n H a u s h a l t e so n ö t i g und oft n o c h nötiger ist, als in den b e s t s i t u i e r t e n K r e i s e n und ein hoher W a s s e r z i n s v o m n a t i o n a l ö k o n o m i s c h e n als hygienischen S t a n d p u n k t aus zu verwerfen ist. Es muß als ein v e r f e h l t e s Prinzip bezeichnet werden, wenn einzelne G e m e i n d e n aus einer W a s s e r v e r s o r g u n g s a n l a g e eine t u n l i c h s t große R e n t e zu gewinnen suchen, da der s c h e i n b a r e r r u n g e n e V o r t e i l durch e r h ö h t e A r m e n l a s t e n u n d M e h r a u f w a n d für die V e r p f l e g u n g u n b e m i t t e l t e r K r a n k e r usw. reichlich a b s o r b i e r t wird. E s ist daher bei jeder W a s s e r v e r s o r g u n g s a n l a g e Ausführungsweise g e n a u zu prüfen und sind dabei die stehenden K o s t e n reiflichst in E r w ä g u n g zu ziehen.

ihre ent-

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II. Teil.

Wasserversorgungsanlagen.

Zu bedenken ist ferner bei Hochquellenleitungen, daß bei zunehmender Bevölkerungszahl das betreffende Quellwasser oft in kurzer Zeit unzureichend wird und neuer Zufluß meist nicht mehr gewonnen werden kann. Aus dem Gesagten geht daher, wie erwähnt, hervor, daß nicht nur ein sehr erhebliches Gefälle, sondern auch eine reichliche Wassermenge zur Verfügung stehen muß, soll mit Vorteil eine derartige Leitung erbaut werden. Ebenso darf vom finanziellen S t a n d p u n k t e aus die Leitungslänge nicht zu groß ausfallen, wenn die betreffenden Ortschaften nicht mit dem Absätze sehr bedeutender Wassermengen rechnen können. Solche Bedenken kommen in Wegfall, wenn kleinere Orte höher gelegene Quellen einleiten und als öffentliche Brunnen zum Auslauf für allgemeine Benutzung bringen. In derartigen Fällen genügt eine geringere Wassermenge u n d ein kleines Gefälle, falls die Ortschaft nicht auf einem stark ansteigenden Gelände erbaut ist. Diese Wasserversorgungsanlagen haben jedoch nur ganz untergeordnete Bedeutung, da sie weder die erforderliche Bequemlichkeit noch genügenden Schutz gegen Feuersgefahr bieten. Da aber fast an jedem Orte in zivilisierten Staaten organisierte Feuerwehren existieren und deshalb stets eine Feuerspritze zur Hand ist, hilft m a n sich in Gemeinden mit solch primitiver Wasserversorgung gegen Feuersgefahr dadurch, daß das Abwasser der laufenden Brunnen in ein oder mehrere große wasserdichte, unter dem Terrain erbaute Becken eingeleitet und aufgespeichert wird und erst das überlaufende Wasser zum Abfluß gelangt. Diese Becken dienen dazu, die Feuerspritzen mit dem nötigen Wasser zu versehen, indem die Saugschläuche dort eingehängt werden. Daß aber auch bei so einfachen Wasserversorgungen fachmännisch verfahren werden muß, wird bei der Beschreibung einzelner charakteristischer Anlagen ersichtlich werden. Es wurde bereits erwähnt, daß die Entscheidung darüber, ob Hochquellenleitung oder künstliche Wasserhebung zu wählen sei, meist auf finanziellen Erwägungen beruht und daher genaue Kalkulationen vorauszugehen haben, vorausgesetzt, daß für beide Fälle das nötige Wasser vorhanden

40. Grundwasser.

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ist. Eine A u s n a h m e m a c h e n , wie e r w ä h n t , nur sehr große S t ä d t e oder Badeorte, welch letztere vielfach auf den Bezug von Quellwasser angewiesen sind, da der größte Teil des P u b l i k u m s noch heute auf dem völlig u n b e g r ü n d e t e n S t a n d p u n k t e steht, daß Grundwasser, welches in geringer Tiefe erschlossen wird, etwas anderes sei als Quellwasser, das keine Gelegenheit fand, zutage zu treten. H ä u f i g t r i t t der Fall ein, daß sich in der Nähe von S t ä d t e n starke Quellen finden, welche jedoch zu tief liegen, u m direkt als Hochquellenleitung dienen zu können. In solchen Fällen empfiehlt es sich, diese künstlich zu heben u n d auf Beileitung sehr entlegener Quellen zu verzichten, insbesondere, wenn zur Heb u n g der ersteren eine billige W a s s e r k r a f t zur V e r f ü g u n g steht. Die neuesten F o r t s c h r i t t e der Technik, hauptsächlich auf dem Gebiete des Maschinenwesens, geben jedoch die Möglichkeit, auch eine W a s s e r h e b u n g mittels Motoren- oder Dampfbetriebes oder E l e k t r o m o t o r e n so billig zu gestalten, d a ß die Verzinsung des Baukapitals e i n s c h l i e ß l i c h der Betriebskosten häufig einen geringeren Betrag erfordert als die Verzinsung der Baukosten für eine sehr lange Hochquellenleitung. 40. Grundwasser. a)

Allgemeines.

Sind zutage t r e t e n d e Quellen ü b e r h a u p t nicht vorhanden, so k a n n das nötige Wasser meist durch Aufschließung der Grundwasserströme gewonnen werden. Man hat gefunden, daß sich u n t e r der Erdoberfläche mehrere Grundwasserzonen befinden. Die oberste liegt in jener Tiefe, in welcher unsere P u m p b r u n n e n gewöhnlich a b g e t e u f t werden, also meist 2—7 m u n t e r der Erdoberfläche. Dieses Grundwasser ist lediglich Quellwasser, welches sich in kiesigen, sandigen oder sonst durchlässigen Schichten bewegt u n d keine Gelegenheit findet, in allgemein sichtbarer Weise zutage zu treten. Der zweite Grundwasserstrom findet sich in dem zerklüfteten Gesteine, das sich bei den Bodensenkungen u n d - E r h e b u n g e n in der tertiären Periode vorfindet und meist die Unterlage des Diluviums bildet. Die Tieflage . S c h l o t t h a u e r , Wasserversorgunssanlagen.

7

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II. Teil.

Wasserversorgungsanlagen.

dieses Stromes ist wesentlich verschieden und schwanktzwischen 30—50 m. Der unterste Grundwasserstrom wird erst in sehr großen Tiefen erschlossen und bleibt für Wasserversorgungen meist außer Betracht, da das Wasser in solcher Tiefe häufig zu warm und vielfach zu reich an mineralischen Bestandteilen ist, um es als Trinkwasser und zu den meisten gewerblichen Zwecken verwenden zu können. Auch erfordert seine künstliche Hebung große Kosten. b) A r t e s i s c h e

Brunnen.

Daß in der ersten und zweiten Grundwasserschichte sehr oft sog. artesische Brunnen erschlossen werden, ist bekannt. Ihre Entstehung erklärt sich dadurch, daß das Wasser dieser Ströme nicht in konstanter Neigung fließt, sondern stellenweise in dem gelockerten Gesteine usw. auch wieder emporzusteigen gezwungen ist, so daß die Wasserbewegung den Gesetzen für Heberleitung folgt. Wird der Brunnen an einer tiefen Stelle des letzteren erbohrt, so steigt Wasser aufwärts, und zwar nicht selten unter Erhebung über das Gelände hinaus. Sind diese Brunnen sehr tief, so sind sie nicht ganz zuverlässig, da sie oftmals infolge von Erdbeben, welch»! an der Oberfläche der Erde nicht mehr fühlbar sind, Abfluß in die Tiefe finden und ausbleiben oder stark verunreinigt werden. Für die Praxis kommen artesische Brunnen häufig in Betracht. Da jedoch ihre Wassermenge bei zunehmendem Auftrieb abnimmt, eignen sie sich fast niemals zur Ben u t z u n g als H o c h quellenleitung, jedoch bieten sie die Annehmlichkeit, daß das Wasser von oberirdisch aufgestellten Pumpen direkt angesaugt werden kann. Dagegen gewähren solche Brunnen die Möglichkeit, kleinere Orte oder einzelne Anwesen mit Trinkwasser zu versorgen, wenn der Auftrieb so hoch ist, daß das Einleiten des Wassers im Erdgeschosse und in die Stallungen durchgeführt werden kann. Sehr kräftige Brunnen mit großer Wasserschüttung dienen vielfach zum Betriebe von Wassermotoren, kleinen Turbinen oder oberschlächtiger Wasserräder. Für Wässerungsanlagen zu landwirtschaftlichem Betriebe sind sie von größter Wichtigkeit.

41. Flußwasser für Wasserversorgungsanlagen.

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c) D i e A u s n u t z u n g v o n G r u n d w a s s e r strömen. Ein innerhalb der normalen Saugtiefe erschlossener, ergiebiger und reiner Grundwasserstrom läßt sich jederzeit vorteilhaft zu Wasserversorgungsanlagen verwenden. Selbst wenn eine Hochquellenleitung in Konkurrenz tritt, ergibt nicht selten eine gründliche Kalkulation, daß eine künstliche Hebung von Grundwasser, insbesondere beim Vorhandensein einer billigen Wasserkraft einschließlich der Betriebsauslagen oftmals erheblich weniger Kosten verursacht, als eine sehr lange Hochquellenleitung. Bei solchen Erwägungen sind die Ausgaben für den Betrieb zu kapitalisieren und jenem Kapital zuzuschlagen, welches bei Herstellung einer Pumpstation zu verausgaben ist. Eine Gegenüberstellung der beiderseitigen Bausummen ergibt alsdann das gesuchte Resultat. Die zweite Grundwasserströmung kann, falls ein artesischer Auftrieb fehlt, nur dann zur Verwendung gelangen, wenn sie rein, nicht zu warm ist und die erhöhten Kosten für künstliche Hebung des Wassers keine Rolle spielen. Hierüber wird noch Näheres mitgeteilt werden (siehe S. 1 2 0 - 1 2 2 ) . 41. Flußwasser für Wasserversorgungsanlagwi. Vielfach wird in neuerer Zeit als letztes Hilfsmittel das Wasser der Bäche, Flüsse und Ströme, auch Seen usw. zu W r asserversorgungsanlagen nutzbar gemacht. Es bedarf selbstredend der Filtration, im Sommer einer künstlichen Kühlung und ebensolcher Zuführung von Kohlensäure. Da derartiges Wasser meist in der Nähe größerer Städte vorhanden ist, und zwar in reichlichster Menge, sind solche Anlagen im Bau verhältnismäßig billig und vertragen daher sehr wohl die Kosten für die nachträgliche Wasserverbesserung. Immerhin ist die Streitfrage, ob gesundheitsschädliche Bakterien in filtriertem Wasser erhalten bleiben, nicht definitiv gelöst und es wird beim Auftreten von Epidemien der Sicherheit halber meist auf den Siedepunkt erhitzt, dann künstlich gekühlt und mit Kohlensäure versehen. Der Mangel an Kalkgehalt läßt es trotz allem als minderwertig erscheinen, so daß meist nur in zwingenden Notfällen zu solchen Anlagen gegriffen wird. 7*

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II. Teil.

Wasserversorgungsanlagen.

42. Versorgung von Städten mit gesonderten Trink- und Nutzwasserleitungen. Ist neben Nutzwasser gutes Trinkwasser gleichzeitig vorhanden, jedoch in ungenügender Menge, so wird es in solchen Fällen gesondert zugeführt und den Bewohnern zugänglich gemacht, und zwar meist in Gestalt laufender B r u n n e n mit geringfügiger Auslaufmenge oder unter Wassermesserkontrolle und E r h e b u n g eines erhöhten Wasserzinses. Bei dem erwähnten Ausbruch einer Epidemie wird jedoch auch dieser Ausweg nur geringe Sicherheit gegen ihre Verbreitung bieten, d a Unvorsichtigkeit, Leichtsinn und Böswilligkeit meist eine verhängnisvolle Rolle spielen. D a ß auch bei Verwendung von Flußwasser für die Wasserversorgung künstliche Hebung nötig ist, bedarf keiner weiteren Erörterung. W ä h r e n d bei Hochquellenleitungen nur zutage tretendes Quellwasser oder solches, welches nur in geringer Tiefe unter der Erdoberfläche fließt, in B e t r a c h t kommt, findet bei künstlicher Wasserliebung eine Benutzung von tiefliegenden Quellen, von Grundwasser der ersten und zweiten Schichte, sowie von See-, B a c h - oder F l u ß wasser s t a t t . 43. Bestimmung der erforderlichen Wassermengen. E h e die Art einer Wasserversorgungsanlage festgelegt werden kann, ist es nötig zu wissen, wie groß der tägliche Wasserbedarf der betreffenden Ortschaft ist. Die bisher aufgestellten statistischen ¡Nachweise geben hinreichende Anhaltspunkte über den unter gewissen Verhältnissen erforderlichen Wasserbedarf. Kleinere Orte, z. B . Dörfer ohne nennenswerte Industrie und ohne bedeutende Viehzucht, erfordern pro Kopf der Bevölkerung einen Wasserbedarf von 4 0 — 8 0 1 . Ein S t ü c k Großvieh bedarf ca. 50 1 Wasser, Kleinvieh, als Schweine, Schafe, Kälber usw., 15 1. Der Mehrbedarf an Wasser in Orten mit lebhafter Viehzucht erhöht sich demnach von 4 0 1 pro K o p f auf jene Zahl, welche durch den vorhandenen Viehstand bedingt ist. I m allgemeinen genügt für solche Orte eine Annahme von 8 0 1 auf den Kopf der Bevölkerung. Kleinere S t ä d t e mit Ökonomiebetrieb und geringer Industrie verbrauchen 6 0 — 1 2 0 1 pro Kopf. S t ä d t e bis zu 10 0 0 0 E i n -

44. P r o j e k t i e r u n g ' v o n H o c h q u e l l e n l e i t u n g e n .

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wohnern mit gut entwickelter Industrie und Gewerbe sind mit 150 1 pro Kopf zu berechnen, große Städte mit 150—200 1. Bei letzteren ist für kommunale Zwecke noch ein Zuschlag von ca. 3 0 % zum Tagesbedarf zu machen. In allen Fällen ist dem Wachstume größerer Städte Rechnung zu tragen und die Anlage dementsprechend zu projektieren. Vgl. nähere Angaben S. 215—218. 44. Projektierung von Hochquellenleitungen. Soll z. B. eine Stadt mit 4000 Einwohnern und gutentwickelter Industrie mit Wasser versorgt werden und sind in der Nähe, sowie in einer entsprechenden Höhe über dem höchsten Hause der Stadt, Quellen vorhanden, welche reichlich Wasser liefern, so ist vor allem der tägliche Wasserbedarf festzusetzen. Die Stadt hat seit Jahrzehnten an Bevölkerung zugenommen, und ein weiteres Anwachsen ist daher zu gewärtigen. Pro Kopf der Bevölkerung kann eine Wassermenge von 1501 angenommen werden. Es treffen somit pro Tag 600 000 1 oder 600 cbm. Nun ist die Schüttung der Quellen zu messen, ebenso die Höhenlage derselben über dem Hauptplatze und dem höchsten P u n k t e der Stadt genau zu bestimmen. Die Quellenmessung erfolgt zweckmäßig mittels Einschaltung von Wassermessern innerhalb einer bestimmten Zeit, und zwar tunlichst im Monat Oktober oder November bzw. im Winter bei strenger Kälte, zu welchen Zeiten die Quellen die geringste Wassermenge besitzen. Ist ein Wassermesser nicht zur Verfügung, so wird das Wrasser mittels eines Rohres in ein geeichtes Gefäß eingeleitet und an der Hand des Sekundenzeigers einer Uhr beobachtet, welche Zeit erforderlich ist, um das Gefäß von einem bekannten Inhalte bei horizontaler Aufstellung bis zu der Eichmarke oder bis zum Überlaufen zu füllen. Ist die Wassermenge der einzelnen Quellen ermittelt, so werden die gewonnenen Resultate addiert. Es ergibt sich alsdann die gesamte Schüttungsmenge. Beträgt dieselbe beispielsweise 420 1 pro Minute oder 7 Sek./l, so ist der tägliche Zulauf rund 605 cbm. Der Wasserbedarf kann also zunächst gedeckt werden. Nachdem das Gefälle zur Stadt von der am tiefsten liegenden Quelle

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II. Teil.

Wasserversorgungsanlagen.

erfolgten Messung m i t dem Nivellierinstrument n o c h 5 4 , 3 m ergeben h a t , ist auch die Höhenlage der Quellen eine e n t sprechende, dagegen ist einem ferneren W a c h s t u m der S t a d t n u r insofern R e c h n u n g getragen als geeignete entlegenere Quellen zu haben sind. Bei F e u e r s b r ü n s t e n wird der n o r m a l e W a s s e r v e r b r a u c h erheblich ü b e r s c h r i t t e n werden, so d a ß die Quellenschüttung unzulänglich wird. E s m u ß also A b h i l f e getroffen werden und b i e t e t die Möglichkeit hierzu die E r b a u u n g eines Hochreservoirs als Ausgleich der V e r b r a u c h s schwankungen. 4 5 . Zweck der Hochreservoire oder Hochbehälter. E s ist nachgewiesen, daß n i c h t nur in den einzelnen J a h r e s z e i t e n , Monaten und T a g e n , sondern auch in gewissen S t u n d e n große Differenzen im W a s s e r b e z u g e a u f t r e t e n , und zwar wird der h ö c h s t e W a s s e r v e r b r a u c h 1 , 3 — 1 , 6 des T a g e s bedarfes, also im a n g e n o m m e n e n Beispiele 7-1,3=9,1 bzw. 7 • 1 , 6 = 11,2 Sek./I, w ä h r e n d der M i n d e s t v e r b r a u c h a u f 0 , 6 — 0 , 9 tagsüber und auf 0 , 3 w ä h r e n d der N a c h t h e r a b s i n k t . E s ist klar, d a ß durch die A u f s p e i c h e r u n g des W a s s e r s , welches insbesondere n a c h t s ü b e r u n b e n u t z t a m Quellens a m m l e r a b f l i e ß t , der erhöhte T a g e s b e d a r f reichlich ausgeglichen werden kann, wenn dieser Überfluß in einem e n t sprechend großen Hochreservoire a n g e s a m m e l t wird. Als M i n d e s t g r ö ß e eines solchen l ä ß t sich ein F ü l l r a u m für ein D r i t t e l des T a g e s b e d a r f s a n n e h m e n , in A n b e t r a c h t der B e v ö l k e r u n g s z u n a h m e empfiehlt es sich aber, 2/3 d e s T a g e s b e d a r f e s als R e s e r v e zu wählen, d e m n a c h 2 / s • 6 0 0 = 4 0 0 c b m . W ä h r e n d der höchste W a s s e r b e d a r f sich auf die Zeit v o n m o r g e n s 6 — 8 Uhr, d a n n von 1 0 — 1 U h r m i t t a g s und 6 — 8 U h r a b e n d s , also auf 7 S t u n d e n b e s c h r ä n k t , und der n o r m a l e V e r b r a u c h auf 8 S t u n d e n , ist der geringste von a b e n d s 8 U h r bis morgens 5 Uhr m i t 9 S t u n d e n a n z u n e h m e n . D a r a u s ist ersichtlich, dal.l bei h ö c h s t e r E n t n a h m e , d. i. dem D u r c h s c h n i t t zwischen 1 , 6 + 1 , 3 = 1 , 4 5 % des T a g e s b e d a r f e s b e n ö t i g t werden, und zwar 7 Stunden l a n g : fluß

Der stündliche V e r b r a u c h aus 4 0 0 c b m ist 25, der Zuin 7 S t u n d e n daher 175 c b m . Der M a x i m a l v e r b r a u c h

•'»5. Zweck der Hochreservoire oder Hochbehälter.

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bei 1,45 dos Zulaufes = 7,25 • 1,45 = 254 c b m , der Verb r a u c h aus d e m V o r r a t d a h e r 254 — 175 = 79 c b m . In der N a c h t w ä h r e n d des M i n i m a l v e r b r a u c h e s v o n 0,3 l a u f e n in i> S t u n d e n zu: 9 • 25 = 225 c b m ; v e r b r a u c h t werden 68 c b m . Der Ü b e r s c h u ß ist daher 225 — 68 = 157 cbm. Es bleibt somit ein Mehrzulauf von 157 — 79 = 78 cbm als Reserve. Bei n o r m a l e m W a s s e r k o n s u m ist weder ein Ü b e r s c h u ß noch ein M e h r v e r b r a u c h v o r h a n d e n , d a die erforderliche W a s s e r m e n g e stets zufließt, der b e r e c h n e t e Überschuß von 78,0 cbm ist d a h e r nicht n u r vollständig ausreichend, sondern er g e s t a t t e t noch zeitweise größere W a s s e r e n t n a h m e n , z. B. in Brandfällen u n d es ist, von l e t z t e r e m Falle abgesehen, m o r g e n s das Reservoir stets gefüllt. Es ist in v o r s t e h e n d e r A u f s t e l l u n g der U m s t a n d , d a ß auch t a g s ü b e r ein M i n d e r k o n s u m von 0,6—0,9 oder d u r c h s c h n i t t l i c h von 0,75 des N o r m a l v e r b r a u c h e s s t a t t findet, n i c h t in B e t r a c h t gezogen worden, weil es sich empfiehlt, die V e r b r a u c h s m e n g e des Wassers t u n l i c h s t hoch zu bemessen, u m für die Z u k u n f t gesichert zu sein u n d weil eine Ausscheidung zwischen n o r m a l e m u n d geringem K o n s u m t a g s ü b e r für einzelne S t u n d e n n i c h t wohl möglich wird, indem der Wechsel meist ein sprungweiser u n d zufälliger ist. Aus der aufgestellten B e r e c h n u n g ergibt sich jedoch weiter, d a ß die grundsätzliche Festlegung der Größe eines Hochreservoires im gegebenen Falle mit 400 c b m anscheinend zu hoch gegriffen ist. In Wirklichkeit ist d a s nicht der Fall, d a jedes Hochreservoir periodisch gereinigt werden m u ß u n d d a h e r zwei K a m m e r n für je die gleiche Füllungsmenge zu e n t h a l t e n h a t . Vor der Reinigung s t e h t immer nur je eine K a m m e r in B e n u t z u n g , w ä h r e n d die zweite für a b n o r m e W a s s e r e n t n a h m e , z. B. in B r a n d f ä l l e n , als s t e t s gefüllt v e r f ü g b a r sein soll. Es ist jedoch, von dem e r w ä h n t e n Falle abgesehen, Regel, d a ß beide K a m m e r n zu gleicher Zeit in Betrieb sind. Siehe auch S. 137—144. Im u n d das Einbau auf das ist mit

a n g e n o m m e n e n Beispiele ist also die W a s s e r m e n g e Gefälle genügend. Der W a s s e r v e r b r a u c h k a n n d u r c h v o n Wassermessern in jede W a s s e r a b n a h m e s t e l l e zulässige M i n i m u m b e s c h r ä n k t w e r d e n . Das Gefälle 54,3 m Höhe a n g e n o m m e n u n d die E n t f e r n u n g

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II. Teil.

