zu Nr. 49 der Zeitschrift des Vereines deutscher Ingenieure vom 9. Dezember 1911. Zum Mitgliederverzeichnis. Aenderungen. Bergischer Bezirksverein. Ernst Schlickum, königl. Bergreferendar, Berlin W., Fürther Str 9. Berliner Bezirksverein. Dr.-Ing. Paul Christlein, technischer Physiker, Assistent an der Bodensee-Bezirksverein. Dr. Alexander Wacker, Geheimer Kommerzienrat, Wien, Magdalenenstr. 10. Braunschweiger Bezirksverein. Curt Breusing, Ingenieur, Braunschweig, Kastanienallee 3. Dresdener Bezirksverein. Georg Hinke, Ingenieur, Dohna (Bez. Dresden), Königstr. 52. Fränkisch-Oberpfälzischer Bezirksverein. Dipl.-Ing. Alexius Marko, Nürnberg, Grenzstr. 13. Hamburger Bezirksverein. Ludwig Deutsch, Zivilingenieur, Lübeck, Steinvadenweg 26. Hannoverscher Bezirksverein. Gustav Spanner, Ingenieur, Göttingen, Königsallee 81. Karlsruher Bezirksverein. Dr. Carl Arbenz, Ingenieur, Freiburg (Breisgau), Schwaighofstr. 10. Simon Bär, Einj.-Freiwilliger im königl. bayerischen Eisenbahnbataillon, München, Dom Pedro Str. 2. Dr. Martin Disteli, Professor an der Technischen Hochschule, Karlsruhe, Kriegstr. 152. Herm. Kolb, Ingenieur, Baden-Baden, Waldseestr. 1. Philipp Laubach, Oberingenieur der The Electrical Engineering & Agency Co. Ltd., London W. C., 109/111 New Oxford Street. Dr.-Ing. Ant. Schwaiger, Privatdozent an der Technischen Hochschule, Karlsruhe, Gabelsbergerstr. 4. Kölner Bezirksverein. Emil Otto Heide, Ingenieur, Köln-Kalk, Bertramstr. 4. Adolf Poetsch, Oberingenieur der Fa. L. Hopmann, Köln-Ehrenfeld, Eichendorffstr. 5. Dipl.-Ing Wilhelm Rein, Ingenieur bei J. Pohlig A.-G., Köln, Siebengebirgsalee 67. Dipl.-Ing Paul Wolfram, Betriebsleiter der Priamus Automobilwerke, Köln, Roonstr. 17. Leipziger Bezirksverein. Dipl.-Ing. Gustav Birkner, Ingenieur bei A. Bleichert & Co., LeipzigGohlis, Pariser Str. 13. Gerhard Eckardt, Ingenieur, Leipzig, Langestr. 12. Dipl.-Ing. Carl Springsfeld, Direktor der Leipziger Metallfadenlampenfabrik G. m. b. H., Leipzig-Leutzsch, Bahnhofstr. 19. * bedeutet Absolvent einer ausländischen Technischen Hochs chule. Sitzungskalender der Bezirksvereine. Aachener B.-V.: 1. Mittwoch j. M., ab. 5, U., Weinsalon des Kurhauses, Augsburger B.-V.: Zusammenkünfte jeden 2. Freitag des Monats abends Bayerischer B-V.: Während der Wintermonate Vereinsversammlungen alle 14 Tage Freitags, nach vorheriger Bekanntgabe im Bayerischen Industrieund Gewerbe-Blatt. Bergischer B.-V.: 2. Mittwoch jed. Mon., abds. 8 Uhr, i. d. Gesellschaft, Verein" in Elberfeld, Kaiserstr.: Hauptversammlung. Bochumer B.-V.: 1. und 3. Sonnabend jed Monats gesellige Zusammenkunft Abteilung Witten: 1. und 3. Montag jeden Monats Zusammenkunft im Hotel Bodensee B.-V.: Versammlungen möglichst am 2. Sonntag jeden Monats, Braunschweiger B.-V.: 2. u. 4. Montag jed. Mon., abends 8, Uhr, Braunschweig, Chemnitzer B. V.: 1. Mittw. jed. Monats, abends 8 Uhr, Hörsaal 254 der Dresdner B.-V.: 2. Donnerstag jeden Monats, abends 812 Uhr, im weißen Elsaß-Lothringer B.-V.: Nächste Sitzung Montag, den 11. Dezember, abends Fränkisch-Oberpfälzischer B.-V.: 1. und 3. Freitag jeden Monats, abends 8 Uhr, Jeden Freitag Abend Stammtisch in der „Alemania", Schillerplatz 4; jeden Hamburger B.-V.: 1. und 3. Dienstag jeden Monats, abends 8 Uhr, Sitzung im Hannoverscher B.-V.: Jeden Freitag, abends 81/4 Uhr Sitzung im Künstler- Jeden Donnerstag, abends 81/, Uhr, Kegeln im Restaurant,,Weidmannsrast", Hessischer B.-V.: Am 1. Dienstag jed. Mon. Sitzung, am 3. Dienstag ges. Zu- Kölner B.