Die Wasserwerke von Khatatbeh. Mit Abbildungen auf Tafel 18. Die Wasserwerke von Khatatbeh. Die Revue industrielle vom 10. Februar 1887 S. 53 gibt ausführliche Beschreibung und Zeichnung der Wasserhebungsmaschinen, welche zu Khatatbeh in Aegypten aufgestellt sind, um die Provinz Behera in Unterägypten mit Wasser aus dem Nil zu versorgen. Das Wasser hierzu wird zum Theile schon durch einen Kanal direkt aus dem Nil bei den Katarakten von Assuan entnommen, und flieſst mit sanftem Gefälle in das weitverzweigte Netz von Kanälen und Bewässerungsgräben ein, durch welches es über die Felder vertheilt wird; da aber der groſse Gehalt an Sinkstoffen die Kanäle bei dem langsamen Strömen sehr rasch verschlämmt, so wurde es nothwendig, den Wasserspiegel in den Kanälen – unter gleichzeitiger Anwendung von Ausbaggerung an bestimmten Punkten – durch künstliche Speisung mittels Dampf kraft zu erhöhen. Dabei handelte es sich darum, während 120 bis 130 Tagen der Sommerszeit die ungeheure Wassermenge von etwa 2,5 Millionen Kubikmetern täglich auf 3 bis 3m,5 Höhe zu heben. Zuerst wurde die Einrichtung des Wasserwerkes einer englischen Firma übertragen, welche als Wasserhebungsmaschinen die archimedische Schraube benutzte. 10 mächtige Wasserschrauben von 3m,69 Durchmesser und 11m,23 Länge wurden parallel zu einander in den Kanal von Khatatbeh, welcher das Wasser zuführt, eingelegt. Jede dieser Schrauben trug an ihrer Achse ein Kegelrad, mittels dessen die Schraube Are Bewegung von einer langen Transmissionswelle aus erhielt, die an ihrem einen Ende durch 3 Verbund-Hammermaschinen mit Cylindern von 1m,272 bezieh. 0m,661 Bohrung und 0m,763 Kolbenhub angetrieben wurde. Diese Anlage zeigte sich als vollständig unbrauchbar. Die Schrauben waren zu schwach, und brachen fortwährend; nach zahlreichen Reparaturen muſste die englische Gesellschaft auf die Ausführung der Wasserhebung mittels ihrer Apparate verzichten. Nur 3 Schrauben, welche auf das Sorgfältigste verstärkt worden waren, blieben betriebsfähig. Nunmehr wurden auf dem Wege der Wettbewerbung von verschiedenen Fabriken Pläne eingereicht, von welchen schlieſslich zwei zur engeren Bewerbung gezogen wurden. Dieselben stammten von Creuzot und von Farcot her. Von diesen wurde wieder die letztere von dem Preisgerichte empfohlen und schlieſslich von der Bewässerungsgesellschaft zu Behera angenommen. Die Hauptpunkte der zu erfüllenden Aufgabe waren dabei: Das Wasser ist, je nach dem Stande des Flusses, auf 0m,5 bis 3m,00 Höhe zu heben. Die tägliche Menge beträgt 2,5 Millionen Cubikmeter in 23 Stunden. Der Kohlenverbrauch pro Pferdekraft der Nutzleistung, auf gehobenes Wasser bezogen, muſs gewährleistet und ein sehr mäſsiger sein (1k,75 für die indicirte Pferdekraft und Stunde). Von den alten Grundmauern u.s.w. soll zur Aufstellung der neuen Maschinen wieder Gebrauch gemacht werden. Die enorme zu bewältigende Wassermenge leitete von selbst auf die Benutzung von Centrifugalpumpen hin; auſserdem muſste der schlammige Zustand des Nilwassers es vortheilhafter erscheinen lassen, kreisende Pumpen anzuwenden, als Kolbenpumpen, deren Gesammtkolbenquerschnitt hätte 38qm betragen müssen, wobei als höchste zulässige Geschwindigkeit 1m,8 gerechnet ist. Bei der