Nachdem in der Versuchsanstalt für Wassermotoren zu Charlottenburg eine größere Zahl von Francis-Turbinen verschiedener Bauart geprüft worden war, lag es nahe, auch verschiedene Becherturbinen planmäßig zu untersuchen, um einwandfreie Grundlagen für die Neukonstruktion zu schaffen und namentlich die Frage der Abhängigkeit des Wirkungsgrades von der spezifischen Drehzahl und von der Becherzahl zu beantworten.

Da die laufenden Mittel der Anstalt für eine derartige Aufgabe nicht ausreichten, wurde von der Jubiläums-Stiftung der deutschen Industrie ein Beitrag von 5000 Merbeten, der 1907 in zwei Raten von je 2500 M bewilligt wurde. Für diese Unterstützung sei dem Kuratorium der Stiftung der wärmste Dank ausgesprochen. Außerdem haben aber auch die Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg in Augsburg, Escher, Wyß & Co. in Zürich und J. M. Voith in Heidenheim in sehr entgegenkommender Weise Versuchstücke und Geräte kostenlos beigesteuert, wofür auch diesen Firmen hiermit bestens gedankt sei.

Die Konstruktion und Ausführung der Versuchsgeräte hat etwas mehr als ein Jahr in Anspruch genommen. Die Hauptversuche konnten nach mancherlei vorbereitenden Proben erst im November 1909 beginnen und wurden im Sommersemester 1912 beendet. Insgesamt wurden etwa 5000 Versuche ausgeführt.

Die untersuchten Düsen, Nadeln und Becher sind zum Teil normale Bauarten einzelner Firmen, zum Teil wurden sie neu entworfen.

Der rückhaltlosen Veröffentlichung der gesamten Versuchsergebnisse stellt sich insofern eine gewisse Schwierigkeit entgegen, als einzelne Firmen keinen Wert darauf legen, ihre Bauarten in vollem Umfange der Oeffentlichkeit preiszugeben. Es wurden darum nur diejenigen Schlüsse gezogen, welche nicht die Kenntnis der besondern Ausführungsformen der Becher voraussetzen. Aus diesem Grunde sind auch die Bezugsquellen der einzelnen Becher nicht genannt, sondern die verschiedenen Becherformen nur mit Buchstaben bezeichnet worden.

B) Versuchsplan.

Es war ursprünglich in Aussicht genommen, Becher und Düsen für Wasserstrahlen von rechteckigem und von kreisförmigem Querschnitt zu untersuchen. Da sich aber schon zu Beginn der Versuche in der ausführenden Praxis die Ueberlegenheit der runden Strahlen in konstruktiver Hinsicht angebahnt hatte, die Untersuchung beider Strahlformen überdies zuviel Zeit und Mittel erfordert hätte, wurde die Untersuchung auf runde Strahlen und die dazu passenden Becherformen beschränkt. Auch so hat es sich gezeigt, daß mit den bewilligten Mitteln und der zur Verfügung stehenden Zeit nur ein Einblick in die untersuchten Verhältnisse erzielt werden konnte, daß das ganze Gebiet aber noch sehr viel übrig läßt, was eines weiteren und anregenden Studiums wert ist.

Die Untersuchungen sollten sich bei den runden Strahlen, für die ausschließlich Nadelregelung vorgesehen war, auf verschiedene Düsen-, Nadel- und Becherformen erstrecken, sowie auf die Ermittlung des Einflusses der Scheibengrößen, der Strahlentfernung vom Wellenmittel und der Becherzahl.

In der Zahlentafel 1 ist ein Ueberblick über die verschiedenen Nadeln und Düsen gegeben. Die zuerst vorhandenen Düsen und Nadeln 1 bis 3 sollten der Reihe nach in dieselbe Becherturbine eingebaut werden, und durch Vergleich der sich ergebenden Wirkungsgrade sollte die beste Bauart ermittelt werden. Bei der Durchführung dieser Versuche ergab sich von selbst eine Erweiterung durch die Ermittlung der Verluste bei der Strahlbildung. Im Verlaufe der Versuche sind ferner die ursprünglichen drei Düsen durch die Ausführungen 4, 5 und 6 ergänzt worden, die hauptsächlich bei kleinen Scheiben und großen Wassermengen verwendet wurden.

Die Zahl der zu untersuchenden Becherformen erhöhte sich allmählich auf 9 (A bis J). Die Hauptabmessungen der Becher sind in Zahlentafel 2 zusammengestellt. Sämtliche Becher sollten mit je zwei Schrauben auf den Becherscheiben befestigt und beliebig gegeneinander ausgewechselt werden können.

Die Strahlentfernung (Entfernung des Strahlmittels von der Wellenmitte) sollte in den Grenzen r = 162 bis 295,5 mm leicht einstellbar sein. Das Verhältnis

deutscher Ingenieure.

Auf

Die Ermittlung der günstigsten Strahlentfernung erfordert etwa 9 bis 10 Versuche, ebensoviele die Durchbremsung jeder der fünf Füllungen, so daß auf eine Becherscheibe mindestens (1+5)・9 54 Versuche zu rechnen waren. jede Becherform entfallen somit bei drei Radscheiben mit je drei verschiedenen Becherzahlen zu je 54 Einzelversuchen zusammen 486 Versuche. Die Untersuchung von 9 verschiedenen Becherformen hat also insgesamt etwa 9.486 4374 Einzelversuche erfordert.

