: 12. Februar 1910. Zúgbeanspruchung der Nabe zu beseitigen oder sie sogar in eine Druckbeanspruchung zu verwandeln. Ein geeignetes Verfahren hierfür sei nachstehend kurz beschrieben. ! Die Nabe des Kolbens wird geschlitzt, Fig. 10. Es wird dann der ganze Kolben auf eine Temperatur von 300 bis 400° C gebracht und darauf die Nabe durch einen kalten Wasserstrahl schnell abgekühlt. Bei diesem Zustande des Kolbens klafft der Schlitz ungefähr 0,5 mm mehr als im kalten. Wird nun in die Fuge ein dementsprechend starker mehrteiliger Ring eingelegt, dann hat die Nabe im kalten Zustande des Kolbens Druckspannungen, und der fertig auf der Stange montierte Kolben ist tatsächlich spannungsfreier als die Kolben nach Fig. 8 und 9. Die so hergestellten Kolben haben auch länger gehalten als die früheren. Sie befriedigten jedoch hauptsächlich deshalb nicht, weil die beschriebene Behandlungsweise etwas umständlich war und sehr von der Zuverlässigkeit der Leute abhing. Außerdem waren auch bei dieser Bauart die grundsätzlichen Schwächen noch nicht vermieden. Grundsätzlich fehlerhaft bei sämtlichen vorstehend beschriebenen Konstruktionen ist zunächst, daß der Kolben nur auf der kurzen Strecke g, Fig. 8, gehalten wird. Das gesunde Gefühl muß dem Konstrukteur sagen, daß es unbedingt erforderlich ist, den Kolben, der von großen Kräften bald von der einen, bald von der andern Seite beansprucht wird, auf eine breite Unterlage zu setzen, also möglichst auf der ganzen Nabenbreite zu fassen. Ferner muß der am meisten gefährdete schwächste Querschnitt b, Fig. 9, dadurch wirksam entlastet werden, daß die beiden Stirnflächen miteinander verstrebt werden, indem statt der geraden schräge Stirnflächen ausgeführt werden. Außerdem muß die Haltbarkeit gerade dieses schwächsten Querschnittes durch geeignete Unterstützung erhöht werden. Aus diesen Ueberlegungen und der Bedingung, daß die Baulänge des Kolbens möglichst kurz sein soll, entstand die in Fig. 11 dargestellte Kolbenform. Neu ist vor allem die Form der Kolbenmutter, deren Druckfläche bei a liegt und in der Form dem Kegel auf der Kolbenstange entspricht. Dadurch wird das Material sehr glücklich verteilt; alle scharfen Ecken sind vermieden, die Nabe ist stark und kräftig ohne überflüssige Gußanhäufungen, der Kolben selbst ist auf seiner ganzen Nabenbreite gefaßt, ohne daß dadurch die Baulänge vergrößert würde. Durch die breiten Kegel an Kolbenstange und Kolbenmutter sind die bisher nicht unterstützten oder durch Eindrehungen geschwächten Quer Ehrhardt & Sehmer haben niemals sogenannte kolbentragende Stangen, d. s. Stangen mit gekrümmter Mittellinie, verwandt. Irgend ein besonderer Grund, sich ihrer zu bedienen, liegt nicht vor. Bei Gasmaschinen werden die Kolbenstangen so kräftig ausgeführt, daß die Durchbiegung infolge des Eigen- und des Kolbengewichtes nur sehr gering ist. Die Kolben gehen mit reichlichem Spiel im Zylinder, so daß auch bei geraden Kolbenstangen ihr Gewicht auf die Gleitschuhe der Kreuzköpfe übertragen wird. Für das Dichthalten der Stopfbüchsen ist es von keinem Einfluß, ob die Kolbenstangen mit gerader oder krummer Mittellinie. gedreht sind. Die Stopfbüchsen selbst werden von Ehrhardt & Sehmer in der Weise ausgeführt, daß alle Ringkammern in einfacher Weise miteinander gekuppelt sind, so daß beim Ausbauen, ohne daß ein besonderer Einsatzdeckel. vorhanden ist, die ganze Stopfbüchse gleichzeitig aus dem Zylinderdeckel herausgezogen wird. Die Kuppelstücke lassen sich sehr leicht entfernen, so daß nach wenigen Minuten die Stopfbüchse auf der Kolbenstange in ihre einzelnen Teile żerlegt ist. Zum Abdichten selbst dienen teils selbstspannende, teils durch besondere Federn angedrückte gußeiserne Ringe, deren Fugen verschlossen sind. (Schluß folgt.) Verluste in den Schaufeln von Freistrahldampfturbinen. ') Von Dr.