Mitteilungen über Forschungsarbeiten auf dem Gebiete des Ingenieurwesens

69 Pages·1912·4.517 MB·German

by  Verein deutscher Ingenieure (eds.)

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Eine Zusammenstellung des Inhaltes der Hefte I bis 117 der Mittei
lungen über Forschungsarbeiten zugleich mit einem Namen- und Sachver
zeichnis wird auf Wunsch kostenfrei von der Redaktion der Zeltschrift des
Vereines deutscher Ingenieure, Berlin N.W., Charlottenstr. 43, abgej[eben.
Heft 118: Döhne, Ueber Druckwechsel und Stöße bei Maschinen mit Kurbeltrieb.
v. Karman, Festigkeitsversuebe unter allseitigem Druck.
Heft 119: Seyrich, Ueber die Ei.nwirkung des Ziehprozesses auf die wichtigsten tech
ni~chen Eigenschaften des Stahles.
Uterarische Unternehmungen d. Vereines deutscher Ingenieure:
ZEITSCHRIFT
DES
VEREINES DEUTSCHER INGENIEURE.
Redakteur: D. Meyer.
Berlln N.W ., (Jharlottenstraße 43
Geschäftstunden 9 bis 4 Uhr.
Expedition und Xomm.iaaionsverl&g: Juliua Springer, llerlin W., Linkstr. 23/24.
Die Zeitschrift des Vereines deutscher lngf!nieure erscheint wöchentlich Sonnabends. Je
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TECHNIK UND WIRTSCHAFT.
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REDAKTEUR D. MEYER.
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Auflage des Blattes 27 oop.
Mitteilungen
über
Forschungsarbeiten
auf dem Gebiete des Ingenieurwesens
insbesondere aus den Laboratorien
der technischen Hochschulen
herausgegeben vom
Ver e i n d e u t s c h er I n g e n i eure.
Heft 120.
--~···~···--------·-
Berlin 1912
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
ISBN 978-3-662-01688-6 ISBN 978-3-662-01983-2 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-01983-2
In h a 1 t.
Seite
Versuche über die Druckverteilung in den Laufzellen arbeitender Reaktions
turbinen. Von A. Pfarr
Ueber den Einfluß der elastischen Nachwirkung auf die Leistungsfähigkeit der
Riementriebe. Von Rudolf Skutsch ;J5
Versuche über die Druckverteilung in den Laufzellen
arbeitender Reaktionsturbinen.
Von A. Pfarr, Darmstadt.
Uebersicht.
Nachdom die Einrichtung zum Abfangen, Sichtbarmachen und Messen der
Spaltwassermengen kurz beschrieben ist, werden die Vorrichtungen für das
l\Iessen der hydraulischen DruckMhen im laufenden Turbinenrad eingehend ge
schildert.
Es folgt der Bericht über die Durchführung der Versuche und die Aus
wertung der Ergebnisse.
Diese sind:
I) Die Leitschaufelstärken beeinflussen die Wasserströmung wegen der von
ihnen verursachten Wirbetungen über den Laufzellenanfang hinaus, also wesent
lich weiter, als bisher meist angenommen.
2) Es bestehen deutlich ausgesprochene Druckunterschiede zu beiden Seiten
der Radschaufel, mithin ist die hier und da vertretene Annahme, daß sich alle
durch das Laufrad strömenden Wasserteilchen im gleichen Abstande von der
Drehachse auch im gleichen Zustand in bezug auf Druckhöhe und Geschwindig
keit befinden, nicht haltbar.
3) Die Unterschiede der Drücke auf beiden Seiten der Radschaufel er
geben, aufs ganze Rad bezogen, das durch Bremsen gefundene äußere Dreh
moment; also bestehen sogenannte Reaktionskräfte überhaupt nicht.
Aus Mitteln der Jubiläumsstiftung der deutschen Industrie hat der Ver
fasser die nachstehend beschriebene Einrichtung in dem ihm unterstellten Ma
schinenbaulaboratorium V der Technischen Hochschule Darmstadt hergestellt
und damit die Versuche durchgeführt, über die im Folgenden berichtet wer
den soll.
