Vízkerék

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
14 m magas felülcsapott vízkerék hajtja az öreg malmot Berry College-ban, Rome, Georgia, USA

A vízkerék (vagy vízikerék) gépek hajtására szolgáló szerkezet, olyan erőgép, mely a folyó víz helyzeti és mozgási 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 Hamá szíriai városban van.

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

Felülcsapott vízkerék[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Felülcsapott vízkerék

A függőleges helyzetű felülcsapott vízkereket (tengelye vízszintes) a felülről ráömlő víz forgatja nekifeszülve a lapátoknak vagy kanalaknak, ezért hívják felülcsapottnak. A felülcsapott vízkerekek hatásfoka a legnagyobb; az acélból készített felülcsapott kerék, mely egyben visszacsapott is, még jobb hatásfokú lehet, ennél jobbak csak a vízturbinák. Néhány esetben a felülcsapott vízkerék még a turbinához képest is előnyösebb.

A vizet a felülcsapott vízkerékhez a felvízcsatornán kell hozzávezetni. A beömlést a kerék felső részénél, és egy kicsit a forgásirányba eltolva kel elhelyezni. A víz a lapátok által képezett kanalakban gyűlik meg, megnövelve a kerék súlyát az „üres” oldalhoz képest. A víz súlyának nyomatéka 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 vízszint-különbségeket gát, zsilip építésével ill. időszakos használattal egyenlítik ki.

A felülcsapott vízkerék az alulcsapottal szemben kihasználja a gravitációt. Nemcsak a folyó víz impulzusa hasznosul részlegesen, hanem elsősorban a lassan lefelé haladó kanalakban gyűlő víz súlya (esése) 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 beruházási költsége annál kisebb, minél nagyobb a fordulatszáma.

Alulcsapott vízkerék[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Alulcsapott vízkerék

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

Csatornázott, alulcsapott kerék[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Kisebb vízfolyások vízét műtárgyakkal a vízkerékre terelve szabályozható vízmennyiséggel, és eséssel működő vízikerekek. A ráömlés közel az alsó csatornaszinthez történik, de nem feltétlenül a csatorna legalsó szintjén. Ilyen például a Zuppinger-kerék, a Poncelet-kerék. Alulcsapott vízkeréknél nehézséget okoz a vízszint változásának kezelése. Ezt vagy zsilip beépítésével, vagy a vízkerék emelésével-süllyesztésével oldják meg. A nagyon korszerű megvalósítások kivételével, mint amilyen a Poncelet-kerék (ez alapvetően egy speciális turbina, hajlított lapátokkal), vagy a Zuppinger-kerék, az alulcsapott vízkerék a legkisebb hatásfokú, hatásfoka 15% vagy még kevesebb.

Az alulcsapott vízkerekeket lassú áramlású, kis esésű patakoknál használják sík vidékeken. Ugyancsak jól alkalmazhatók folyókra telepített úszó bárkákon. Az antik Római Birodalomban közvetlenül hidakra építették, ahol a pillérek által leszűkített keresztmetszeten a folyó sodra felgyorsult. 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 játszik szerepet. Előnye, hogy olcsóbb és egyszerűbb a telepítése, sőt elmozdítható kivitelben is elkészíthető, de kevéssé erős és csak ott lehet használni, ahol a sodrás elég nagy ahhoz, hogy elegendő nyomatékot fejtsen ki a lapátokon keresztül a kerékre. XIV. Lajos nyári rezidenciája, a Château de Marly[1] szökőkútjainak szivattyúit állandó telepítésű, nagy, alulcsapott vízkerekek hajtották.

Hajómalom-rendszerű, alulcsapott kerék[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A hajómalom-rendszerű, alulcsapott kerék különös előnye, hogy a folyók felszínén használható, ha egy lehorgonyzott bárkára építik. A vízen úszó megoldás (hajómalom) a szintváltozás problémáját önműködően kiküszöböli. Mivel nem csatornában van, a folyó vízmennyiség nem kényszerhajtást jelent, alatta a mély víz felé kitérhet az áramlás. A vízmennyiség növelését elé tett terelőlapokkal, a vízmennyiség csökkentését előtte leereszthető függőleges lappal (tiltóval) lehet változtatni. A csatornázott, alulcsapott vízikerekeknél valamivel rosszabb hatásfokú.

Visszacsapott kerék[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Ez lényegében egy felülcsapott vízkerék, melyet a felülről rávezetett víz áramlása és súlya mozgat, azonban a vizet úgy vezetik, hogy a kerék alsó része alulcsapott vízkerékként kihasználja az 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.

Középen csapott kerék[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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 hatásfokuk, 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 észak-amerikai keleti partra.

Kapcsolódó szócikkek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Magyar néprajzi lexikon V. (Szé–Zs). Főszerk. Ortutay Gyula. Budapest: Akadémiai. 1982. 580–584. o. ISBN 963-05-2443-0  Online elérés
  • Pongrácz Pál: Régi malomépítészet, Műszaki Könyvkiadó Budapest, 1967
  • Wilhelm Müller: Die eisernen Wasserrader, Leipzig, Verlag von Weit & Comp, 1899 (német)

Jegyzetek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

További információk[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Commons
A Wikimédia Commons tartalmaz Vízkerék témájú médiaállományokat.