-V.: 2. Mittwoch jed. Mon., abends 8 Uhr, in der ,,Bürgergesellschaft". Lausitzer B.-V.: 3. Sonnabend jed. Mon., abends 8 Uhr, im Restaurant „Han- Leipziger B.-V.: Sitzungen an jedem letzten Freitag des Monats im Lehrer- Märkischer B.-V. Sitzung monatlich nach vorheriger Einladung im „Central- Magdedurger B.-V.: Sitzung jeden 3. Donnerstag im Monat, abends 8 Uhr, im Mannheimer B.-V.: Jeden Donnerstag Abend im Restaurant „Weinberg" Mittelthüringer B.-V: Versammlungen Sonnabends im Hotel Erfurter Hof Pommerscher B.-V.: 2. Dienstag jed. Mon., abends 8 Uhr, Stettin,,,Vereinshaus". Rheingau B. V.: Versammlung am dritten Mittwoch jeden Monats, abwech- Schleswig-Holsteinischer B-V: 2. Freitag jed. Mon., Kiel, Loge, Lorentzendamm. Westpreußischer B.-V.: Sitzung 1. und 3. Dienstag jeden Monats im Saal der Württembergischer B.-V.: 1. Donnerstag jeden Mon., abends 8 Uhr, Stuttgart Untersuchungen über das allgemeine Verhalten des Geschwindigkeitskoeffizienten von Leitvorrichtungen des praktischen Dampfturbinenbaues.') Von Dr.-Ing. Paul Christlein in Charlottenburg. (Mitteilungen aus dem Maschinen-Laboratorium der Technischen Hochschule Charlottenburg.) Es ist gerade in der letzten Zeit ausdrücklich darauf hingewiesen worden, daß man über die eigentlichen Verluste in den einzelnen Dampfturbinenelementen, die doch die Grundlagen für die Bemessung dieser Maschine bilden, noch recht mangelhaft unterrichtet ist. Man ist noch nicht einmal einig in der Beantwortung der einfachen Frage: Nehmen die Verluste mit der Geschwindigkeit zu oder ab? Die Notwendigkeit für eine Betätigung in diesem Gebiete war daher gegeben. In der Folge hat sich auch Hr. Professor Josse, Vorsteher des Maschinenlaboratoriums der Technischen Hochschule Berlin, diesem Gebiete zugewandt, und es wurde auf seine Veranlassung und nach seinen Angaben eine besondere Versuchseinrichtung geschaffen, die von mir zum erstenmal benutzt und weiter ausgebaut wurde, um über diese schwebenden Fragen Aufklärungen zu bringen. Die Versuche wurden im großen Maßstab in den Jahren 1909 bis 1911 durchgeführt, wobei bedeutende Dampfturbinen-Firmen lebhaftes Interesse dafür zeigten und sie insbesondere durch reichliche Zuwendung von Versuchsmaterial unterstützten. In dieser Beziehung danke ich insbesondere den Direktionen der Turbinenfabrik der Allgemeinen Elektricitäts - Gesellschaft, Berlin, der Bergmann-Elektricitätswerke A.-G., Berlin, und der Firma Fried. Krupp A.-G. Germania-Werft, KielGaarden. g9,81 m/sk' die Erdbeschleunigung, 2114 2118 2120 w die in Richtung der geometrischen Achse der Leitvorrichtung tatsächlich erreichte mittlere Austrittgeschwindigkeit in m/sk, die in dem Strahlquerschnitt vorhanden ist, wo ein vollständiger Ausgleich der Pressung im Strahle mit der Pressung im Gegenraum eben erfolgt ist. Ist nun die Düse oder der Leitapparat an einem Wagebalken angeordnet, so kann der Reaktionsdruck R durch Gewichtbelastung P in einer Wagschale gemessen werden. Gl. (1) ist gültig für Flüssigkeiten beliebiger Art, wobei aber für elastische Flüssigkeiten (Gase, Dämpfe usw.) infolge der auftretenden und längst nachgewiesenen Schwingungserscheinungen bei Ueberschallgeschwindigkeit noch bestimmte Bedingungen erfüllt sein müssen, um diese Art des Meßverfahrens überhaupt allgemein gebrauchen zu können. Die weitere Bestimmung der Verluste des aus Düsen, Leitapparaten usw. ausströmenden Wasserdampfes ergibt sich wie folgt: Unter Annahme einer verlustfreien adiabatischen Expansion vom Anfangsdruck pi kg/qcm