deutscher Ingenieure.

Abzweig 2200 V

Kabelabzweige 550 V

Abzweig 2200 V

(Fortsetzung folgt.)

2) Ausfluß aus Leitradmündungen

(Zoelly-Mündungen).

Bis vor kurzer Zeit hatte man allgemein angenommen, daß sich die Zoelly Mündungen mit gekrümmter Kanalachse, parallelen Wänden an der Austrittseite und Schrägabschnitt ebenso verhalten würden wie die oben betrachteten einfachen Mündungen mit gerader Kanalachse. Im Endquerschnitt des prismatischen Kanalteiles sollte sich bei den kleineren Druckgefällen der Gegendruck, bei größeren Druckgefällen der kritische Druck einstellen. In der Praxis war im Gegensatze dazu vielfach die Anschauung vertreten, daß der Schrägabschnitt wenigstens bei den kleineren Druckgefällen eine Weiterexpansion des Dampfes bedinge Stodola konnte allerdings bei der Untersuchung einer Sulzer-Turbine eine solche Weiterexpansion nicht feststellen während man bei den überkritischen Gefällen den Schrägabschnitt für unwirksam hielt, da es nach den früheren Annahmen ganz unwahrscheinlich war, daß im teilweise offenen Schrägabschnitt eine Ueberschreitung der kritischen bezw. der Schallgeschwindigkeit möglich sein würde.

Christlein vertritt nun bei der Erklärung der vielfach überraschenden Ergebnisse seiner Versuche mit großen

Druckgefällen er fand dabei wie bei der einfachen Mündung Austrittsgeschwindigkeiten von 800 m/sk und darüber Anschauungen, die von den vorstehenden teilweise sehr stark abweichen. Er legt seinen Ausführungen das Vorhandensein einer Strahlablösung im Innern der Mündung und das einer Spaltexpansion zugrunde. Da einer Möglichkeit, auch mit der Leitradmündung überkritische Geschwindigkeiten zu erzielen, wegen der größeren Anpaßfähigkeit dieser Mündung an das Druckgefälle gegenüber der Laval-Düse eine große Bedeutung für den Dampfturbinenbau beigemessen werden muß, so erschien es mir als eine dankbare Aufgabe, bei der Leitradmündung außer der Dampfaufnahme und dem Druckverlauf im ringsum geschlossenen Kanalteil auch noch. die Expansion im Schrägabschnitt und diejenige im freien Raume zu untersuchen, um so die Versuchsergebnisse Christleins nachzuprüfen und durch eine möglichst vollständige Klärung des Verhaltens dieser Mündung die wissenschaftlichen Grundlagen für die Verwertung dieser Versuchsergebnisse zu ergänzen.

Ich benutzte zu diesen Versuchen die schon zur Untersuchung der einfachen Mündung verwendete Einrichtung, wobei nur an Stelle des Drosselflansches mit der einfachen

Mündung ein solcher mit Leitradkanälen eingebaut wurde. Es wurden im ganzen zwei Leitradkörper (Modell 1, Abb. 21 bis 23, und Modell II, Abb. 24 bis 26) geprüft, die nur geringe Unterschiede zeigten. Während Modell I mit einer im Zoelly-Turbinenbau üblichen, mäßig starken »plötzlichen Einschnürung« versehen war, hatte man bei der Anfertigung des Modelles II darauf geachtet, daß sich der Querschnitt längs der Kanalachse möglichst allmählich und stetig verAbb. 21 bis 23. Zoelly-Mündung, Modell I.

Schnitt a-b.

a

Schon bei den ersten Versuchen war ich gezwungen, wegen der zu großen Dampfaufnahme von den vorhandenen vier Kanälen zwei abzuschließen. Es wurde zuerst ein Meßloch Nr. 1, Abb. 27, im Schrägabschnitt des Kanales 3 angebracht und wie früher die Abhängigkeit des Druckes an der Meßstelle von den beiden Pressungen vor und hinter der Mündung bei gesättigtem Dampf untersucht. Die dabei erhaltene Kurve, Abb. 30, zeigt, daß der Druck an dieser Meßstelle bei allen zwischen 1 und 0,4 liegenden Werten des Druckverhältnisses nur wenig von dem Druck hinter der

Abb. 27. Leitrad, Modell Nr. I. Meßloch Nr. 1 am Kanal III.

