deutscher Ingenieure. Abb. 19. Verluste für 1 cm Geschwindigkeitshöhe. -3 Verluste auf 1cm 30 40 50 60 70 80 90 100mm Kanallänge Verluste auf 1cm/Geschwindigkeitshöhe ß 0 озо Kanallänge 40 50 60 70 80 90 100 mm Werte von ß für den parallelen Kanal (1) gerechnet nach: Darcy Die mit dem Index versehenen Kurven beziehen sich auf verengte Kanäle. Das anfangs schnelle, dann allmählichere Ansteigen der Kurven IV bis I läßt erkennen, wie der wirbelnde »turbulente<< Zustand mit der Länge des Kanales anwächst, bis schließlich die ganze Flüssigkeit von kleinen Wirbeln durchsetzt ist und ß sich einem festen Höchstwert nähert. Aus dem Charakter der Kurven II' und III' für die verengten Kanäle lassen sich keine Schlüsse ziehen, da die Absolutwerte der Verluste so klein sind, daß sie durch die mehrmalige Differenzenbildung nur ungenau bestimmt werden können. Sie sollen also nur die Größenordnung des Koeffizienten angeben, der für die verengten Kanäle kleiner ist als für den parallelen. Zum Vergleich sind für den parallelen Kanal die Werte von ẞ nach verschiedenen Formeln1) berechnet und gleichfalls in Abb. 20 eingetragen worden. D) Aus den bisherigen Messungen ergibt sich der quantitative Einfluß der Erweiterung auf die Verluste der Strömung. In bezug auf die Quelle der Verluste, die Stelle, wo sie entstehen, geben die Versuche mit dem Röhrchen eine wesentliche Ergänzung. Da der Flüssigkeitsdruck auf einer Breitenlinie des Kanales nahezu gleich bleibt, wurde darauf verzichtet, den im Röhrchen gemessenen Druck in Druckhöhe und Ge 1) »Hütte«, 20. Aufl. 1908 S. 271. R. Biel, Ueber den Druckhöhenverlust bei der Fortleitung tropfbarer und gasförmiger Flüssigkeiten; Mitteilungen über Forschungsarbeiten Heft 44 S. 37. schraffierte Fläche, Abb. 21 bis 28, gibt eine Vorstellung (die nicht ohne weiteres quantitativ verwertbar ist) von der Verteilung der nutzbaren Energie über den Querschnitt; ferner die Rechteckfläche, die nach oben hin durch die wagerechte Linie des Kesseldruckes abgeschlossen wird, von der Gesamtenergie des Querschnittes; schließlich der unschraffierte Teil der Rechteckfläche von den auftretenden Verlusten. Bei einem Teil der Messungen sprang in kurzen Abständen das Manometer zwischen zwei oder drei voneinander vollkommen getrennten Gleichgewichtlagen hin und her. Diese Punkte wurden bei der Auftragung so verbunden, daß die von den Kurven eingeschlossenen Flächenstücke unge 26. April 1913. Abb. 22 und 23. Kanal II. Verteilung der nutzbaren Energie über die Breite des Kanales (Messung mit Röhrchen). Wassermenge 7,15 ltr/sk. Abb. 23. Höhe 26,4 mm. Die den Kanal I bildenden Wangen sind an seinem Ende senkrecht abgeschnitten, so daß der Querschnitt des Kanales I plötzlich in den des äußeren Kanales übergeführt wird. Die weiteren Abbildungen zeigen demnach den Einfluß einer plötzlichen Erweiterung. Der Strahl strömt geschlossen aus, und zwar um so vollständiger, je größer die ursprüngliche Geschwindigkeit ist, und um so langsamer erfolgt eine Auffüllung der seitlichen Räume mit wirbelndem Wasser. Die gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung zeigt der Strahl jedoch nicht mehr, er wird nach beiden Seiten hin stark abgerundet, und zwar um so stärker, je größer die Verluste an den Seiten sind (bei größerer Anfangsgeschwindigkeit). Bei der getroffenen Anordnung konnten weitere Querschnitte nicht mehr untersucht werden. Es hätte sich dann ergeben, daß sich der mittlere