Vízkerék

A Wikipédiából, a szabad lexikonból.

14 m magas felülcsapott vízkerék hajtja az öreg malmot Berry College-ban, Rome, Georgia, USA
Nagyít
14 m magas felülcsapott vízkerék hajtja az öreg malmot Berry College-ban, Rome, Georgia, USA

A vízkerék (vagy vízikerék) gépek hajtására szolgáló szerkezet, mely a folyó víz energiáját alakítja át mechanikai munkává. A középkorban széleskörűen használt rendszer volt, mely a legtöbb üzem energiaszükségletét biztosította. A leggyakrabban gabonaőrlő malmokban használták, ahol vízimalomként tartották számon, de használták kovácsműhelyeknél, bányáknál szivattyúk hajtására, szerszámgépek hajtására és vászon őrlésére is papírgyártásnál. A világ legnagyobb vízkereke Hama szíriai városban van.

A vízkerék egy nagy (általában fából készült) kerékből áll, kerületén több lapát vagy kanál helyezkedik el hajtófelületet képezve. A kereket vízsintes tengelyre szerelik, ez közvetíti a munkagép felé a hajtó nyomatékot. A régi vízkerekek két fő fajtája az alulcsapott és a felülcsapott vízkerék.

Tartalomjegyzék

[szerkesztés] Felülcsapott vízkerék

Felülcsapott vízkerék
Nagyít
Felülcsapott vízkerék

A függőleges helyzetű felülcsapott vízkeret (tengelye vízszintes) a felülről ráömlő víz forgatja nekifeszülve a lapátoknak vagy kanalaknak, ezért hívják felülcsapottnak. A felülcsapott vízkerekek a legjobb hatásfokúak; az acélból készített felülcsapott kerék, mely egyben visszacsapott is, még jobb hatásfokú lehet, ennél jobbak csak a vízturbinák. Néhány esetben a felülcsapott vízkereket kell minden más turbinához képest is előnyben részesíteni.

A felülcsapott vízkerékhez egy csatornán kell a vizet hozzávezetni a kerék tetején, és egy kicsit a forgásirányba eltolva a beömlést. A víz a lapátok által képezett kanalakban gyűlik meg, megnövelve súlyát az „üres” oldalhoz képest. A súly elforgatja a kereket és a víz kifolyik a farvíz oldalon, amint a kerék annyira elfordult, hogy a víz kifolyhat a lefelé irányuló lapátok öbléből. A felülcsapott technika csaknem a teljes vízáramot munkavégzésre használja (kivétel az, ami a réseken kifolyik) és nem igényel nagy vízhozamot. A felülcsapott vízkerék a legjobb hatásfokú és teljesítményű vízkerék, de mivel gát és víztározó építése szükséges működéséhez, messze a legtőkeigényesebb beruházás szempontjából.

A felülcsapott kerekeket néha olyan patakokra telepítik, melyeknek nagyon nagy határok között változik a vízhozama, néha el is apadnak. A vízssint különbségeket gát, zsilip építésével ill. időszakos használattal egyenlítik ki.

Az Orontesz folyó és vízkerekek Hamában
Nagyít
Az Orontesz folyó és vízkerekek Hamában

A felülcsapott vízkerék az alulcsapottal szemben kétszeresen is kihasználja a gravitációt. Nemcsak a folyó víz impulzusa hasznosul részlegesen, hanem a lassan lefelé haladó kanalakban gyűlő víz súlya is további energiát ad át. A felülcsapott kerék mechanikai teljesítményét a kerék geometriai méretei és a rendelkezésre álló esés, valamint a vízhozam határozza meg, így ideális telepítési helye a hegyes-dombos vidék.

Bár a vízkerekek hagyományos építési anyaga a fa, acél kerekek alkalmazásával nagyobb fordulatszám érhető el (acélból könnyebb készíteni kisebb csapágysurlódású kereket). A régi malmok esetén a lassú fordulatszámú, nagy-átmérőjű fából készült vízkerék jól alkalmazkodott a malomkő kis fordulatszám és nagy nyomaték igényéhez, a mai alkalmazásoknál a vízkerék vagy vízturbina generátort hajt, melynek ára annál kisebb, minél nagyobb a fordulatszáma.