geringen Förderhöhe und den gewaltigen Abmessungen der Pumpen muſsten dieselben mit stehender Achse angeordnet werden, was ebenso sehr auch bezüglich des Ausgleiches der Abnutzungen in Folge des groſsen Gewichtes von Vortheil war, welcher nun durch einfache Hebung des Spurzapfens erfolgen konnte. Es wurden deshalb 5 gesonderte Centrifugalpumpen in Aussicht genommen, deren jede direkt durch eine Dampfmaschine in Thätigkeit gesetzt werden sollte; die geringe Förderhöhe erlaubte dabei mit sehr mäſsigen Umfangsgeschwindigkeiten auszukommen, wie dies auch bezüglich möglichster Sicherheit gegen Unfälle wünschenswerth war. Die Aufstellung der 5 Kreiselpumpen erfolgte in zwei Gruppen zu drei und zwei Stück, welche durch die dazwischen liegenden archimedischen Schrauben getrennt werden. Die Dampfcylinder liegen direkt auf dem Damme parallel zum Laufe des Werkskanales, und die Enden ihrer Rahmen ruhen auf Bögen von 8m,3 Spannung. Die Ebene der Anlage ist 0m,4 über dem höchsten bekannten Hochwasserspiegel. Zu der gesammten Anlage gehören noch 8 Röhrenkessel von 175qm Heizfläche. Jede einzelne Centrifugalpumpe besitzt bei einer Förderhöhe von 3m eine Leistungsfähigkeit von 6cbm in der Secunde bei 32 Umgängen in der Minute. Die stehende Achse trägt an ihrem oberen Ende eine Kurbel, an welcher die Pleuelstange einer direkt wirkenden Dampfmaschine angreift. Das Flügelrad hat 3m,8 äuſseren Durchmesser, und bedarf für 3m Hubhöhe nur einer Umfangsgeschwindigkeit von 6m,36. Der Pumpenkörper ist ein einziges Guſsstück von ungefähr 7m Durchmesser und 3m,3 Höhe; derselbe ruht auf dem Bassinboden mittels 6 Säulen von 2m Höhe mit kreisförmiger Basis von 870mm Durchmesser auf; oben tragen die Säulen Stellschrauben zum genauen Justiren des Pumpenkörpers. Die centrale Säugöffnung, mit einer Weite von 3m, taucht 400mm unter den tiefsten vorkommenden Wasserspiegel; das Gewicht des mit Wasser gefüllten Pumpenkörpers beträgt etwa 40t. Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, ist die Saugöffnung der Pumpe nach auſsen conoidisch gestaltet, und verengt sich allmählich bis auf 2m,100 Durchmesser an der Anschluſsstelle der Pumpe. Durch einen in der Mitte angebrachten Hohlkegel wird der Querschnitt noch weiter verengt. An dieser Stelle ist die Wassergeschwindigkeit bei der normalen Lieferung von 6cbm gleich 1m,89. Die hier anschlieſsenden Kanäle der Pumpe haben im Vertikalschnitte parabolische Begrenzung; an der Eintrittsstelle sind sie 767mm, an der Austrittsstelle 630mm entfernt von einander. Die Höhe des Pumpenrades beträgt 1m,425. Zwischen die parabolischen Wände sind 8 Schaufeln von schraubenartiger Form eingesetzt, welche an der Eintrittsöffnung (einem ganz flachen Kegelmantel) radiale Stellung haben, unter einem gewissen Winkel aufsteigen und am äuſseren Umfange der Pumpe fast radial auslaufen. An diesen Umfang schlieſst sich der Druckkanal der Pumpe mit allmählich wachsendem Querschnitte an; derselbe hat im Ganzen 13m in der Länge, und der Querschnitt vergröſsert sich dem Wasserzugange aus der Pumpe entsprechend. Dabei hat man dem Querschnitte jene Formen gegeben, welche ein elastischer Stab annimmt, dessen Enden fortwährend tangential zu der oberen bezieh. unteren Begrenzung der Radkanäle