worin nicht die Widerstandzahlen, sondern ihre reziproken Werte, die die Wärmeübergangzahlen darstellen, eingeführt sind. Es wird demnach bedeuten: die Uebergangzahl beim Uebergang vom Dampf an die Wandung, 2 die Uebergangzahl beim Uebergang vom Wasser an die Wandung, 2. die sogenannte Wärmeleitzahl durch die Wandung. Die letztere ist von der Art der die Wärme übertragenden Metallwand abhängig und stellt die auf 1 qm Querschnitt bei einer Dicke von 1 m stündlich übertragene Wärme dar. Die Formel zeigt, wie der gesamte Durchgangkoeffizient k sich aus den einzelnen Wärmeübergangund -leitzahlen ergibt. Um ein Urteil zu gewinnen, wie der Wärme durchgangkoeffizient von den verschiedenen Faktoren beeinflußt wird, müssen wir die einzelnen Widerstand- und Leitzahlen näher untersuchen. Zunächst betrachten wir den Widerstand beim Durchleiten der Wärme durch die Wandung. In Zahlentafel 1 ist die Wärmeleitzahl für verschiedene Metalle angegeben. der Figur, daß die Geschwindigkeit, mit der das Wasser an den Rohren entlang bewegt wird, die Wärmeübergangzahl in ganz Wenn z. B. bei einer Gebeträchtlichem Maße beeinflußt. schwindigkeit von 0,5 m/sk rd. 3400 WE übertragen werden, so ist man in der Lage, unter gleichen Verhältnissen 5000 WE zu übertragen, wenn man die Geschwindigkeit auf 1,2 m/sk steigert. Nachdem die Wärmeleitzahl durch das Metall und die Wärmeübergangzahl von Wasser an Wandung bekannt sind, ist es möglich, die Wärmeübergangzahl von Dampf an Wandung zu bestimmen. In der Literatur wird dieser Koeffizient mit 10000 angegeben; nach unsern Versuchen an Kondensatoren erscheint aber dieser Wert viel zu klein. Bereits Versuche von Ser lassen darauf schließen, daß ein wesentlich höherer Wert anzunehmen ist. Für Kondensatoren kommt in der Regel als Material der Kühlrohre Messing in Frage, und hierbei beträgt die Wärmeleitzahl 90, d. h. bei 1° Temperaturunterschied und 1 m Blechdicke werden auf 1 qm Fläche stündlich 90 WE übertragen. Bei der bei Kondensatoren üblichen Wandstärke von 1 mm würden also 90 000 WE bei 1o Temperaturunterschied übertragen werden. Die zur Bestimmung des Wärmeübergangkoeffizienten von Wandung an Wasser und von Wasserdampf an Wandung vorliegenden Versuche zeigen zum Teil recht beträchtliche Abweichungen. Da es versuchstechnisch am einfachsten ist, den Wärmeübergangkoeffizienten von Wasser und Wand zu bestimmen, so soll zunächst hierauf eingegangen werden. Wenn die Leitzahl für die Durchleitung der Wärme durch die Wandung bekannt ist, so kann man offenbar die Wärmeübergangzahl von Wasser an Wandung dadurch bestimmen, daß man zwei konzentrische Röhren nimmt und durch das innere sowie durch den Ringraum zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr Wasser fließen läßt. Die übertragene Wärme läßt sich durch Messung der Kühlwassermenge und ihrer Erwärmung leicht feststellen. Es ergibt sich zunächst der gesamte Wärmedurchgangkoeffizient, und da wir auf beiden Seiten Wasser haben, in unsrer Formel also α1 - wird, so läßt sich aus dem gesamten Durchgangkoeffizienten bei bekannter Wärmeleitzahl des Metalles der Wärmeübergangkoeffizient für Wasser an Wandung bestimmen. Versuche hierüber liegen vor; die Ergebnisse sind, wie schon angedeutet, sehr wenig übereinstimmend. In Einklang zu bringen mit neueren Versuchen an Oberflächenkondensatoren sind die Werte von Ser, die in Fig. 11 dargestellt Nach Ser gilt die Annäherungsformel sind. α = 4500 Vv, wobei v die Geschwindigkeit in m/sk darstellt, mit der das Wasser an den Wandungen entlang fließt. Wir sehen aus Band 53. Nr. 9. 