Wasserversorgungsanlagen.

bis zum Verteilungsnetz beträgt 4,3 km. Da das Gefälle nicht allzugroß ist, in der Stadt ein Druck von mindestens 4,5 A t m . in Rücksicht auf die Höhenlage des Terrains und der Gebäude nötig ist und eine künftige Vergrößerung der Wasserentnahme nur durch Verkleinerung der Druckhöhe möglich sein soll, dürfen die Rohre nicht zu klein gewählt werden bzw. darf die Geschwindigkeit des Wassers nicht zu groß sein. Es wurde bereits bemerkt, daß die zeitweise Wasserentnahme sich um die nahezu doppelte Wassermenge steigert gegenüber jener, welche dem Tagesdurchschnitte entspricht. Man wird daher zweckmäßig die Zuleitung für ca. 15 Sek./l bemessen, und zwar mit einer Geschwindigkeit v — 0,5 m. Die Rohre erhalten demnach auf Grund der Tab. 11 und 2 200 m m Lichtweite, der Druckhöhenverlust wird 0,164 pro 100 m und für 4,3 k m = 7,05 m. (Vgl. Vorbemerkungen zu den Tab. I 1 und I 2, welche diesen direkt vorausgehen und folgendes.) 46. Die Bestimmung der Wasserbewegung in Wasserleitungsrohren. Über die zu wählende Wassergeschwindigkeit u sei folgendes bemerkt. Im vorausgehenden Beispiele wurde v = 0,5 m. pro Sek. angenommen. Ein v über dieses Maß hinaus ist zwar zulässig, da Geschwindigkeiten bis zu 1 m noch vollständignormal sind, und bei v — 1 würden erheblich kleinere Rohre u n d damit geringere Kosten erzielt werden. Allein die Grenze zieht der Druckhöhenverlust, der das vorhandene Gefälle nicht in einer Weise verringern darf, die Anlaß dazu böte, daß die erforderliche Wassermenge da nicht mehr zum Abfluß gelangt, wo sie noch nötig ist. Bei sehr reichlichem Gefälle h ä t t e die Wahl v = 1 und ein Rohrdurchmesser von 150 mm ein durchaus entsprechendes Resultat ergeben. Bei Zuleitungen zum Hochbehälter vom Sammelschachte ab kann auch u = 1 noch wesentlich überschritten werden, wenn ein ungehinderter Abfluß in ersteren geboten ist, da Stöße in solchen Leitungen nicht zu erwarten sind, vorausgesetzt wiederum, daß das vorhandene Gefälle kein Hindernis bietet.

46. Die Bestimmung' d. Wasserbeweg. in Wasserleitungsrohren

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Ein v unter 0,3 m pro Sek. erfordert selbstverständlich sehr große, teuere Rohre und besteht dabei die Gefahr, daß sie durch Ablagerung von Sand und kalkhaltigen Niederschlägen zuwachsen. Liegen die Rohre nicht absolut frostfrei, oder ist das Deckungsmaterial steinig und luftdurchlässig, so besteht weiters der Nachteil, daß das Wasser unter solcher Geschwindigkeit in den Rohren einfriert. Für die Wahl von v sind also einerseits das Gefälle, anderseits der Kostenpunkt und die eben erwähnten Nachteile einer zu langsamen Wasserbewegung maßgebend. Da alle Gefällsverluste in Tab. I 2 für die betreffenden Geschwindigkeiten und die dazu gehörigen Rohrliclitweiten sofort ersichtlich sind, also in jedem einzelnen Falle geprüft zu werden vermögen, ob die Rohre und das gewählte v sich in richtigem Verhältnisse zum vorhandenen Gefälle befinden, ist es spielend leicht gemacht, vermöge des gebotenen Hilfsmittels ohne nennenswerte Rechnungen ein richtiges Resultat zu erhalten. Nur dann, wenn z. B. beim Zusammenflusse mehrerer Quellen in einen bestehenden Sammelschacht eine neue einzuleiten ist, die infolge ihrer Höhenlage nur ein minimales Gefälle erhalten kann, ist es rätlich, zu kleinen Geschwindigkeiten zu greifen, und ist alsdann besondere Vorsicht nötig. Die neue Quellfassung muß einen sicheren Sandfang in Gestalt eines Überfalles erhalten, die Rohre sind mindestens 1,5 m mit lockerem Material zu überdecken, wobei dieses sorgfältig zu stampfen ist, im Notfalle sind von 50 zu 50 m Putzkästen in die Leitung einzubauen. Am tiefsten Punkte ist ohnedies eine Entschlammung vorzusehen oder, wenn das Gelände sich dazu eignet, eine solche auch ohne diese Voraussetzung einzubauen. Die betreffende Rohrstrecke muß genau in die Visur gelegt werden, darf also keine vertikalen Biegungen aufweisen. Um nach dieser Abschweifung wieder auf das zur Wasserversorgung einer Stadt aufgeführte Beispiel zurückzukommen, bei welchem sich auf Grund der Tab. I 2 ein Druckhöhenverlust von 0,164 pro 100 m, und für den speziellen Fall ein solcher von 7,05 m ergab, sei weiters berechnet, daß von dem Gesamt-

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II. Teil.

Wasserversorgungsanlagen.

gefalle mit 54,3 m diese abzuziehen sind, so daß im Rohrnetze an dem P u n k t e , woselbst die Verteilung beginnt, eine D r u c k h ö h e von 47,25 m besteht. Von hier aus geht der S t r a n g durch die H a u p t s t r a ß e n a c h dem Marktplatze und je ein weiterer rechts und links in die Parallelstraßen zu dieser H a u p t s t r a ß e . Der mittlere S t r a n g erhält 150 m m Lichtweite u n d fördert bei v = 0,5 m 8,83 Sek./l, die beiden Seitenstränge erhalten Rohre mit 125 m m innerem Durchmesser u n d fördern einzeln 6,14 1 u n d zusammen 12,28 1. Bis zum Ratliause, woselbst der Druck noch mindestens 4,5 A t m . betragen soll, sind vom E n d e des Zuleitungsstranges noch 900 m. Der Druckhöhenverlust für diese Strecke wird bei 100 m 0,22 m bei 900 m r u n d 2,0 m ; es verbleibt daher an der erwähnten Stelle eine wirkende Gefällshöhe von 47,25 — 2 = 45,25 oder r u n d 4,5 Atm., wie es verlaifgt wurde. Ist auf die gezeigte Weise festgelegt, daß die B e n u t z u n g der vorhandenen Hochquellen tunlich ist, so k a n n erst zur A u s a r b e i t u n g des Projektes selbst geschritten werden. Der übliche Ausbau des Rohrnetzes n e b s t den erforderlichen Leitungsbestandteilen wird später geschildert werden. 47. Wasserfassungen. a) A l l g e m e i n e s . Sollen vorhandene Quellen, gleichviel ob sie zu einer Hochquellenleitung dienen oder künstlich gehoben werden, f ü r Wasserversorgungsanlagen Verwendung finden, so müssen sie zuerst regelrecht gefaßt werden. Die Quellenfassung bezweckt eine dauernde Sicherung des betreffenden Quellenlaufes und einen vorlässigen Schutz gegen das Eindringen von Tagwasser und gegen Verunreinigungen. Es ist selbstverständlich, daß jedes Wasser, welches zu Trink- und Nutzzwecken dienen soll, vorher chemisch auf seine Reinheit u n t e r s u c h t werden m u ß , u n d hat ein solches Vorgehen zu erfolgen, ehe an die Verwendbarkeit desselben zu Wasserversorgungsanlagen gedacht werden k a n n . Ist es frei von organischen Bestandteilen und weist dasselbe nur unbedeutende Spuren von Chloriden auf, so

47. Wasserfassungen.

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ist noch zu prüfen, wieviel anorganische Bestandteile in demselben enthalten sind, und für diese kommt in erster Linie der Kalkgehalt in Frage. Allgemein besitzt Wasser mit ?i Teilen Kalk auf 100 000 Teile Wasser den Härtegrad n. Für industrielle Zwecke empfiehlt sich ein Härtegrad bis zu 16 und für Trinkwasser bis zu 25°. Für Trink- u n d Nutzwasserleitungen sind jedoch mehr als 18 Härtegrade zu beanstanden, d. h. das betreffende Wasser wird zwar der Gesundheit nicht nachteilig, jedoch ist es zu den meisten gewerblichen Zwecken ungeeignet, es ist, wie man zu sagen pflegt, zu hart. Hat demnach die Analyse ergeben, daß das Wasser zu allen Zwecken verwendbar und insbesondere frei von organischen Stoffen ist, so mul.i darauf Bedacht genommen werden, daß es nach der Fassung in diesem Zustande erhalten bleibt. Entspringt eine Quelle im eigentlichen Flachlande und fließt diese nicht so tief oder unter solchen Verhältnissen unter der Erde, daß ein Durchsickern von Düngstoffen usw. nicht völlig ausgeschlossen erscheint, so ist sie wiederholt auf ihre Reinheit zu untersuchen, insbesondere nach Regenwetter und nach vorher erfolgter Düngung der Felder und Wiesen. Man setzt sich sonst der Gefahr aus, späterhin sehr unliebe Erfahrungen zu machen. Die geringste Wahrscheinlichkeit hinsichtlich der Verunreinigung bieten Quellen, welche am Fuße eines Hanges entspringen, dessen Rücken ein ausgedehntes Hochplateau als Regengebiet besitzt. Hier tritt das Tagwasser selten in direkte Verbindung mit den Quellen, welche alsdann in beträchtlicher Tiefe fließen, und sollte das der Fall sein, so wird es infolge des Durchsickerns durch mächtige natürliche Filter gereinigt. Häufig wird auf weite Strecken oberhalb des mutmaßlichen Quellenlaufes eine Waldkultur angepflanzt, bei welcher eine Düngung entfällt. Ein solches Vorgehen ist insbesondere dann zu empfehlen, wenn die Quelle nicht direkt am Höhenrücken selbst entspringt, sondern in größerer Entfernung von demselben. Die Strecke von der Quelle bis zum Bergfuße wäre in entsprechender Breite zu bewalden, ev. ist zu untersuchen, ob diese Quelle nicht direkt am Hange erschlossen werden kann, was häufig, wenn auch in größerer Tiefe, gelingt. In vielen

108

II. Teil.

Wasserversorgungsanlagen.

Fällen ist auch der Quellenlauf bzw. oberste Grundwasserstrom durch eine darüber gelagerte, wasserundurchlässige Schichte vor Verunreinigung geschützt. D a ß an abfallenden Geländen mehrere Quellen zutage treten, ist oftmals zu beobachten. In solchen Fällen sind die einzelnen Wasseradern für sich zu fassen und bei der untersten in einen Quellensammler zu leiten. Sehr oft treten die Quellen nicht als regelrechter Abfluß zutage, sondern sie zeigen ihre Anwesenheit durch Versumpfung des an den B e r g sich anschließenden Geländes an. In diesem Falle ist auf die B r e i t e der ganzen versumpften S t r e c k e direkt am Fuße des Berges die Wasserfassung vorzunehmen. b)

Die

Art

der

Quell fassung: Gestein.

a)

in

festem

Entspringt die Quelle einem Felsen, so gestaltet sich ihre Fassung sehr einfach. E s werden alle lockeren Bestandteile vor dem Quellenausflusse sorgfältig entfernt, insbesondere Erde, Pflanzen, einzelne nicht kompakte Steine, dann wird eine Vertiefung von 1 — 3 q m Grundfläche je nach der Mächtigkeit der Quellenschüttung ausgehoben; wenn möglich ohne Felssprengungen. Die Sohle des Aushubes wird betoniert, ebenso eine Sperrmauer, welche höher ist als der Quellenursprung, so daß die Flügel an den Felsen, woselbst die Quelle entspringt, anschließen. Ihr Wasser wird inzwischen durch eine Rohrleitung von der Baustelle abgehalten. Auf den Sohlenbeton werden bis über den Quellenauslauf innerhalb der Sperrmauern und dem Felsen grobe, gewaschene Kieselsteine oder Felsstücke eingelegt, zwischen welchen das Wasser zu zirkulieren vermag. Anschließend an diese Quellfassung wird unter B e n u t z u n g der Sperrmauer ein S c h a c h t erbaut, dessen Sohle erheblich tiefer liegt als j e n e der Fassung, so daß die Vertiefung als Sandfang dient. Der Auslauf des Wassers erfolgt durch ein Rohr, welches mittels eines Absperrventiles verschließbar ist. Letzteres hat einen verzinnten Kupferseiher zu erhalten. Das R o h r wird in den S c h a c h t einbetoniert oder eingemauert und der Auslauf ist so tief zu legen, daß das abströmende W a s s e r keine Luft mehr anzusaugen vermag. Der fertig ge-

47. Wasserfassungen.

109

mauerte Schacht, welcher mit einer Überlaufvorrichtung in der Höhe des Quellenursprunges versehen werden muß, wird wasserdicht mittels eiserner Vierung abgedeckt und verschlossen. Die Verbindung zwischen Fassung und Schacht stellen Einströmungsschlitze her, die im Beton oder dem Mauerwerk ausgespart werden. Sind alle diese Arbeiten beendet, so wird die provisorische Wasserableitung entfernt und das Wasser in den Fassungsschacht geleitet. Auf den erwähnten groben Kies oder die Steinstücke wird feinerer, ebenfalls gewaschener Kies oder Schotter bis über die Höhe des Quellenausflusses aufgefüllt, oberhalb der feineren Kieslage erfolgt eine Betonage von 10—20 cm Dicke mit Mörtelüberzug bzw. Glattputz und oberhalb des letzteren ein ca. 30 cm hoher

F i g . 12.

Lettenschlag. Das Ganze einschließlich des Schachtes wird alsdann bis auf dessen Oberkante mit lockerem Material überfüllt, um einer Erwärmung des Wassers vorzubeugen, und begrünt. Häufig tritt an Stelle des Fassungsschachtes ein kleines Häuschen, welches über dem Wasserbecken erbaut wird. Eine derartig ausgeführte Fassungsanlage ist absolut sicher gegen Verunreinigung des Wassers. Zur Entfernung von Sand, welcher sich bisweilen am Boden des Schachtes ansammelt, ist meist noch eine Schlammleitung in letzterem einzubauen, welche vorteilhaft direkt mit der Überlaufleitung verbunden wird. Dieser Zweck wird dadurch sehr einfach erreicht, daß nach dem Entleerungsschieber ein nach oben gerichtetes T-Stück eingebaut wird, in welches ein Rohr bis auf Überlaufhöhe eingesetzt ist, woselbst ein Überlaufseiher an-

110

II. Teil.

Wasserversorgungsanlagen.

z u b r i n g e n ist. An d a s e r w ä h n t e T- S t ü c k schließt sich die E n t leerun gs- oder S c h l a m m t e i l u n g an. W i r d der S c h l a m m s c h i e b e r g e ö f f n e t , so tritt die Ü b e r a i c h l e i t u n g außer W i r k s a m k e i t u n d fließt d a s W a s s e r u n d S a n d usw. a b . E i n e Ü b e r s t a u u n g der Quellen ist g e f ä h r l i c h u n d daher zu v e r m e i d e n . Siehe Skizze! ß) i n

K i e s s c h i c h t e n

auf

L e t t e n u n t e r g r u n

d.

E n t s p r i n g t eine Q u e l l e a u s einem K i e s b e c k e n , so ist ihre F a s s u n g nur d a n n leicht, wenn der K i e s in geringer M ä c h t i g k e i t über j e n e m u n d u r c h l ä s s i g e n M a t e r i a l e l a g e r t , welches d a s W a s s e r v e r a n l a ß t , z u t a g e zu treten u n d es bes t e h t m e i s t a u s w a s s e r u n d u r c h l ä s s i g e m L e t t e n oder einem ähnlichen Materiale, z. B . T o n m e r g e l u s w . M a n h a t in solchen F ä l l e n d a s W a s s e r gegen seinen U r s p r u n g zu v e r f o l g e n , d a s lockere Material zu entfernen u n d so tief zu g r a b e n , bis die w a s s e r u n d u r c h l ä s s i g e S c h i c h t erreicht ist. S t e i g t letztere in der R i c h t u n g des Q u e l l e n u r s p r u n g e s a n , so fällt die U m k l a m m e r u n g des W a s s e r s m i t t e l s S p e r r m a u e r n , welche a u f d e m u n d u r c h l ä s s i g e n M a t e r i a l e f u n d i e r t sind, nicht schwer. Es s i n d die gegen den Quellenlauf sich z u r ü c k b i e g e n d e n F l ü g e l n u r so weit zu v e r l ä n g e r n , bis die O b e r f l ä c h e der M a u e r höher als der ursprüngliche W a s s e r s p i e g e l der Q u e l l e liegt, so d a ß diese keine Gelegenheit findet, seitlich zu entweichen. Ist die K i e s s c h i c h t m ä c h t i g u n d d a s A n s t e i g e n des w a s s e r u n d u r c h l ä s s i g e n U n t e r g r u n d e s nur u n b e d e u t e n d , so ist die F a s s u n g m e i s t schwierig u n d bei größter V o r s i c h t h ä u f i g noch r i s k a n t . B e i t i e f e m A u s h u b verfallen sehr leicht die Quellen, s u c h e n neuen A b f l u ß und gehen verloren oder sind erst in erheblicher T i e f e u n t e r h a l b wieder zu finden, so daß neben der v e r g e b lichen F a s s u n g s a r b e i t noch b e d e u t e n d e G e f ä l l s v e r l u s t e entstehen. Man wird d a h e r durch B o h r v e r s u c h e zuerst die U n t e r g r u n d s v e r h ä l t n i s s e s o r g s a m s t feststellen u n d i n s b e s o n d e r e a c h t d a r a u f geben, ob sich nicht zwischen eingelagerten L e t t e n z u n g e n durchlässige S a n d s c h i c h t e n b e f i n d e n , die zu T r u g schlüssen hinsichtlich der Tiefe der F u n d a t i o n e n f ü r die Sperrm a u e r n führen. E r g e b e n sich sehr u n g ü n s t i g e R e s u l t a t e , so ist es rätlich, g e n u t e t e S p u n d w ä n d e b i s zu jener Stelle

47. Wassorfass ungen.

Iii

einzurammen, woselbst die Hohrversuche die größte Tiefe des undurchlässigen Untergrundes erkennen ließen, diese Spundwand im Anschlüsse an die Flügel vor der Quelle fortzusetzen und zu schließen, und so ein Auslaufen des Materiales wie auch ein Verfallen des Wassers zu verhindern. Bei derartiger Fassung ist nach dem Einrammen der Spundwände lediglich der Humus und das unreine Material zu entfernen, die Quelle selbst zunächst in der früheren Höhe ohne jeden Stau von der Baustelle abzuleiten und dann erst mit der Ausgrabung jener Stelle zu beginnen, woselbst der Schacht einzubauen ist. Zeigen sich die Spundwände an dieser Stelle wasserdurchlässig, so sind sie mit Holz oder Moos abzudichten, ev. ist eine zweite Spundwand zu schlagen und der Zwischenraum derselben mit Letten auszustampfen. Kommt vom Boden Wasser, so sind die Spundwände noch tiefer zu schlagen. Ist der an die Spundwand anbetonierte Schacht, welcher in der Höhe des Quellenlaufes ebenfalls Einströmungsschlitze erhalten muß, fertiggestellt und verputzt, so wird hinter diesen Schlitzen und der Spundwand der Kies sorgfältig ausgeschaufelt, an dessen Stelle sofort grober Kies in gewaschenem Zustande eingebracht, und zwar auf die Höhe der betreffenden Schlitze, die in solchen Fällen sehr niedrig und dafür breiter zu halten sind, worauf die Spundwand hinter denselben durchbrochen, d. i. ausgestemmt oder ausgesägt wird. Über den Wasserspiegel hinausragende Spunddielen müssen auf dessen Höhe abgesägt werden. Der übrige Teil der Quellenfassung ist dann der gleiche, wie er vorher geschildert wurde. Auf die eingelegte grobe Kiesschicht wird kleinerer Kies eingebracht, dann folgt die Betonage mit glattem Verputz, endlich Lettenschlag und zuletzt die Überfüllung mit lockerem Material. Derartige ungewöhnliche Fassungen sind bei entsprechender Vorsicht als vollständig genügend zu bezeichnen, da eine Veränderung des Wasserlaufes in späteren Jahren ebensowenig zu befürchten ist, als bei dem natürlichen Auslaufe der Quellen, indem in kurzer Zeit ein stabiler Zustand eintritt, der ein Gleichbleiben des Wasserlaufes bedingt. Als Material für die Spunddielen empfiehlt sich Eichenholz, das im Wasser niemals verfault.

II. Teil.

112 y)

Wasserversorgungsanlagea.

Quellfassung

in

Schwimmsand.