bleiben. Der ringförmige Kanal geht dann in ein tangentiales Ansatzrohr über, dessen Mündung einen Kreis von 1m,600 Durchmesser bildet, in welchem die Wassergeschwindigkeit noch 3m,18 beträgt. An diese schlieſst sich eine 17m,80 lange Druckleitung, deren Querschnitt sich allmählich derart verändert, daſs er am Ende der Leitung ein Rechteck von 4m Breite und 2m,50 Höhe bildet. Ein hölzerner Schützen gestattet diese Oeffnung, in welcher das Wasser noch 0m,6 Geschwindigkeit besitzt, vollständig abzuschlieſsen. In ihrem ersten Theile senkt sich diese Leitung um etwa 2m, um einen Wasserverschluſs zu bilden, welcher die Entleerung der Pumpe, selbst bei mehrstündigem Stillstande, verhindert. Von hier aus steigt der Kanal wieder 2m,70 bis zu seiner Mündung in den Abzugskanal. Zum Anlassen einer neuen Pumpe bedient man sich einiger Dampf-Ejectoren, welche in 5 Minuten den ganzen Apparat anfüllen, worauf man die Maschine in Gang setzt. Ungefähr 1m,30 von der Auslaſsmündung des Druckkanales hat man zur Vorsicht einen kleinen lothrechten Kamin aufgesetzt, welcher jeden Druck auf das Mauerwerk von unten flach, oben verhindert, namentlich im Momente des Anlassens der Pumpe. Der ringförmige Kanal sitzt mit seinen Flanschen nach unten auf einem conischen Mantel, welcher mit dem Saugrohre zusammengegossen ist; dieser Mantel ruht wieder, wie schon vorerwähnt, auf 6 guſseisernen, mit Stellschrauben versehenen Säulen. Mit seiner oberen Flansche trägt der Pumpenkörper einen mächtigen guſseisernen Deckel, welcher die Lagerbüchse der Pumpenwelle unterstützt. Die Achse der Pumpe ist in ihrer Fortsetzung gleichzeitig die Kurbelwelle der Dampfmaschine; sie ist hohl und dreht sich auf einem Oberwasserzapfen, dessen Lager auf einer schmiedeisernen Säule 1m,70 über dem höchsten während der Ueberschwemmung zu erwartenden Wasserstände angebracht ist. Diese Säule ist unten in ein massives Fuſsstück eingekeilt, und weiter oben von dem Kegel umgeben, welcher die Mitte des Saugrohres einnimmt, und sich an die hohle Achse mittels eines durch Schrauben centrirbaren Muffes mit Lagern aus hartem Holze anschlieſst. Auf diese Weise wird jeder Eintritt von Luft aus dem Hohlraume der Welle in die Mitte der Pumpe vermieden, woselbst eine sehr energische Saugwirkung stattfindet. Die hohle Achse trägt mittels einer Nabe von 720mm Höhe das Turbinenrad; letzteres ist aus 2 Theilen zusammengesetzt und wiegt (gefüllt) 12200k. Oberhalb des kuppelförmigen Deckels des Pumpenkörpers geht die Welle durch ein Halslager, das mit Pockholzschalen versehen ist; nach unten ist dasselbe durch eine Stopfbüchse abgeschlossen. Dringt etwas Wasser durch diese hindurch, so hat dies nichts zu sagen; dieses Wasser dient dann dem Schmieröle zur Unterlage und verhindert dessen Verlust. Ein Wasserstandsglas erlaubt jederzeit, das Niveau des Wassers und Oeles zu beobachten. Um die Stopfbüchse zu dichten und anzuziehen, steigt man durch besondere, in dem Deckel angebrachte Mannlöcher in den groſsen Hohlraum des Deckels ein. Auf dem Oberende der schmiedeisernen Mittelsäule ist zunächst ein guſseiserner cylindrischer Kopf angebracht, welcher der untersten, kugelförmig in ihn eingelassenen Spurplatte des Stützlagers zur Unterlage dient. Zur Aufnahme