Die allgemeine Einrichtung des Laboratoriums, des ersten mit langem Ober
kanal, ist in der Zeitschrift I904 S. 106I u. I. beschrieben. Dort ist auch schon
das liegende Spiralgehäuse nebst Zuleitung aus dem Oberkanal ersichtlich,
welches nach Wegnahme der dort in Tafel II eingezeichneten offenen Radial
turbine für die Versuche benutzt wurde.
In größerem Maßstab dargestellt, kehrt dieses Spiralgehäuse in Fig. I
wieder, mit eingebautem Versuchslaufrad und den sonstigen Nebeneinrichtungen.
Mitteilungen. Heft 120. 1
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Fig. I. Allgemeiner Aufriß. Maßstab I: 33,3.
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Der Verfasser war sich von vornherein darüber klar, daß, wenn überhaupt
eine J<jrforschung der Druckverhältnisse im Laufradinnern während des Be
triebes möglich ist, diese Arbeit mit Laufradzellen der allereinfachsten Art zu
beginnen habe, und nahm aus diesem Grunde äußere radial beaufschlagte Lauf
räder mit parallelen oberen und unteren Begrenzungsfiächen, bei denen die
Umlenkung des strömenden W assars nach der axialen Richtung hin erst eine
Strecke nach dem Verlassen der Laufzellen eintritt, Fig. r. Diese etwas unge
wöhnliche Form brachte naturgemäß übergrof3e Laufraddurchmesser und damit
auch reichlich große Wasserverluste durch den Spalt mit sich. Um auch hier die
Verhältnisse überblicken zu können, wurde die Einrichtung getroffen, daß das
Wasser des oberen Spaltes für sich abgefangen und einem besonderen Meßüber
fall zugeleitet wird, während die Verluste des unteren Spaltes durch zweifache
Schleifränder nach Möglichkeit eingeschränkt wurden. Zur Einhaltung be
stimmter Umlaufzahlen diente die früher schon beschriebene Bremseinrichtung
mit Selbstregelung in engeren Grenzen.
Die Einrichtung zum Abfangen und Messen der Spaltwassermengen.
Ein Laufrad mit stehender Welle, das aus dem Leitapparat eines Spiral
gehäuses gespeist wird, bedarf an sich keines besonderen Leitraddeckels für den
Betrieb, es muß nur das aufwärts austretende Spaltwasser in einer nicht
störenden Weise abgeleitet werden. Von vornherein waren hierzu von der aus
führenden Maschinenfabrik (J. M. Voith in Heidenheim) die mit durchgehenden
Kernen gegossenen sechs sogenannten Versteilungsschaufeln des Spiral-Leitappa
rates vorgesehen worden, die auch schließlich dem Zweck richtig dienten.
Zuerst glaubte man, das Spaltwasser einfach sich selbst überlassen zu
dürfen, bis es, hoch genug· angestiegen, die sechs Uebedallkanten der Kern
löcher in den Versteifungsschaufeln erreichen und durch diese abfii,eßen würde. Es
zeigte sich aber sofort, daß das ausgetretene vV asser mit dem Laufrade umlief,
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Fig. 2. Grundriß der Spülwassersammelleltung. Maßstab I : 6.
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daß deshalb starkes Spritzen gegen außen eintrat. Eine zylindrische Schutz
wand, oben durch einen Winkeleisenkranz eingefaßt, mit einer großen Anzahl
nach außen führender Löcher am unteren Rande (in Fig. 12 punktiert einge
zeichnet) erwies sich als ungenügend, weil die Schläuche der Druckbeobach
tungsröhrchen bei jeder 'l'urbinenumdrehung· durch das noch nicht durch
gelaufene Spaltwasser pflügten und es über den Winkelkranz schleuderten. Erst
die in F'ig. r und 12 eingezeichnete Schutzwand mit unteren Durchlaßlöchern
und oberer, nach außen gekröpfter Sammelrinne, diese mit drei tangential an
schließenden, unmittelbar über den Kernlöchern mündenden Ausläufen, führte
zm richtigen Fassung und Ableitung des oberen Spaltwassers.
