Wasserrad.info

Forschung und Entwicklung am Wasserrad

Selbstverständlich sind die allgemeinen Wirkungsprinzipien eines Wasserrades gemeinhin bekannt. Eine Norm oder Richtlinie, in der die technischen Parameter standardisiert wiedergegeben würden existiert allerdings nicht. Daher ist die Auslegung von Wasserrädern entweder Erfahrungssache oder Gegenstand von Forschung und (Neu-)Entwicklung.

Das Einzelunternehmen uhl machines aus Halle (Saale) verfügt über die wissenschaftlichen Methoden und praktischen Kenntnisse und Möglichkeiten eine konstruktionstechnische Entwicklung von Wasserrädern von Grund auf durchzuführen. Der freiberufliche Unternehmer Dipl.-Ing.(FH) Sebastian Uhl steht dafür als Berater projektbezogen oder als freier Mitarbeiter zur Verfügung.

Digitale Prototypen

Mithilfe von computergestützter Strömungssimulation können konstruktive Entwürfe von Wasserrädern getestet werden. Technische Größen wie z.B. Drehmoment oder Leistung werden relativ sicher vorhergesagt.

Das folgende Beispiel zeigt den Test einer bestimmten Wasserradgeometrie.

Test der Geometrie eines Wasserrades (Grafik: uhl machines)
Test der Geometrie eines Wasserrades (Grafik: uhl machines)

In der Simulation wird die Drehzahl des Wasserrades in drei Stufen absteigend variiert. Als Ergebnis wird das Drehmoment in dem Diagramm ausgelesen.

Ergebnisse einer Simulation der Wasserradgeometrie (Grafik: uhl machines)
Ergebnisse einer Simulation der Wasserradgeometrie (Grafik: uhl machines)

Es ist zu erkennen, dass mit sinkender Drehzahl das Drehmoment steigt. Wie bei allen hydraulischen Maschinen ergibt sich daher auch bei Wasserrädern eine charakteristische Kennlinie.

In der folgenden Berechnung wird der hydraulisch/mechanische Wirkungsgrad ermittelt.

GrößeEinheitWert
kinetische Leistung Zufluss[W]33,75
potentielle Leistung[W]294,3
Drehmoment sim. (4 rad/s)[Nm]51
Drehmoment sim. (3 rad/s)[Nm]67
Drehmoment sim. (2 rad/s)[Nm]75
Leistung sim. (4 rad/s)[W]204
Leistung sim. (3 rad/s)[W]201
Leistung sim. (2 rad/s)[W]150
Wirkungsgrad sim. (4 rad/s)[-]0,622
Wirkungsgrad sim. (3 rad/s)[-]0,613
Wirkungsgrad sim. (2 rad/s)[-]0,457

Die Kenntnis des Wirkungsgrades sowie der anderen hydraulischen und mechanischen Größen eines bestimmten, digitalen Prototypen ermöglicht die entsprechende Konstruktion und Dimensionierung aller Komponenten (z.B. elektrischer Generator) eines Wasserrades.