dieses Lagers ist die Welle hier mit einer weiten, rechteckigen Durchbrechung versehen. Oberhalb dieser letzteren bildet die Welle einen mächtigen hohlen Zapfen, welcher sich in einem gewaltigen Halslager dreht, das nach unten durch eine Stopfbüchse abgeschlossen wird. Das Halslager wird von einem starken, quer über den Kanal hinüber gehenden -förmigen Balken getragen. In die mittlere Höhlung dieses Zapfens ist die Schwungradwelle der Dampfmaschine mit Gewinde eingeschraubt. Diese wichtige Verbindung wurde in den Farcot'schen Werkstätten zu St. Ouen zusammengefügt, und zwar mit einer gröſseren Kraft, als sie die Dampfmaschine entwickeln kann; auſserdem hindert noch ein Stift jedes Losschrauben.Die bei Drehbänken o. dgl. so gebräuchliche Kuppelung mittels Schraubengewinde hat im Ganzen genommen in der praktischen Technik noch wenig Verwendung gefunden, obschon diese in mancherlei Verhältnissen ohne zu groſse Schwierigkeit möglich wäre. Um so interessanter ist die Anwendung derselben in dem vorliegenden Falle, wobei es sich um beträchtliche Kraftübertragung handelt. Unterhalb dieser Verbindung ist in die Höhlung der Welle eine Schraube eingesetzt, deren bronzene Mutter in der Durchbrechung der Welle gelagert ist. Gegen diese Schraube stützt sich das Spurlager der Pumpe; durch Drehen der Mutter kann die Abnutzung desselben oder jede sonstige Höhenänderung bis zum Betrage von 100mm ausgeglichen werden. Das Lager selbst besteht aus 3 Platten (Fig. 3 bis 7), von welchen die beiden äuſseren aus Phosphorbronze, die mittlere, von zweifach gewölbter Form, aber aus gehärtetem Stahle besteht. Diese Stahllinse liegt frei beweglich zwischen den beiden Bronzeschalen. Da das Gewicht auf dem Zapfen ungefähr 50t beträgt, so berechnet sich der Druck zwischen den Laufflächen bei 220mm Zapfenstärke auf 160k auf den Quadratcentimeter. In Folge dieses hohen Zapfendruckes bereitete die Schmierung des Zapfens wesentliche Schwierigkeiten, welche sich zunächst in stetem Warmlaufen des Zapfens kundgaben, bis es schlieſslich gelang, dieselben mittels besonderer Vorkehrungen zu beseitigen.Dieses Warmlaufen hätte sich freilich von vornherein voraussehen lassen. Der Farcot'sche Ingenieur scheint sich, wie unsere Quelle erkennen läſst, damit getröstet zu haben, daſs die Belastung von 160k schon oft bei Anordnung von Turbinen überschritten worden sei. Das ist wohl möglich; ob es ohne Nachtheile geschehen, ist eine andere Frage. So viel ist gewiſs, daſs gerade die Spurzapfen der Turbinen am meisten zu Unzuträglichkeiten durch Warmlaufen, Festreiben u.s.w. Veranlassung gegeben haben, weil man sie überlastete. Dies gelang zuletzt in der Weise, das man mit Hilfe einer Pampe einen stetigen Oelstrom durch die Bohrungen der Lagerschalen über die Reibungsflächen leitete, und das dabei warmgewordene Oel nun durch einen Kühlapparat führte, in welchem ein stetiger Strom kalten Wassers das Oel wieder auf entsprechende Temperatur brachte. Fig. 3 bis 7 zeigen die bezügliche Einrichtung. Die 3 Lagerschalen sind von einem durchbrochenen Bronzeringe umgeben und alle mit einander in ein cylindrisches Oelgefäſs eingesetzt, in welchem sich das von den Reibungsflächen abflieſsende Schmieröl ansammelt. Ueber den Rand dieses