27. Februar 1909. Josse: Versuche über Oberflächenkondensationen, insbesondere für Dampfturbinen. zu erhöhen, so würde der Weit des Durchgangskoeffizienten Aus der Betrachtung ist die Erkenntnis gewonnen, daß 327 Daß auch Wirbelung des Kühlwassers eine bedeutende Wirkung erzielen kann, zeigen die Ergebnisse von Versuchen, bei denen die Kondensatorröhren mit sogenannten Wirbelstreifen von Pape, Henneberg & Co. in Hamburg versehen waren; z. B. ließ sich bei 1 m Geschwindigkeit der Wärmedurchgangkoeffizient durch die Anwendung von Wirbelstreifen von 3000 auf 4500 erhöhen. In Fig. 12 sind auch die Ergebnisse von Messungen eingetragen, die früher mit physikalischen Versuchseinrichtungen gewonnen worden sind. Man sieht, wie wenig Einheitlichkeit in diesen Ergebnissen zu finden ist. Nur die Versuche von Ser und von Hagemann nähern sich den wirklichen Verhältnissen, wie sie bei Kondensatoren tatsächlich auftreten und bei den Versuchen im Maschinenbaulaboratorium Charlottenburg festgestellt worden sind. Nachdem die Wärmedurchgangzahl festgelegt ist, erscheint die Berechnung des Kondensators leicht. Wir haben die auf 1° Temperaturunterschied und 1 qm Kühlfläche übertragene Wärme, können also bei gegebenen Kühlwasser Fig. 13. Versuche Maschinenlaboratorium mit Wirbeling des Kuhlwassers Versuche von Versuche Maschinen laboratorium Versucha von Nicol (wagerechtes Rohr) Temperatur 20 Versuche von Versuche van Hagemann Versuche von Nicol (senkrechtes Rohr/ Joule 10 unterer Teil 30 40 Punkte der theoretischen Kurve ts-te t-t Versuchswerte (elektr gemessen) stdl. Kühlwassermenge Q=56250 kg/st oberer Teil des Kondensators und Dampftemperaturen die Kühlfläche bestimmen, die nötig ist, um eine bestimmte Wärmemenge zu übertragen. Zunächst wäre jedoch noch festzustellen, welche Abhängigkeit zwischen Temperaturunterschied und Wärmeübertragung besteht. Teilweise findet man die Ansicht vertreten, daß der Wärmeübergang einfach proportional dem Temperaturunterschied ist; an andrer Stelle wird behauptet, die übertragene Wärme wachse mit dem Quadrat des Temperaturunterschiedes. Ueber diese Frage sind ebenfalls im Maschinenbaulaboratorium Versuche angestellt worden, die zur Klärung geeignet sind. An einem im praktischen Betrieb befindlichen Kondensator wurde festgestellt, nach welchem Gesetz die Temperatur des Kühlwassers im Kondensator zunimmt. Die Messung geschah in der Weise, daß durch lange, in den Kühlwasserröhren verschiebbare Thermoelemente an den verschiedenen Stellen die Kühlwassertemperatur und daraus die Wärmeaufnahme bestimmt wurde. Eine einfache theoretische Betrachtung zeigt, daß die Kühlwassertemperatur nach einer Exponentialfunktion ansteigen muß, wenn der Wärmeübergang linear mit dem Tem (Versuche im Maschinenbaulaboratorium der kgl. Techn. HochLänge des Rohres 1320 mm; lichte Weite des Rohres 23 mm; lichter Querschnitt des Rohres 4,15 qm 10 000 peraturunterschiede zunimmt. In Fig. 13 ist diese theoretische Kurve 1 verzeichnet worden. Die durch Versuch erhaltenen Temperaturen sind ebenfalls eingetragen, und man erkennt eine sehr gute Uebereinstimmung von Versuchsund Rechnungswerten. Aenderte sich die übertragene Wärme proportional dem Quadrat des Temperaturunterschiedes, wie dies noch von Weiß angegeben wird, so müßte die Kühlwassertemperatur nach Kurve 2, also in einem ganz andern, von dem ersten stark abweichenden Gesetz ansteigen. Es scheinen nunmehr alle Grundlagen gegeben zu sein,. um einen Kondensator im voraus mit genügender Genauigkeit berechnen zu können. Dies wäre in der Tat möglich, wenn der Kondensator nur die Aufgabe hätte, Wasserdampf niederzuschlagen. Nun gelangt aber stets in mehr oder weniger großen Mengen mit dem Wasserdampf auch Luft in den Kondensator. Luft und Dampf haben zunächst gleiche Temperaturen, etwa die der Kondensatorspannung entsprechende Sättigungstemperatur, und der Kondensator hat daher auch die Aufgabe, die hineingelangte Luft um einen gewissen Betrag abzukühlen. Untersuchen wir zunächst die Frage, warum und wie weit die Luft abgekühlt werden muß. Wir haben im Kondensator ein Gemisch von Wasserdampf und Luft unter einem bestimmten