Nicht selten k a n n b e o b a c h t e t werden, d a ß Quellen über ä u ß e r s t feinkörnigen, jedoch m i t lehmhaltigen B i n d e m i t t e l n d u r c h s e t z t e m Sand zum Auslaufe gelangen. Die Mächtigkeit dieses Materiales b e t r ä g t in der Tiefe o f t 1—4 m u n d e r s t r e c k t sich in horizontaler R i c h t u n g o f t auf gewaltige E n t f e r n u n g e n . W i r d der v o n Wasser ü b e r s p ü l t e Sand beim A u s h u b e in Bew e g u n g gesetzt, so wird er vollständig b r e i a r t i g — er s c h w i m m t — u n d gibt dabei das b e t r e f f e n d e Bindemittel, welches in W a s s e r löslich ist, an dieses ab. U n t e r solchen U m s t ä n d e n ist n a t ü r l i c h ein A u s h u b f ü r die S p e r r m a u e r n unmöglich, d a das gesamte derartige Material in d e m o f t sehr a u s g e d e h n t e n Quellgebiete in Bewegung ger a t e n m ü ß t e u n d Tausende von K u b i k m e t e r n zu f ö r d e r n wären, wobei umfangreiche Bodensenkungen oberhalb der Fassungsstelle meist zu gewärtigen sind. Derartige Quellen k ö n n e n d a h e r auf d e m sonst üblichen Wege n i c h t g e f a ß t werden. Es ist jedoch d u r c h a u s verwerflich, ohne weitere Vorsichtsmaßregeln auf eine S p e r r m a u e r zu verzichten. Es m u ß daher ein Senkb r u n n e n e r b a u t werden, u m ein E n t w e i c h e n der Quelle zu verh ü t e n . Sie beruhen auf der w o h l b e g r ü n d e t e n V o r a u s s e t z u n g , d a ß jedes fließende Wasser seinen Lauf beibehält, wenn der Zu- u n d A b f l u ß in keiner Weise gehindert ist u n d sein E n t weichen in der Sohle u n t e r h a l b des Sandes nicht m e h r möglich wird. Dieser Zweck wird n u n d a d u r c h erreicht, daß auf die Oberfläche des Schwimmsandes ein s o g e n a n n t e r B r u n n e n k r a n z w a g e r e c h t eingelegt wird. Dieser stellt einen Ring aus drei d e r a r t i g übereinander gelegten Eichenholzbohlen dar, d a ß die F u g e n der Kreisausschnitte sich ü b e r d e c k e n u n d so der ganze R i n g zu einem festen Gefüge v e r s c h r a u b t werden k a n n . Er wird n o c h a b w ä r t s an der Außenseite keilförmig zugespitzt u n d e r h ä l t ähnlich den P f a h l s c h u h e n als u n t e r e n Abschluß ein eisernes Beschläge, d a m i t sein E i n g r a b e n in den meist festen, z u m Teil a u c h steinigen U n t e r g r u n d des S c h w i m m s a n d e s möglich wird. Die Lichtweite des K r a n z e s e n t s p r i c h t jener des B r u n n e n s selbst u n d b e t r ä g t 1—3 m im Durchmesser. Bei kleineren An-

47. Wasserfassungen.

113

lagen, wie sie für die Zwecke dieses B u c h e s in B e t r a c h t langen, genügt meist ein D u r c h m e s s e r von 1 m.

ge-

E n t w e d e r wird nun auf diesen B r u n n e n k r a n z ein Mauerwerk aus h a r t g e b r a n n t e n R a d i a l s t e i n e n aufgeführt und zu gleicher Zeit der innere, w a s s e r d i c h t e V e r p u t z hergestellt, oder es gelangen B r u n n e n r ü h r e aus Z e m e n t m i t der e n t s p r e c h e n d e n L i c h t w e i t e zur V e r w e n d u n g . In l e t z t e r e m Falle werden diese auf eine kreisförmige Nute des B r u n n e n k r a n z e s gestellt und erfolgt alsdann bei beiden B a u s y s t e m e n eine A u s b a g g e r u n g des S a n d e s im I n n e r n der R o h r e . E s erfolgt sofort eine A b s e n k u n g , die so lange durch fortgesetztes B a g g e r n h e r b e i g e f ü h r t werden m u ß , bis der B r u n n e n k r a n z a b s o l u t fest im U n t e r g r u n d e sitzt. E s ist große V o r s i c h t nötig, daß die R o h r e usw. an der O b e r f l ä c h e genau horizontal b l e i b e n ; insbesondere ist j e d e s folgende einzusetzen, solange die O b e r f l ä c h e des vorausg e g a n g e n e n noch n i c h t in den S a n d v e r s e n k t ist. U m die B a g g e r a r b e i t zu erleichtern, ist es nötig, das W a s s e r d u r c h P u m p e n b e t r i e b aus dem I n n e r n des B r u n n e n s zu e n t fernen, und eignen sich zu diesem Z w e c k e nur j e n e P u m p e n , welche a u c h S a n d auszuwerfen v e r m ö g e n , also D i a p h r a g m a pumpen. Die Horizontalstellung der R o h r o b e r f l ä c h e n wird d a d u r c h bewerkstelligt, daß die R o h r e da wo sie zu h o c h liegen, s t a r k b e l a s t e t werden und insbesondere dort die S a n d b a g g e rung v o r g e n o m m e n wird. B e i M a u e r w e r k wird die B e l a s t u n g d u r c h H ö h e r f ü h r u n g der Mauer an der b e t r e f f e n d e n Stelle erreicht. D u r c h B o h r v e r s u c h e ist schon vor B e g i n n der A r b e i t die M ä c h t i g k e i t der S a n d s c h i c h t e zu e r m i t t e l n . Demgemäß ist das M a t e r i a l zu bemessen und zu b e s t e l l e n . E i n R i n g von 0 , 5 m Höhe ist für alle F ä l l e b e r e i t z u h a l t e n , wenn R o h r e ben u t z t werden, ebenso ein R e d u k t i o n s s t ü c k von 1 m auf 0 , 6 — 0 , 8 m als oberer A b s c h l u ß des B r u n n e n s . I n der Höhe des Quellenlaufes sind E i n s t r ö m u n g s s c h l i t z e zu m a u e r n oder in das b e t r e f f e n d e R o h r einzubauen, und dienen d a h e r die R o h r e m i t 0 , 5 m Höhe z u m Abgleich bezüglich der H ö h e n l a g e der Schlitze. Diese sollen der B r u c h g e f a h r h a l b e r nur in R o h r e m i t 1 m H ö h e e i n g e b r a c h t w e r d e n , es ist d a m i t zugleich eine genau e n t s p r e c h e n d e H ö h e n l a g e zu erreiehenS c l i l o t t h a u e r , Wasserversorgungsanlagen.

8

114

II. Teil.

Wasserversorgungsanlagen.

D a die Quellen r e g e l m ä ß i g o b e r h a l b des S c h w i m m s a n d e s f l i e ß e n , l ä ß t sich infolge der zugleich f e s t g e s e t z t e n Tiefe des l e t z t e r e n die L a g e der Schlitze g e n a u b e s t i m m e n . O b e r h a l b des S c h w i m m s a n d e s ist die B a u g r u b e u m 1 — 2 m zu e r w e i t e r n , w a s m e i s t k e i n e Schwierigkeit bietet. K o m m e n die W a s s e r a d e r n ausv e r s c h i e d e n e n R i c h t u n g e n , so sind die Schlitze d e m e n t s p r e c h e n d r i n g s u m das R o h r zu v e r l e g e n . Der R a u m in der B a u g r u b e zwischen den Schlitzen u n d d e m g e w a c h s e n e n G e l ä n d e ist m i t einer S t e i n b e u g e so a u s z u l e g e n , d a ß d a s W a s s e r n o c h u m ca. 3 0 — 5 0 cm zu steigen v e r m a g , d a n n k o m m t Kies g r ö b e r e r G a t t u n g , z u l e t z t feiner Kies u n d auf diesen B e t o n m i t Z e m e n t m ö r t e l ü b e r z u g in w a s s e r d i c h t e r A u s f ü h r u n g , oder 3 0 — 5 0 c m starker Lettenschlag aus bestem Material. Den A b s c h l u ß b i l d e t die E r d ü b e r f ü l l u n g , w o b e i zu b e a c h t e n i s t , d a ß bei H o c h w a s s e r g e f a h r d e r D e c k e l des B r u n n e r i s n i c h t b e s p ü l t werden darf. Das A u s l a u f r o h r a u s d e m B r u n n e n ist in der H ö h e des u r s p r ü n g l i c h e n Quellwasserspiegels e i n z u b a u e n u n d ist f ü r dieses die e n t s p r e c h e n d e Ö f f n u n g v o r z u s e h e n . Die M u f f e eines E - S t ü c k e s h a t bei R ö h r e n b r u n n e n a u ß e n zu liegen. An die ins I n n e r e h i n e i n r a g e n d e F l a n s c h e w i r d ein K r ü m m e r von 90° b e f e s t i g t , a n dessen u n t e r e m E n d e w i e d e r u m ein F - S t ü c k a n g e s c h r a u b t ist, so d a ß d a s R o h r e n t s p r e c h e n d w e i t u n t e r h a l b des W a s s e r s p i e g e l s e n d e t . Bei l a n g e n L e i t u n g e n , welche v o m B r u n n e n a b z w e i g e n , e m p f i e h l t es sich, a n d a s e r w ä h n t e E - S t ü c k den A b z w e i g eines T- S t ü c k e s zu m o n t i e r e n , dessen u n t e r e s E n d e a l s d a n n den R o h r f o r t s a t z e r h ä l t , w a h r e n d d a s obere eine s e l b s t t ä t i g e E n t l ü f t u n g zu e r h a l t e n h a t . D e r a r t i g e B r u n n e n b e w ä h r e n sich v o l l s t ä n d i g , e r f o r d e r n jedoch Vorsicht und genaue Arbeit. Der in den U n t e r g r u n d e i n d r i n g e n d e B r u n n e n k r a n z b i l d e t eine verlässige A b d i c h t u n g gegen ein e t w a i g e s E n t w e i c h e n der Quelle. T r i f f t j e d o c h der K r a n z auf Felsen oder Steine, die seinem E i n d r i n g e n in d a s M a t e r i a l u n t e r h a l b d e s S c h w i m m s a n d e s h i n d e r l i c h sind, so e r ü b r i g t n i c h t s , als d a s W a s s e r d u r c h Anschwellenlassen bis auf den Auslauf vor n e n n e n s w e r t e r !!• A d lg Falle unzureichend, also

die

unverkürzte:

anzuwenden ist, da der W e r t von f auch jene Widerstände in sich schließt, welche durch Krümmungen, Verengungen der Rohrlichtweiten usw. entstehen, wofür die betreffenden Angaben auf Seite 58—HO verzeichnet sind. 58. Der Bau und die Armierung von Hochbehältern. Bei Hochquellenleitungen ergibt sich ihre Lage durch die örtlichen Verhältnisse. B e s t e h t in unmittelbarer Nähe der Ortschaft keine entsprechende Terrainerhebung, so ist es vorteilhaft, das Reservoir nächst den Quellfassungen und dem Sammelschacht zu erbauen, wenn auch der Nachteil eintritt, daß die Rohre schon von dort aus für den höchsten Tagesbedarf, d. i. für 1,. Rohrbrüche durch rapides Sinken des Wasserstandes im Hochbehälter, sofort anzuzeigen. Dringend nötig sind sie bei Hochquellenleitungen nicht, wohl aber bei Pumpstationen mit Dampf- oder Motorenbetrieb, wo jede unnütz vergeudete Betriebsstunde als finanzieller Schaden in Frage kommt. Wenn eine Wasserkraft den Betrieb vermittelt und die Entfernung der Pumpstation zum Hochbehälter kurz ist, kann wohl bei kleineren Anlagen der Fernmeldeapparat entfallen, sonst niemals. Es ist also bei jeder Ileservoiranlage für Pumpenbetrieb — von dem erwähnten Falle abgesehen — bei der Projektierung auf diesen Fernmeldeapparat Rücksicht zu nehmen, der in neuerer Zeit fast nur noch elektrisch betrieben wird, wobei der Wasserstand von 5 zu 5 oder von 10 zu 10 cm in der Pumpstation angezeigt wird. Mit diesem Apparate ist fast regelmäßig noch ein doppeltes Glockensignal verbunden, das einerseits anzeigt, wenn das Reservoir gefüllt ist, anderseits den zulässig tiefsten Wasserstand meldet. Die selbsttätige Aufzeichnung der Kurven der jeweiligen Wasserstände mit Zeitangabe, die täglich abzunehmen ist, kann durch sinnreiche, jedoch ziemlich empfindliche Apparate bewerkstelligt werden, sie bedürfen jedoch sorgsamer Behandlung und Unterhaltung. Schließlich sei noch hervorgehoben, daß es sich bei allen Hochbehältern empfiehlt, beide Kammern gleichzeitig in Benutzung zu nehmen und von diesem Prinzipe nur dann abzuweichen, wenn eine derselben gereinigt werden soll, wobei ihr Wasser bis auf ca. 20 cm Tiefe aufzubrauchen ist, während der Abfluß der zweiten inzwischen gesperrt wird. 60. Kombinierte Wasserversorgungsanlagen. Nicht selten stößt man auf Einrichtungen, bei denen eine Pumpstation mit einer Hochquellenleitung oder einer Widderanlage verbunden ist. Die Ursache ist davon abzuleiten, daß im ersteren Falle die Ausgiebigkeit der Quellschüttung zeitweise so herabsank, daß die ursprünglich als Hochquellenleitung gedachte Anlage unzureichend wurde und man sich dazu entschließen mußte, tiefliegendes Wasser durch eine mechanische Einrichtung zu heben und so Ersatz für das iehS c h l o t t h a u e r , Wasserversorgungsanlagen.

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146

II. Teil.

Wasserversorgungsanlagen.

lende zu erhalten. Man h a t t e also eine W a s s e r l e i t u n g e r b a u t , o h n e sich zu vergewissern, ob die Quelle auch stets das erforderliche Wasser liefert. W o der E r s a t z in reichlicher Menge v o r h a n d e n u n d die E n t f e r n u n g der neuen P u m p s t a t i o n von der bestehenden Hochquellenleitung n u r ganz k u r z ist, k a n n eine derartige E i n r i c h t u n g n u r als rationell bezeichnet w e r d e n , u n d es ist d e n k b a r , d a ß der P r o j e k t a n t im v o r a u s an diese Abhilfe gedacht h a t . Dabei m ü ß t e aber vorausgesetzt w e r d e n , d a ß in der alten L e i t u n g eine Vorsorge f ü r diesen k ü n f t i g e n Ausbau getroffen ist, andernfalls wäre das erste Projekt, als ungeeignet u n d leichtfertig zu bezeichnen, d a alsd a n n a n z u n e h m e n ist, daß die L e i t u n g e r b a u t w u r d e , ohne Gew i ß h e i t über die Ausgiebigkeit u n d Nachhaltigkeit der Quelle zu h a b e n . Den Angaben der Gemeinde darf nicht ohne weiteres G l a u b e n geschenkt werden, d a diese meist keine Wassermessungen vornehmen, von der Menge des b e n ö t i g t e n Wassers keine A h n u n g haben und das H e r a b s i n k e n der Quellschüttungn u r selten b e o b a c h t e n . Das zu k o n s t a t i e r e n ist Sache des P r o j e k t a n t e n , der die Gemeinden anzuweisen h a t , wie sie sich in solchen Fällen zu v e r h a l t e n h a b e n . Der letzte t r o c k e n e S o m m e r h a t E r f a h r u n g e n gezeitigt, welche m a n c h e scheinbar m i t W a s s e r versorgte Gemeinde mit Schrecken erfüllte, u n d es k a n n als außerordentlich günstiger U m s t a n d bezeichnet w e r d e n , wenn an geeigneter Stelle genügend Wasser für k ü n s t liche H e b u n g als E r s a t z f ü r die versagende Quelle v o r h a n d e n war. Es liegt die Frage nahe, ob es sich in günstig gelagerten Fällen n i c h t ü b e r h a u p t empfiehlt, eine derartige K o m b i n a t i o n im v o r a u s vorzusehen. Sie ist u n b e d i n g t zu b e j a h e n , u n d zwar deshalb, weil bei kurzen L e i t u n g e n v o n der P u m p s t a t i o n zum R o h r n e t z e das Anlagekapital f ü r diese meist nur u m 4000 bis 5000 M. erhöht wird, u m welchen B e t r a g eine a b s o l u t e Sicherh e i t f ü r eine dauernde Leistungsfähigkeit des Wasserwerkes g e b o t e n ist. Nicht die Anlagekosten f ü r eine P u m p s t a t i o n sind es in erster.Linie, welche d a s W e r k v e r t e u e r n , sondern die Betriebskosten. W e r d e n diese d a d u r c h auf das M i n d e s t m a ß b e s c h r ä n k t , daß die P u m p s t a t i o n n u r d a n n in F u n k t i o n t r i t t , w e n n die Quellen unzureichend s c h ü t t e n , wobei n u r die Diffe-

usw.

147

r e n z z w i s c h e n d e m zu geringen Z u f l u s s e u n d d e m

wirklichen

61. Die Führung von Rohrsträngen

B e d a r f e zu d e c k e n ist, die F ö r d e r z e i t also eine sehr k u r z e w i r d , so e r g i b t ein e i n f a c h e s R e c h n u n g s e x e m p e l ,

d a ß es

bisweilen

d r i n g e n d n ö t i g ist, im v o r a u s eine d e r a r t i g e K o m b i n a t i o n v o r zusehen. station

D e r gleiche F a l l t r i t t ein, w e n n lediglich eine P u m p vorgesehen

wird,

während

Widderbetrieb

durchzuführen.

viel

zur

günstiger

Herstellung

d a eine W i d d e r a n l a g e

es

Hier einer

zugleich

möglich

sind

Verhältnisse

die

Kombination

o f t m i t sehr g e r i n g e n

ist,

gelagert,

Kosten

erbaut

w e r d e n k a n n . B i s h e r sind n e u e d e r a r t i g e P r o j e k t e fast g ä n z lich u n b e k a n n t

u n d sei hier a u s d r ü c k l i c h d a r a u f h i n g e w i e s e n ,

d a ß je n a c h L a g e der örtlichen V e r h ä l t n i s s e m i t solchen A n ordnungen

nicht

nur

jede

Sicherheit

gegen

Wassermangel

g e b o t e n w e r d e n k a n n , sondern d a ß d a d u r c h a u c h der W i d e r spruch

prinzipieller

Gegner

einer

Wasserversorgungsanlage

g e b r o c h e n w e r d e n k a n n , w e n n der erste A u s b a u nur sehr m ä ß i g e K o s t e n v e r u r s a c h t u n d der i m P r o j e k t e v o r z u s e h e n d e z w e i t e , d. i. die P u m p s t a t i o n , erst ins L e b e n t r i t t , w e n n die Widerspenstigen

zur Einsicht gelangt

sind, d a ß die

Wasser-

l e i t u n g f ü r sie eine W o h l t a t b e d e u t e t , auf w e l c h e n i c h t m e h r v e r z i c h t e t w e r d e n will, selbst w e n n sich ihre u m einen n e n n e n s w e r t e n erste

Projekt

so a u s g e a r b e i t e t

Schwierigkeiten Eindruck

Betrag erhöhen. sein,

daß

b i e t e t u n d das W e r k

eines s t ü m p e r h a f t e n

Jahresbeiträge

Freilich m u ß der A u s b a u

als G a n z e s n i c h t

Flickwerkes

macht.

das

keine den

Weiters

sollen f ü r das volle P r o j e k t n i c h t w e s e n t l i c h m e h r K o s t e n ents t e h e n , als w e n n es in e i n e m A u s b a u zur H e r s t e l l u n g g e l a n g t , und

es darf der G e m e i n d e

geplant

ist.

Es würde

nicht verschwiegen werden,

sonst das V o r g e h e n

was

des P r o j e k t a n t e n

eine sehr a b f ä l l i g e B e u r t e i l u n g e r f a h r e n , u n d das m i t

vollem

Rechte.

til. Die Führung von Kohrsträngen als Gravitationsund Heberleitungen. W ä h r e n d im eigentlichen schaften fast nur und

eine

anlagen

Ausnahme bilden,

Rohrnetze innerhalb

Hochdruckleitungen

bei

hiervon welchen

nur kleine

in B e t r a c h t

jene

der

Ort-

gelangen

Wasserversorgungs-

Ortschaften

mit 10*

einem

148

II. Teil.

Wasserversorgungsanlagen.

oder einigen laufenden Brunnen versehen werden, kommen bei der Einleitung einzelner Quellen in den Quellsammler und das Hochreservoir oder bei Zuleitung tiefliegender Quellen zum Saugbehälter für die Pumpen Gravitations- oder Heberleitungen in Betracht. Unter ersteren versteht man Rohrleitungen, in denen sich das Wasser nach dem Gesetze der Schwere infolge des vorhandenen Gefälles bewegt, unter letzteren solche, die nach jenen Gesetzen funktionieren, welche über die Wasserförderung

Fi;

c

mittels Hebern vorhanden sind. Es ist bekannt, daß aus einem Behälter das Wasser entfernt zu werden vermag, wenn, wie in beigefügter Fig. 14 ersichtlich ist, der Heber H so eingesetzt wird, daß der kürzere Arm im Wasser des Behälters B eingehängt und die Luft am Ende des längeren Hebelarmes ausgesaugt oder ausgepumpt wird. An Stelle des letzteren Vorganges kann, wie in Teil I bereits erwähnt wurde, auch der Heber völlig mit Wasser gefüllt und durch eine geeignete Vorrichtung zum Auslaufen gebracht werden. Zu diesem Behufe hat der kurze Heberarm ein Fußventil zu erhalten, das bei der Füllung geschlossen bleibt, während das längere Rohr provisorisch mittels eines Absperrventiles verschlossen wird und die Füllung mit Wasser am höchsten Punkte des Hebers vermöge einer ebenfalls verschließ-

61. Dil1 Führung' von Rohrslrängen usw.

149

baren Füllöffnung erfolgt. Ist die lieberlcitung vollständig gefüllt, so wird zuerst die Füllöffnung luftdicht abgeschlossen, dann der provisorische Verschluß am längeren Heberarme entfernt. Das W a s s e r beginnt alsdann abzufließen, indem das Verschlußventil am kürzeren Arme sich selbsttätig hebt und der Abflußprozeß endet erst, wenn der Behälter 7? so weit entleert ist, daß L u f t in die Jleberleitung eintritt. Das Wasser wird dabei um die Höhe a über sein Niveau emporgehoben. E s ist ohne weiteres klar, daß das so zum Abfluß gebrachte Wasser auch in ein zweites B e c k e n C, das tiefer liegt als das Becken B, eingeleitet werden k a n n . E s kann z. B . der F a l l eintreten, daß zwischen diesen beiden Becken eine Terrainerhebung liegt, welche ebenfalls eine bestimmte Höhe a besitzt. Soll eine Gravitationsleitung unter dieser Annahme hergestellt werden, so erübrigt nichts, als diese Erhebung entweder auszuschachten oder mit einem Stollen zu durchfahren, so daß stetes Gefälle zum unteren Behälter geschaffen wird. Wird eine Heberleitung an Stelle der Gravitationsleitung ins Auge gefaßt, so g e s t a t t e t der L u f t d r u c k bzw. die atmosphärische Pressung, wie vorher bereits gesagt wurde, eine bes t i m m t e Erhebung über den ursprünglichen Wasserspiegel, die m i t a bezeichnet wurde und abhängig ist von der Überdruckhöhe H , welche den Höhenunterschied zwischen den Wasserspiegeln der beiden Behälter darstellt. Bezeichnet p die Pressung der Flüssigkeit pro qm in der Röhre, p° die Pressung auf die Flächeneinheit beider Flüssigkeitsspiegel pro qm in kg und ist D der Druckhöhenverlust, welcher beim E i n t r i t t in die Rohrleitung und durch die Reibungswiderstände bei der Bewegung des Wassers in den Röhren entsteht, so gilt allgemein die Gleichung a D — (p0 — p) : y, wenn II positiv ist, wobei y das Gewicht eines cbm einer Flüssigkeit in kg bedeutet. Die Pressung p in der Röhre kann als Minimum auf jene herabsinken, die dem Dampfe der bewegten Flüssigkeit, also hier des Wassers, bei der entsprechenden T e m p e r a t u r gleichkommt. Bezeichnet man die unter dieser Voraussetzung entstehende Druckhöhe mit h, so wird a = D -\-h — p0: y und ergibt sich hieraus die Höhe jenes Scheitels der Heberleitung, bei welcher der

150

I I . Teil.