-Ing. Nikolai Briling. Die vorliegende Untersuchung stellte sich als Ziel die Aufgabe, all die Ursachen zu verfolgen, die die Verluste im Laufrade bedingen, die Abhängigkeit des Geschwindigkeitskoeffizienten & beim Strömen des Dampfes durch die Schaufelkanäle von diesen Einflüssen zu bestimmen und endlich die Frage zu lösen, wie eine Dampfschaufel gebaut sein und unter welchen Bedingungen sie arbeiten muß, damit die Reibungsverluste möglichst klein ausfallen. Da diese Fragen 1) In diesem Auszug aus Heft 68 der Mitteilungen über Forschungsarbeiten möchte ich den Leser auf einen Irrtum in meiner dortigen Arbeit aufmerksam machen: Das Diagramm des Geschwindigkeitskoeffizienten stammt nicht von Bánki, wie es vielfach, wie auch von mir, angenommen wurde, sondern von Stodola; deshalb muß es an allen diesbezüglichen Stellen statt Bánki Stodola heißen. Weiter ist auf Seite 7 bei der Ableitung des indizierten Wirkungsgrades nicht angegeben, daß dieser bekannte Ausdruck zuerst von Bánki aufgestellt worden ist, Schließlich möchte ich noch darauf hinweisen, daß ich die Versuche von Banki nicht benutzt habe, um sie nur zu kritisieren, sondern vielmehr uin meine Forschung mit den Ergebnissen andrer zu vergleichen; wo die Ergebnisse nicht übereinstimmten, versuchte ich die Gründe dafür in der verschiedenen Anordnung der Versuche zu finden. N. Briling. sehr verwickelt sind, mußten sie auf die Untersuchung nu| einer Art Schaufeln begrenzt werden: auf die einer Freistrahlr turbinenscliaufel bei ihrer Arbeit mit einer geringeren als der Schallgeschwindigkeit. Die letztere Einschränkung wird dadurch befürwortet, daß fast alle vielstufigen Turbinen außer der AEG-Turbine die kritische Geschwindigkeit nicht überschreiten. Das hier angewendete Verfahren ist dasselbe, das Prof. E. Lewicki seinen Untersuchungen der Verluste in den Düsen, abhängig von der Veränderung der Temperatur, zugrunde gelegt hat; nur die Art der theoretischen Berechnung der hier zu bestimmenden Verluste ist anders. Der aus der Düse. mit der Geschwindigkeit C1 ausströmende Dampfstrahl stößt auf eine senkrecht zu ihm in einer gewissen Entfernung von der Düsenmündung stehende Platte und bricht sich an ihr unter einem Winkel von 90°, indem er in dieser Richtung seine ganze Geschwindigkeit verliert. Die Reaktion R der Platte ist genau gleich der Bewegungsgröße mici, die der Dampf beim Verlassen der Düse besitzt. Dies freilich unter der Voraussetzung, daß der Dampf wirklich unter 90° von der Platte abprallt und daß dabei der Luftwiderstand ohne merklichen Einfluß ist. Die von Prof. E. Lewicki bei seinen Versuchen verwen ง dete Wage konnte hier infolge ihrer geringen Empfindlichkeit (10 g) nicht benutzt werden. Deshalb wurde eine neue Wage angefertigt, die eine Messung des Reaktionsdruckes bis zu einer Genauigkeit von 0,1 g zuließ. Die Wage, Fig. 1, besteht aus einem Gestell a, in dem der drehbare Schneidenhalter b senkrecht geführt ist und mittels Stellschraube c festgestellt werden kann. Die auf b sitzenden Schneiden stehen unter 30o gegen die Senkrechte und sind dem ausströmenden Dampfe zugeneigt. Auf ihnen ruht der unter 90° gebogene Wagbalken ed. Er trägt auf der einen Seite die Schale und auf der andern die Platte d aus Aluminium von 150 mm Dmr. Auf dem Wagebalken ruht eine Wasserwage f, deren wagerechte Stellung für die senkrechte Stellung der Platte d bürgt. Im Knie des