Druck. Für diesen Fall ist nach dem bekannten Gesetz von Dalton der Druck des Gemisches gleich der Summe der Drücke der einzelnen Bestandteile (Gesamtdruck gleich Summe der Teildrücke). Für den Kondensator gilt also: Druck im Kondensator Druck des Dampfes + Druck der Luft. = Die in den Kondensator eingetretene Luftmenge muß durch die Luftpumpe angesaugt und bis auf atmosphärische Spannung verdichtet werden. Wollte man die Luft mit der dem Kondensatordruck entsprechenden Temperatur absaugen, so würde der Teildruck des Dampfes gleich dem Kondensatordruck werden, der Teildruck der Luft daher = 0 sein, d. h. die in den Kondensator eintretende Luftmenge würde, da unter einem Druck 0 stehend, ein unendlich großes Volumen einnehmen, und die Luftpumpe hätte ein unendlich großes Volumen zu fördern. Da die Pumpe selbstverständlich nur endliche Volumen fördern kann, muß der Teildruck der Luft größer als null sein, d. h. die Temperatur an der Luftabsaugestelle muß kleiner als die der Kondensatorspannung entsprechende Sättigungstemperatur sein. Wie weit die Luft im gegebenen Fall abzukühlen ist, muß einer besondern Betrachtung vorbehalten bleiben. Der Kondensator hat also außer dem Dampf auch der Luft Wärme zu entziehen. Während wir oben gesehen haben, daß der Wärmeübergang vom Dampf an die Wandung sehr gut ist, ist Luft als guter Wärmeisolator bekannt, d. h. die Wärmeübertragung von der Luft an die Wandung ist sehr schlecht. Beträgt der Wärmeübergangkoeffizient von Dampf an Wandung etwa 20000, so haben wir es beim Uebergang von Luft an Wandung mit Werten zu tun, die etwa die Größenordnung von 10 haben. In Fig. 14 sind Versuchsergebnisse des schon mehrfach erwähnten Franzosen Ser und neuere im Maschinenbaulabora k = 2 +10 Vv, worin v die Luftgeschwindigkeit in m/sk bezeichnet. Bei den früheren Versuchen zur Bestimmung der Wärmeübergangzahlen für Luft ist der Zustand der Luft unbeachtet geblieben. Man arbeitete mit Luft von atmosphärischem Druck. Für diese Dichte der Luft gelten die in Fig. 14 angegebenen Werte. Es ist aber anzunehmen, daß auch die Dichte der Luft die auf die Flächeneinheit übertragene Wärme beeinflussen wird. Es ist ja allgemein bekannt, daß der absolut luftleere Raum ein vollkommener Isolator für die Durchleitung der Wärme ist. Bei Dampfturbinen kondensatoren steht nun die Luft unter einem Druck, der ziemlich nahe bei absolut null liegt. Die auf die Flächeneinheit übertragene Wärme wird also jeden 27. Februar 1909. TP schule Charlottenburg.) luftberührte Oberfläche 0,0954 qm; p = 0,238 WE/kg. falls viel geringer sein als die, welche aus der für atmosphärischen Druck geltenden Formel von Ser errechnet wird. Um über diese Verhältnisse Klarheit zu erhalten, wurden im Maschinenbaulaboratorium Versuche bei verschiedenen Drücken der Luft angestellt. Die Versuchseinrichtung ist in Fig. 15 dargestellt. Durch ein Rohr von 23 mm innerem Durchmesser und 1320 mm Länge, das in einem Dampfbade von 100° C eingeschlossen war, wurde Luft durch eine Luftpumpe abgesaugt. Das Volumen der abgesaugten Luft wurde durch eine Luftuhr bestimmt. Der Luftdruck wurde durch ein vor das Versuchsrohr geschaltetes Ventil nach Belieben eingestellt und durch eine Quecksilbersäule gemessen. Die Temperatur der Luft wurde beim Eintritt und beim Austritt gemessen, und die Wärmeübertragung von dem Dampf durch die Rohrwandungen hindurch an die Luft wurde aus dem Gewicht und der Erwärmung der Luft festgestellt. strömquerschnitte große Geschwindigkeit geben. Hierin ist aber bald eine Grenze gezogen durch den entstehenden Strömungswiderstand, der bei Kondensatoren für hohe Luftleere nur in geringer Höhe zulässig ist. Daß in der Tat für die Abkühlung der Luft große Oberflächen des Kondensators herangezogen werden müssen, sobald beträchtliche Luftmengen eindringen, ließ sich durch Versuche nachweisen. Fig. 13, °C 