Bei der Ausführung der Versuche ergaben sich insofern Abweichungen, als ungeeignete Becherformen weniger gründlich, andre dagegen sorgfältiger untersucht und ungenaue Versuche wiederholt werden mußten. Die Hauptversuchsreihen wurden mit Düse 3 durchgeführt und später durch Versuche mit größeren Düsen, namentlich mit 6, ergänzt.

Die Durchführung der Arbeiten gestaltete sich dadurch recht langwierig, daß sehr genau gemessen werden mußte und die Meßeinrichtungen nach mehrfachem Umbau erst allmählich auf die erforderliche Genauigkeit gebracht werden konnten.

C) Die Versuchseinrichtungen.

1) Die Maschine.

Die Becherturbine, Abb. 1 bis 6, ist eigens für die Versuche entworfen und ausgeführt worden. Auf einem Grundrahmen stehen 2 Traglager für die Welle, während das

doch im Laufe der Versuche durch Kugelrollager ersetzt wurden, damit man von der sich während der Versuche steigernden Erwärmung der Lager unabhängig war. Außerdem gestatteten die Kugellager ein Auswuchten der Bremse auf

der Welle. Das Gehäuse ist durch einen innen mit Blech bekleideten, leicht abnehmbaren H Holzdeckel verschlossen, durch den man die Becherscheiben in kurzer Zeit auswechseln kann. Durch größere im Deckel und im Gehäuse eingesetzte Glasfenster kann der Abfluß des Wassers beobachtet werden.

Die Düse ist seitlich an das Gehäuse angeschraubt. Durch keilförmige und prismatische Zwischenstücke und besondere Stellschrauben kann die Strahlmitte dem Wellenmittel und die Düsenmündung dem Rade genähert oder von ihm entfernt werden. Die Entfernung ist an einer besondern Teilung ablesbar, Abb. 7.

Das Wasser wird aus einem großen Windkessel mittels eines biegsamen Schlauches zugeführt, der den Verstellungen des Strahlmittels folgen kann. Die Nadel zur Regelung der Wassermenge und damit zur Aenderung der Füllung ist am äußeren Ende mit Gewinde versehen und kann durch Drehen am Handrade H, Abb. 2, verstellt werden. Eine Teilscheibe in Verbindung mit einem Maßstabe gestattet, die Stellung der Nadel von außen zu erkennen. Ist der Zusammenhang zwischen Nadelstellung und Wassermenge einmal genau festgestellt, so ist die Nadel dadurch geeicht, und es kann je nach der Nadelstellung und dem Gefälle die zugehörige durchfließende Wassermenge jederzeit aus einem Diagramm abgelesen werden. Da die Genauigkeit dieser Messungen durch toten Gang im flachen Gewinde der Nadel etwas beeinträchtigt wurde, kam bei der Neuanfertigung der Düse 6 ein feineres scharfes Gewinde zur Anwendung.

M 140

Abb. 8.

Verwendungsbereich der

Kreiselpumpen.

Das ursprünglich für kleinere Wassermengen entworfene Gehäuse erwies sich später bei größeren Wassermengen, namentlich im unteren Teil, als zu eng. Es wurde deshalb an der dem Strahl gegenüberliegenden Wand ein Stück ausgebohrt und über die Oeffnung ein hölzerner Kasten gebaut, Abb. 6. Außerdem wurden bei größeren Becherscheiben die Seiten- 180 wände des Gehäuses mit Strahlablenkern versehen, um 60 Spritzwasser abzuleiten. Mit diesen Vorsichtsmaßregeln konnte die Wassermenge schließlich bis auf etwa 50 ltr/sk gesteigert und dabei ein glatter Abfluß erzielt werden, ohne die Becher zu stören.

40 50 60 70/tr/sk Qr

Zur Erzeugung des Druckwassers diente eine 4 stufige Hochdruck-Kreiselpumpe, die mit 2 Radsätzen für verschiedene Druckhöhen ausgerüstet war. Abb. 8 zeigt die bei verschiedenen Druckhöhen und normaler Umlaufzahl (n=1450) erreichbaren Wassermengen. Qr bedeutet im folgenden stets die auf H1 = 100 m umgerechnete Wassermenge in ltr/sk. Bei der größten erforderlichen spezifischen Wassermenge Q1 = 68 ltr/sk ließ sich mit dem Radsatz 2 noch ein Gefälle von etwa 40 m erzielen. Die Versuche wurden bei Gefällen durchgeführt, die für die einzelnen Versuchsreihen zwar unverändert gehalten, aber je nach der Wassermenge und andern Bedürfnissen zwischen H = 100 und 35 m eingestellt wurden.

Die Pumpe fördert das Wasser in den bereits erwähnten Windkessel von 1250 mm Dmr. und 6 m Höhe, Abb. 3 und 4. Da bei kleinen Fördermengen leicht Druckschwankungen im Windkessel auftraten, wurde bei geringem Wasserbedarf der Becherturbine dem Windkessel eine gewisse Wassermenge durch ein einstellbares, vorgesteuertes Sicherheitsventil ent