Wagbalkens sind zwei Messingrundstäbe mit Gewinde angebracht, auf denen zylindrische Gewichte laufen. Mit Hülfe des wagerechten Laufgewichtes g läßt sich die Platte dsenkrecht einstellen, das andre h dient dazu, der Wage eine gewünschte Empfindlichkeit zu deutscher Ingenieure. in einem Oelsacke stehenden Quecksilberthermometers bestimmt. Die Genauigkeit, mit der die Ablesungen erfolgen konnten, betrug 0,1° C. Die kleineren Drücke wurden durch ein Wassermanometer, die größeren durch ein Quecksilbermanometer, das mittels Nonius bis auf 1/10 mm genau abgelesen werden konnte, gemessen. Theoretische Begründung. Die erste bei einem Versuch auftauchende Frage ist die, ob das gewählte Verfahren zuverlässig genug ist und welche Ungenauigkeiten es in die Berechnungen bringen könnte. Um sich von der Brauchbarkeit des vorliegenden Verfahrens zu überzeugen, wurden zur Ermittlung der Düsenverluste zwei unabhängige Messungen: einmal mittels Kondensators und dann mittels Wage, vorgenommen. Der Vergleich ihrer Ergebnisse mit den theoretischen, verlustfreien Berechnungen läßt auf die Richtigkeit des hier verfolgten Verfahrens schließen. Zur Bestimmung der Verluste mittels Kondensators wurde unmittelbar an die Düse ein konisches Ansatzrohr angeschraubt, in welchem der Gegendruck mit einem kleinen Wassermanometer gemessen wurde. geben. Von b erstreckt sich nach unten eine rechteckige Stabführung k mit einer auf ihr gleitenden Skala m, an der der Ausschlag eines am Wagbalken d angebrachten Zeigers abzulesen ist. Eine Stellung der Skala wie sie hier gewählt ist, gestattet eine bequeme Beobachtung, da der Raum in der Plattenebene mit abströmendem Dampf erfüllt ist, der die Ablesungen dort sehr erschweren würde. Der Aufbau der Wage ermöglicht eine rasche und genaue Einstellung. Der in einem stehenden Schmidtschen Kessel gewonnene Dampf wurde in einen im Hörsaale befindlichen kleinen Hülfskessel geleitet. Dieser diente als Dampfausflußgefäß, in dem der Dampfzustand mittels Thermometers und Manometers gemessen wurde, Fig. 2 und 3. Da der Dampf auf dem beträchtlichen Wege zwischen den beiden Kesseln seine Ueberhitzung verlor, so war der Hülfskessel mit einer besondern Gasheizung versehen, durch die sich die erwünschte Ueberhitzung wieder erzielen ließ. Der erforderliche Druck wurde durch ein sehr empfindliches Drosselventil eingestellt. Die Temperatur wurde mit Hülfe eines gut geeichten, 12. Februar 1910. R P1 % (14). Aus Gl. (4) ist ersichtlich, daß die freiwerdende Wärme je nach den Verlusten eine Temperatursteigerung und somit ein Wachsen des spezifischen Volumens zur Folge hat, wodurch der Reaktionsdruck fällt. Somit gibt Gl. (4) ein Mittel an die Hand, die Verluste in der Düse zu berechnen. Diese Gleichung weist jedoch zwei Unbekannte, w und v, auf. Als zweite Bestimmungsgleichung kann die von Mollier zur Berechnung der Strömenergie des zwischen pi und pund entsprechendem v1 und v sowie entsprechendem und i befindlichen Dampfes aufgestellte Gleichung dienen: und aus Gl. (7), daß woraus κ w = 2 Fgp -1 G Bezeichnet man V(1) +291 P10 und (6) so folgt κ g 9 F mit b κ-1 (16) (17), κ-1 G ist, so bekommt man 02 2 g w = P G Die Konstanten a, b und c sind für entsprechende Düsen in der Zahlentafel 1 angegeben. Aus Gl. (12) bestimmt man die verlustfreie Geschwindigkeit wo, und durch Teilung des Wertes w der Gl. (18) erhält man den Geschwindigkeitskoeffizienten . Dieser Wert muß mit dem aus Gl. (13) erhaltenen übereinstimmen. Nach Ermittlung von u aus Gl. (18) läßt sich v aus der Kontinuitätsgleichung ableiten. Alle übrigen Größen können nach bekannten Formeln berechnet