Wassorversorgungsanlagen.

Heber noch zu wirken vermag. Bei gewöhnlichen T e m p e r a t u r e n ist /t sehr klein. pn: y = 10,33. Wird daher h außer B e t r a c h t gelassen, was bei Wasserleitungen dann zulässig ist, wenn a praktisch etwas tiefer genommen wird als die R e c h n u n g ergibt, so erhält man a — 1) — 10,33. Wird der erhaltene W e r t positiv, so ist eine Heberleitung u n a u s f ü h r b a r . U m den W e r t von 7) zu bestimmen, stellt W e i ß b a c h , i n d e m er an Stelle von I) den Buchstaben h I setzt, die Formel auf: 7T II V2 l Ii I = 1 + i; /. • 2g d Wird für den Wassereinlauf eine trichterförmige Verbreiterung des Rohres vorgesehen, so k a n n der W e r t von 1 + f vernachlässigt werden und findet man alsdann den pro 100 m auftretenden Druckhöhenverlust direkt an der Tabelle I 2 mit 0,3250 verzeichnet, wenn eine Wassermenge von 10,603 1 pro Sekunde bei 0,0 m Geschwindigkeit u n d eine Rohrlichtweite von 150 m m angenommen wird. Ist die Länge der Ileberleitung 700 m, so wird der Druckhöhenverlust 7 • 0,3250 = 1,9542 m 1,954 — 10,33 = — 8,376. D e m n a c h ist das Resultat negativ und die Heberleitung durchführbar. 62. Entlüftung von Heberleitungen und Ausnutzung derselben. Es ist bekannt, daß jedes Wasser atmosphärische L u f t oder bisweilen auch freie Kohlensäure m i t f ü h r t . Diese Gase lagern sich am höchsten P u n k t e einer Ileberleitung ab, bilden eine Blase u n d verhindern alsdann oftmals den gesamten Wasserlauf. Es ist daher eine Ileberleitung, wie sie im vorausgehenden geschildert wurde, nur denkbar, wenn an der höchsten Stelle ein Luftablaßventil, u n d zwar tunlichst ein selbsttätiges, a n g e b r a c h t wird, und die Möglichkeit ausgeschlossen ist, daß die Leitung im oberen Behälter infolge eintretender Wasserabsenkung Luft saugt. Handelt es sich um ein Trinkwasser, dessen Menge von der jeweiligen Quellsehiittung abhängig ist, so ¡st eine vollständige Ausnutzung der letzteren ausgeschlossen, da die »-(Miaue geringste Wassermenge nicht er-

63. Hoberleitunpren usw.

151

m i t t e l t worden k a n n , indem sie von äußeren Einflüssen a b h ä n g t und fast immer veränderlich ist. Es darf d a h e r n u r ein b e s t i m m t e s M i n i m u m der Q u e l l s c h ü t t u n g in A n s p r u c h gen o m m e n werden u n d ist ein großes Saugbecken vorzusehen, so d a ß die A b s e n k u n g bei a b n o r m e r A b n a h m e der S c h i i t t u n g s nienge eine l a n g s a m e wird. D u r c h eine entsprechende Schieberstellung k a n n ein Luftsaugen der E i n l a u f r o h r e v e r h i n d e r t werden. Es ist d a h e r für solche Fälle bisweilen ein A l a r m signal oder besser ein W a s s e r s t a n d s f e r n m e l d e r im oberen Sammelbassin vorzusehen. Der Schieber selbst k a n n am Auslaufe in das Saugbassin d e m e n t s p r e c h e n d gedrosselt werden, welche Arbeit von der P u m p s t a t i o n aus verrichtet w e r d e n k a n n . Aus dem Gesagten geht hervor, d a ß derartige Heberleitungen n u r in besonderen Fällen empfehlenswert sind, die genau erwogen werden müssen. 63. Heberleitungen, welche sich nicht über den ursprünglichen Wasserspiegel erheben. Man bezeichnet im allgemeinen als Heberleitungen a u c h solche, welche von der Quellfassung n a c h a b w ä r t s gef ü h r t u n d alsdann zum Hochreservoire wieder hinaufgeleitet w e r d e n ; beziehungsweise ergeben sie sich h ä u f i g d u r c h d a s G e l ä n d e , wenn der R o h r s t r a n g sich seinen U n e b e n h e i t e n anschmiegt. Sind die Terrainwellen nicht b e d e u t e n d u n d k ö n n e n sie nicht u m g a n g e n werden, so sind a b n o r m tiefe Gräben an den höchsten P u n k t e n des Terrains a u s z u h e b e n u n d ist so ein kontinuierliches Gefälle bis zum A n s t i e g der Röhren f a h r t zum H o c h b e h ä l t e r herzustellen. Ist d a s aus besonderen G r ü n d e n , z. B. infolge allzutiei'er A u s s c h a c h t u n g u n t u n l i c h , so mul.l an allen P u n k t e n , woselbst die L e i t u n g eine lokale E r h e b u n g aufweist, die bereits e r w ä h n t e a u t o m a t i s c h e E n t l ü f t u n g vorgesehen werden, an den t i e f s t e n Stellen sind W a s s e r a b l a ß v e n t i l e mit S c h l a m m k ä s t e n einzubauen, welche periodisch zu entleeren sind. Folgende Skizze stellt eine solche Heberleitung d a r , die im allgemeinen, wenn irgend möglich, vermieden w e r d e n soll, d a selbst bei der gewählten Vorsorge für E n t l ü f t u n g u n d E n t l e e r u n g — letztere ist bei v o r k o m m e n d e n R e p a r a -

152

II. Teil.

Wasserversorgungsanlagen.

64. Heberleitungen im

Stadtrohrnetze.

153

turen und behufs Entfernung von Sand und Schlammablagerungen nötig —, Wirbelungen und erhöhte Druckverluste eintreten, welche entweder die Wahl größerer Rohre oder eine erhöhte Kraftleistung bei der Förderung des Wassers bedingen. Auch die Ableitung des Wassers, welches aus den Ablaßventilen zeitweise behufs Entschlammung abzulassen ist, erfordert häufig lange Schlammleitungen und Gräben bzw. Entschädigungen an die in Frage kommenden Grundbesitzer. Die vorteilhafteste Form einer Heberleitung im letzterwähnten Sinne ist jene, bei welcher das Wasser im Gefälle bis zum tiefsten Punkte geführt wird und dann erst aufsteigt. Es kommt bei diesen Leitungen, die sehr häufig und ohne Nachteil ausgeführt werden, nur e i n e Schlammleitung, d. i. jene an dem erwähnten tiefsten P u n k t e in Betracht. Entlüftungen entfallen gänzlich. Die unten skizzierte Figur zeigt schematisch die günstigste Anlage einer Ileberleitung, wie solche häufig und vorteilhaft zur Anwendung gelangen. Wo eine Heberleitung in Frage kommt, tritt die Notwendigkeit der Verwendung einer eisernen Leitung ein, da eine innere Pressung erfolgt. Reine Gravitationsleitungen können in Kanälen, Ton- oder Zementrohren hergestellt werden, sind daher meist wesentlich billiger und gestatten deshalb umfangreichere Grabarbeiten, ohne daß größere Kosten erwachsen. (Vgl. auch S. 16*2.) 64. Heberleitungen im Stadtrolirnetze. Es wurde bereits früher erwähnt, daß vorteilhaft das in der Pumpstation geförderte Wasser direkt in das Stadtrohrnetz getrieben und nur der zeitweise Uberschuß im Hochreservoire aufgespeichert wird, ebenso, daß an Stelle dieser Anordnung auch eine eigene Leitung vom Quellschachte zum Hochreservoir erbaut werden kann. In beiden Fällen ist künstliche Wasserhebung angenommen. Da in Ortschaften die Rohrgräben meist nur in der normalen Tiefe von 1,5 m Deckung ausgehoben werden können, entsteht bei lokalen Erhebungen in diesen häufig unfreiwillig eine Heberleitung, so daß auch hier auf E n t l ü f t u n g u n d Schlammleitung Bedacht zu nehmen ist. Während letztere für jedes Stadtrohr-

154

II.

Teil.

Wasserversorgungsanlagen.

netz in Betracht k o m m t , wird die E n t l ü f t u n g meist dadurch überflüssig, daß eine der Anschlußleitungen an der höchsten Stelle des betreffenden Rohrstranges, also am Scheitelpunkte der Heberleitung abgezweigt wird, die beim Öffnen des Hahnes den L u f t a u s t r i t t gestattet. Wo das nicht d u r c h f ü h r b a r ist, gelangt bisweilen ein H y d r a n t zum Einbau, der als Luftablaß b e n u t z t werden kann. Es ist jedoch besser, eine E n t l ü f t u n g vorzusehen und die H y d r a n t e n auf die tiefsten P u n k t e zu verlegen, woselbst sie zu E n t s c h l a m m u n g e n Verwendung finden können, für welchen Zweck sie sich besser eignen als zu E n t l ü f t u n g e n . Derartige Heberleitungen können unbedenklich angeordnet werden, zudem als sie infolge der normalen Höhen der H y d r a n t e n nicht zu vermeiden sind und infolge des meist, sehr starken Druckes im Rohrnetze schädliche Wirbellängen nicht eintreten. 65. Gravitationsleitungen für Quellfassungen. U m das Wasser der einzelnen Quellen vom Fassungsschachte zum Quellsammler zu leiten, bedient man sich, wenn möglich, der Gravitationsleitungen. Es wird daher, wie schon früher gesagt wurde, der Sammelschacht so gelegt, daß sämtliche Quelleitungen dorthin Gefälle besitzen. Jeder Sammelschacht soll behufs seiner Reinigung, welche ohne besondere Einrichtung nur unter T r ü b u n g des Quellwassers vor sich gehen kann, eine Umgangsleitung erhalten, welche gestattet, daß das Wasser der vereinigten Quellen direkt, also mit Umgehung dieses Schachtes, dem Ortsrohrnetze oder Reservoire zugeführt werden kann. Es ist daher nötig, daß samtliche Quellflüsse noch vor dem Sammler in eine einzige Leitung vereinigt werden. Insoi'erne die Quellen in der gleichen Richtung (Mitspringen, bietet das keine Schwierigkeit. Man leitet das Wasser der einzelnen Fassungen in eine eigene Leitung, welche je der neuen Zuleitung entsprechend in ihrer Lichtweite vergrößert wird, was in jedem einzelnen Falle zu berechnen ist, worüber im nachstehenden ein Beispiel zur E r l ä u t e r u n g dienen kann. Eine derartige A n o r d n u n g setzt jedoch voraus, daß die Quellen so ziemlich in gleicher Höhe entspringen, so daß die

€6. Beispiel f ü r E i n l e i t u n g v o n Quellen in d e n S a m m e l s c h a c h t .

155

betreffende Sammelleitung in gestrecktem Gefälle g e f ü h r t werden k a n n . Der betreffende Rohrstrang ist alsdann so zu verlegen, dal.i, wenn möglich, die tiefste Quelle noch Gefälle für ihre Einleitung besitzt. Jede solche m u ß spitzwinklig mittels »C«-Stücken (schrägen Abzweigen) erfolgen, so daß das zufließende Wasser jenes des Sammelstranges nicht zurückzustauen vermag. Liegt die entlegenste am höchsten oder sind sämtliche Quelle 11 nahezu in gleicher Höhenlage, so ist es das Einfachste, die Quellschächte so zu legen, daß das Wasser der letzten Quelle in den nächstfolgenden Quollschacht eingeleitet wird usw. Eine vereinzeinte, zu tief liegende Quelle m u ß alsdann dem Sammelschachte, welcher, wie gesagt, an der tiefsten Stelle zu erbauen ist, gesondert zugeführt werden u n d ihre M ü n d u n g hat noch außerhalb desselben zu erfolgen. In gleicher Weise sind Quellen beizuleiten, welche in einer anderen R i c h t u n g entspringen. Es ist dabei zu beachten, daß sehr viele Quellen Sand führen, der nicht in der Zu- und Sammelleitung liegen bleiben darf, weshalb die Wassergeschwindigkeit bzw. das Gefälle so zu wählen ist, daß diese Geschwindigkeit nicht u n t e r 0/t m pro Sekunde herabsinkt. Zur einfachsten Herstellung der bereits erwähnten Umgangsleitung dient ein Schlammtopf mit seitlicher Entleerung. Die Ö f f n u n g für letztere liegt n a t u r g e m ä ß tiefer als jene für den durchgehenden Strang. Ein Schieber, welcher an der Flansche für die E n t l e e r u n g befestigt wird, schließt die E n t leerungsleitung, die in diesem Kall als Umgangsleitung dient. Wird dieses Absperrventil geöffnet, so verfällt das Wasser im S c h l a m m t o p f e und fließt in der tiefer liegenden Leitung, w ä h r e n d der Zufluß in den Sammelschacht aufhört. Der Abschluß des betreffenden Schiebers f ü h r t den früheren Z u s t a n d wieder herbei. 66. Beispiel für Einleitung von Quellen in den Sammelschacht. Drei Quellen liegen so, daß die unterste u m 0,4 m tiefer liegt als die mittlere, u n d die oberste um 0,2 m höher als letztere. Der Sammelschacht hegt von der untersten Quelle 20 m entfernt, von der mittleren 117 und von der obersten 210 m.

156

I I . Teil.

Wasserversorgungsanlagen.

Die Quellschüttung ist bei der ersteren 116 Min./], bei der zweiten 180 Min./l und bei der dritten 54 Min./l. Wie groß sind die einzelnen Rohrleitungen zu wählen, welche Tiefe des Wasserspiegels ist im Sammelschachte vorzusehen, ist ein Zusammenleiten der einzelnen Quellen möglich, wenn die Lage der Quellen und des Sammelschachtes angenähert in eine Flucht fällt; der letztere daher in dieser wie angenommen 20 m nach der tiefsten Quelle zu erbauen ist ? 116 Min./l sind = 1,93 Sek./l, 180 » » = 3,00 » 54 » » = 0,90 » Die Gesamtentfernung der obersten Quelle bis zum Sammler ist 210 m. Nachdem die Quellen zeitweise eine größere Schüttung ergeben, darf der Rohrdurchmesser nicht zu knapp bemessen werden, da sonst das zunehmende Wasser unausgenutzt durch das Überlaufrohr abfließen würde. Es m u ß zuerst untersucht werden, ob die oberste Quelle in den Fassungsschacht der mittleren eingeleitet werden k a n n , wenn die Geschwindigkeit mindestens 0,4 m sekundlich betragen soll. Die Entfernung der beiden Quellen beträgt 210 - - 117 = 93 m. Für die erwähnte Geschwindigkeit von 0,4 m ergibt Tab. I 1 die angenäherte, etwas größer angenommene Wassermenge von 1,131 Sek./l bei einem Rohrdurchmesser von 60 mm. Der dabei entstehende Druckhöhenverlust ist pro 100 m laut Tab. I 2 = 0,3991 oder für 93 m an rund 0,37 m. Nachdem die zugrunde gelegte Wasserspiegelhöhendifferenz nur 0,2 m beträgt, ist eine Einleitung in den nächsten Fassungsschacht untunlich, die Quelle muß daher auf 210 m Entfernung direkt zum Sammelschachte geleitet und dort in der Rohrleitung, welche den Zufluß sämtlicher Quollen aufzunehmen hat, eingeführt werden und zwar vor ihrem Eintritte in diesen Schacht, welcher so tief liegen muß, dal.! der Einlauf dort noch oberhalb des Wasserspiegels stattfindet. 0 3991• 210 Der Druckhöhenverlust wird ' . . = 0 , 8 4 m. Da das

67. Saugbehälter und die Wasserzufülirung zu diesen.

157

Gefalle in der Rohrachse gedacht ist, hat der Wasserspiegel im Sammelschachte 0,87 oder rund 0,9 m tiefer zu liegen als jener im obersten Fassungsschachte. Die mittlere Quelle ist von der untersten 117 — 20 = 97 m entfernt. Die Quellschüttung ist 3 Sek./l, die Höhendifferenz 0,4m. Für eine Wassermenge von 3,14 Sek./l und v = 0,4 sind Rohre mit 100 mm Lichtweite erforderlich, der Druckhöhenverlust wird dabei pro 100 m 0,2394 m, für 97 m = 0,232. Es ist also reichlich Gefälle vorhanden, um das Wrasser in den untersten Fassungsschacht beizuleiten, und dieses läuft noch so hoch über dem Wasserspiegel aus, daß ein Rückstau auf die mittlere Quellfassung nicht erfolgt, wenn das Rohr, welches die vereinigten Quellen abzuführen hat, entsprechend dimensioniert wird. Die unterste Quelle führt 1,93, die mittlere 3,0 Sek./l Wasser, in Summa 4,93 Sek./l, welche dem Sammelschachte zuzuleiten sind. Im höchsten Falle fördert diese Leitung bei dem bekannten v = 0,4 3,14 -f- 1,93 = 5,07 Sek./l -j- jenem Quantum, welches bei erhöhter Quellschüttung vorhanden ist. Das Gefälle von der obersten Quelle bis zur untersten wurde mit 0,4 -j- 0,2 == 0,6 m angegeben. Das von der obersten zum Sammelschachte mit 0,9. Es bleibt somit für 20 m Entfernung von der untersten Quelle zu letzterem Schachte das sehr reichliche Gefälle von 0,30 m. Demnach kann eine größere Geschwindigkeit, z. B. 0,7 m sekundlich gewählt werden, bei welcher eine Leitung von 100 mm Lichtweite 5,498 Sek./l fördert, was als entsprechend bezeichnet werden kann, da die nutzbare Schüttung der untersten Quelle alsdann noch um rund 0,5 Sek./l zunehmen kann. Der Druckhöhenverlust wird dabei 0,6421 m pro 100 m und pro 20 m rund 0,13 m, so daß auch die beiden letzten Quellen der erwähnten gemeinschaftlichen Leitung vor dem Sammler eingeleitet werden können. 67. Saugbehälter und die Wasserzutuhrung zu diesen. In der Abhandlung über die Führung von Röhrenfahrten S. 147 — 153 wurde bereits erwähnt, daß Heberleitungen sowohl als auch Gravitationsleitungen dazu dienen, das Wasser dem

158

II. Teil.

Wasserversorgungsanlagen.

Saugbehälter zuzuführen. Letztere erfüllen also den gleichen Zweck wie die Hochreservoire, indem sie von dem angesammelten Wasservorrate so viel abgehen als nötig ist, um stets jene Wassermenge zur Verfügung zu haben, welche der Höchstleistung von Pumpe und Motor entspricht. Deckt das zufließende Wasser auch noch diesen Bedarf, so kann natürlich der Saugbehälter gänzlich entfallen. Aber diese Fälle sind selten, und wenn noch der Zukunft Rechnung getragen werden soll, welche vielleicht die Aufstellung einer weiteren Pumpe u n d einer größeren Betriebskral't notwendig macht, so wird m a n trotzdem an den Bau eines kleinen Saugbehälters denken müssen. Entspricht das zufließende Wasser angenähert der Pumpenleistung, so läßt sich der Bau eines kleinen Behälters nicht umgehen, da insbesondere bei Turbinenbetrieb Schwankungen, bei denen der Zufluß überschritten wird, ausgeglichen werden müssen. Ist der Brunnen in solcher Nähe der Pumpstation, daß die Saugleitung direkt in diesen versenkt werden kann, und liefert er bei zunehmender Absenkung stetig mehr Wasser, so sind die betreffenden Rohre tief in den Brunnen zu montieren und der obere Teil ist durch Caissons oder Aufmauerung so zu erweitern, daß 5—20 cfcm Wasser als Reserve vorhanden sind, wodurch wiederum der Saugbehälter überflüssig wird. Ist im Laufe der Zeit bei zunehmendem Wasserbezug zu befürchten, daß der Brunnen zu tief abgesenkt wird, was nur bei Turbinenbetrieb mit veränderlicher K r a f t zu erwarten ist, so versenkt man ein Kupferröhrchen so tief in den Brunnen, daß es noch unter der größten Absenkung liegt, und verbindet das andere linde mit einem Vakuummesser, der die Überschreitung der zulässigen Absenkling ersehen läßt. Abhilfe gegen diesen Übelstand bietet die Drosselung des Wasserzuflusses zur Turbine. Liefert eine Q u e l l e das zu hebende Wasser, so ist zu bedenken, daß auch eine reichliche Schüttung derartig nachzulassen vermag, daß ein Saugbehälter nötig wird. Der Bau eines solchen wird sich daher nur in wenigen Fällen vermeiden lassen, und besonders dann nicht, wenn ein Nachtbetrieb vermieden werden will, was beim Vorhandensein eines Hochbehälters leicht bewerkstelligt werden kann und große Betriebskosten Einsparungen durch Wegfall von

67. Saugbehälter und die W a s * w . u f ü h n i n g 7.11 diesen.

15!)