50 Fig. 18. Dampftemperatur to -45,6 °C ts-42,2°C Kühlwasser austrim wenn Die Ergebnisse sind in Zahlentafel 2 und in Fig. 16 und hlwassertemperatur K-2390 96 kg/st Luftmenge Kühlwassereintritt 70,51 at abs. 5 10 mitt! Geschwindigkeit der Luft 330 Neumann: Untersuchung des Arbeitsprozesses im Fahrzeugmotor. Als Abnerer und größerer Luftmenge zusammengestellt. szissen sind wieder die Längen der Rohre, also die Kühlflächen aufgetragen worden, als Ordinaten die Kühlwassertemperaturen. Im Gegensatz zu Fig. 13 sehen wir jetzt, daß im ersten Teil des Kondensators die Kühlwassertemperatur konstant bleibt, also merkliche Wärmemengen nicht aufgenommen werden. Dieser erste Teil des Kondensators dient dazu, die Luft abzukühlen, und es wird ein ziemlich erheblicher Teil der Gesamtfläche nötig, um die ganz geringfügige Wärmemenge für die Abkühlung der Luft zu übertragen. Beim zweiten Versuch mit 9,6 kg/st Luftmenge gehen etwa 40 vH der gesamten Kühlfläche, die für die Luftkühlung in Anspruch genommen werden, für den eigentlichen Kondensationsvorgang verloren; die unmittelbare Folge ist natürlich eine Verschlechterung der Luftleere. Wir erkennen jetzt die Schwierigkeiten, die sich einer genauen Vorausberechnung eines Kondensators entgegenstellen. Wir haben festgestellt, daß in den verschiedenen Teilen des Kondensators die Wärme mit verschiedenen Wärmedurchgangzahlen übertragen wird. Um die Verhältnisse bei der Abkühlung der Luft berücksichtigen zu können, müßte man zunächst die in den Kondensator eintretende Luftmenge kennen. Weiter müßten auch die Eigenschaften der Luftpumpe bekannt sein, da, wie später erörtert werden soll, das Fördervolumen der Pumpe einen Einfluß auf die Größe der erforderlichen Luftkühlung hat. Man wird sich also bei Berechnungen an im praktischen Betrieb erhaltene Erfahrungszahlen halten müssen, die mittleren Verhältnissen Rechnung tragen. Durch geeignete konstruktive Maßnahmen, deren Besprechung über den Rahmen dieser Arbeit hinausgehen würde, lassen sich die Verhältnisse wesentlich verbessern, wie ausgeführte Anlagen beweisen. Die in den Kondensator eintretende Luft verschlechtert somit stets den Wirkungsgrad des Kondensators, d. h. die Luftleere, und die Verschlechterung wird um so fühlbarer, mit je höherer Luftleere man arbeitet. Es ist daher zweckmäßig, etwas näher auf die bei Dampfturbinen zu erwartende Luftmenge einzugehen. Durch die Entwicklung des Dampfturbinenbetriebes wurde eine Erhöhung der Luftleere nötig, die Verhältnisse gestalteten sich also schwieriger. Günstig ist es jedoch, daß man bei Dampfturbinenbetrieben die Luftmenge viel geringer als bei Kolbendampfmaschinen halten kann. Der in der Luftleere arbeitende Niederdruckzylinder bietet der Luft sehr viele Stellen zum Eindringen (Stopfbüchsen), und man ist nicht in der Lage, das Eindringen der Luft sofort von außen zu erkennen und zu verhindern. Bei Dampfturbinen kann Luft in das Innere der Turbine im allgemeinen nur an den Stellen gelangen, wo die Welle aus dem Gehäuse heraustritt. Bei deutscher Ingenieure. Landanlagen hat man also meist zwei Stopfbüchsen gegen Die Stopfbüchsen das Eindringen von Luft zu schützen. haben fast stets Labyrinthdichtungen, und der Eintritt der Luft wird in den meisten Fällen durch Sperren mit Dampf, bisweilen auch mit Wasser oder Oel verhindert. Man gibt zweckmäßig soviel Sperrdampf auf die Stopfbüchse, daß etwas nach außen entweicht, und man ist dann sicher, daß keine Luft eintreten kann. Der Verlust durch den für Arbeitsleistung verlorenen Sperrdampf ist stets unvergleichlich geringer als die beim Eintreten von Luft durch Verschlechterung der Luftleere hervorgerufene Einbuße an Leistung. Der Lufteintritt kann also bei den Dampfturbinenanlagen fast völlig verhindert werden. Sind bei Schiffsbetrieben infolge der Konstruktion der Schiffsturbinen eine größere Zahl