abs. auf den Gegendruck på kg/qcm abs. wird sich eine theoretische Geschwindigkeit Wo= 91,53 Vi iz (2) ergeben, wobei = = 91,53 V Wärmeinhalt des Dampfes vor Eintritt in die Leitvorrichtung, Wärmeinhalt nach erfolgter reibungsfreier adiabatischer Expansion bis auf den Gegendruck p2. Solange es sich um trocken gesättigten oder überhitzten Dampf handelt, ist aus Druck p1 und Temperatur t1 vor der Leitvorrichtung vollständig bestimmt. Mit hinreichender Genauigkeit können die Werte von i und unmittelbar aus dem I-S-Diagramm von Mollier entnommen werden, wie es ja allgemein im Dampfturbinenbau üblich ist. In Wirklichkeit treten nun beim Ausströmen durch Düsen oder Leitapparate Strömungswiderstände verschiedener Art auf, wodurch die theoretische Ausflußgeschwindigkeit wo auf die wirkliche Ausflußgeschwindigkeit w herabgesetzt wird. Es ist also w = 9 wo; deutscher Ingenieure. wurde darauf gesehen, daß die Wage möglichst in warmem Zustande war. Druckmessung. Die Drücke p1 und på wurden mit sehr zuverlässigen Federmanometern bestimmt, deren Angaben nach der Quecksilbersäule geeicht waren. Der größeren Genauigkeit halber wurden die Drücke an verschiedenen Manometern abgelesen, deren Meßbereiche abgestuft waren. Die Manometer zur Bestimmung des Druckes p1 waren unmittelbar auf dem schwingenden Gegenarm der Wage befestigt. Aus dem Innenraume wurde die Manometerleitung durch die angebohrte Welle selbst herausgeführt, so daß auch durch diese Leitung keinerlei störender Einfluß auf die Wage ausgeübt werden konnte. Temperaturmessung. Zur Bestimmung der Temperatur des Dampfes unmittelbar vor Eintritt in die zu unter Fig. 1 bis 3. Versuchseinrichtung. Co Vibrations tachometer Schauloch Schnitt x=x Dampfeintritt H(TUR) Dampfableitung der äufseren Stopfbüchse Versuchsdüse x zum Kondensator Kondensator Kondensat P1 Druck vor der Leitvorrichtung in kg/qcm abs. ti Temperatur vor der Leitvorrichtung in °C På Druck im Gegenraum in kg/qem abs. Kühlwasseraustritt Entlüftung Ausgleichgefäfs Schauloch suchende Düse wurde ein geeichtes Thermoelement (Eisen-Konstantan) benutzt, dessen zweite Lötstelle in schmelzendes Eis gelegt wurde. Das Thermoelement ist mit dem Düsenträger beweglich, und die herausführenden Drähte hatten auch hier auf die Wage selbst keinerlei störenden Einfluß. Der Eisenund Konstantandraht war auf die Länge von rd. 1 m im Innenraume der Versuchseinrichtung Temperaturen bis rd. 350° C und außerdem auch teilweise sehr nassem Dampf ausgesetzt. Es mußten deshalb zur Vermeidung von Meßfehlern besondere Maßregeln getroffen werden. Der zur Verfügung stehende, nur mit einfacher Baumwollumspinnung isolierte Eisen- und Konstantandraht wurde zunächst mit Asbestschnur umwickelt und die Oberfläche der letzteren mehrfach mit Mennigkitt gestrichen. Diese Drähte haben sich sehr gut gehalten und sich innerhalb der Temperaturen bis rd. 350°C als vollständig wasser- und hitzebeständig erwiesen. Kondensatmessung. Hierbei wurde eine bestimmte Menge in einer bestimmten Zeit abgewogen. Die Zeitmessung erfolgte mit der Stoppuhr. Besonderes Augenmerk wurde fortwährend auf die Dichtheit aller Leitungen usw. gerichtet. Auch der Kondensator wurde mehrfach auf Dichtheit geprüft. Ferner wurde, da die Kondens atmessung immer noch nicht genau genug erschien, hauptsächlich bedingt durch die ungleiche Förderung der Kondensatpumpe, noch ein Ausgleichgefäß eingeschaltet, von dem aus das ausfließende Wasser abgewogen wurde. Reaktionsdruck in kg Hebelverhältnis der Wage Fe, Co