Sechs Röhren, :F'ig. r, sollten das aus dem unteren Spalt kommende Wasser
in den gleichen, das Spiralgehäuse rundum umgebenden Sammelkanal führen,
von dem aus das obere Spaltwasser dem Meßüberrall, Fig. 2, zuströmt; sie
wurden aber durch Holzpfropfen verschlossen, um die störenden Spaltverluste zu
verkleinern, so daß für die Unterseite nur der Spaltverlust an dem kleinen
Durchmesser des Saugrohranfanges ungemessen vorhanden ist. Die vVaEser-
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Fig. 3· \Vassermengen eines Poncelet-Ueberfalles; b = 200 mm; B = 6oo mm; W = 330 mm
mengen des 2oo mm breiten Ueberfalles mit Seitenkontraktion sind im Labo
ratorium unter Zuhülfenahme durch Wägung geeichter Gefäße und für fast
die gleichen Zulaufverhältnisse in Breite und Tiefe bestimmt worden; sie sind
in Fig. 3 niedergelegt und konnten ohne Bedenken auch hier benutzt werden.
Die Einrichtung für die Druckhöhenmessung im laufenden Rade.
Der Zweck der Versuche war, in erster Linie zu ermitteln, in welcher Weise
sich die Druckverteilung im Ionern der Radschaufel ausbildet, und dazu ist
natürlich die Beobachtung einer ganzen Anzahl von möglichst gleichmäßig über
den Schaufelgrundriß verteilten Anhobrungen als Druckmeßstellen erforderlich;
vergl. z. B. Fig. 4·
Nachdem die Spaltwasserableitung· geordnet war, stand die Oberfläche des
Versuchslaufrades für das Aufsetzen von Standröhren, Piezometern ohne weiteres
zur freien Verfügung·; doch war hier noch eine Reihe von Einrichtungen zu
treffen und von Hindernissen zu überwinden.
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Vor allem ist zu sagen, daß es bei Laufrädern mit Blechschaufeln nur
möglich ist, den Druck an der Zellen-Innen-Oberkante, in den späteren Zahlen
angaben kurz Z. I. 0. bezeichnet, zu ermitteln; denn das Einführen von Fühl
röhrchen ins Radinnere hätte Drosselungen und dadurch Störungen in den zu
untersuchenden Strömungsvorgängen gebracht. Laufräder mit Gußschaufeln
könnten wenigstens entlang der Schaufelflächen mit seitlichen Anhobrungen für
Druckmessung in verschiedenen Höhen versehen werden; doch sind auch wieder
die rauben Gußflächen eine gesteigerte Quelle von Ungenauigkeiten.
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Fig. 4· Bohrungsplan einer Radschaufel, Le!tschaufel und StützschaufeL
Unerläßlich war die Forderung, daß ,;ämtliche Beobachtungen ohne Unter
brechung des gerade bestehenden Beharrungszustandes gemacht werden konnten,
weil nur so ein richtiges Veriolgcn der Vorgänge möglich ist.
Wollte man nun alle jene Anbohrstellen mit Glasstandröhrchen versehen,
so würden mehrere Reihen solcher Röhrchen nötig sein, die es unmöglich ge
macht hätten, die nach einwärts gelegenen Röhrchen deutlich zu sehen, ge
schweige zu beobachten.
Deshalb wurde eine Einrichtung getroffen, die es gestattet, mit nur einer
einfachen Reihe von Glasstandröhrchen auszukommen und doch die volle Zahl
von Anbohrstellen zu bestreichen; sie besteht aus einer runden, an der Unter
fläche sauber gedrehten zweiteiligen Deckelscheibe, die drehbar auf der Lauf
radoberseitc aufliegt, Fig. r.