Gefäſses weg läuft dasselbe in eine kreisförmige, an der Welle der Pumpe befestigte Rinne, aus welcher es wieder durch eine kleine rotirende Pumpe entfernt wird, die an der Innenseite der Wellendurchbrechung angebracht ist. (Der Vorsicht wegen sind zwei solche Pumpen einander gegenüber angeordnet.) Der Betrieb dieser Pumpen erfolgt durch ein Zahngetriebe, welches in einen verzahnten Ring eingreift, der an dem guſseisernen Lagerblock auf der festen Mittelsäule angebracht ist. Von der Oelpumpe wird das Oel zunächst in den Kühlapparat geschafft, welcher an der Seite der Welle fest sitzt, und aus einem rechteckigen guſseisernen Kasten besteht, durch welchen 153 messingene Röhren von 600mm Länge, 30mm Durchmesser und 1mm Dicke hindurch gehen. Das Wasser umspült diese Röhren von auſsen; es tritt durch eine Oeffnung am Boden ein und durch eine solche an der Decke aus. Das durch die Röhren passirende Oel wird durch eine seitliche Bohrung in die centrale Oeffnung des Schraubenzapfens eingeführt, und flieſst hier ungehindert nach den radialen Bohrungen der Bronzeplatten, die es unter die Reibflächen führen. Jede Platte besitzt 8 solcher Schmierkanäle. Diese Vorrichtung wirkt so vorzüglich, daſs als Kühlwasser in dem Oelkühler nur das lauwarme, von der Condensation der Dampfmaschine abflieſsende Wasser verwendet zu werden braucht. Unmittelbar über der Verbindung der guſseisernen Pumpenwelle mit der schmiedeisernen Kurbelwelle der Dampfmaschine trägt die letztere ein Schwungrad von 22t Gewicht (Fig. 1), das aus 2 Stücken besteht. Dasselbe ist so berechnet, daſs während eines Umganges der Maschine, bei 34 Touren in der Minute, die Pumpe keine gröſseren Abweichungen als 3 Proc. von der mittleren Geschwindigkeit erleidet. Weiter oben trägt die Welle das Excenter zur Steuerung und das Zahnrad für den Betrieb des Regulators; der Zapfen im Kurbellager hat 300mm Durchmesser und 500mm Länge. Die Dampfmaschine selbst ist eine Corliſsmaschine mit 4 Hahnschiebern; sie hat 1000mm Bohrung und 1800mm Hub. Da die Pleuelstange in horizontaler Ebene schwingt, so muſsten die Führungslineale für das Querhaupt natürlich in entsprechende Lage gebracht werden; ein drittes Lineal wurde noch hinzugefügt, um das Gewicht der Kolbenstange und des Kreuzkopfes zu tragen. Um die Geschwindigkeit der Maschine, je nach der wechselnden Förderhöhe der Pumpe, von 16 bis zu 42 minutlichen Umdrehungen steigern zu können, muſste auch der Regulator mit verschiedenen Specialeinrichtungen versehen werden (Fig. 8 und 9). Für gewöhnlich ändert man die Wirkung des Regulators durch Veränderung der Belastung seines Muffes mit Hilfe eines Laufgewichtes an einem horizontalen Hebel. Auſserdem kann der Regulator von seiner horizontalen Vorgelege welle aus durch zwei Paar conischer Räder mit verschiedenen Geschwindigkeiten getrieben werden. Im Juni 1886 wurde durch den Oberingenieur der Farcot'schen Maschinenfabrik, Hrn. Brüll, während einer ganzen Woche der Gang der ganzen Anlage genau untersucht. Es fand sich dabei, daſs die Hubhöhe der Pumpen im Mittel 3m,13 und die Umdrehungszahl derselben in der Minute 33 bis 35 betrug. Die Pumpen sowohl wie deren Motoren arbeiteten durchaus regelmäſsig, ohne Erschütterungen, ungewöhnlichen Lärm