Eisen- bezw. Konstantandraht zum Thermoelement gehörig wichten auf die am wagerechten Wagebalken angeordnete Schale gemessen. Der Dampf wird dem Düsenträger störungsfrei durch eine hohle Welle zugeführt, die an der Eintrittstelle in einer Hochdruckstopfbüchse mit einfacher Labyrinthdichtung beweglich ist. Der Abdampf dieser Stopfbüchse wird, damit er bei Versuchen die Beobachter nicht stört, durch eine besondere Rohrleitung abgeführt. Die Hohlwelle ist auf Kugeln gelagert, um möglichst geringe Reibung zu erzielen. Der Düsenträger ist allseitig von einem Gehäuse umgeben, das unter Einschaltung eines Absperrschiebers an einen Oberflächenkondensator angeschlossen ist. An den Stellen, wo die Welle das Gehäuse durchdringt, sind Labyrinthstopfbüchsen angeordnet. Vor Beginn der eigentlichen Versuche wurde der Nullpunkt der Wage mittels des Schwingungsverfahrens festgestellt; dabei Undichtigkeitsbestimmung. Bei Ueberdruck in der Versuchseinrichtung trat aus den Labyrinth-Stopfbüchsen Dampf ins Freie, und die Kondensatmessung war dann also um den Betrag der Undichtigkeit zu vergrößern. Dieser wurde durch einen besondern Versuch bestimmt, indem der austretende Dampf in einem Rohrsystem niedergeschlagen und gewogen wurde. Versuchsmaterial. Im Gegensatz zu den meisten früheren Arbeiten, die sich in erster Linie auf Ermittlung der Verluste in mehr physikalischen Düsen erstreckten, ist die vorliegende Arbeit ausschließlich auf die Verhältnisse des praktischen Dampfturbinenbaues zugeschnitten. Aus Fig. 4 und den späteren Figuren 10 bis 12 sind die Hauptabmessungen der untersuchten Leitvorrichtungeu zu 16. Dezember 1911. 3) Die Versuchsausführung. Vorversuche. Das Hauptbestreben war darauf gerichtet, die Empfindlichkeit der Wage soweit als möglich zu vergrößern. Schließlich wurde erreicht, daß ein Uebergewicht im Betrage von rd. 100 g bei unbelasteter Wage einen Ausschlag von 10 mm bewirkte. Es mußte auch auf den warmen Zustand der Wage besondere Rücksicht genommen werden, wobei sich die durchbohrte Welle und die Kugellager beträchtlich verzogen. Endlich wurde noch durch Verlegung des Schwerpunktes der Wage eine weitere Verbesserung der Empfindlichkeit erreicht, so daß man mit Sicherheit 10 g messen konnte, wenn keine weiteren störenden Einflüsse eintreten würden. In Wirklichkeit liegt nun die Sache nicht so einfach, und wenn überhaupt der Reaktionsdruck im allgemeinen bei ausströmenden elastischen Flüssigkeiten einwandfrei gemessen werden soll, muß noch eine Reihe weiterer Bedingungen erfüllt sein, die ich nach und nach erkannt habe. Es handelt sich dabei um Messungen, bei denen die Geschwindigkeit des austretenden Dampfstrahles in der Nähe der kritischen Geschwindigkeit (Schallgeschwindigkeit) liegt oder diese überschreitet. Wie aus den Untersuchungen von Stodola1) hervorgeht und auch sonst mehrfach bestätigt wurde, treten hierbei heftige periodische Schwingungserscheinungen auf. Diese beeinflussen auch die Wage in sehr merkbarer Weise, indem sich ganz erhebliche Zuckungen und unregelmäßige Schwingungen bemerkbar machen, und das Verfahren ist gerade da, wo es für den Dampfturbinenbauer anfängt, interessant zu werden, in Frage gestellt. Durch zusätzliche Belastungen der Hebelarme der Wage wurden weiterhin wesentliche Verbesserungen erzielt und das Endergebnis ist: Es muß durch besondere Anordnung und Verteilung von Massen die Eigenschwingungszahl der Wage so gewählt werden, daß mit den im Dampfstrahl auftretenden periodischen Schwingungserscheinungen