Teil der schraffierten Fläche allmählich verflacht, während sich gleichzeitig die Seitenteile auffüllen, bis schließlich eine gleichmäßige, aber wirbelnde Strömung über dem ganzen Querschnitt vorhanden ist. Hierbei nimmt entsprechend dem zunehmenden Verluste die gesamte schraffierte Fläche noch etwas ab. Im wesentlichen ist der Sitz der Verluste die Unstetigkeitsstelle des Querschnittes. Mit vermehrter Geschwindigkeit ergibt sich eine Zunahme dieser Verluste. Abb. 24 und 25. Kanal III. Abb. 25. Wassermenge 7,25 ltr/sk. Für den Kanal II ist in Abb. 22 und 23 veranschaulicht, wie die Verluste nach dem oberen Rande hin zunehmen. Die Messung erfolgte für diesen Kanal wie auch für III und IV an vier Querschnitten: 7 25 (engste Stelle), 60 (im geraden Teil des Kanales), 100 (Ende des geraden Teiles), 130 (hinter der stärkeren Erweiterung, im groBen Kanal). Die Höhe 13,4 mm entspricht etwa der Mitte des Kanales, während 26,4 etwa 1 mm von der oberen Deckfläche entfernt ist. Den Einfluß verschieden großer Durchflußmengen lassen die Messungen für Kanal III, Abb. 24 und 25, erkennen. Während an der engsten Stelle die Verluste unmerklich sind, zeigt sich deutlich, wie sie allmählich an den Wandungen entstehen und mit zunehmender Länge und nach dem oberen Rande hin das Geschwindigkeitsprofil immer stärker angreifen. Der Einfluß der stärke Verteilung der nutzbaren Energie über die Breite des Kanales (Messung mit Röhrchen). A A A A A A Der bei Kanal II vorhandene abgerundete Uebergang nach dem weiten Kanal hin ist benutzt, um im Vergleich zu der plötzlichen Querschnittsänderung bei Kanal I zu zeigen, wie durch eine auch nur kurze aber stetige Erweiterung die Verluste wesentlich herabgemindert werden, Abb. 26. Für Kanal IV ist die Messung unter dem gleichen Gesichtspunkte wie bei der Bestimmung des Flüssigkeitsdruckes durchgeführt; es sollte der Einfluß der Druckerniedrigung bis zum Enweichen der Luft festgestellt werden. Der Kurvenschar Abb. 27 und 28. Kanal IV. deutscher Ingenieure. Verteilung der nutzbaren Energie über die Breite des Kanales (Messung mit Röhrchen). (Verschiedene Drosselung des Schiebers, konstante Durchflußmenge) Höhe 13,6 mm. Wassermenge 7,37 ltr/sk. für Höhe 24,6 mm. 1125 kg/qcm. für Höhe 22,6 mm. Abb. 28. Pst an der Stelle kg/qcm kg/qcm 91 120 110 100 in der Einleitung dargestellten Theorie von Prof. Prandtl. Die Messung des Flüssigkeitsdruckes zeigte, daß in den verengten Kanälen die Strömung nahezu verlustfrei ist (Potentialströmung), während mit zunehmender Erweiterung die Strömung ungünstiger verläuft. Durch die Untersuchung des Strömungsverlaufes mit Hülfe des Röhrchens konnte dann weiter nachgewiesen werden, daß die Verluste (in Form von Wirbelbildung durch Reibung) im wesentlichen an den Wandungen der Kanäle entstehen und allmählich die ganze Strömung durchsetzen (Turbulenz), und zwar in um so stärkerem Maße, je stärker die Kanäle erweitert sind, je schneller die Geschwindigkeit abnimmt und der Druck zunimmt. Der schädliche Einfluß des Druckabfalles in der engsten Stelle bis zum Entweichen der gelösten Luft, sowie plötzlicher Querschnittänderungen konnte durch die verwendeten Untersuchungsverfahren nachgewiesen werden. Das somit gewonnene anschauliche Bild der Strömungsvorgänge kann für die Verwendung in der Technik wertvoll sein, wenn auch im Hinblick auf die geringen einstweilen vorliegenden Unterlagen darauf verzichtet wurde, die Ergebnisse so in