·rd 78°

C

Me/sloch Nr.3

Me/sloch Nr. 1

Mejsloch Nr.2

Mesloch Nr.1

Mesloch Nr.4

-23-23 ► 30

b

Schnitt c-d

K-09

Abb. 24 bis 26.

Zoelly-Mündung, Modell II mit Laufradkranz.

a

Mündung abwich, bei noch geringeren Werten aber sich auf der konstanten Höhe von 0,335 p. hielt. Ein Vergleich dieser Kurve mit der an derselben Meßstelle für überhitzten Dampf erhaltenen Linie liefert das Ergebnis, daß auch hier wie bei der einfachen Mündung bei den größeren Druckverhältniswerten der an irgend einer Meßstelle bei überhitztem Dampf ermittelte Druck immer etwas höher ist als der an der gleichen Stelle für dasselbe Druckverhältnis bei gesättigtem Dampf festgestellte Druck, während bei den kleineren Druckverhältniswerten der erstere Druck weit geringer ist. Der für überhitzten Dampf gefundene konstante Wert des Druckes

Zoelly-Mündung, Modell I.

Abb. 30.

Meßloch Nr. 1 am Kanal Nr. 3.

Mess loch

Schnitt c-d.

d

0,06

0,04

0,02

0

-0,02

-0,04

-0,06

0,90 0,80 0,70 0,60

0,50

0,40

0,30

0,20 0,70

gesättigter Dampf

überhitzter Dampf

an der Meßstelle Nr. 1 betrug 0,275 p1 (gegen 0,335 p1 bei gesättigtem Dampf). Die beiden bis jetzt behandelten Kurven zeigen eine Besonderheit, der bei diesen Untersuchungen noch öfter begegnet wurde. Bei Herabsetzung des Druckverhältnisses macht sich plötzlich kurz, bevor der konstante Druck an der Meßstelle erreicht wird, eine mehr oder minder starke Abnahme des Wertes 4 P geltend. Diese Unregelmäßigkeiten im Verlaufe der Kurven sind vermutlich auf Vorgänge zurückzuführen, die mit der Wiederverdichtung

des Dampfstrahles zusammenhängen. Druckmessungen am Meßloch Nr. 1 des Kanales 4 (im Schrägabschnitt), Abb. 28, lieferten, Abb. 31, ähnliche Kurven wie die eben eben besprochenen. Die Erscheinung, daß diese Kurven durchweg höher als die an der Meßstelle Nr. 1 im Kanal 3 erhaltenen liegen, erklärt sich dadurch, daß die Meßstelle am Kanal 3 näher am Mündungsrand und weiter entfernt vom Endquerschnitt des prismatischen Kanalteiles angebracht war. Kurven, die an den im ringsum geschlossenen Teile des Kanales 4 gelegenen Meßstellen Nr. 2 und 3, Abb. 29, gewonnen wurden, zeigen, daß dieser Kanalteil sich ebenso wie die einfache Mündung verhält und daß an dem hier untersuchten Versuchskörper die von Christlein vermutete Strahlablösung nicht aufgetreten ist. Aus Abb. 31 sieht man weiter, daß im Schrägabschnitt bei kleinerem Gegendruck vom Punkt 2 bis zum Punkt 1 der Druck etwas zunimmt, was auf die sich bei der Vernichtung der kinetischen Energie abspielenden Vorgänge zurückzuführen ist. Es beweist dies, daß der Schrägabschnitt bei den kleineren Druckgefällen tatsächlich keine weitere Expansion des Dampfstrahles bewirkt. Wenn zwischen dem Punkt 1 und der am spitzen Eck, also weiter außen gelegenen Meßstelle Nr. 4, Abb. 29, wieder eine Druckabnahme auftritt, Abb. 31, so zeigt dies nur, daß die endgültige Einstellung auf den Gegendruck erst nach einigen Druckschwingungen erfolgt. Bei hohem Gegendruck wird der

druck noch vermehrt, was wohl dadurch zu erklären ist, daß der Laufradkranz den Dampfstrahl vor der Einwirkung der ruhenden Dampfmassen »schützt«. Die Meßstellen a und b, die in den Eintrittsquerschnitten zweier benachbarter Laufradkanäle

deutscher Ingenieure.

angebracht waren, Abb. 32, ergaben, daß der Dampfstrahl an allen Stellen der Eintrittsebene des Laufrades fast den gleichen Druck aufweist, daß also die Isobaren im Strahl nach dem Austritt aus dem Mündungskörper parallel zur Leitradaustrittskante verlauEine Verringerung der Laufradschaufelhöhe auf 21,0 mm die Höhe des Leitrades am Austritt bewirkte naturgemäß Drucksteigerungen im Schrägabschnitt und im Laufrade selbst, die in letzterem so groß waren, daß sich an der Meßstelle a bei niedrigem Gegendruck ebenfalls der konstante Druck einstellte.

fen.