oder Erhitzung bewegter Theile, trotzdem dieselben zunächst vollständig im Freien aufgestellt waren, und der durch die Winde herbeigeführte Wüstensand sowie die Ungeübtheit des Hilfspersonales die Bedienung in hohem Grade erschwerte. Leider konnte aus mehreren Gründen der Wirkungsgrad der Maschinen und Pumpen und insbesondere der Kohlenverbrauch im Verhältnisse zur Wasserförderung nicht festgestellt werden. Dagegen konnte man die indicirte Leistung der Dampfmaschinen und das von den Pumpen geförderte Wasser bestimmen, wodurch, da die Farcot'schen Maschinen und Kessel vielfach geprüft worden sind, ein Schluſs auf die Ausnutzung des Brennmateriales sich wohl machen läſst. Die bezüglichen Versuche dauerten 2 Tage, während deren 4 Pumpen in Gang waren. Einerseits wurde das geförderte Wasser in dem Druckkanale gemessen, andererseits gleichzeitig Diagramme von den Dampfcylindern entnommen. Die Füllung der letzteren betrug im Mittel ⅛ bis 1/10. Aus den gemachten Beobachtungen ergab sich die Wasserförderung in der Secunde zu 27472l und die mittlere Geschwindigkeit zu 0m,598, was bei einer Förderhöhe von 3m,13 einer Nutzarbeit von 85987mk pder 1146,5 Pferdekräften entspricht. Im Mittel leistete also jede Pumpe 287 Pferdestärken. Während dieser Zeit betrug die gesammte mittlere Arbeit des Dampfes in den 4 Maschinen 132075mk, d.h. 1761 Pferdekräfte; hieraus berechnet sich der Wirkungsgrad der ganzen Anlage zu 85987 : 132075 = 0,651. Hierbei ist zu beachten, daſs die Arbeit zur Ueberwindung des Widerstandes in dem langen Druckkanale mit in die Nutzarbeit eingerechnet ist, sowie daſs die Schützen für den Ausfluſs aus den archimedischen Schrauben, welche nicht in Thätigkeit waren, Gelegenheit zu Wasserdurchsickerungen gaben, die sich der Messung entzogen. Endlich ist noch zu bemerken, daſs die ungewöhnlich groſse Förderhöhe der Ausnutzung der Pumpen wie der Motoren direkt nachtheilig war. Bei normalem Gange mit mittlerer Förderhöhe wäre der Wirkungsgrad sicher noch günstiger gewesen. Was den Brennmaterialverbrauch anbelangt, so darf man wohl hierfür die mit gleichartigen Dampfmaschinen und Kesseln auf den Wasserwerken von Paris zu Ivry erhaltenen Resultate als maſsgebend Ansehen. Nach ganz genauen Untersuchungen, welche während mehr als 3 Monaten durch die Werks-Ingenieure angestellt wurden, bewegte sich der Brennmaterial verbrauch zwischen 5k,54 bis 6k,50 in der Stunde für die indicirte Pferdekraft, und war im Mittel 5k,96. Weiterhin ist festgestellt, daſs die Kessel im Mittel 8l,303 Wasser mit 1k Briquettes von Anzin verdampfen. Werden diese beiden Zahlen mit den Versuchsresultaten von Khatatbeh zusammengestellt, so ergibt sich, daſs eine Pferdestärke Nutzarbeit in indicirter Arbeit 1 : 0,651 = 1,536 Pferdestärken kostet; um diese zu erhalten, braucht man nach den Versuchen von Ivry 1,536 × 5,96 = 9k,155 Dampf, und endlich kostet die Erzeugung dieser Dampfmenge nach denselben Versuchen eine Kohlenmenge von 9,155 : 8,303 = 1k,103. Man würde also zu Khatatbeh selbst bei der Förderhöhe von 3m,13 eine Pferdekraft Nutzarbeit, in gehobenem Wasser berechnet, mit 1k,103 Kohle per Stunde erhalten, was 37 Proc. Ersparniſs gegenüber der Ziffer von 1k,75 bedeutet, welche im Vertrage vorgesehen war.