Nachtablösungen zur Folge h a t . In solchen Fällen muß der ganze Tagesbedarf in 12—13 Stunden gehoben werden, was voraussetzt, daß entweder der Wasserzufluß weit den Bedarf der O r t s c h a f t überschreitet. Andernfalls m u ß ein größerer Saugbehälter geschaffen werden. Liegt der U r s p r u n g des Wassers in größerer E n t f e r n u n g vom Orte, so werden die Kosten für die großen Rohre, welche für eine überreichliche Wassermenge verlegt werden müssen, meist höher als jene für einen Saugbehälter u n d dieser U m s t a n d wäre genau zu kalkulieren. Es wird also bei Ausschaltung des Nachtbetriebes in der Hegel dazu geschritten werden müssen, eine V o r r a t s k a m m e r für das zu hebende Wasser zu beschaffen, das sich nachtsüber durch den Zulauf füllt und tagsüber von seinem Überflusse abgibt. Unter der Annahme, daß nur ein als Druckregler anzusehendes ganz kleines Hochreservoir vorhanden ist, also T a g und Nacht gepumpt werden m u ß , daß ferner der Betrieb durch Turbinen erfolgt, ergibt sich die Größe eines Saugbehälters nach den bereits angegebenen Normen über die Schwankungen im W r asserkonsum während 24 S t u n d e n , wobei noch diejenige Jahreszeit in Betracht zu ziehen ist. innerhalb welcher der größte Wasserverbrauch s t a t t f i n d e t , d. i. also während der Sommermonate, wo auch der Wasserzulauf sich häufig vermindert. Benötigt z. B. eine S t a d t pro T a g in maximo 600 cbm Wasser, d. i. r u n d 7 Sek./l im Durchschnitte, und ist diese Wassermenge als Minimum eines Grundwasserstromes oder einer Quellenfassung erschlossen worden, so k a n n angenommen werden, dal.! im W i n t e r 500, im Sommer 700, im Durchschnitte somit die erwähnten 600 cbm zu fördern sind. Man wird also die Wasserhebung für eine maximale Menge von 700 cbm bemessen, somit auf r u n d 8 Sek./l. Wie eingangs erläutert wurde, erhöht sich der Konsum w ä h r e n d 7 Stunden auf 1,45, fällt während 8 Stunden auf 0,75 u n d in der Nacht auf 0,3 des mittleren täglichen Verbrauches. Es wird daher die höchste Leistung der P u m p e mit 8 , 0 - 1 , 4 5 anzunehmen sein = 1 1 , 6 Sek./l und in 7 Stunden mit 292 cbm. Der Zufluß in der gleichen Zeit b e t r ä g t 176 cbm. Der Mehrverbrauch demnach 116 cbm. Der normale Verbrauch ist 8 • 0,75 = 6,0 Sek./l und in 8 S t u n den 173 cbm, der geringste 0,3 • 8 = 2,4 Sek./l und in 9 Stunden

160

II. Teil.

Wasserversorgungsanlagen.

78 cbm. Die gesamte F ö r d e r u n g ist daher 292 - f 173 + 78 = 543 cbm. Der Zulauf in 24 Stunden ist 600 cbm. Es ist d a m i t nachgewiesen, daß wohl die vorhandene Wassermenge zureichend ist, dagegen ein zeitweiser Mehrverbrauch von mindestens 116 cbm besteht, welcher durch Anordnung eines Saugbeckens mit einem etwas größeren R a u m i n h a l t auszugleichen ist. Man wird daher den letzteren auf 150—200 cbm bemessen. Daß jedoch, wie erwähnt, ein derartiger Betrieb nur dann einzurichten sein wird, wenn, wie vorausgesetzt wurde, ein Hochreservoir fehlt, vielleicht auch mangels eines geeigneten Platzes nicht e r b a u t werden konnte, d ü r f t e keinem Zweifel unterliegen. K a n n mit einem Hochbehälter gerechnet werden, so ist der rationellste Betrieb jener w ä h r e n d der T a g e s s t u n d e n , also vielleicht von morgens 6 Uhr bis abends 7 Uhr, somit w ä h r e n d 13 Stunden. In dieser Zeit muß z. B. der Tagesbedarf mit 600 cbm bei 7 Sek./l Zufluß gefördert werden. Der letztere beträgt innerhalb der angegebenen Zeit 328 cbm. Es fehlen demnach 600 — 328 = 272. Demnach m u ß der Saugbehälter ca. 300 cbm R a u m i n h a l t besitzen. Wird die Betriebsdauer noch erhöht, so ist es möglich, das Saugbecken zu verkleinern. In Rücksicht auf eine spätere Konsumsteiger u n g empfiehlt es sich jedoch, dieses möglichst groß zu wählen. Seine Höhenlage ergibt sich durch das vorhandene Gefälle, die Wahl der Rohre u n d , falls eine Turbinenanlage besteht, durch die Tiefe des Unterwasserspiegels. Letztere beeinflußt die Sohlenhöhe des Saugbehälters insoferne, als es wünschenswert ist, ihn in den Unterwassergraben entleeren und entschlammen zu können. K o m m t der Wasserzufluß von einer Quellfassung, so darf der Rohrstrang, wenn er als Gravitationsleitung verlegt werden k a n n , als Kanal aus gut gedichteten Tonrohren a u s g e f ü h r t werden. Die E i n m ü n d u n g erfolgt alsdann kurz oberhalb des Uberlaufes im Saugbehälter. R ü h r t das Wasser von einem B r u n n e n her, welcher bei fortschreitender Absenkung an S c h ü t t u n g stetig zunimmt, so ist es vorteilhaft, die E i n m ü n d u n g der Leitung unter Wasser, also 40—50 cm oberhalb der Sohle erfolgen zu lassen. Der durch das Überlaufrohr in seinem weiteren Aufsteigen begrenzte Wasserspiegel senkt sich stets

67. SuugbehiUlcr und die VYasserzuführung zu diesen. ab,

wenn

der

Wasserzui'luß

Pumpe entspricht. a u f der

nicht

der

vollen

161

Leistung

der

D a bei gefülltem B e h ä l t e r der Wasserspiegel

Gefällshöhe liegt, bedingt jede A b s e n k u n g

desselben

eine G e f ä l l s m e h r u n g und d a m i t einen b e s c h l e u n i g t e n und erh ö h t e n W a s s e r z u f l u ß , w e i l d u r c h die s a u g e n d e W i r k u n g

einer

H e b e r l e i t u n g — e i n e s o l c h e ist in d i e s e m F a l l e u n b e d i n g t n ö t i g —

a u c h e i n e A b s e n k u n g des ß r u n n e n w a s s e r s p i e g e l s u n d d a m i t

«ine gesteigerte Wasserlieferung erfolgt. r e c h t in den

D a ß d a h e r die s e n k -

Brunnen eingeführten Abflußrohre

tief

unter

den

soll

besonders

Wasserspiegel

dortselbst

hervorgehoben

werden.

entsprechend

hinabzuführen

D i e s e A n o r d n u n g e n sind a u ß e r o r d e n t l i c h

empfehlenswert,

d a eine w e i t g ü n s t i g e r e A u s n u t z u n g der B r u n n e n ihrer Wasserlieferung Absenkung werden

des

stattfindet,

Wasserspiegels

kann, und man

wenn im

sind,

das

hinsichtlich

Gefälle mit

Saugbehälter

l a s s e sich b e i s o l c h e n

der

gesteigert

Ausführungen

n i c h t m i t der E i n w e n d u n g i r r e m a c h e n , d a ß d e r Z u f l u ß s i c h t b a r sein soll.

E r kann kontrolliert werden, wenn m a n behufs Reini-

gung einer K a m m e r diese ausnutzt, bis der Zulauf über W a s s e r erfolgt. L i e g t ein B r u n n e n in r a s c h a b f a l l e n d e m G e l ä n d e , so i s t es b i s w e i l e n o h n e ü b e r g r o ß e E r d a r b e i t m ö g l i c h , sein W a s s e r der

größten

Absenkungstiefe,

welche

durch

u n d M e s s u n g e n e r m i t t e l t w e r d e n k a n n , zu h e b e n . Anlagen

stellen

lediglich

eine

tiefliegende

aus

Pumpversuche Derartige

Quellfassung

u n d e n t s p r i c h t die L e i t u n g s a n o r d n u n g j e n e r für die

dar

letztere,

d . h . sie k a n n als K a n a l e r b a u t w e r d e n , w e n n sie s t e t i g f ü l l t . D a j e d o c h d a s T e r r a i n n u r s e l t e n so g ü n s t i g l i e g t , d a ß

Kanäle

z u r A u s f ü h r u n g g e l a n g e n k ö n n e n , o h n e d a ß für die E r d b e w e g u n g ü b e r g r o ß e K o s t e n e n t s t e h e n , f e r n e r s bei B r u n n e n in der o b e r e n Grundwasserzone,

von

dem

oben

erwähnten

Ausnahmefalle

a b g e s e h e n , die Ausflußrohre u n t e r den W a s s e r s p i e g e l s e n k r e c h t h i n a b r a g e n , w i r d m e i s t eine H e b e r l e i t u n g n ö t i g w e r d e n , d a die a b s t r ö m e n d e W a s s e r s ä u l e eine S a u g w i r k u n g b e d i n g t , die s o f o r t aufgehoben

wird,

wenn

die

ganze

Leitung

nicht

unbedingt

l u f t - u n d w a s s e r d i c h t i s t . E s ist w e i t e r s n ö t i g , d a ß die i n k l e i n e n Bläschen

aus

jedem

Brunnen

emporsteigende

und

in

die

R ö h r e n f a h r t e i n t r e t e n d e L u f t s t e t i g a b g e f ü h r t w i r d , d a sie s o n s t

S cli 1 o 11 haue r, Wasserversorgungsanlasen.

11

162

II. Teil.

Wasserversorgungsanlagen.

don W a s s e r a b f l u ß a u s d e m B r u n n e n a u f h e b t . Zu diesem Zwecke w i r d d a s in den B r u n n e n s e n k r e c h t e i n g e f ü h r t e R o h r , dessen Länge, wie schon e r w ä h n t , niemals zu klein a u s f a l l e n darf u n d m e i s t bis in die F i l t e r r o h r e h i n a b r e i c h t , m i t t e l s eines TStiickes mit der A b f l u ß l e i t u n g v e r b u n d e n . Vgl. A b s . 6 2 , S. 150bis 151. Der obere Teil dieses F o r m s t ü c k e s ist m i t einer A b s c h l u ß f l a n s c h e versehen u n d d i e n t zur E n t l ü f t u n g . Diese w i r d d a d u r c h b e w e r k s t e l l i g t , d a ß eine s e n k r e c h t geführte S c h w i m m kugel ein L u f t a b l a ß v e n t i l , welches in einer Ö f f n u n g dieses A b s c h l u ß d e c k e l s u n t e r g e b r a c h t ist, d a n n ö f f n e t , w e n n die angesammelte Luft das Wasser in d e m o b e r e n , senkr e c h t e n R o h r s t i i c k e z u r ü c k d r ä n g t , so d a ß die S c h w i m m kugel n i c h t mehr d u r c h dieses h o c h g e h a l t e n w i r d , s o n d e r n infolge ihrer Schwere n a c h a b w ä r t s s i n k t , in w e l c h e m A u g e n b l i c k e überschüssige L u f t a b g e l e i t e t w i r d , w ä h r e n d d a s W a s s e r sofort wieder n a c h d r ä n g t u n d das Ventil selbstt ä t i g schließt. D u r c h s c h n e i d e t eine v o l l s t ä n d i g d i c h t e L e i t u n g ein Gel ä n d e , d a s sich ohne gewaltige A b g r a b u n g o n nicht d u r c h f a h r e n l ä ß t , so k a n n eine H e b e r l e i t u n g e r b a u t w e r d e n , welche sich ü b e r den u r s p r ü n g l i c h e n W a s s e r s p i e g e l e r h e b t , wobei n a t ü r l i c h die b e r e i t s S. 1 i S l.'it» e r w ä h n t e n V o r b e d i n g u n g e n V o r h a n d e n s e i n m ü s s e n . Fehlen diese, so e r ü b r i g t m e i s t n i c h t s , als sehr große E r h e b u n g e n , wenn sie n i c h t u m g a n g e n w e r d e n k ö n n e n , m i t t e l s eines Stollens zu d u r c h f a h r e n , dessen H ö h e meist ca. 2 m bet r ä g t , w ä h r e n d die Breite im M i n d e s t m a ß e I. m b e t r a g e n soll. I s t der B o d e n felsig, so d a ß die D i c h t u n g der M u f f e n u n t e r s e i t e infolge der Schwierigkeit, M u f f e n l ö c h e r h e r z u s t e l l e n , n i c h t g u t d u r c h f ü h r b a r wird, soll der Stollen hesser u m ca. 30 c m t i e f e r gelegt w e r d e n , so d a ß die R o h r e sich u m dieses M a ß ü b e r der Sohle b e f i n d e n , wobei die Muffen u n d die R o h r m i t t e m i t S t e i n e n zu u n t e r b a u e n sind. Der Stollen ist a m B e g i n n e u n d E n d e d u r c h T ü r e n so zu verschließen, d a ß keine F r o s t g e f a h r (Mitsteht. E s ist zu diesem Zwecke nötig, die Voreinschnitte des Stollens vor d e m Beginne des l e t z t e r e n zu v e r b r e i t e r n u n d kleine P o r t a l e herzustellen. F ü r die E n t l ü f t u n g d e s Stollens ist d u r c h ein oder m e h r e r e B o h r l ö c h e r Sorge zu t r a g e n . Sie e r h a l t e n an der Ü b e r f l ä c h e D u n s t k a m i n e .

67. Saugbehälter und die Wasserzuflihrung zu diosen.

163

G o f ä 1 1 s b e r e o Ii n u n g. Uber die Gefällsberechnung bei derartigen Leitungen gilt das gleiche wie bei den D r u c k r o h r l e i t u n g e n u n d sei liier auf die V o r b e m e r k u n g e n zu den T a b . I I u. I 2 verwiesen. A u c h für n i c h t voll fließende T o n r o h r l e i t u n g e n t r i t t eine Ä n d e r u n g in der Bestimmungsweise nicht ein. K o m m e n rechteckige oder t r a p e z f ö r m i g e K a n ä l e in B e t r a c h t , so sind diese n a c h den in Teil 1 dieses Buches angegebenen N o r m e n zu b e r e c h n e n . W e g e n der F r o s t g e f a h r u n d E r w ä r m u n g des Wassers zur heißen J a h r e s z e i t sind jedoch solche Anlagen n i c h t zu e m p f e h l e n , z u d e m als auch noch V e r u n r e i n i g u n g e n durch Tagwasser zu besorgen sind. In den Stollenstrecken jedoch sind sie zulässig, wenn die Leitung von der Quelle oder vom B r u n n e n bis d o r t h i n im Gefälle liegt. In derartigen Fällen ist a m E n d e des Stollens ein Wasserschloß (Schacht) zu e r b a u e n , von welchem alsdann die geschlossene L e i t u n g abzweigt. D a jedoch die D r u c k h ö h e erst v o m Wassersehlosse a b in R e c h n u n g gezogen w e r d e n k a n n , tritt meist auch ein nicht u n b e t r ä c h t l i c h e r Druckhöhen Verlust ein. Ba u u n d Lage

d e r S a u g b e h ä I t e r.

Da länger*; Saugleitungen s t e t s gefährlich sind, i n d e m die kleinste U n d i c h t h e i t in den Muffen z u m Stillstand der Wasserf ö r d e r u n g f ü h r t , h a t der S a u g b e h ä l t e r seinen P l a t z s t e t s h a r t n e b e n der P u m p s t a t i o n zu finden, in den meisten Fällen wird letztere d i r e k t auf seinen U m f a s s u n g s m a u e r n oder seinem Deckengewölbe e r b a u t . In l e t z t e r e m Falle ist Vorsorge zu t r e f fen, d a ß durch Einlegung weiterer T-Träger u n d e n t s p r e c h e n d e Mauer- u n d G e w ö l b e v e r s t ä r k u n g e n geeignete F u n d a m e n t e f ü r die P u m p e u n d die A n t r i e b s m a s c h i n e geschaffen w e r d e n können. I m übrigen e n t s p r i c h t der B a u eines S a u g b e h ä l t e r s j e n e m eines Hochreservoires. Er e r h ä l t zwei K a m m e r n , Schiebers c h a c h t , wie schon e r w ä h n t eine Einlauf-, Ü b e r l a u f - u n d G r u n d a b l a ß l e i t u n g m i t den erforderlichen Verteilungs- u n d A b s c h l u ß s c h i e b e r n , D u n s t k a m i n e , u n d w e n n er n i c h t ü b e r b a u t ist, E r d ü b e r f ü l l u n g . 11*

164

II. Teil.

Wasserversorgungsanlagen.

Bei Motorenbetrieb und ziemlich ebenem G e l ä n d e ist es m e i s t schwierig, eine G r u n d a b l a ß l e i t u n g herzustellen, m a n c h m a l ist das g a n z unmöglich. W o solche Schwierigkeiten a u f t r e t e n , m u ß v e r s u c h t werden, ob n i c h t durch H o c h l e g u n g der Sohle, V e r g r ö ß e r u n g der G r u n d f l ä c h e und geringe Höhe der U m f a s s u n g s m a u e r n das g e w ü n s c h t e Ziel erreicht w e r d e n k a n n . Man k a n n d u r c h die W a h l v o n Rohren m i t größerer L i c h t w e i t e oft erheblich an Gefälle sparen, und es unterliegt k e i n e m B e d e n k e n , w e n n dieses ausreichend i s t , den S a u g b e h ä l t e r so herzustellen, d a ß sich die Sohle über das G e l ä n d e erhebt. Sie ist alsdann in E i s e n b e t o n herzustellen und auf S t ü t z p f e i l e r n und W ö l b schienen zu erbauen. Die Sohle ist alsdann zu unterfüllen u n d das Reservoir oben und seitlich mit E r d ü b e r d e c k u n g zu versehen. W i r d der K o s t e n p u n k t zu hoch, so erübrigt nichts, als eine P u m p e aufzustellen, w e l c h e den Rest des v e r b r a u c h t e n W a s s e r s h e b t , während der S c h l a m m durch K ü b e l e n t f e r n t wird. Die Saugrohre der in den S a u g b e h ä l t e r t a u c h e n d e n L e i t u n g e n erhalten F u ß v e n t i l e , w e l c h e einen R ü c k l a u f des W a s sers v e r h i n d e r n . D a s E i n l a u f r o h r w i r d , falls es unter W a s s e r m ü n d e t , w o r ü b e r das Nötige bereits g e s a g t w u r d e , mit der gleichen E n t l ü f l u n g s a n l a g e versehen, w i e sie im v o r a u s g e h e n d e n f ü r die A u s l a u f l e i t u n g aus B r u n n e n e m p f o h l e n w u r d e . 68. E i n r i c h t u n g der P u m p s t a t i o n e n . Jede P u m p s t a t i o n h a t in g e e i g n e t e n L o k a l e n die Betriebsm a s c h i n e n , Transmissionen, P u m p e n , meistens a u c h W o h n u n g f ü r den B r u n n w a r t oder M a s c h i n e n m e i s t e r aufzunehmen. Jede P u m p e h a t W i n d k e s s e l f ü r die S a u g b e h ä l t e r u n d einen D r u c k w i n d k e s s e l für eine oder mehrere P u m p e n gemeins c h a f t l i c h zu erhalten. K r e i s e l p u m p e n m a c h e n h i e r v o n eine Ausnahme. S ä m t l i c h e W i n d k e s s e l erhalten L u f t e i n - und - a b l a ß h a h n e n , ebensolche für W a s s e r a b f l u ß , der D r u c k w i n d k e s s o l a u ß e r d e m n o c h W a s s e r s t a n d s g l a s und M a n o m e t e r . Die W a s s e r s t a n d s f e r n m e l d e r , A l a r m s i g n a l e , Telephoneinr i c h t u n g z u m Hochbehälter w u r d e n bereits e r w ä h n t , ebenso der A p p a r a t zur selbsttätigen A u f z e i c h n u n g der W a s s e r s t a n d s -

68a. Die Zusammenfassung mehrerer Griinihvasserbrunnen. 165 k u r v e » u n t e r gleichzeitiger Zeitangabe. Ein V a k u u m m e t e r f ü r A n g a b e des W a s s e r s t a n d e s im S a u g b e h ä l t e r darf niemals fehlen, wenn der Zufluß zu diesem kein überreichlicher ist. 68 a.

Die Zusammenfassung: mehrerer

Grundwasserbninnen.

Die Erschließung eines G r u n d w a s s e r s t r o m e s bedingt stets die Herstellung einer. Reihe systematisch a n z u o r d n e n d e r Bohrlöcher, deren Ergiebigkeit d u r c h P u m p v e r s u c h e zu erm i t t e l n ist. Man darf dabei nie übersehen, d a ß der W a s s e r s t a n d jener Hohrlöcher stets b e o b a c h t e t werden m u ß , wenn bei einem der Pumpversuch stattfindet. Jene Bohrungen, welche beim W a s s e r p u m p e n eine W a s s e r a b s e n k u n g erfahren, sind wertlos, d a sie einzig Abzweige des gleichen G r u n d w a s s e r s t r o m e s darstellen, der bei A u s f ü h r u n g des B r u n n e n s insgesamt seinen W e g zu diesem n i m m t . W o sich das Wasser bei solchen Versuchen k o n s t a n t erhält, ist dieses Bohrloch besonders zu konnzeichnen und ist dort die Möglichkeit des Baues eines weiteren B r u n n e n s gegeben, wenn der P u m p versuch ein günstiges Res u l t a t ergibt. Die herzustellenden Brunnen können d u r c h Abzweige u n d Leitungen zu einem R o h r s t r a n g vereinigt werden. Bisweilen liegt die O r t s c h a f t höher als das Gelände, in welchem die B r u n n e n erschlossen w e r d e n . In diesem Falle erübrigt nichts, als S a u g b e h ä l t e r u n d P u m p s t a t i o n in die n ä c h s t e N ä h e der B r u n n e n zu verlegen u n d das Wasser von dort aus zum Orte bzw. H o c h b e h ä l t e r zu p u m p e n . V e r h ä l t sich die Sache derartig, so wird bisweilen der S a u g b e h ä l t e r u n d die P u m p s t a t i o n so a n g e o r d n e t , daß beide ziemlich in der Mitte der B r u n n e n a n l a g e zu liegen k o m m e n . Die Vereinigung der einzelnen Brunnenleitungen erfolgt alsdann kurz vor dem Saugbehälter. Solche Anlagen werden jedoch meist teuer u n d schwierig, d a m i t Sicherheit a n z u n e h m e n ist, d a ß die sämtlichen F u n dierungsarbeiten u n t e r s t a r k e m W a s s e r z u d r a n g vor sich gehen müssen, wodurch u n t e r U m s t ä n d e n der G r u n d w a s s e r s t r o m in seiner R i c h t u n g u n d Höhenlage b e e i n f l u ß t wird und etwa

166

I I . Teil.