Die An bohrreihen (Lochreihen) I, 2, 3 usw., Fig. 4, liegen sämtlich in
Linicnzügen, die der Mittellinie des Schaufelraumes genau gleich sind, jeweils
um die gleiche Winkeldrehung er voneinandet· entfernt, während die Lochkreise
6
a, b, c usw. in radialen Abständen von je so mm auseinander liegen. Die
Deckelscheibe enthält nur eine solche Anbohrungsreihe, die durch eine ent
sprechende Winkeldrehung mit jeder beliebigen Lochreihe I, 2 usw. der Lauf
radoberseite zur Deckung gebracht werden kann. An diese Bohrungen der
Deckelscheibe sind mittels kurzer Schläuche die gläsernen, axial stehenden und
in einer Radialebene angeordneten Beobachtungsröhrchen von 2omm lichter "Weite
angeschlossen, die in ihren Abständen von der Turbinenachse genau den Loch
kreisen a, b, c usw. entsprechen, um jeden Einfluß von Zentrifugalkräften auf
die Druckhöhenbeobachtung von vornherein auszuschalten.
Um die Glasröhrchen vor Bruch durch Zentrifugalkräfte zu schützen, ist
jedes gegen außen an eine ausgekehlte Holzleiste angelehnt; diese Leisten sind
unter sich fest verbunden und stützen sich auch noch gegen eine starke Außen
leiste. Zum Gewichtausgleich für die Drehung sowie zum ungefähren Kraft
ausgleich (Vermeiden einseitigen Luftwiderstandes) sind Gegenbretter angebracht.
Natürlich war der Widerstand dieser » Windfiügel« entsprechend zu berück
sichtigen (siehe später).
Dichtheit des Anschlusses vorausgesetzt, werden in den Glasstandröhrchen
jeweils die Druckhöhen sichtbar sein, wie sie z. B. den Löchern a, b, c usw.
der Reihe I angehören, über der sich der drehbare Deckel gerade befindet.
Die anderen Lochreihen sind durch die gedrehte Unterfläche des Deckels ab
geschlossen.
Um einen möglichst dichten Anschluß der Deckelbohrungen an das Laufrad
zu erzielen, wurden nur zwei gegenüberliegende Schaufelräume mit Bohrungen
versehen und über diesen je eine Weißmetallplatte wasserdicht auf der ge
drehten Laufradoberseite befestigt, die auch die entsprechenden Bohrungen trägt
und zwischen den Lochkreisen a, b, c usw. Aussparungen besitzt. Auf diese
Weise ergibt sich an den Auflagestellen des Deckels ein durch dessen Gesamt
gewicht verursachter, nicht geringer Flächendruck, der größer ist als der
höchsten zu erwartenden W asserdrnckhöhc entspricht. Durch häufiges Hin- und
Herbewegen wurde die Weißmetalloberfläche an den tragenden Stellen gut dicht
aufgeschliffen, dazu noch die Gleitflächen eingefettet.
Die zwei DeckelbäHten sind, damit sie nach dem Auseinandernehmen
wieder genau in einer Unterfläche vereinigt werden können, am Stoß nicht nur
in der Umfangsrichtung, sondern auch in axialer Richtung durch Anlage an be
arbeiteten Flächen vereinigt und verschraubt, Fig. r.
J<Jine die Turbinenwelle umschließende zweiteilige Hülse a, die mit dem
Deckel verschraubt ist, trägt oben die während des Ganges der Turbine bedien
bare Drehvorrichtung.
Diese besteht der Hauptsache nach aus einem Differential-Kegelräder
getriebe, Fig. I, sowie 5 bis 9, dessen lose laufende große Außenräder mit
Bremsscheiben b und c verbunden sind. Der 'rräger d der kleinen Zwischen
räder e sitzt fest auf der Turbinenwelle. Die untere, c, der beiden Brems
scheiben wird nun während des Ganges der Turbine relativ zur Turbinenwelle,
des Differentialgetriebes wegen, eine andere Drehrichtung annehmen, je nachdem
sie selbst oder die obere Bremsscheibe b durch einen Bremsbacken zurück
gehalten wird. Diese nach Belieben während des Betriebes herzustellende vor
oder rückwärtsgehende H.elativdrehung der Bremsscheibe c wird dann durch
Schnecken- und Stirnrädergetriebe auf ein zweites Schneckengetriebe geleitet,
dessen Schneckenradnabe f fest von der obengenannten zweiteiligen Hülse a,
Fig. I, umklammert wird und dabei drehbar auf der Turbinenwelle sitzt; auf
diese Weise überträgt sich die Relativbewegung von den gebremsten Scheiben