werden. Versuchsergebnisse. Untersucht wurden sechs Arten von Düsen: 1 zylindrische Düse, 3 Düsen mit rechteckigem Querschnitt, 1 kegelig sich verengende und 1 kegelig sich erweiternde Düse. Alle Düsen, mit Ausnahme der Düse Nr. 5 aus Rotguß, waren aus hartem Stahl angefertigt und gut poliert. Ihre genauen Abmessungen, die in der mechanischen Versuchsanstalt zu Dresden (Geh. Hofrat Prof. Scheit) bis auf 0,01 mm genau nachgeprüft wurden, sind in Zahlentafel 1 und Fig. 4 bis 13 wiedergegeben. Für die Düsen Nr. 1, 2 und 5 wurde der Geschwindigkeitskoeffizient mittels Kondensators und Wage, für die Düsen 3, 4 und 6 mittels Wage allein bestimmt. P+ Ρι υι 3 R 26 F (11). 2 (13). 3 rechteckig 4 rechteckig 5. sich verengend 6 sich erweiternd Bezeichnet man den Ausdruck 2F mit a, so folgt 1 Die Kondensatbestimmung wurde nicht weniger als je zweimal vorgenommen, um 2 gleiche Werte zu erhalten, Die deutscher Ingenieure. Zahlentafel 2. Zylindrische Düse. Versuche am 9., 10., 11., 13., 23. und 24. Mai 1907. Zahlentafel 3. Zylindrische Düse. Versuche am 4., 6. und 7. Juni 1907. Druckmessung. d = 6,455 mm. Querschnitt bezogen auf 100° C Temperaturerhöhung. H = 32,789 qmm. des Dampfstrahles im Bereiche von 50 bis 400 m/sk Geschwindigkeit angeführt. Ihre g-Werte sind als Ordinaten neben den zugehörigen Geschwindigkeiten als Abszissen in cinem Diagramm, Fig. 14, dargestellt, aus dem die Abhängigkeit des Geschwindigkeitskoeffizienten von der Geschwindigkeit selbst hervorgeht. Die Kurven fallen, wie ersichtlich, bei Geschwindigkeiten > 200 m/sk fast zusammen, bei kleineren Geschwindigkeiten gehen sie mehr und mehr auseinander. Die letztere Erscheinung rührt von dem Luftwiderstande her. Der Abstand der Düsenmündung von der Platte der Wage betrug bei allen diesen Untersuchungen 80 mm und war also offenbar zu groß gewählt worden. Ist der Abstand kleiner, so dürften die Kurven wohl näher aneinander verlaufen. Ein ähnliches Ergebnis hat sich auch für die drei viereckigen Düsen gezeigt. Geschwindigkeitskoeffizienten gr und go für die zylindrische Düse. 50 80 110 140 170 200 230 260 290 320 350 380 Geschwindigkeiten 1,00 0,98 0,96 0,94 0,92 0,90 0,88 0,86 0,84 0,82 0,80 Fig. 15. Geschwindigkeitskoeffizienten gr und D für die sich verengende Düse. Geschwindigkeiten 410 Zur Untersuchung der sich verengenden Düse wurde zwischen Kessel und Düse ein einzölliges, 0,5 m langes Rohr') eingeschaltet, so daß sich die in Zahlentafel 4 und 5 wiedergegebenen Versuchsergebnisse auf Düse und Ansatzrohr beziehen. Der Verlust im Rohr ist jedoch, da sein Querschnitt 10mal größer ist als der der Düse, verhältnismäßig gering. Die Entfernung der Düse wurde so festgelegt, daß der q-Wert auch bei den kleinen hier auftretenden Geschwindigkeiten einen Höchstwert hat. Diese günstigste Entfernung lag bei 50 mm und wurde auch bei größeren Geschwindigkeiten beibehalten. Die dieser Düse zugehörigen r- und JD-Werte finden sich in dem Diagramm Fig. 15. Es stellte sich heraus, daß die beiden -Werte bei der eben erwähnten Versuchsanordnung sehr nahe übereinstimmen, weshalb auch diese Düse zu Schaufelmessungen ver440 wendet wurde. Schließlich sei noch erwähnt, daß die q-Werte für die sich erweiternde Düse bei kleinen Geschwindigkeiten größer als 1 ausfallen, wenn man die Geschwindigkeiten auf den engsten Querschnitt bezieht. Ein ähnliches Ergebnis hat sich übrigens auch in der Hydraulik gezeigt. 1) Dieses Rohr mußte zwischengeschaltet werden, da es nicht möglich war, bei den späteren Schaufelmessungen mit Schaufeln und Wage an eine unmittelbar an den Kessel angeschraubte Düse heranzukommen. |