Wasserversorgungsanlagen.

schon e r b o h r t e Flüsse zu versiegen v e r m ö g e n . Es ist also g r o ß e V o r s i e h t n ö t i g u n d , w e n n ein a n d e r e r n a h e l i e g e n d e r P l a t z f ü r diese b a u l i c h e n Anlagen v o r h a n d e n ist, besser, diesen zu w ä h l e n u n d d a f ü r die S a u g l e i t u n g e t w a s länger zu g e s t a l t e n , wobei n a t ü r l i c h g r ö ß t e Vorsicht b e i m D i c h t e n u n d Verlegen der R o h r e unerläßlich ist. I n s b e s o n d e r e m u ß bei m o o r i g e m oder weichem U n t e r g r u n d e des R o h r g r a b e n s d u r c h E i n r a m m e n v o n P f ä h l e n , d e r e n K ö p f e als U n t e r l a g e f ü r jede R o h r m u f f e zu d i e n e n h a b e n , Vorsorge g e t r o f f e n w e r d e n , d a ß infolge von R o h r s e n k u n g e n keine Muffe u n d i c h t w i r d oder gar ein R o h r b r u c h eintritt. Womit S c h w i m m s a n d zu k ä m p f e n ist, wird der B a u n o c h schwieriger, b e s o n d e r s wegen der R o h r g r ä b e n , d e r e n Auss c h a c h t u n g selbst bei solidester V e r b o l z u n g m a n c h m a l g e r a d e z u u n m ö g l i c h wird, da der S a n d d u r c h j e d e Fugt 1 in den G r a b e n t r i t t , die A u s s c h a c h t u n g e n d u r c h W e g s p ü l e n des S a n d e s des H a l t e s b e r a u b t u n d sie so z u m E i n s t u r z b r i n g t . G e n a u e JJodenu n t e r s u c h u n g e n d u r c h P r o b e l ö c h e r sind d a h e r a u c h f ü r die S a u g l e i t u n g e n u n e r l ä ß l i c h , u n d es ist bisweilen g e b o t e n , auf g r ö ß e r e n Umwegen die L e i t u n g e n zu verlegen. L a n g e M a n n e s m a n n - F l a n s c h e n s t a h l r o h r e , von denen m e h r e r e a u ß e r h a l b des G r a b e n s g e d i c h t e t u n d z u s a m m e n eingelassen w e r d e n , h e l f e n n i c h t selten ü b e r g a n z s c h l e c h t e U n t e r g r u n d v e r h ä l t n i s s e h i n w e g u n d sind auf solche A r t M u f f e n k n i c k u n g e n u n d R o h r b r ü c h e verm i e d e n . Meist ist j e d o c h die G r a b e n a u s b o l z u n g d e m E i n l e g e n l ä n g e r e r R o h r l e i t u n g e n h i n d e r l i e h , u n d es b e s t e h t keine G e w ä h r d a g e g e n , d a ß sich S e n k u n g e n u n d E r h e b u n g e n einstellen, welche zu S c h l a m m a b l a g e r u n g e n b z w . L u f t a n s a m m l u n g e n A n l a ß g e b e n . J e d e n f a l l s m ü s s e n a u c h in diesem Falle P f ä h l e zur U n t e r s t ü t z u n g der R o h r e e i n g e r a m m t w e r d e n , deren H ö h e g e n a u festzulegen ist. W a s für derartige Leitungen mit schlechtem Lintergrunde gesagt ist, gilt s e l b s t r e d e n d f ü r alle R ö h r e n f a h r t e n . (59. Die Herstellung kleinster

Wasserversorgungsanlagen.

Es seien hier noch k u r z die W a s s e r v e r s o r g u n g s a n l a g e n f ü r E i n z e l h ö f e und kleinere 1 D ö r f e r geschildert.

69. Die Herstellung: kleinster Wasserversorgungsanlagen.

167

I m allgemeinen verfolgt m a n hierzu zwei W e g e : 1. E n t w e d e r h a t das Wasser natürliches Gefälle, so dal.» es an den b e s t i m m t e n Stellen noch als L a u f b r u n n e n zum Abfluß g e b r a c h t werden k a n n , d a n n wird dasselbe ebenso beigeleitet, wie bei der Zuleitung der Quellen zum S a m m e l s c h a c h t e angegeben wurde, wobei jedoch die A u s l a u f h ö h e über dem Boden zu berücksichtigen u n d festzuhalten ist, d a ß bis zu jedem weiteren B r u n n e n eine geringe W a s s e r m e n g e fortzufließen h a t ; oder 2. das Wasser h a t kein Gefälle gegen die O r t s c h a f t , jedoch n a c h einer beliebigen anderen Richtung, so d a ß der Einbau eines hydraulischen W i d d e r s möglich ist. Ad 1: Es ist z. B. eine W a s s e r m e n g e von 0,6 Sek./l verf ü g b a r , welche auf 300 m E n t f e r n u n g u n d einem v o r h a n d e n e n gesamten Naturgefälle von 7 m den ersten B r u n n e n speisen m u ß u n d sollen an demselben 0,2 Sek./l zum Auslaufe gel a n g e n ; der zweite B r u n n e n liegt in gleicher H ö h e wie der erste, jedoch 400 m von der Quelle e n t f e r n t , u n d der dritte bei 4 5 0 m Leitungslunge u m 2 m höher, und sollen die beiden letzteren Brunnen n a h e z u die gleiche Wassermenge liefern, somit je 0,2 Sek./l. Wie ist die L e i t u n g a u s z u f ü h r e n ? Vor allem ist der H a u p t s t r a n g bis zum ersten zu b e s t i m m e n .

Brunnen

Bei einem R o h r d u r c h m e s s e r von 1 % " = 44,45 m m und einer Wassergeschwindigkeit von 0,4 m p r o S e k u n d e k o m m e n 0,621 Sek./l n a c h T a b . I 1 zur F ö r d e r u n g . Der D r u c k h ö h e n verlust wird dabei pro 100 m = 0,458 oder für 300 m r u n d 1,37 Meter, bei 400 m 1,83 u n d bei 450 = 2,06 r u n d 2,10 m. Nun liegt der oberste B r u n n e n um 3 m höher, der Gefällsverbrauch bis zu diesem wäre d a h e r 2,06 - ( - 3 , 0 0 = 5,06, so d a ß bei 7 m Gesamtgefälle das Wasser noch u m 1,94 m oberhalb des Rohres zum Auslaufe m i t der betreffenden Geschwindigkeit gelänge, wenn es direkt, d. i. ohne eine dazwischen s t a t t f i n d e n d e W a s s e r a b g a b e dorthin geleitet würde. Das ist jedoch n i c h t der Fall, d a bereits beim ersten B r u n n e n 0,2 Sek./l z u m Auslaufe gelangen, so d a ß beim zweiten nur mehr 0,4 1 a n k o m m e n , von welchen 0,2 wiederum abzufließen haben, weshalb die letzte

168

II. Teil.

Wasserversorgungsanlagen.

R o h r s t r e c k e mit 3 m Terrainsteigung n u r noch 0,2 Sek./l zu fördern hat. Es ist daher wahrscheinlich, d a ß dieses Wasser noch m i t einer entsprechend geringen Geschwindigkeit bei gen ü g e n d großen Rohren zum Ausflusse gelangt, was im n a c h s t e h e n d e n u n t e r s u c h t werden soll. Der D r u c k h ö h e n v e r l u s t auf 300 m w u r d e bei 44,45 m m R o h r l i c h t w e i t e auf 1,37 m angegeben. U m 0,2 Sek./l bei einer Geschwindigkeit von 0,4 m sekundlich im Steigrohr zum Auslauf zu bringen, sind Rohre mit 25 m m Lichtweite erforderlich. Der D r u c k h ö h e n v e r l u s t auf 100 m wird r u n d 0,8 m ; auf die H ö h e des Auslaufes über dem Rohre mit ca. 2,5 m L ä n g e t r e f f e n n o c h 20 m m , welche für die B e r e c h n u n g z u n ä c h s t a u ß e r B e t r a c h t bleiben. Vom ersten B r u n n e n ab fließen nur m e h r 0,4 Sek./I im l l a u p t r o h r e . Wird dessen Durchmesser beib e h a l t e n , so fließt diese Wassermenge bereits bei einer Geschwindigkeit von 0,3 m pro S e k u n d e u n d wird der Druckh ö h e n v e r l u s t dabei 0,33 pro 100 m. Der Gefällsverlust bis z u m ersten B r u n n e n b e t r ä g t , wie gefunden wurde, 1,37 m, auf die E n t f e r n u n g bis zum zweiten Brunnen 0,33 m, im ganzen d a h e r bis zu l e t z t e r e m 1,70 m. Das Steigrohr wird w i e d e r u m 1" oder 25 m m Lichtweite erhalten bei 20 m m D r u c k h ö h e n v e r l u s t , die ebenfalls vorerst u n b e r ü c k s i c h t i g t bleiben. In der letzten Strecke fließen 0,2 Sek./l. R e d u z i e r t m a n die Leitung von 44,45 m m auf 40 m m r so fließt diese Wassermenge bereits bei einer Geschwindigkeit v o n 0,2 m durch das gewählte Rohr u n d der D r u c k h ö h e n v e r l u s t wird auf weitere 50 m E n t f e r n u n g = 0,181 pro 100 m oder 0,09 m f ü r diese 50 m. Im ganzen wird im- daher 1,70 0 , 0 9 = 1,79 oder r u n d 1,80 m, u n d zwar bis zum dritten B r u n n e n . Dieser liegt u m 2 m höher, so d a ß der D r u c k h ö h e n v e r l u s t sich auf 3,80 m erhöht. N a c h d e m insgesamt 7 m Gefälle v o r h a n d e n sind u n d der Auslauf 2 m über dem H a u p t r o h r e angeordnet werden k a n n , sind v o n diesem Gefälle 5,80 m v e r b r a u c h t , w ä h r e n d der D r u c k h ö h e n v e r l u s t im Steigrohr v o n 1 " oder 25 m m Lichtweite w i e d e r u m n u r 20 m m b e t r ä g t , so d a ß die nötige W a s s e r m e n g e auch d o r t z u m Auslauf gelangt. Der Ü b e r s c h u ß an D r u c k h ö h e von 1,20 m verbleibt zur Ü b e r -

70. H y d r a u l i s c h e

Widder.

vvindung dos • R ö h r e n w i d e r s t a n d e s in den Steigleitungen z u m Auslaufe von insgesamt 8 - 2 0 — 60 m m , sowie anderer D r u c k h ö h e n v e r l u s t e , z. 13. bei E i n t r i t t v o m H a u p t r o h r in das Steigrohr. D u r c h Regulierhahnen, welche vor dem B r u n n e n auslaufe, u n d zwar hinter d e m H a u p t r o h r e eingebaut worden, k a n n die Wassermenge f ü r jeden B r u n n e n genau geregelt werden. Die Rohre m ü s s e n bei den sich ergebenden geringen Geschwindigkeiten absolut frosti'rei eingebettet werden u n d ist a n g e n o m m e n , d a ß eine V e r s a n d u n g usw. ausgeschlossen ist. Wie das Berechnungen unersetzliches zeitraubenden

d u r c h g e f ü h r t e Beispiel lehrt, bietet für solche die einschlägige T a b . I 1 u n d 2 ein geradezu Hilfsmittel, d a ohne diese eine große Zahl von Versuchsrochnungen anzustellen wäre. 70. Hydraulische Widder.

Ad 2: Es wäre n u n n o c h die W a s s o r i o r d e r u n g m i t t e l s hydraulischer W i d d e r zu e r l ä u t e r n . Häufig t r i t t der Fall ein, d a ß einzelne Orte höher liegen als jene v o r h a n d e n e n Quellen, welche für eine solche W a s s e r v e r s o r g u n g in Betracht k o m m e n . B e d i n g u n g ist dabei, daß d a s A b f l u ß g e r i n n e der b e t r e f f e n d e n Quelle ein lebhaftes Gefälle besitzt u n d die Q u e l l s c h ü t t u n g erheblich ist, da beim W i d d e r sehr viel Wasser als T r i e b k r a f t verloren geht. I m allgemeinen läßt sich p r a k t i s c h die zu fördernde Wassermenge d a d u r c h ermitteln, d a ß m a n die Formel anwendet:.

worin Q die zufließende W a s s e r m e n g e , Q0 die zu hebende solche b e d e u t e t , g stellt das Gefälle zum W i d d e r d a r , h bezeichnet die Höhe, auf welche das W a s s e r zu treiben ist, u n d a den W i d e r s t a n d im W i d d e r selbst u n d in den beiden Leitungen. Dieser b e t r ä g t n a c h allgemeinen E r f a h r u n g e n bei einwandfreier H e r stellung der Gesamtanlage u n d richtiger B e r e c h n u n g der Rohrlichtweiten 3 0 % , der W i r k u n g s g r a d der Anlagen ist d a h e r 70%. Nicht f a c h m ä n n i s c h hergestellte Widdereinrichtungen, sinken auf 6 0 % , s t ü m p e r h a f t e sogar auf 5 0 % herab.

I I . Teil. .Derartige

Machwerke

gezogen werden. einzusetzen I s t Q— w i r d Q0= Ist

Wasservcrsorgungsanlageii. können

jedoch

nicht

E s w i r d d a h e r in o b i g e r

in

z.

H. d a s

Gefälle

wurde,

zum

auf

150

Widder, m

welches

Leitungslänge

Rohrdurchmesser

verlust von 2 , 4 0 m pro 1 0 0 m für v = erleiden. und

nicht

Handel

ni

Druckhöhen-

1, s o m i t v o n 3 , 1 0 m i m

wäre

die

vorausgegangene

anzuwenden.

einer E i n s t r ö m u n g s ö f f n u n g von im

4

Der Nutzeffekt würde daher außerordentlich

jedenfalls

Fällen

mit

erreichbar,

von 2 " oder 5 0 , 8 0 m m

L i c h t w e i t e d i e W a s s e r m e n g e v o n 2 Sek./I e i n e n

solchen

0,7

1 2 0 Min./'], a = 0 , 7 , g— 4 m u n d h = 2 0 m , so I '>() • 0 7 • 4 " ,)()' 1.20 • 0 , 7 - 4 = 1 0 , 8 M i n . / ' l o d e r 0 , 2 8 S e k . / ] .

so w ü r d e b e i e i n e m

gering

a mit

sein.

angenommen

ganzen

Uetracht

Formel

sind,

behilft

Da

mehr

man

sich

jedoch

als

in

Formel Widder

2 " nicht

solchen

in mit

allgemein

Fallen

häufig

d a m i t , daß bis zum W i d d e r größere R o h r e verwendet

werden,

w e l c h e k u r z v o r d i e s e m a u f die n o r m a l e E i n l a u l ' w e i t e

zu r e d u -

z i e r e n s i n d , o d e r m a n w ä h l t z w e i W i d d e r , w e l c h e z u s a m m e n in einen

Windkessel

günstigste

Abhilfe

arbeiten

können

oberhalb

reservoir, welchem das

Quellwasser

große Leitung zugeführt wird, von

diesem

Hecken

zum

der Auslauf

trichterförmig

diesem Hochbehälter

gleichen

Höhe

Zuleitungsrohr

liegen kurz

über

eine

alsdann

jener dem

entsprechend

nur

noch

ßetrieb

Quellfassung,

Hoden

einen

oder

wenn

Der Wasserspiegel

ruhendem

der

als

lloch-

insbesondere,

gestaltet wird. bei

errichtet kleines

das kurze A b f l u ß r o h r

verursacht,

kann

wie

man ein

durch

während

Widder

minimalen Druckhöhenverlust in

bzw.

des W i d d e r s

in

in

der

wenn

das

diesen

selbst

mündet. Die Zuleitungsrohre alsdann in d e n für

wegen

der

von

geringen

der

Quelle zum

Reservoir

Wassergeschwindigkeit

H o d e n zu l e g e n u n d d a s S t e i g r o h r g e h t i n n e r h a l b

die W i d d e r a n l a g e

erforderlichen

Häuschens

sind

frostfrei

isoliert

des nach

aufwärts. I s t d a s G e f ä l l e n i c h t g r o ß , so k a n n a n S t e l l e d e s

letzteren

ein D o p p e l s c h a c h t t r e t e n , d e s s e n W a s s e r k a m m e r so h o c h e r b a u t w i r d , d a ß s i c h der Z u f l u ß b i s a u f d i e H ö h e d e s

Quellwasser-

70. I-lydnmIisdio spicgcls zu erheben v e r m a g .

Widder.

171

Die Z u l e i t u n g zu dieser

Kammer

k a n n b e l i e b i g g r o ß g e w ä h l t w e r d e n und ist ein f r o s t f r e i e s V e r legen der R o h r e m ö g l i c h g e m a c h t . kammer

ist t r o c k e n

und Ventile. zum

und

dient

Aufstellung

Schacht-

der

Widder

Das v e r b r a u c h t e Betriebswasser g e l a n g t v o n d o r t

Abfluß. Verwendet man

Lichtweite bereits

für

2,30

die

im g e g e b e n e n Zuleitung,

Sek./l,

wobei

3,78 m

oder

Fallhöhe

50,80

fördern

der

zum

v =

Druckhöhenverlust = 150 m w i r d .

Widder y = l

wird

0,;>

0,145

A u f 4,0 m

bei

—

Rohren

von

der

Druckhöhenverlust Der g e s a m t e solche

ist daher 0,22 +

B e t r ä g t die L ä n g e der S t e i g -

gelordert

bei

100 m m

bei

0,09 m .

250 ra

und

diese

p r o .Meter 0,024 m , auf 3,78 in = leitung

mm

Falle Rohre von

so

p r o 100 m und r u n d 0,22 m pro 0,22 = 2"

Die anstoßende

zur

0 , 0 9 = 0,31 m . und

werden,

sollen so

mindestens

wären

Rohre

L i c h t w e i t e zu w ä h l e n , w e l c h e bei v = Wasser

lassen

, >, 0,04 m,

• im

und w o b e i der

0,28 Sek./l

mit

l1//' =

„ „ hallo

diesen mm.

0,4 bereits 0,317 Sek./l

Druckhöhenverlust

angenommenen

in

31,75

, also

p r o 100 m

250,0 • 0,1/) j ^ — 1,/

m

beträgt. D e m n a c h e r g i b t sich ein w i r k s a m e s G e f ä l l e v o n 4,0 — 0,31 =

3,(!9 m bei einer S t e i g h ö h e v o n 21,70 m einschließlich

Röhrenwiderstandes.

.Man

kann

die

Widerstände,

des

welche

i n f o l g e der R e i b u n g und A d h ä s i o n der V e n t i l e b e i m G a n g e des W i d d e r s entstehen, d u r c h s c h n i t t l i c h m i t :l5 0 , o a n n e h m e n . Setzt

man

die g e w o n n e n e n

Werte

in

die

2,0 • 0,85 • 3,(¡9 h o r m e l ein, so erhält m a n ^ = Damit

ist

bewiesen,

daß

diese

vorangeführte

r u n d 0,28.

Formel

zwar

unter

be-

s t i m m t e n V o r a u s s e t z u n g e n z u t r i f f t , j e d o c h als G r u n d b e d i n g u n g e r f o r d e r t , daß die

Druckhöhenverluste

die

kleinsten

werden.