mathematischer Ausdrucksweise darzustellen, daß sie der rechnerischen Verwertung unmittelbar zugänglich wären. Große Gleichstrom-Dampfmaschinen für Walzenstraßenantriebe.') Von Schömburg in Witten. Anfangs vorigen Jahres ist auf den Rombacher Hüttenwerken eine große Gleichstrom-Dampfmaschine für den unmittelbaren Antrieb einer 600 er Profileisenstraße in Betrieb genommen worden; sie entwickelt bei 120 Uml./min gewöhnlich 1600 und höchstens 2400 PS und arbeitet mit der hohen Kolbengeschwindigkeit von 5,2 m/sk; sie hat 1080 mm Zyl.-Dmr. und 1300 mm Hub, das Schwungrad wiegt bei 6,8 m Dmr. rd. 70 t, der Platzbedarf beträgt rd. 80 qm. Die Maschine ist von Ehrhardt & Sehmer G. m. b. H. in Saarbrücken gebaut. Die Firma hat jetzt eine noch größere Maschine dieser Konstruktion für die Röchlingschen Eisen- und Stahlwerke in Völklingen im Bau, die im laufenden Jahre in Betrieb kommen wird. Diese größte Gleichstrom-Dampfmaschine hat ebenfalls nur einen Zylinder und dient zum unmittelbaren Antrieb einer Triostraße mit 3 Gerüsten von 750 mm Walzendurchmesser für Träger, schwere Stabeisen usw., Abb. 1 und 2. Die Maschine leistet bei 1700 mm Zyl.-Dmr., 1400 mm Hub und 100 bis 110 Uml./min 4000 bis 6000 PS; ihr Schwungrad wiegt bei 6,5 m Dmr. 90 t. Wie die Rombacher Maschine hat auch sie eine hintere Geradführung. Während die Maschine in Rombach an eine Zentralkondensation angeschlossen ist, hat die Völklinger eine besondere Gegenstrom-Einspritzkondensation mit elektrisch angetriebener Kühlwasser- und Luftpumpe. Der Platzbedarf beträgt rd. 95 qm; das gesamte Maschinenhaus einschließlich der Kondensation bedeckt nur 215 qm Bodenfläche. Die Maschine läuft bei ihrer höchsten Umlaufzahl mit 5,1 m/sk Kolbengeschwindigkeit, beim nor 1) Sonderabdrücke dieses Aufsatzes (Fachgebiet: Dampfmaschinen) werden an Mitglieder des Vereines und Studierende bezw. Schüler technischer Lehranstalten gegen Voreinsendung von 20 postfrei abgegeben. Andre Bezieher zahlen den doppelten Preis. Zuschlag für Auslandporto 5. Lieferung etwa 2 Wochen nach dem Erscheinen der Nummer. malen Walzbetrieb, d. s. etwa 80 bis 90 Uml./min, entsprechend 3000 bis 3500 PS, mit 4 m/sk. An verschiedenen Stellen sind bereits Gleichstrom-Dampfmaschinen für Walzwerke in Betrieb, darunter mehrere für Mittel- und Feineisenstraßen mit der hohen Umlaufzahl von 90 bis 130 Uml./min. Die meisten der 300- bis 1300 pferdigen Maschinen sind einzylindrig, die Zylinderdurchmesser liegen zwischen 630 und 1000 mm. Die betriebstechnischen und wirtschaftlichen Vorzüge der Gleichstrom-Dampfmaschine für den Walzwerkbetrieb, wie geringer Dampfverbrauch, Anpaßfähigkeit infolge guter Regelung, Ueberlastbarkeit, Einfachheit, sind in dieser Zeitschrift 2) bereits erörtert worden. Für den Walzwerkbetrieb mit seinen vielen Leerläufen und stoßartigen Ueberlastungen ist es von besonderm Vorteil, daß der Dampfverbrauch stets nur wenig von dem der Normalfüllung verschieden ist. Ergebnisse von Versuchen, die an einer Maschine der Gewerkschaft Quint nach achtmonatigem Betrieb vorgenommen wurden, sind nachstehend zusammengestellt. Die Maschine hat 630 mm Zyl.-Dmr. und 1000 mm Hub und leistet 300 bis 400 PS bei 70 bis 100 Uml./min. Sie arbeitete mit 9,5 at und 190° Dampftemperatur. Die Kühlwassertemperatur der Kondensation betrug 11°, die Luftleere 93 vH. Das Walzwerk für Rundeisen und Formeisen hat ein Kammwalzengerüst und drei Arbeitsgerüste von 350 mm Walzendurchmesser. 