keinerlei Resonanz erfolgt. Diese Schwingungen und sonstige kleinere Erzitterungen beim Ausströmen von Wasserdampf haben aber noch den sehr beachtenswerten Vorteil, daß die Reibung der Wage nahezu vollständig aufgehoben wird und die Wage nur 1) Stodola, Die Dampfturbinen (1910) S. 59 bis 112. dann hängenbleiben kann, wenn größere Montagefehler oder Klemmungen durch starke Wärmedehnungen und dergl. vorliegen. Ueber die Messung des Druckes pa ist noch folgendes zu bemerken: Es ist durchaus nicht gleichgültig, an welcher Stelle des Gegenraumes der Gegendruck gemessen wird, um erstens von der Stellung der Wage unbeeinflußt und zweitens dem absoluten Zahlenbetrag nach richtig zu sein. Deshalb wurde die Druckverteilung im Gegenraume zum Gegenstand einer besondern Untersuchung gemacht. Eine immer richtige Druckmessung erhält man, wie in Fig. 1 bis 3 angegeben, wobei dann nur Schwankungen im Betrage von rd. 2 mm Quecksilbersäule festgestellt werden konnten, die aber immer im Betriebe vorhanden sind und schon durch den wechselnden Anfangsdruck p1 hervorgerufen werden. Hauptversuche. Nachdem durch die Vorversuche die Betriebsbedingungen der Versuchseinrichtung Schritt für Schritt geklärt und durch vielseitige Verbesserungen nach und nach eine größtmögliche Genauigkeit des Verfahrens erreicht war, konnte mit den eigentlichen Hauptversuchen begonnen werden. Diese wickelten sich nach folgendem Programm am einwandfreiesten ab. Mittels eines fein regelbaren Ventiles vor der Versuchseinrichtung wurde der Druck Pi möglichst unveränderlich gehalten; es mußte dabei fortgesetzt nachgeregelt werden, da die Versuche nur während der normalen Betriebszeiten des Maschinenlaboratoriums durchgeführt werden konnten. Gleichzeitig wurde die Dampftemperatur t möglichst gleichmäßig erhalten. Nachdem Beharrung eingetreten war, was sich durch fortgesetzte vorläufige Ablesungen der verschiedenen Instrumente und insbesondere durch häufige Kondensatwägungen genau feststellen ließ, wurde mit der eigentlichen Versuchsreihe begonnen. Da nun die durch die Versuchsdüsen strömende Dampfmenge unveränderlich ist, solange die Anfangsbedingungen (pi konstant und ti konstant) erfüllt sind und das kritische Druckverhältnis nicht erreicht ist, konnten aufeinander folgende Messungen gemacht werden. Anfangs wurde für jeden eingestellten Versuchspunkt die Kondensatmenge gewogen; nachdem sich aber obiges Gesetz immer wieder sehr genau bestätigt hatte, wurde fernerhin nur bei höchsterreichbarem Vakuum das Kondensat mehrfach gemessen. Hierauf wurden mit geändertem Gegendruck p. in Abständen von rd. 0,1 bis 0,5 at alle andern Messungen erledigt. Bei nahezu gleichem Innen- und Außendruck (also rd. 1 at abs.) wurde wiederum nach Eintritt des Beharrungszustandes das Kondensat gewogen. Diese zweite Kondensatmessung ist dann ganz besonders genau, weil infolge Gleichheit des Innen- und Außendruckes ein Fehler infolge von Undichtheit vollständig ausgeschlossen ist. Beim Eintritt in das kritische Druckgefälle wurde meist eine dritte Kondensatmessung vorgenommen, die noch um den Betrag der Undichtigkeit berichtigt werden mußte, da p > Pat. Bei Ueberschreitung des kritischen Druckgefälles mußte für jeden Punkt der Beharrungszustand abgewartet werden. Die Reihen selbst wurden bei den einzelnen Versuchsdüsen und Leitapparaten bei verschiedenen Drücken Pi konst. und außerdem noch bei verschiedenen Temperaturen ti konst. durchgeführt. Hierzu kommen noch die Versuche mit verschiedenen Ausführungsformen. |