E s ist daher n i c h t v e r w u n d e r l i c h , daß W i d d e r a n l a g e n , welchen keine genaue dem

B e r e c h n u n g z u g r u n d e l i e g t und sozusagen

Gefühle

hergestellt

werden,

oftmals

recht

nach

ungünstige

R e s u l t a t e liefern. M a n sollte daher bei Bestellung eines W i d d e r s nie v e r s ä u m e n ,

sich über

den W i r k u n g s g r a d

h e b u n g s v o r r i c h t u n g zu i n f o r m i e r e n u n d v o m

dieser

Wasser-

Lieferanten

Ga-

172

II. Teil.

Wasserversorgung'sanlagen.

r a n t i e zu verlangen, d a ß die Reibungswiderstände, die Adhäsion der Ventile u n d das Eigengewicht der letzteren infolge Verwend u n g schlechten Materiales nicht zu groß wird. Der W i r k u n g s grad der W i d d e r soll 9 0 — 9 2 % ihrer ideellen L e i s t u n g b e t r a g e n . Daß Widderanlagen für kleinere Wasserversorgungen Vorzügliches leisten, ist nicht zu bestreiten, da sie bei Gefällen bis zu 8 m o f t j a h r e l a n g tadellos arbeiten, falls nicht übersehen wird, sich zu vergewissern, ob die nötige L u f t für den Windkessel v o r h a n d e n ist. F e h l t diese, so t r i t t ein Stillstand im Betriebe ein, der allerdings sehr rasch wieder behoben ist. Gelangen höhere Gefälle als 8 m zur V e r w e n d u n g , so müssen die Ventile a u s bestem Materiale hergestellt werden, da sie sich sonst leicht a b n ü t z e n . W o m a n also gezwungen ist, das ganze v o r h a n d e n e Gefälle auf den Widder wirken zu lassen, also 10—15 m in maxirno, wird m a n gut t u n , stets ein p a a r gute Ventile beider Sorten in Bereitschaft zu halten. Die e n t s t e h e n d e n kleinen Mehrkosten spielen keine Rolle im Verhältnis zu den Vorteilen, welche oft mit einer erhöhten Wasserf ö r d e r u n g v e r k n ü p f t sind. Hinsichtlich des Stillstandes eines W i d d e r s nach erfolgtem Verbrauche der Luft im Windkessel ist Abhilfe d a d u r c h geschaffen, d a ß man den letzteren oben mit einem kleinen Löchelchen versieht. Bisweilen behilft m a n sich mit der Anb r i n g u n g eines Lufteinlaßventiles an einem T-Stücke kurz vor der M ü n d u n g des Triebrohres in den W i d d e r . Sie b e s t e h t a u s einem hohlen schwimmenden Metallkiigelchen, das den Wassera b f l u ß sperrt, jedoch abfällt u n d die A n s a u g u n g von L u f t durch das s t r ö m e n d e Wasser g e s t a t t e t , solange das S t o ß v e n t i l solches a u s w i r f t . W i r d das Tellerventil z u m Windkessel gehoben, so wird, da der L u f t e i n l a ß v o r diesem s t a t t f i n d e t , mit L u f t gemischtes W r asser in den W i d d e r g e f ü h r t u n d das fortgerissene ergänzt. Aber a u c h diese A n o r d n u n g bedarf der U n t e r h a l t u n g , so d a ß sie keine besondere V e r b r e i t u n g f a n d . Man wird also gut t u n , sich m i t dem Löchelchen im Windkessel zu begnügen u n d den W i d d e r von Zeit zu Zeit kontrollieren. W o zwei oder mehrere solche z u s a m m e n arbeiten, u n d zwar jeder in einen eigenen Windkessel, ist es höchst unwahrscheinlich, d a ß die ganze Anlage zum Stillsland k o m m t ; f u n k t i o n i e r t

71. K o n s t r u k t i o n u. W i r k u n g s w e i s e d. I i y d r a u l i s c h e n W i d d e r .

173

der eine nicht, so wird der a n d e r e im Betrieb sein, u n d m a n wird sofort an der spärlichen Wasserlieferung merken, d a ß e t w a s nicht in O r d n u n g ist. In neuerer Zeit sind W i d d e r im Handel, welche sich selbsttätig in Betrieb setzen, L u f t d u r c h Ü f f n e n eines Ventiles einlassen u n d letzteres alsdann wieder schließen. Die K o n s t r u k t i o n ist sehr sinnreich, v e r m a g sich aber nicht überall einzubürgern. 71. Konstruktion und Wirkungsweise der hydraulischen Widder. Die K o n s t r u k t i o n der W i d d e r ist folgende: Das Triebrohr, welches das Aufschlagwasser liefert, e r h a l t u n t e r dem W i d d e r ein T-Stück. Sein stinkrecht gerichteter Abzweig s t e h t durch F l a n s c h e n v e r b i n d u n g mit dem Boden des Windkessels in V e r b i n d u n g u n d befindet sich dort ein Telleroder Klappenventil, welches sich gegen den Windkessel zu ö f f n e t . Am horizontalen E n d e des T-Stückes ist ein r e c h t winkeliger Bogen a n g e s c h r a u b t , der ebenfalls durch Flanschenv e r b i n d u n g das Stoßventil t r ä g t , welches so a n g e o r d n e t ist, d a ß es anfänglich vorne zu seiner Schwere an einer F ü h r u n g nach a b w ä r t s h ä n g t und den Ausfluß des Wassers freiläßt. Die W i r k u n g des W i d d e r s b e r u h t n u n auf der S t o ß k r a f t des in der Zufluß- oder Betriebsleitung fließenden Wassers, welche d a d u r c h a u s g e n u t z t wird, d a ß es plötzlich a b g e s p e r r t wird. ¡Nach der A b s p e r r u n g erfolgt das Öffnen der Leitung, wobei das Wasser neuerdings in Bewegung gerät, u n d dieser V o r g a n g wiederholt sich selbsttätig, sobald der W i d d e r durch öfteres Heben u n d Loslassen des Stoßventiles in Tätigkeit gesetzt wurde. Letzteres v e r a n l a ß t das plötzliche Absperren u n d Ö f f n e n der Leitung. Das Stoßventil schließt sich, wenn das Betriebswasser seine volle Geschwindigkeit bzw. A r b e i t s k r a f t erreicht h a t , u n d sperrt d a d u r c h den Abfluß, wobei ein Teil des Wassers das Ventil unter dem Windkessel h e b t u n d in diesen e i n t r i t t . Die d o r t v o r h a n d e n e L u f t p r e ß t das Wasser in die Steigleitung. Es steigt dort zunächst bis auf Gefällshöhe empor. So lange bis dieser Z e i t p u n k t erreicht ist, m u ß das S t o ß v e n t i l gehoben u n d fallen gelassen werden. Ist die nötige P r e s s u n g der L u f t im Windkessel erreicht, so f ä n g t der W i d d e r selbsttätig zu ar-

174

II. Teil.

Wasserversorgungsanlagen.

b e i t e n a n . Die a u f t r e t e n d e n R ü c k s t ö ß e t r e i b e n e i n e n Teil d e s W a s s e r s a u f d i e .">—10 m a l so g r o ß e H ö h e , a l s d a s G e f ä l l e z u m W i d d e r b e t r ä g t . Die b e i d e r s e i t i g e n W a s s e r s ä u l e n e r g e b e n d i e g l e i c h e A r b e i t s l e i s t u n g , w e n n d i e W i d e r s t ä n d e in d e n L e i t u n g e n u n d im W i d d e r berücksichtigt w e r d e n . Nach den neuesten V e r s u c h e n soll eine W i d d e r a n l a g e i m V e r h a l t n i s s e 1: 5 bis 1: 7 d i e g ü n s t i g s t e n R e s u l t a t e l i e f e r n . D e r V e r f a s s e r k a n n sich d i e s e r A n s i c h t n u r in b e d i n g t e r W e i s e a n s c h l i e ß e n , d a b e i r e c h n e r i s c h e r B e s t i m m u n g der Rohrlichtweiten u n d g a r a n t i e r t e r effektiver W i d d e r l e i s t u n g s t e t s die; f ü r d e n g e g e b e n e n F a l l e r r e i c h b a r e Wassermenge gehoben werden kann. D a ß z u große, G e f ä l l e s c h ä d l i c h w o r d e n k ö n n e n , w u r d e b e r e i t s e r w ä h n t . Sie b i l d e n jedoch nötigenfalls kein Hindernis für derartige A u s f ü h r u n g s weisen. W o bei g e r i n g e r e m G e f ä l l e d a s e r f o r d e r l i c h e W a s s e r reichlich gehoben werden k a n n , wird m a n — schon aus Rücks i c h t a u f d i e B a u k o s t e n — s e l b s t r e d e n d ein z u g r o ß e s G e f ä l l e v e r m e i d e n , d a s , wie e r w ä h n t , d e n V e n t i l e n s c h ä d l i c h ist. Setzt m a n

im V e r f o l g e d e s v o r a u s g e g a n g e n e n

Beispieles

d i e D r u c k h ö h e n Verluste in b e i d e n L e i t u n g e n u n d z w a r f ü r d i e T r i e b l e i t u n g 0 , 3 1 u n d f ü r d i e S t e i g l e i t u n g 1,7 m in R e c h n u n g , so e r h ä l t m a n f ü r 2 Sek./I 1 Wasser ~

' = r u n t l 2 8 Min. I, 21,/0 ' ' w o b e i 0 , 8 5 d e n W i r k u n g s g r a d d e r W i d d e r b e z e i c h n e t . M a n erh ä l t a l s o d a s gleiche R e s u l t a t w i e bei A n w e n d u n g d e r F o r m e l , b e i w e l c h e r o h n e R ü c k s i c h t a u f d i e W i d e r s t ä n d e in d e n Leit u n g e n d e r W i r k u n g s g r a d e i n e s W i d d e r s m i t 0,7 a n g e g e b e n w a r . Die F o r m e l i s t also r i c h t i g , w e n n d i e D r u c k h ö h e n v e r l u s t e d i e geringsten werden. Daher die schlechten R e s u l t a t e bei d e n meisten Widderanlagen, w e n n die R o h r e falsch g e w ä h l t w u r d e n . S r h e i n a l i s c h e Ihustelliini:' der W i r k u n g s w e i s e eines hydi'aul. Widders. H ist d a s Reservoir, welches sein W a s s e r v o m Q u e l l e n s a m m l e r e r h a l t (bzw. Bach, Teich usw., falls W i d d e r nicht f ü r T r i n k wasser Versorgungsanlagen dienen sollen), L bzw. LI ist die L e i t u n g f ü r das B e t r i e b s w a s s e r des W i d d e r s , 1' ist d a s W a s s e r e i n t r i t t s v e n t i l in den Windkessel W, S b e z e i c h n e t das S t o ß v e n t i l u n d I) die Steig- oder D r u c k l e i t u n g , 0 ist eine Ö f f n u n g bzw. H a l m e n f ü r Z u f u h r von L u f t . S i e h e S k i z z e S e i t e 176.

72. Die P r o j e k t i e r u n g lies e i g e n t l i c h e n D r u c k r u h m e t z e s .

175

Die Verteilung des d u r c h W i d d e r a n l a g e n geförderten W a s sers erfolgt in gleicher Weise wie bei Leitungen mit n a t ü r l i c h e m Gefalle. ' Daß auch S p r i n g b r u n n e n , Wiesenbewässerungen usw. mittels Widderanlagen hergestellt werden können, soll hier besonders hervorgehoben werden. 72. Die Projektierung des eigentlichen Druckrohrnetzes. a) A 11 g e m e i n e s. Kin eingangs von Teil II d u r c h g e f ü h r t e s Beispiel h a t gezeigt, daß bei 7 Sek./l Wasser durch Einschaltung eines Hochreservoires mit 400 cbm W a s s e r i n h a l t eine klein«! S t a d t durch eine Hochquellenleitung versorgt zu werden vermag, und d a ß der Tagesbedarf große S c h w a n k u n g e n aufweist, welche d a d u r c h ausgeglichen werden, d a ß das Reservoir zu Zeiten höchsten Bedarfes Wasser von seinem Überschüsse abgibt. Es ist daher, wie dort schon e r w ä h n t wurde, klar, d a ß die Rohre f ü r den höchsten W a s s e r v e r b r a u c h zu berechnen sind, d a m i t nicht die D r u c k h ö h e bei erhöhter Wassergeschwindigkeit zu stark h e r a b s i n k t . U m insbesondere bei Feuersgefahr hinreichend Wasser u n t e r s t a r k e m Drucke zu erhalten, sind im vorausgehenden u n d in weiterem Verfolgt' des begonnenen Beispieles Rohre mit 200 m m Lichtweite vorgesehen worden, welche bei einer Wassergeschwindigkeit von 0,5 m sekundlich 10,708 1 Wasser fördern. Diese Menge soll nun in der S t a d t tunlichst dem Bedarfe e n t s p r e c h e n d verteilt werden, weshalb v o r t e i l h a f t K o n s u m a u f n a h m e n der H o h r d u r c h m e s s e r b e s t i m m u n g vorausgehen. b) D i e S y s t e m e e i n e s R o h r n e t z e s. Man unterscheidet im allgemeinen zwischen Zirkulationsleitungen u n d solchen nach dem Verästelungssysteme. Letzteres verzweigt sich, wie schon der N a m e besagt, in eine Reihe von E n d s t r ä n g e n , die erst von d e m H a u p t rohre, d a n n von den Nebensträngen ausgehen, ohne d a ß die so entstehenden Endpunkte miteinander verbunden würden.

176

I I . Teil.

Wasserversorgungsanlagen.

Zirkulationsleitungen n e n n t man j e n e , deren E n d p u n k t e und Verteilungen gegenseitig so verbunden werden, daß j e d e r S t r a n g sein Wasser von m i n d e s t e n s zwei Seiten erhält. L e t z t e r e s S y s t e m ist vorzuziehen, da eine S c h l a m m a n s a m m l u n g a m E n d e der L e i t u n g vermieden ist, die W a s s e r e n t n a h m e geringere D r u e k s c h w a n k u n g e n v e r u r s a c h t , eine E r w ä r m u n g des Wassers oder Einfrierungsgefahr v e r m i n d e r t wird u n d bei Rohrbriichen usw. Störungen in dem W a s s e r bezuge auf das geringste M a ß b e s c h r ä n k t werden können. Allein nur in seltenen F ä l l e n ist es ohne b e d e u t e n d e Mehrk o s t e n möglich, eine vollständig geschlossene Zirkulationsleitung herzustellen. Man ist daher meist gezwungen, beide S y s t e m e gleichzeitig zur A n w e n d u n g zu bringen und z. B .

in langen über die Peripherie der S t a d t sich weit hinausziehenden S t r a ß e n s o g e n a n n t e E n d - oder t o t e S t r ä n g e einzub a u e n und dieselben a m Schlüsse der L e i t u n g m i t einem H y d r a n t e n oder einem eigenen S c h l a m m a b l a ß zu versehen, der jederzeit eine S ä u b e r u n g des betreffenden E n d s t r a n g e s zuläßt. A m tiefsten P u n k t e des R o h r n e t z e s ist a u c h bei Zirkulationsleitungen eine E n t s c h l a m m u n g s l e i t u n g m i t A b sperrschieber vorzusehen, nötigenfalls auch mehrere solche. H y d r a n t e n können, wie e r w ä h n t , gleichfalls zur E n t s c h l a m m u n g b e n u t z t werden, und bei ihrer Verteilung ist a u c h diesem U m s t ä n d e R e c h n u n g zu t r a g e n . c) Es teilung

B e s t i m m u n g

wurde

im

des

vorausgehenden

des W a s s e r s

durch

Rohrnetzes. erwähnt,

entsprechende

daß

Wahl

die der

durchmesser eine möglichst gleichmäßige, d. i. dem

VerRohr-

Bedarfe

72. I)ic Projektierung' des eigentlichen Druckrohrnetzes.

177

entsprechende sein soll. Sind keine Zirkulationsstränge vorh a n d e n , so lassen sich die einzelnen R o h r d u r c h m e s s e r auf G r u n d der T a b . 1 :1 u n d der vorausgegangenen K o n s u m a u f n a h m e leicht b e s t i m m e n . Aber auch hier schon ist m a n genötigt, nicht, die rechnerisch b e s t i m m t e n oder aus der Tabelle e n t n o m m e n e n Rohrdurchmesser zu wählen, sondern größere, da die zur Zeit der K o n s u m a u f n a h m e v o r h a n d e n e n Gewerbe vielfach wechseln, durch Auf- oder N e u b a u in den einzelnen Straßen eine dichtere Bevölkerung e n t s t e h t usw. Das gleiche gilt von Zirkulationsleitungen, die allerdings eine reichlichere W a s s e r e n t n a h m e g e s t a t t e n , im übrigen jedoch trotz schärfster Berechnung, oder vielleicht gerade infolgt 1 der letzteren, ebenfalls u n g e n ü g e n d ausfallen können. E s ist d a h e r rätlich, sich m e h r auf praktische E r f a h r u n g e n als auf eine schwierige und dem W a s s e r b e d a r f e nur selten entsprechende hydromechanische R o h r b e s t i m m u n g zu verlassen, u n d die Rohre im allgemeinen so groß zu wählen, d a ß bei ernstester Brandgefahr immer noch reichlich Wasser u n t e r einem starken Drucke vorh a n d e n ist. Von diesem Gesichtspunkte aus b e t r a c h t e t , spielt der normale W a s s e r v e r b r a u c h meist nur eine nebensächliche Rolle u n d ist für die P r o j e k t i e r u n g in erster Linie die Frage m a ß g e b e n d : wieviele H y d r a n t e n h a t der b e t r e f f e n d e Rohrs t r a n g zu speisen, bzw. wie groß ist ihre Zahl a n z u n e h m e n , d a m i t bei dringender Gefahr das Feuer w i r k s a m b e k ä m p f t werden k a n n ? Ist diese Frage b e a n t w o r t e t , so ist a u c h die hierzu erforderliche Wassermenge leicht zu berechnen u n d wird zu dieser lediglich der normale Verbrauch geschlagen. Es sollen aus diesen G r ü n d e n schon in besseren Dörfern Rohre unter 80 m m Lichtweite auch in den u n b e d e u t e n d s t e n Seiten strängen nicht v e r w e n d e t werden. Bei einem rationellen Projekte ist daher in erster Linie die Zahl u n d Lage der H y d r a n t e n , wenn möglich im Benehmen mit d e m K o m m a n d a n t e n der Feuerwehr festzusetzen, sowie Bedacht darauf zu n e h m e n , d a ß a u c h von abzweigenden R o h r s t r ä n g e n H y d r a n t e n f ü r die bet r e f f e n d e S t r a ß e v e r w e n d b a r gemacht w e r d e n , ebenso ob nicht von P a r a l l e l s t r a ß e n aus die Rückseite der Gebäude in Angriff g e n o m m e n werden k a n n usw. D a ß ein derartiges Vorgehen nötig ist, soll durch ein Beispiel e r l ä u t e r t w e r d e n : S

1, b e s t i m m t w i r d .

O b e r h a l b j e d e r D r u c k l i n i e ist die G e s c h w i n d i g k e i t v, die W a s s e r m o n g e Q und der R o h r d u r c h m e s s e r zu v e r z e i c h n e n . Z.

wobei

15. L i c h t w e i t e

100 m m , v =

0,5 u n d Q =

3,93 Sek./l,

»

100 m m , o —

|,0 und ( > = 7 , 8 5

»

100 m m , u =

1,5 und Q —

sich die W a s s e r m e n g e

d i r e k t der T a b .

»

11,78 S>

I 1 entnehmen

läßt. U m die A b s e n k u n g j e d e s einzelnen S t r a n g e s bei der W a s s e r entnahme

unter

einer

der

angegebenen

Geschwindigkeiten

s o f o r t ersichtlich zu m a c h e n , w i r d v o m m i t t l e r e n W a s s e r s t a n d e im H o c h b e h ä l t e r

oder

falls dieser v o r a u s s i c h t l i c h stets g e f ü l l t

b l e i b t , v o m höchsten die h y d r o s t a t i s c h e L i n i e , also eine zontale

über

das g e s a m t e

Längenprofil

gezogen.

Hori-

Man

d u r c h senkrechte L i n i e n der R e i h e n a c h die einzelnen

teilt Rohr-

s t r ä n g e ab und b e s t i m m t die A b s e n k u n g des obersten, ersten S t r a n g e s auf Grund d e r T a b . I 2, w e l c h e den

Druckhöhenver-

lust pro 100 m a n g i b t , indem m a n diesen auf die w i r k l i c h v o r handene L ä n g e umrechnet.

Die b e t r e f f e n d e H ö h e w i r d v o n der

K o t e des W a s s e r s p i e g e l s im H o c h b e h ä l t e r a b g e z o g e n u n d die neue

Kote

an

verzeichnet.

der

betreffenden

senkrechten

Abteilungslinie

V o n ihr aus w i r d w e i t e r a u f g e t r a g e n ,

u n d k o t i e r t usw.

Sämtliche Absenkungslinien

d a h e r u n t e r h a l b der h y d r o s t a t i s c h e n

gerechnet

befinden

sich

D r u c k l i n i e und w i r d an

j e d e m S t r a n g e die H ö h e n d i f f e r e n z z w i s c h e n dieser und der betreffenden

Piezometerlinie verzeichnet.

d e r einzelnen

S t r ä n g e , falls N a t u r m a ß e

Es genügt

die L ä n g e

nicht v o r l i e g e n ,

dem

L a g e p l a n e durch A b g r e i f e n zu e n t n e h m e n und die so e r m i t t e l t e n E n t f e r n u n g e n in das L ä n g e n p r o f i l Obwohl

die

Herstellung

dieser

außerordentlich einfach wird, wenn nommen werden, werden.

Arbeit,

ob d i e

sei

wie

die T a b e l l e n

so soll sie d o c h durch

Vorausgehend jedoch

t e i l u n g dessen,

einzutragen.

ein Beispiel e r l ä u t e r t

bemerkt,

Rohrlichtweiten

ersichtlich, zu H i l f e ge-

daß

zur

auch r i c h t i g

Beur-

gewählt

sind, die zeichnerische F e s t s e t z u n g der P i e z o m e t e r s t ä n d e uner-

72. Die Projektieruiií!' des eigentlichen Hnickrohrnelzes.

18.1.

läßlich ist, d a sie bei d e r zulässig g r ö ß t e n W a s s e r e n t n a h m e , die bei o — 1,5 m e i n t r i t t u n d dieses Mal.i nicht, ü b e r s c h r e i t e n d a r f , weil sonst b e i m A b s c h l u ß v o n H y d r a n t e n s t a r k e S t ö ß e in d e r L e i t u n g eintreten', die G r ö ß e d e r A b s e n k u n g s o f o r t e r s e h e n l ä ß t , o b der l i c h t e D u r c h m e s s e r d e r b e t r e f f e n d e n L e i t u n g zu g r o ß o d e r zu klein a n g e n o m m e n w u r d e . I s t eine M i n d e s t d r u c k h ö h e v o r g e s c h r i e b e n , z. B. 4 A t m . o d e r 4 0 m H ö h e ü b e r d e m T e r r a i n v o r d e m R a t h a u s e o d e r d e r K i r c h e usw., so w i r d diese p a r a l l e l z u r h y d r o s t a t i s c h e n Linie e b e n f a l l s im L ä n g e n p r o f i l e , u n d z w a r p u n k t i e r t u n d d u r c h l ' b e r s c h r i f t k e n n t l i c h g e m a c h t , eingezeichnet. S i n k t die W a s s e r d r u c k l i n i e a n i r g e n d e i n e r Stelle u n t e r diese Hilfslinie h e r a b , so ist eine Ä n d e r u n g in d e r Lage der H y d r a n t e n oder R o h r d u r c h m e s s e r f e s t s e t z u n g erforderlich. .Man w i r d also s t e t s g u t t u n , die P i e z o m e t e r s t ä n d e i m m e r v o r der definitiven R o h r b e s t i m m u n g mit Bleistift einzuzeichnen, die n ö t i g e n Ä n d e r u n g e n , weicht; sich e r g e b e n , v o r z u n e h m e n u n d d a n n e r s t die R o h r l i c h t w e i t e n e n d g ü l t i g in die. L a g e p l ä n e u n d L ä n g e n p r o f i l e e i n z u s c h r e i b e n , w o r a u f die D r u c k l i n i e n e n d g ü l t i g e i n z u z e i c h n e n u n d zu ü b e r s c h r e i b e n s i n d . Heide A r b e i t e n sind d a h e r n i c h t v o n e i n a n d e r zu t r e n n e n u n d soll d e s h a l b d a s folgende Beispiel in d i e s e m S i n n e d u r c h g e f ü h r t w e r d e n . R e i s p i e I. Das H o c h r e s e r v o i r einer kleinen S t a d t liegt so h o c h , d a ß sich sein m i t t l e r e r W a s s e r s t a n d u m 61 m ü b e r d e m T e r r a i n vor d e m R a t h a u s e b e f i n d e t , dessen H ö h e n l a g e d e r m i t t l e r e n E r h e b u n g d e s O r t e s m i t s p r i c h t . Dieser z ä h l t r u n d 4 0 0 0 E i n w o h n e r u n d s t e h e n p r o S e k u n d e in m á x i m o 7 1 W a s s e r z u r V e r f ü g u n g . E s t r e f f e n d a h e r p r o K o p f r u n d .150 1. D e r H o c h b e h ä l t e r f a ß t 2 0 0 c b m . Die D r u c k l e i t u n g v o n d o r t bis z u r V e r t e i l u n g i m O r t s r o h r n e t z e ist in R ü c k s i c h t auf F e u e r s g e f a h r m i t 200 m m f e s t g e s e t z t . Die bei der n o r m a l e n G e s c h w i n d i g k e i t v o n 0,5 m p r o S e k u n d e a b f l i e ß e n d e W a s s e r m e n g e ist r u n d 15 Sek./l. D i e L ä n g e dieser L e i t u n g ist 1750 m . Der D r u c k h ö h e n v e r l u s t p r o 1.00 m ist n a c h T a b e l l e I 2 u n t e r diesen V o r a u s s e t z u n g e n = 0,177.1 u n d f ü r die a n g e g e b e n e L ä n g e —

1750-0,1771 inri

=

'>>099 o d e r r u n d ¿ , 1 m .