26. April 1913. wobei das Kondensationswasser in den Frischdampfleitungen usw. besonders gemessen und abgezogen wurde. Die Belastung während des Versuches schwankte nur wenig. Weitere Versuche an einer Maschine von 800 PS zum Antrieb eines Feineisenwalzwerkes sind bei wechselndem Walzprogramm mit Hülfe von Speisewassermessern längere Zeit durchgeführt worden; hierbei ergab sich ein Dampfverbrauch von durchschnittlich 5 kg/PS;-st. Einwandfreie Zahlen über den Dampfverbrauch für 1 t Walzgut bei bestimmter Streskung stehen noch nicht zur Verfügung. Für die große Völklinger Maschine sind 5,1 kg/PSe-st bei wechselnder Belastung, 7 at, 300° und 91 bis 93 vH Luftleere gewährleistet. Bei dieser Gelegenheit sei auf den geringen Oelverbrauch der Gleichstrom-Dampfmaschine gegenüber der Verbundmaschine aufmerksam gemacht. Der Verbrauch betrug z. B. bei einer mit durchschnittlich 1600 bis 1700 PSe belasteten Verbundmaschine für ein flott arbeitendes Drahtwalzwerk 1,5 bis 1,6 g/PSe-st. Die Maschine hat Kolbenschieber am Hochdruck- und Corliss-Schieber am Niederdruckzylinder und arbeitet mit 3,75 bis 4 m/sk Kolbengeschwindigkeit. Eine unter ähnlichen Betriebsverhältnissen arbeitende Gleichstrommaschine für ein Feineisenwalzwerk brauchte bei 1100 PS Durchschnittsbelastung Abb. 1 und 2. Gleichstrom-Walzenzug-Dampfmaschine mit 1700 mm Zyl.-Dmr., 1400 mm Hub und 80 bis 110 Uml./min. Maßstab 1:125. und 4,0 bis 4,1 m/sk Kolbengeschwindigkeit 0,95 bis 1,1 g/PSe-st. Beide Maschinen sind nahezu gleichmäßig belastet, die Drahtwalzmaschine jedoch über ihre Normallast hinaus. Letztere arbeitet mit trocknem, die Gleichstrom maschine mit überhitztem Dampf. Dabei werden durchschnitt lich 85 t Draht bezw. 61 t Feineisen in einer Schicht erzeugt. In der Zahlentafel ist ein Vergleich zwischen einigen un gefähr gleich großen Anlagen verschiedener Bauart durchgeführt, nämlich zwischen dem großen Völklinger Antrieb, der Schwungradmaschine der kontinuierlichen Drahtstraße des »Phönix«< in Hamm, der größten amerikanischen Schwungradmaschine auf den Ohio-Werken der Carnegie Steel Co. und zwei deutschen elektrischen Drehstromantrieben. Die Maschine des »Phönix« in Hamm scheidet als DreifachExpansionsmaschine mit ihrer etwa 3500 mm breiten Seilscheibe beim Vergleich des Platzbedarfes aus; für den Dampfverbrauch hatte sie von der andern den Vorteil der nahezu gleichmäßigen Belastung und der großen Erzeugungsmenge voraus. Der Dampfverbrauch der schweren 1907 gebauten amerikanischen Maschine von 8,1 kg/PS-st ließe sich bei neueren Konstruktionen noch herabmindern. Beim Walzen von Halbzeug z. B., wo bei 10facher Verlängerung nach Versuchen 38 KW st/t nötig werden, entsprechend 52 PS-st bei einem Wirkungsgrad von 85 vH für die Dampfmaschine und den Drehstrommotor mit Schlupfwiderstand, würden für 1 t Walzgut aufzuwenden sein: für die Gleichstrom-Dampfmaschine: 265 kg + 10 vH Verluste für die Verbundmaschine: 5 2 × 5,1 = 52 × 6,6 = 343 kg 10 vH Verluste für den Drehstrommotor: 38 KW-st. 292 kg Dampf, 378 kg Dampf, Bei 100 000 t Jahresleistung, einem mittleren Dampfpreise von 2,40 M für 1000 kg und einem mittleren Strompreise von 2,2 /KW-st, betragen die Energiekosten: für die Gleichstrom Dampfmaschine: deutscher Ingenieure. für die Verbundmaschine: 100000 378 X für den Drehstrommotor: 100000 × 38 × 0,022 = 83 600 » WO Zu der Zahlentafel muß noch bemerkt werden, daß sich durch Anwendung des verlustlosen Regelverfahrens