Kleinschalige krachtopwekking

Een waterrad

Met Watt-regulateur

Hoe beheers je belastingswisselingen .... bij een waterrad? De regulateur van Watt is vooral bekend vanwege zijn toepassing in stoommachines. Daar is hij voor uitgevpnden. Maar ook bij waterraderen kan deze regulateur goede diensten bewijzen. Hij dient dan om het toerental van het waterrad bij belastingswisselingen (in- en uitschakelen van aangedreven werktuigen) binnen bepaalde grenzen te houden. Bedenk, de watertoevoer wordt ingesteld op het gewenste gemiddelde vermogen; vermindert men de belasting van het rad, den neemt het toerental toe, en omgekeerd - tenzij men de watertoevoer aanpast. Deze aanpassing nu wordt verkregen met de regulateur.

Een goed voorbeeld van een dergelijke installatie vond ik in Orbiquet, Frankrijk. Het waterrad aldaar wekte energie op voor een - nu leegstaande - fabriek. Het rad is van het laag-middenslag type, breedte 3 meter, diameter 7 meter, opgebouwd uit geklonken smeedijzeren strippen en profielen. De (gekromde) borden ziin van planken op ijzeren spanten.

De draaiende beweging van het waterrad wordt via drie paren gietijzeren tandwielen overgebracht op een drijfas A die in de fabriek de machines aandrijft. De tandwieloverbrengingen ziin (vanaf het rad) 2,5:1, 3:1 en 2:1, zodat de drijfas tamelijk snel draait (150-175 omw/min).

In het molenwater ziin bovenstrooms naast een stuw met by-pass kanaal twee deuren aangebracht. De eerste deur, verticaal gesteld, wordt alleen gebruikt om het rad geheel buiten werking te stellen. De deur is gebalanceerd met 2 contragewichten aan kettingen die over schijven recht boven de deur lopen. Hij wordt bewogen met twee rondsels op een enkele as, die in tandheugels griipen. De rondselas wordt - met de hand - gedraaid via een worm-wormwie! overbrenging. De eerste deur wordt steeds geheel geopend of gesloten.

De tweede deur dient voor de automatische toerenregeling. De deur staat schuin, vlak voor het waterrad. De doorlaat onder de deur kan worden ingesteld door deze meer of minder te heffen. Ook hier worden daartoe twee rondsels met tandheugels gebruikt; ook deze deur is gebalanceerd. Beide deuren glijden tussen houten leibalken.

De Watt-regulateur wordt vanaf de drijfas A aangedreven met een platte leren riem naar de hulpas B. Via een haakse 1:1 overbrenging vanaf as B draait de regulateur even snel als de driifas A.

In Figuur 2 is de regulateur met z'n aandrijving getekend. De centrifugaalkracht op de gewichten werkt, via twee koppelarmen, op de mof C en schuift deze bij toenemend toerental (dat wil zeggen, toenemende centrifugaalkracht) tegen de veerdruk in, naar boven. Onderaan mof C zijn twee conische tandwielen, D1 en D2, bevestigd, zie Figuur 3. Bij het gewenst toerental (dat men instelt door het verschuiven van de veerbevestiging E) griipt D1 noch D2 in het tandwiel F. Bij hogere snelheid schuift de mof C naar boven, en komt D1 in contact met F; bij lagere snelheid schuift C juist naar beneden en pakt D2 het wiel F.

In het eerste geval zal de as G met de wijzers van de klok meedraaien; in het tweede geval er tegen in. Omdat de overbrenging D:F ongeveer 1:2 is, zal de as G na inschakeling van D1 of D2 ongeveer 75 omw/min maken. Met een worm—wormwiel combinatie (1:25) en een tandwielvertraging (1:5) wordt de rondselas van de tweede deur dan met ongeveer 0,6 omw/min gedraaid. De deur beweegt daarbii ongeveer 20 cm/min - naar boven bij te laag toerental; naar beneden bij te hoog toerental.

Als regelsysteem heeft de beschreven constructie een groot nadeel: er is sprake van een grote dode zône, in verband met het vrijlopen van D1 en D2. Wel is er sprake van een servo-systeem: de energie voor de beweging van de deur wordt afgetakt van de driifas A, de centrifugaalkracht op de gewichten van de regulateur werkt alleen als sturende grootheid op deze energiestroom.

Mechanisch heeft deze constructie het nadeel dat bij het ingrijpen van de tandwielen D1/D2 met F deze grote stoten te verduren krijgen.