Diese Versuchsergebnisse beweisen, daß die ZoellyMündung tatsächlich Druckgefälle im Kanalinnern ausnutzen kann, die den kritischen Gefällwert bei weitem übersteigen. Sie zeigen aber auch, daß diese wertvolle Eigenschaft nicht auf einer Strahlablösung im Innern der Mündung beruht, sondern hauptsächlich auf die Wirkung des Schrägabschnittes zurückzuführen ist. Wie der Schrägabschnitt wirkt, läßt sich aus den Ergebnissen meiner Versuche ebenfalls feststellen. Die Tatsache, daß einerseits der ringsum geschlossene Kanalteil sich wie die einfache Mündung verhält und anderseits die Linien konstanten Druckes im Dampfstrahl nach dem Austritt aus dem Mündungskörper parallel zur Austrittskante liegen, läßt darauf schließen, daß die Isobaren im Schräg

Abb. 33.

Druckverteilung im Innern einer mit zu großem Druckverhältnis arbeitenden Laval-Düse.

122.-1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50

gesättigter Dampf

0.40

0,30 0,20 0,10

0

überhitzter Dampf.

Schrägabschnitt auch noch zur Expansion benutzt, was am besten durch einen Vergleich der für die einzelnen Meßstellen erhaltenen »konstanten Druckwerte« veranschaulicht wird. Der konstante Druck betrug nämlich bei gesättigtem Dampf an Meßstelle 3 0,602 p1, an Meßstelle 2 0,554 P1, an Meßstelle 1 0,386 p1 und an Meßstelle 4 rd. 0,20 p1. Durch Versuche wurde ferner festgestellt, daß die Dampfstrahlen in den benachbarten Kanälen die Zustandsänderung im Leitradkanal nur sehr wenig, und zwar nur bei hohem Gegendruck, beeinflussen.

Am Leitradkörper Modell II, Abb. 24 bis 26, bei dem die plötzliche Einschnürung weggefallen war, wurden zuerst nochmals Versuche über die Abhängigkeit des Druckes von der Lage der Meßstelle im Schrägabschnitt gemacht; es wurde dabei die an Modell I beobachtete Erscheinung, daß der ringsum geschlossene Kanalteil sich ebenso wie die einfache Mündung verhält und daß im Schrägabschnitt bei niedrigem Gegendruck eine äußerst kräftige Expansion stattfindet, auch an diesem Körper festgestellt. Bei den dann vorgenommenen Versuchen mit vorgeschaltetem Laufradkranz von 24,5 mm Höhe die Höhe des Leitradaustrittsquerschnittes betrug nur rd. 21,0 mm wurde ermittelt, daß das Vorschalten eines Laufrades den bei hohem Gegendruck im Schrägabschnitt teilweise herrschenden Unter

abschnitt sämtlich in der inneren stumpfen Ecke des Abschnittes zusammenlaufen. Es entspricht dies vollkommen dem von Stodola veröffentlichten Bilde von der Druckverteilung einer mit zu großem Druckverhältnis arbeitenden Düse, Abb. 331). Macht man nun die der Wirklichkeit nahekommende Annahme, daß die Isobaren im Schrägabschnitt gerade Linien sind, so kann man an Hand theoretischer Betrachtungen (s. Dr. Th. Meyer, Mitteilungen über Forschungsarbeiten Heft 62) zeigen, daß der an irgend einem Punkt des Schrägabschnittes sich einstellende konstante Druck durch den Winkel bestimmt ist, den der durch diesen Punkt nach der stumpfen Ecke gehende Radius vector mit der Senkrechten zur Achse des prismatischen Kanalteiles einschließt. Hieraus folgt aber und

1) Abb. 82 a aus Stodola: »Die Dampfturbinen«, IV. Auflage S. 97.