Stopfbüchsen dicht zu halten, so wird die Handhabung etwas umständlicher, und es wird in diesem Fall angebracht sein, den Druck des Sperrdampfes selbsttätig zu regeln. Weitere Möglichkeiten für das Eindringen von Luft bietet eine in schlechtem Zustand befindliche oder schlecht konstruierte Anlage der Kesselspeisepumpen. Ist z. B. die Saugleitung undicht, oder ist man genötigt, die Schnüffelventile zu öffnen, damit die Pumpen ruhig arbeiten, so können erhebliche Luftmengen mit dem Speisewasser angesaugt und in den Kessel gedrückt werden, mit dem Dampf in die Maschine und schließlich in den Kondensator gelangen. Stellt man also bei einem Betriebe größere Luftmengen fest, so wird man die Ursache unter Umständen nicht bei der Kraftmaschinenanlage, sondern bei der Kesselanlage zu suchen haben. Daß es auch schlechte Kondensatpumpen gibt, die nur dann ruhig arbeiten, wenn sie genügende Luftmengen erhalten, ist bekannt. In diesem Falle muß man Luft, die man zunächst sorgfältig vom Kondensator ferngehalten hat, künstlich wieder hereinlassen. Läßt man diese Luft in das Luftabsaugerohr eintreten, so ist ihre Wirkung, da sie bereits kalt ist, nicht so schädlich, als wenn sie mit dem Dampf mitgeführt wäre; immerhin ist ebenfalls eine Verschlechterung der Luftleere die Folge. Bei den in Zahlentafel 4 weiter unten wiedergegebenen, an einer 300 KW-Parsons-Turbine durchgeführten Versuchen ist die von der Luftpumpe ausgestoßene Luftmenge mit einer Gasuhr gemessen worden; sie wurde bei einer Dampfmenge von 3000 kg/st zu etwa 0,25 kg/st bestimmt. Diese Luftmenge ist als außerordentlich gering zu bezeichnen, wenn man ihr die Angaben gegenüberstellt, die sich in der Literatur finden. Die letzteren Werte beziehen sich aber auf Anlagen mit Kolbendampfmaschinen und mögen auch für solche zutreffen. Bei richtig ausgeführten Dampfturbinenbetrieben kann man unbedenklich ganz geringe Luftmengen annehmen. (Fortsetzung folgt.) Untersuchung des Arbeitsprozesses im Fahrzeugmotor.') Von Dr.-Ing. Kurt Neumann, Dresden. (Mitteilung aus dem Maschinenlaboratorium der Königl. Sächs. Technischen Hochschule Dresden.) Die außerordentliche Vervollkommnung der für Fahrzeuge bestimmten Verbrennungskraftmaschine in den letzten Jahren uud die damit gewonnene Betriebsicherheit hat dem Kraftwagenwesen eine große Bedeutung und steigende Verbreitung gesichert. Wenn die Fortschritte auf diesem Gebiet auch mehr der Erkenntnis des praktischen Versuches entsprungen, als auf Grund theoretischer Forschung entstanden sind, so steht es doch außer Frage, daß für beide Wege die wissenschaftliche Untersuchung des Fahrzeugmotors von Wichtigkeit ist. In dieser Hinsicht liegen jedoch nur ganz vereinzelte Angaben in der Literatur vor. Der Grund hierfür ist wahrscheinlich in dem Umstand zu suchen, daß es, um einwandfreie Ergebnisse zu erhalten, besondrer Meßeinrichtungen be 1) Der ausführliche Versuchsbericht wird in den Mitteilungen über Forschungsarbeiten veröffentlicht werden. darf, die außerhalb des Laboratoriums auf den Versuchständen von Fabriken selten zu finden sind. Eine weitere Schwierigkeit bietet bei den hohen Umlaufzahlen der Wagenmotoren die Erhaltung des Beharrungszustandes, da schon geringfügige Störungen von erheblichem Einfluß auf den Vergasungsvorgang an der Düse sind, ohne dessen Beharrung der Versuch seine Bedeutung verliert. Nach neueren Leistungsversuchen, die 1907 im Institut für Gärungsgewerbe') in Berlin stattfanden, sollen die geprüften Viertaktmotoren fast stets mit Luftmangel gearbeitet haben. Dieser Schluß stützt sich allerdings nur auf volumetrische Abgasuntersuchungen, die wie schon Eugen Meyer') nachgewiesen hat für die Beurteilung der Verbrennung keine genügende Genauigkeit besitzen. - 1) Verhandl. d. Vereines z. Beförder. d. Gewerbf. 1907 S. 107. 2) Mitteilungen über Forschungsarbeiten Heft 8 S. 62. |