[szerkesztés] Alulcsapott vízkerék

Alulcsapott vízkerék
Nagyít
Alulcsapott vízkerék

Az alulcsapott vízkerék is függőleges helyzetben beépített kerék, melyet a kerületére szerelt alsó lapátokra áramló víz forgat, ezért hívják alulcsapottnak.

A nagyon korszerű megvalósítások kivételével, meint amilyen a Poncelot-kerék (ez alapvetően egy speciális turbina hajlított lapátokkal) az alulcsapott vízkerék a legkisebb hatásfokú vízkerekek, hatásfokuk 15% vagy még kevesebb.

Az alulcsapott vízkerekeket lassú áramlású, kis esésű patakoknál használják sík vidékeken. Ugyancsak jól alkalmazhatók folyókra telepített úszó bárkákon és az antik Római Birodalomban közvetlenül hidakra építették, ahol a pillérek által leszűkített keresztmetszeten a folyó sodra felgyorsul. Az alulcsapott vízkerék (melyet néha vitruviusi vízkeréknek hívnak Vitruvius római mérnök után) alatt átfolyó víztömeg közvetlenül sodorja előre a lapátokat és így forgatja a kereket, itt a víz súlya nem játsziok szerepet. Előnye, hogy olcsóbb és egyszerűbb a telepítése, de kevéssé erős és csak ott lehet használni, ahol a sodrás elég nagy ahhoz, hogy elegendő nyomatékot fejtsen ki a lapátokon keresztül a kerékre. Különös előnye, hogy a folyók felszínén is használható, sőt elmozdítható kivitelben is elkészíthető, ha egy lehorgonyzott bárkára építik. XIV. Lajos nyári rezidenciája, Château de Marly szökőkútjainak szivattyúit állandó telepítésű nagy alulcsapott vízkerekek hajtották.

Alulcsapott vízkeréknél nehézséget okoz a vízszint változásának kezelése. Ezt vagy zsilip beépítésével, vagy a vízkerék emelésével-sűllyesztésével oldják meg. A vízen úszó megoldás (hajómalom) ezt a problémát önműködően kiküszöböli.

[szerkesztés] Visszacsapott kerék

Ez lényegében egy felülcsapott vízkerék, melyet a felülről rávezetett víz áramlása és súlya mozgat, azonban a vizet úgy vezetik, hogy a kerék alsó része alulcspott vízkerékként kihasználja za elfolyó víz energiáját is. A visszacsapott kerék akkor is működésképes, ha a malomárokban a vízszint a tengely magassága fölé emelkedik, ami bármilyen más felülcsapott vízkereket megállítana, vagy összetörne. Ez különösen alkalmassá teszi a konstrukciót olyan helyeken, ahol a vízhozam és a vízállás szélsőséges határok között változik és szükségtelenné teszi költséges és bonyolult zsilip alkalmazását.

[szerkesztés] Középen csapott kerék

Középen csapott vízkerék
Nagyít
Középen csapott vízkerék

Ez a vízkerék is függőleges helyzetű, a hozzávetőlegesen a kerék közepénél (a tengely magasságában, vagy egy kicsivel feljebb) ömlik rá a víz a kerék lapátjaira. A középen csapott kerekek az Egyesült Államokban a leggyakoribb vízkerekek, azt mondják, hogy az amerikai ipari forradalmat ezek hajtották. A középen csapott kerekek kevésbé hatékonyak a felülcsapott kerekeknél, de jobb a htásfokuk, mint az alulcsapott kerekeké. A lapátok oldalról is zártak és így kanalat képeznek, mint a legtöbb felülcsapott vízkeréknél.

A középen csapott vízkerekeket mindig ellátják terelőlapátozással, melynek a kialakítás olyan, hogy megfelelő szögben téríti el a vízáramot a vízkerék lapátjaira, de védi is a kereket az esetleges hordalékfáktól vagy más vízen úszó tárgytól. A kerék általában falazott lehetőleg szűk csatornában forog.

Az alulcsapott kerekekkel ellentétben a középen csapott kerék nemcsak a víz sodrását hasznosítja, hanem az átfolyó víz súlyát is. Ezeket a kerekeket állandó, nagy vízhozamú patakoknál építették be elsősorban, amilyenek jellemzőek az északamerikai keleti partra.


[szerkesztés] Külső hivatkozások

Commons
A Wikimedia Commons tartalmaz Vízkerék témájú médiaállományokat.