bei Drehstrom der Wirkungsgrad des elektrischen Antriebes von durchschnittlich 85 vH auf 90 bis 92 vH erhöhen ließe, durch sich die Kraftverbrauchkosten auf rd. 77000 M ermäßigen würden, natürlich auf Kosten der Betriebseinfachheit und mit Hülfe von teuern Sonderbeschaffungen. Auf dem Hüttenwerk Deutscher Kaiser ist ein solcher Antrieb für eine 700 er Träger- und Schienenstraße von 2500/5000 PS bei 130 bis 80 Uml./min in Betrieb. Die für Hüttenwerke wichtige Platzfrage hat sehr oft zugunsten des elektrischen Antriebes den Ausschlag gegeben. Die Einzylinder-Gleichstrommaschine steht ihm jedoch namentlich bei den langsamer laufenden großen Antrieben darin nicht nach; so ist der Raumbedarf der 2000 PS-Drehstrommotoren einschließlich ihrer Anlaß- und Hülfsvorrichtungen und der Schwungradlagerung nur wenig kleiner als bei der Völklinger Maschine mit Kondensation; er wird sogar noch größer, wenn bei den regelbaren Antrieben ein Hintermotor eingebaut wird. Was die Verbundmaschine anbelangt, so würde man sich bei uns zu einer stehenden Ausführung mit 1500 mm Hub, wie bei der oben erwähnten amerikanischen Maschine, kaum entschließen. Versuche über die Spannungsverteilung in gekerbten Zugstäben.1) Von E. Preuß in Darmstadt. Ein Flachstab mit rechteckigem Querschnitt und zwei auf entgegengesetzten Seiten einander gegenüber liegenden Kerben bei A und C, Abb. 1, werde durch die Kraft P auf Zug beansprucht. Der Angriffspunkt der Kraft P sei so gewählt, daß in größerer Entfernung von dem durch die Kerben geschwächten Querschnitt AC, z. B. in dem Querschnitt A'C', die durch die Kraft P erzeugte Zugspannung gleichmäßig über den ganzen Stabquerschnitt verteilt ist. In dem durch die Kerben geschwächten Querschnitt AC ist dann jedoch, sofern die Streckgrenze des Stoffes noch nicht erreicht oder überschritten ist, die durch die Wirkung von P bedingte Zugspannung nicht gleichmäßig verteilt. Es tritt vielmehr in der Nähe der Kerben eine nicht unerhebliche Spannungserhöhung ein, die naturgemäß mit einer entsprechenden Spannungsverminderung an den in der Nähe der Mittelachse des Stabes bei J liegenden Stellen verbunden sein muß. Die nachstehenden Versuche 2) sollen zeigen, in welcher Weise die Spannungsverteilung im Querschnitt AC und insbesondere die auftretende Höchstspannung бmax in den Punkten A und C innerhalb des Gebietes der elastischen Formänderungen, also innerhalb des Gebietes der Nutzspannungen unserer Bauteile, von der Form und Größe der Kerben abhängig ist. Als Probestäbe dienten Flacheisen nach Abb. 2 und 3 von 630 mm Länge, 75 mm Breite und 16 mm Dicke. Das Eisen hatte eine Proportionalitätsgrenze von 2320 kg/qcm, eine Streckgrenze von 2600 kg/qcm und eine Zerreißfestigkeit von 3975 kg/qcm. Die Bruchdehnung betrug 31,6 vH 1) Auszug aus einem demnächst in den Mitteilungen über Forschungsarbeiten erscheinenden ausführlichen Versuchsbericht. Dieser Bericht über Versuche an gekerbten Zugstäben schließt an den früheren Versuchsbericht des Verfassers über die Spannungsverteilung in gelochten Zugstäben an, vergl. Mitteilungen über Forschungsarbeiten Heft 126 und Z. 1912 S. 1780. 2) Frühere theoretische und in anderer Weise experimentell ausgeführte Untersuchungen liegen von Leon vor, vergl. Oester. Zeitschrift für den öffentlichen Baudienst 1908 Nr. 9, 29, 43, 44; Mitteilungen aus dem mechan.-techn. Labor. der Techn. Hochschule in Wien 1908 Nr. 1, 3 und »Armierter Beton< 1909 Nr. 9, 10. |