182

II. Teil.

Wasserversorgungsanlagen.

Die Piezometerlinie senkt sich daher bis dorthin vom Horizonte 61,0 auf 57,9 m ab. V o m Ratliause zweigt eine S t r a ß e seitlich ab, welche 500 m lang ist, schon a m A n f a n g e beginnend um 4 m steigt. Ihre baulichen Verhältnisse bedingen eine D r u c k h ö h e v o n 35—40 m u n d sollen die höchsten Giebel noch w i r k s a m m i t Wasser ü b e r s c h ü t t e t w e r d e n k ö n n e n . Die b e t r e f f e n d e Straße b e n ö t i g t für gewöhnlich 0,7 Sek./l. Bei einem a u s g e d e h n t e n B r a n d e fallen vier H y d r a n t e n in Bet r a c h t . W i e groß ist der R o h r d u r c h m e s s e r f ü r den b e t r e f f e n d e n S t r a n g zu wählen ? Der D r u c k h ö h e n v e r l u s t vom H o c h b e h ä l t e r an gerechnet b e t r ä g t bis zur b e t r e f f e n d e n S t r a ß e 3,1 m u n d ist die D r u c k h ö h e an deren Beginn 57,9 m . N a c h d e m 40 m im ganzen verbleiben sollen, sind r u n d noch 18 m v e r f ü g b a r . Von diesen ist die Höhe der Straßensteigung m i t 4 m in A b z u g zu bringen, so d a ß noch 14 m übrig bleiben. D u r c h das Passieren der Schlauchleitung u n d den Druck der a t m o s p h ä r i s c h e n L u f t auf das aus d e m Strahlrohre aufsteigende W a s s e r e n t s t e h t zwar noch ein weiterer W i d e r s t a n d , der jedoch d u r c h die A n n a h m e einer D r u c k h ö h e von 35—40 m bereits b e r ü c k sichtigt ist, d a der Giebel des höchsten Hauses sich nicht über 22 m — von der S t r a ß e aus gerechnet — e r h e b t . Bei 500 m darf daher der Druckhöhenverlust pro 100 m 1 4 : 5 = 2,8 m nicht überschreiten. Die Wassermenge, welche erforderlich ist, u m vier Hyd r a n t e n zu speisen und den normalen K o n s u m zu decken, ist 14,7 Sek./l. Eine entsprechende Q u a n t i t ä t u n d zwar 15,33 Sek./l, liefern Rohre mit 125 m m Lichtweite u n t e r der Geschwindigkeit von v - 1,25 m (siehe Tabelle I 1 u. 2). Der Druckh ö h e n v e r l u s t wird dabei pro 100 m 1,4565 oder 1,46 m , erfüllt d a h e r die vorausgehende Bedingung. Die nächstkleineren im H a n d e l befindlichen Rohre h a b e n einen lichten Durchmesser von 100 m m . Diese liefern das nötige Wasser von ca. 15 Sek./l erst bei einer Geschwindigkeit von 2 m , bei welcher der D r u c k h ö h e n v e r l u s t bereits 4,3 pro 100 m w ü r d e , daher viel zu h o c h ist. W e n n a u c h anscheinend der R o h r d u r c h m e s s e r von 125 m m g ü n s t i g bemessen wurde, so ist doch d u r c h das ge-

73. Berechnung der einzelnen R o h r s t r ä n g e .

183

gehene Beispiel bewiesen, daß eine scharfe Berechnung der Lichtweite schon daran scheitert, daß die Rohre nicht in beliebiger Größe erhältlich sind, also fast regelmäßig zu groß gewählt werden müssen. Nun kommt aber für das gegebene Beispiel noch in Betracht, daß während des Betriebes der Hydranten der Hauptrohrstrang um 7—8 Sek./l Wasser mehr zu liefern hat, wodurch eine Geschwindigkeit von 0,8 statt 0,5 m pro Sekunde eintritt, welche 7,2 statt 3,1 m Druckhöhenverlust bedingt, so daß der gesamte sich berechnet wie folgt: 14 — 4 , 1 + (5 • 1,46) = 2,60 m, welche als Überschuß über die geforderte Druckhöhe von 40 m verbleiben, also ein derartig kleiner, daß unter die gewählte Rohrdimension auch dann nicht mehr herabzugehen wäre, wenn zwischen den beiden genannten Rohrgattungen noch eine weitere im Handel steht, was seit kurzer Zeit der Fall ist. Wird in der angegebenen Weise Strang um Strang festgesetzt und sind im Längenprofile die Piezometerstände richtig verzeichnet, so kann das betreffende Projekt als durchaus rationell bezeichnet werden, da alsdann die Anlage allen hilligen Anforderungen entspricht. 73. Berechnung der einzelnen Rolirstränge. Zu beachten ist, daß die Berechnung oder Aufsuchung der Druckhöhenverluste von Strang zu Strang unter Berücksichtigung der j e w e i l i g e n Durchmesser und der z u n e h m e n d e n Länge zu erfolgen hat. Daß man jedoch nicht allzu ängstlich zu verfahren h a t und die Lage jedes Hydranten nicht vorher einzumessen braucht, soll ausdrücklich erwähnt werden. Wie schon das vorausgegangene Beispiel zeigte, genügt es vollständig, den letzten Hydranten, der ohnedies fast immer an der Straßenkreuzung einzubauen ist, auf seine Druckhöhe zu berechnen. Ist diese angenähert richtig, so müssen die vorausgegangenen Hydranten den gestellten Anforderungen von selbst genügen, d a bei ihnen der Druckhöhenverlust klein ist. Es darf auch nicht außer acht gelassen werden, daß bei offenem Bausystem, bei welchem die Häuser 10—20 m

181 und

II. Teil.

darüber

Wasserversorg'ungsanlagen.

voneinander

entfernt

eine w e s e n t l i c h

geringere wird,

Fällen

starken

—

von

schränken

sind,

die

und man

sieli

Stürmen

k a n n , das b r e n n e n d e

abgesehen

Feuersgefahr in f a s t

allen

—- d a r a u f

be-

H a u s in Angriff zu n e h m e n

u n d das n ä c h s t e , vielleicht a u c h n o c h das folgende vor dem Winde

gelegene

H a u s zu b e s p r i t z e n ,

v o r F l u g f e u e r zu s i c h e r n . dranten

gewöhnlich

um die D a c h u n g

usw.

In solchen F ä l l e n stehen die

in

größeren

Abständen

Hy-

voneinander

u n d k o m m e n h ö c h s t e n s zwei solche zu gleicher Zeit in wendung.

Ver-

Diese fallen alsdann a u c h bei B e m e s s u n g der R o h r -

s t r ä n g e einzig in B e t r a c h t u n d z w a r , wie e r w ä h n t , die beiden letzten. und

I m Innern der S t a d t liegt die S a c h e m e i s t u n g ü n s t i g e r

sind

sämtliche

Hydranten

in

die

einzelnen

zu b e r ü c k s i c h t i g e n .

Wenn

Stränge

eingebauten

für eine S t r a ß e

eine

R o h r l i c h t w e i t e von 8 0 m m vorgesehen wird, so dürfen in diese n i c h t m e h r als zwei

Hydranten

e i n g e b a u t werden,

insoferne

g e s c h l o s s e n e s B a u s y s t e m v o r h a n d e n ist, da diese bei o =

I,,") m

7,;Vi Sek./l W a s s e r liefern, also e b e n s o v i e l als die beiden

Hy-

d r a n t e n b e n ö t i g e n . W i r d eine solche L e i t u n g von einer zweiten, w e l c h e einen größeren D u r c h m e s s e r b e s i t z t , g e k r e u z t , so kann u n t e r U m s t ä n d e n die F o r t s e t z u n g des 8 0 m m - S t r a n g e s j e n s e i t s dieser K r e u z u n g wieder zwei H y d r a n t e n e r h a l t e n .

Dieser Fall

ist j e d o c h zu u n t e r s u c h e n , w ä h r e n d im übrigen nur die ä u ß e r s t e n H y d r a n t e n auf ihre D r u c k h ö h e zu b e s t i m m e n sind, w e n n , wie

gesagt,

für

den

erwähnten

Rohrdurchmesser

nur

zwei

H y d r a n t e n in F r a g e k o m m e n . Obwohl sich im allgemeinen j e d e s

Wasserleitungsprojekt

auf

G r u n d der lokalen V e r h ä l t n i s s e a n d e r s g e s t a l t e t ,

ich

doch

durch

Vorführung

eines

Projektaufstellung erleichtern

Beispieles

zu k ö n n e n .

glaube

die A r b e i t

Ks ist

dabei

der un-

nötig, die g e s a m t e A n l a g e zu b e s t i m m e n , u n d es g e n ü g t , zwei oder drei

Röhrenfahrten

f e s t z u s e t z e n , da alle übrigen

in der

gleichen W e i s e b e r e c h n e t w e r d e n . In

folgender

Skizze

ist

die

Wasserversorgung

kleineren S t a d t mit P u m p e n b e t r i e b , H o c h - und veranschaulicht.

D a s W a s s e r ist aus einem B r u n n e n

men g e d a c h t , der 7 Sek./l in m a x i m o liefert. L e i t u n g zum S a u g b e h ä l t e r ist p u n k t i e r t

einer

Saugbehälter entnom-

Die b e t r e f f e n d e

dargestellt.

P.ereehnung

der

einzelnen

Röhrst ränge.

185

Hauptleitungen. Rohrstränge, (jravitdtionsteitung. Hydranten. m tv = SO /m

Saugbetiatter Pumpstation-

Fi«. 17. Auszug ans der Tab. I l uihI 2 tür (lie siimtl. vorkommenden Itolirurattuiiacn.

S 3 3 X O M «H O — "o ®

v 0,5 m (normal)

V = 1, in (maximal)

r rr ,0 ill

hl = pro 100 m

Q = Liter

hI = pro 100 m

0,177 0,202 0,236

15,70

0,608 0,695

Bemerkungen

hl:-- | Q pro 100 ni | Liier

Q — Liter i

mm 200 175 150 125 100 80

12,03 8,84 6,13

0,283 0,354 0,443 Lünge

3,93 2,51 der

0,811 0,973 1,216 1,520

31,42 24,05 17,67 : 12,27 1 7,85 5,03

Ilauptrohrstränge

1,691 2,030

; 47,12 36,08 26,51 18,40

2,537 3.172

11,78 7,54

und b

bis

1.269 1,450

n

- 3~r N ° C.-^Ooi-ft. •3 t; -w ^ £ -c

zu d e n

einzelne

Abzweigungen : a) vom

Ilochbehälte x =

m =

1500 m 1570 » 1600 »

1640 » » ; = 1670 P. 1700 » h =.- 1 7 5 0 »

ci =

b)

vom

Knotenpunkte

insgesamt bis » » »

l = ^ = it. = r

9 0 0 m von 350 m ;i70 » 380 » 4 20 »

Iiis der

Pumpstation Pumpstation

bis i = » h — » il = » A". P . =

'i60 in 610 » 650 » 900 »

186

II. Teil.

Wasserversorgungsanlagen.

Der H a u p t p l a t z , welcher ca. 50 m breit ist, besitzt zwei Rohrstränge. Die Leitung a v o m Hochreservoir zum H a u p t k n o t e n p u n k t e , das ist bis zum Übergange in die Leitung b, h a t 200 m m Lichtweite und ist mittels Doppellinie gekennzeichnet. Der Strang b f ü h r t mit durchwegs 175 m m Lichtw e i t e zur P u m p s t a t i o n u n d ist in der gleichen Weise ersichtlich g e m a c h t . Die H y d r a n t e n sind durch kräftige P u n k t e m a r kiert. In der folgenden Übersicht der hier zu untersuchenden Stränge ist die Buchstabenbezeichnung f ü r Straßen mit offenem Bausystem unterstrichen. Der Übersichtlichkeit halber empfiehlt es sich, den unter der Skizze vorgetragenen Auszug aus Tabelle I 1 u n d 2 f ü r jedes P r o j e k t anzufertigen. Die Skizze ist außer Maßstab dargestellt u n d sind daher die E n t f e r n u n g s m a ß e beliebig gewählt. F ü r die P r o j e k t i e r u n g genügt das Abgreifen der Längen aus den Steuerblättern. Da die langen E n d s t r ä n g e mit 80 m m Lichtweite den größten Druckhöhenverlust bedingen, sollen zunächst die Teilstrecken m und r, ferner u und t, sowie a und x, untersucht werden. Der S t r a n g w, welcher der P u m p s t a t i o n ziemlich nahe liegt, kann hier als nebensächlich entfallen. Es k o m m e n daher außer den H a u p t s t r ä n g e n in B e t r a c h t : Die Strecke x Länge 350 m, norm. Wasserverbr. 1,10 Sek.-L. » « m « 420 « « « 0,02 » « « r « 450 « « « 0,09 « « » n « 210 « « » 0,08 » « « u « 190 « « « 0,01 » « « t « 320 « « « 0,04 » 1. Strecke x, welche den höchsten Wasserverbrauch aufw e i s t u n d bei offenem Bausystem an einer industriellen Anlage endet. Der H a u p t s t r a n g a ist bis x 1500 m lang. In B e t r a c h t zu ziehen sind höchstens zwei H y d r a n t e n als gleichzeitig im Betriebe. Der Wasserbedarf ist daher 7 -(- 1 , 1 0 = 8,10 in m a x i m o . Die S t a d t selbst benötigt normal 5 Sek./l. Die Geschwindigkeit im Strange a bleibt daher u n v e r ä n d e r t , da

73. Berechnung der einzelnen

Rohrstränge.

187

•derselbe 15,7 1 bei v = 0,5 m liefert, denen im Brandfalle 5 + 8 , 1 = 1 3 , 1 als Verbrauch gegenüberstehen. Der Druckhöhenverlust in « = 15-0,177 = 2,66 m. Der Strang x hat 100 m m Lichtweite und fördert bei v = i bereits 7,85 Sek./l, bei v = 1,5 m 11,78 Sek./l. Der Piezometerstand bei der Abzweigung von x = 61 —2,66 = 58,34, h j im Strange x = 3,5 • 3,93 = 13,76 m. Die Steigung bis zum Endhydranten beträgt 8,48 m. Der dort vorhandene Druck daher 58,34 — (13,76 + 8,48) = 36,10 m, was genügt, insbesondere da die Wassergeschwindigkeit u = 1,5 m viel zu groß gewählt wurde und bei u = 1,25 bereits 9,82 Sek./l Wasser fließen, also noch mehr als einschließlich zweier Hydranten nötig ist. Die Druckhöhe würde daher in Wirklichkeit wesentlich günstiger, nämlich 58,34 — (6,37 - f 8,48) = 43,49 m. 2. Leitung a, m, r, Strang a bis m — 1570 m lang. Piezometerstand bei m — 15,7 • 0,177, bei v = 0,5 für a und 15,7 • 0,608 bei v — 1 für a. Es kommen für den ersten Teil der Strecke m, d. i. bis zum Strange e zwei Hydranten in Betracht, ein dritter ist in e selbst eingebaut, während für den Rest von m nur zwei zu berücksichtigen sind, weshalb die erforderliche Wassermenge 7 + 0,2 = 7,2 Sek./l beträgt. v im Strange a kann daher mit 0,5 m sekundlich angenommen werden, so daß der Piezometerstand bei m = 61 —(15,7 • 0,177) = 58,22 m ist. Der Rohrstrang m hat 125 m m Lichtweite und ist 420 m lang; h j daher bei v = 0,973 • 4,20 = 4,09. Der Piezometerstand am Ende von m — 58,22 — 4,09 = 54,11. Die Wassermenge, welche bei v = 1 die Leitung von 125 mm Lichtweite durchfließt, ist 12,27 Sek./l, wäre also auch für drei Hydranten genügend, ebenso entspricht auch die vorberechnete Druckhöhe mit 54,11 m, welche den Piezometerstand für den dort beginnenden Strang r angibt. Dieser ist 450 m lang, hat 80 m m Lichtweite und sind wiederum maximal zwei Hydranten als beansprucht vorzusehen.

188

II. Teil.

Wasserversorgungsanlagen.

F ü r die in ß e t r a c h t zu ziehende Wassermenge von 7,0 0,09 = rund 7,1 1 ist ein u = 1,5 m erforderlich, wobei 7,54 1 abfließen. li I = 4,5 - 3 , 172 = 14,27. Die Steigung bis zum E n d h y d r a n t e n beträgt 3,2 m u n d der Druck dortselbst daher 54,11 — (14,27 + .3,2) = 3(i,(i4 m. Somit ist auch dieser S t r a n g genügend dimensioniert. 3. Leitung n, n, I. Der Strang -(-0,5 ( ¡ m m ; r = 40 + 0 , 0 5 d mm. Für A-Stücke: l — 120 + 0,1 d mm. Für B-Stücke: l = Muffentiefe des Abzweiges. Für C-Stücke ist: c = 80 + 0 , l B m m ; a = 80 + 0,1 D + 0,7 d m m ; r = d; ( = 0,75a. K l a s s i f i k a t i o n d e r A-, B- u n d C - S t ü c k e . A- und B-Stücke. D Durchm. d. Ä

125—325 350—500 550—750

C-Stücke. D d Durchm. d. Durchm. d. HauptAbzweiges rohres

L Baulänge

d Durchm. d. zweige.

L Haulänge m

mm

mm

m

40—100 40-325 40—300 325—500 40-250 275—500 550—750

0,8

40—100 " 125—275 300=425"

40—100 40—275 40—250 275—425 40—250 275—425 450—600 40—250 275—425 450—600 650—750

0,8 1,0 1,0 1,25 1,0 1,25 1,50 1,0 1,25 1,50 1,75

1,0

1,0 1,25_ 1,0

1,25 1,50

450—600 650—750

Diejenigen Abzweigstücke, deren Abzweig einen Durchm. v o n 400 m m u n d mehr besitzt, sind v o n 2 Atmosph. Betriebsdruck an sowohl in ihren Wandungen als auch evcnt. durch Eippen zu verstärken. E - S t ü c k e . (Flanschen-Muffenstücke.) Baulänge /, = : 800 mm. F - S t ü c k e. (Flanschen-Schwanzstücke.) Baulänge : L — 600 m m für D = 40—475 mm. /, = 800 m m für D = 500—750 mm.

Hydrometrie.

I - S t ü c k e (scharfe Bogeustücke von 30°). R a d i u s der K r ü m m u n g s m i t t e l l i n i e : F ü r / ) = 40—90 m m , B = 250mm; f ü r IK100 m m , Ä — 150 -f- 1) mm. L&nged.geraden Spitzendes: f. D=i0—375mm,

m = ¿)+200 mm.

• / » < 4 0 0 m m , m = 600 mm. K - S t ü c k e (schlanke Bogenstücke.)

R a d i u s R = 10 I).

L - S t ü c k (schlanke Bogenst., z u l ä s s i g f ü r 1) < 3 0 0 m m ) . K = 5 IL R-Stücke. (Übergangsrohre.) Hauliuige /. 1,(1 in. des zylindrischen Stückes am g l a t t e n E n d e = 21. U-Stücke.

(Überschieber.)

Länge

Ganze Länge = 4 Muffentiefen.

Bei der B e r e c h n u n g der Gewichte von F o r m s t ü c k e n ist dem Gewichte, welches n a c h d e n normalen Dimensionen b e r e c h n e t ist, ein Zuschlag von I50/0, bei K r ü m m e r n ein solcher v o n 2 0 % zu geben. F ü r A n o r d n u n g der S c h r a u b e n l ö c h e r in den F l a n s c h e n gilt die Regel, d a f s in d e r Vertikalebene d u r c h die Achse des Rohres sich keine Schraubenlöcher befinden sollen. Baulänge

der

Absperrschieber.

F ü r Flanschenschieber : A = Ii -f- 200 mm, f ü r Muffenschieber mit direkt eingetriebenen R i n g e n : 1, = 0,~1> -f 100 m m , f ü r Muffenschieber mit eingebleiten R i n g e n : /,=/J + 2.'.o — 2t m m

Gewichte g u f s c i s e r n c r F o r u i s t ü c k e . Gewichtstabelle für gufseiserne

D d=D mm 40 14 50 19 60 22 70 27 80 30 90 33 100 37 125 54 150 68 175 88 200 97 225 106 250 125 275 144 300 162 350 241 400 299

A-Stücke d in m m 80 100 i 1501 200 ; 300 Gewicht in kg —

—

—

—

I

—

—

—

—

—

— —

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

30 32 35 49 59 79 88 95 111 126 146 174 210

37 51 63 81 90 97 113 ,128 148 ' 178 : 212

68 84 91 100 116 131 152 182 216

—

-

—

—

—

—

97 — 104 — 121 — 136 — 155 162 187 199 222 234

Rohr-Formstücke.

B-Stücke d in m m I 80 100 1 150 200 Gewicht in kg 14 19 22 27 31 34 38 55 70 90 100 110 130 150 170 250 310

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

— —

—

—

—

—

—

—

—

38 52 64 82 91 98 114 129 149 179 213

—

—

-

—

—

—

70 86 94 102 118 133 154 184 218

100 107 124 139 158 190 225

—

31 33 36 50 60 80 89 96 112 127 147 175 211

300

—

—

— —

172 207 247

234

Tabellenanhansr.

17. Gewichtatabelle für gufseiserne Rohr-Formstücke. A-Stücke d in m m D

80

100

B - Stücke d in m m

150 I 200 ; 3U0 d=X>

80

Gewicht in kg 40 50 60

70 80 90 100 125 150 175 200 225 250 275 300 350 400

14 19

14 19

27 30 33 37 54 CR 88 97

27 31 34 38 55 70 90 100 110 130 150 170 250 310

22

106

125 144 162

241 299

35 49 59 79 88 95 111

126

146 174 210

87 51 63 81 90 97 113 128 148 178 212

68 84 91 100 116 131 152 182 216

—

—

97 104 121 136 155 187 222

—

—

_

—

162 199 234

C-Stücke

D

40 50 60

80

M

70 80 90

100

125

150 175 200 225 250 275 300

850