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29. März 1913.
struktive Ausbildung der Düse begründet ist. Um die Strahlstärke durch die Nadel regeln zu können, muß die Düse sich kegelig verengen. Der in einer Kegelfläche strömende Strahl wird durch die Nadel abgelenkt und preßt sich dabei durch die Fliehkraft auf die Nadel. In dem Maße, wie diese Druckschwellung im Kern verschwindet, erhöht sich die Geschwindigkeit, der Strahl wird kleiner und nähert sich der Zylinderform. Strömen nun Wasserteilchen der Oberfläche nicht genau in einer durch die Achse gelegten Ebene, laufen sie also um die Achse um, so lösen sie sich von der Hauptmasse los und erzeugen das Bild eines zerstäubenden Strahles. Dem Zerstäuben wirken die Kohäsion und die Oberflächenspannung entgegen. Bei geringen Geschwindigkeiten Hr/sk genügen diese Kräfte, um das Entweichen einzelner Wasserteilchen aus dem Strahl zu verhindern. Mit wachsendem Gefälle und daher gesteigerter Geschwindigkeit vermögen sie jedoch den einmal gestörten Strahl nicht mehr zusammen zu halten. Bis zu Drücken von etwa 4 at wurden selbst mit ganz zufälligen Zusammenstellungen von Nadeln und Düsen gute Strahlen erzielt. Je weiter der Druck herabgesetzt wurde, desto glasklarer erschienen die Strahlen. Zum Beispiel ergab ein Zusammenbau der Düse 1 mit der sehr kurzen Nadel 2a bei 6 at noch einen zusammenhängenden Strahl, Abb. 34. Wurde jedoch bei derselben Nadelstellung der Druck auf 10 at gesteigert, so zerstäubte der Strahl unter explosionsähnlichem Geknatter, Abb. 35.
Ueber die Ursachen, welche eine Drehung des Wassers einleiten können, lassen sich folgende Erwägungen anstellen. Zunächst ist der Einfluß des Krümmers vor der Düse zu erwähnen. Je höher das Gefälle ist, um so schlanker muß man auch mit Rücksicht auf die Bildung des Wasserstrahles den Krümmer wählen. Die Versuchsanordnung ist in dieser Hinsicht nicht mustergültig.
Jede Einseitigkeit im Zuführungsrohr, insbesondere auch eine außerachsige Lagerung der Nadel gegenüber dem Gehäuse, muß ein Drehen und damit ein Zerstäuben des Strahles zur Folge haben. Eine sichere Lagerung der Nadel kurz vor der Spitze ist daher für Hochdruckturbinen unerläßlich. Denkt man sich die Nadel lose in den Strahl eingehängt, so ist sie in der für den Betrieb erforderlichen Mittellage im labilen Gleichgewicht, wie man bei der Betrachtung der auf die Nadel wirkenden Kräfte leicht einsieht. Es erfolgt also keine selbsttätige Einstellung in der Achse, und man ist darauf angewiesen, die Führungen so reichlich zu bemessen, daß die Abnutzung möglichst beschränkt wird.
Die Folgen schlechter Zentrierung machten sich z. B. bei Düse 4 besonders bemerkbar, die hauptsächlich deshalb durch Düse 6 ersetzt wurde, weil die Nadelführung etwas verbogen worden war und trotz Nachrichtens nicht mehr wie früher ihren Zweck erfüllte.
Yund 100 VH
90
80
70
Qx=
I
30
20
10
wundno= 100 VH
.90
80
70
80
TO
In derselben Richtung wirken auch eine allmähliche Vergrößerung des Austrittquerschnittes, während anderseits raschere Erweiterungen, wie sie sich bei Düse 3 und 4 durch die Abrundung der Ausmündung ergaben, keinen besondern Nachteil, allerdings auch keinen Vorteil brachten. Der Strahl war aber in diesen beiden Fällen niemals völlig klar.
Das Zerstäuben des Strahles tritt bei stark kegelförmigen Düsen heftiger auf als bei schlanken. Die erste Form hat aber den Vorteil, daß die Geschwindigkeit in der Düse erst im letzten Augenblick den Höchstwert erreicht und die Reibungsverluste dadurch klein gehalten werden.
Da bei höheren Drücken auch die besten Strahlen nur eine kurze Strecke annähernd zylindrisch bleiben, dann aber zerstäuben, soll man mit der Düse so dicht als irgend Bei den Vermöglich an die Becher herangehen.
10
10
10
20 30
20
Düse 2, Nadel 2b.
Düse4,
20
40
30
30
40
Nadel 4.
50
50
40
60mm
50
60 mm
60 mm
suchen wurde, wie bereits erwähnt, diese Bedingung dadurch erfüllt, daß zwischen Gehäuse und Düsenflansch passende Zwischenstücke eingesetzt wurden, Abb. 7 S. 444.
Außer dem äußerlichen Vergleich der mit den verschiedenen Düsen erzeugten Strahlen sollte aber auch zahlenmäßig die Güte der einzelnen Strahlen verglichen und
Deren Verhältnis zu der im Zuleitungsrohr gemessenen Energie (siehe Gefällmessung) ist Wirkungsgrad D der Düse genannt worden:
2g H
Abb. 34 und 35. Wasserstrahl bei verschiedener Druckhöhe. a=12. H= 60 m.
10-2, 1) Abb. 29 bis 32.
Düse 1, Nadel 2 a.
1) Wegen der kleinen Wassermenge wurde hier und im folgenden als Einheitsgefälle nicht - wie sonst H= 1 m, sondern H = 100 m gewählt. Aus demselben Grunde wurde auch die Wassermenge Q1 stets in ltr/sk eingeführt. Die Abmessungen der Düsen und Becher werden
Abb. 37. Falsche Nadelform.
in
Ns =
Am besten gelang noch eine unmittelbare Messung des Wasserstrahles mit 4 Spitzen, die unter 90° versetzt in einem Ringe gelagert waren und soweit an den Strahl vorgeschraubt wurden, bis sie ihn ritzten, Abb. 36. Bei einiger Uebung gelang es, so genau zu messen, daß sich unter Berücksichtigung der oben beschriebenen vergleichenden Bremsversuche durch ein geeignetes Interpolationsverfahren wahrscheinliche Wirkungsgrade berechnen ließen. Diese Ergebnisse sind gleichfalls aus, Abb. 29 bis 32 zu ersehen.
Auf den ersten Blick mag es einfachererscheinen, die Verluste auf dem Wege durch die Düse unmittelbar mit 2 Pitotröhren zu messen, die an ein Differentialmanometer angeschlossen sind. Derartige Messungen wurden ebenfalls versucht. Sie führten aber wegen Schwierigkeiten,
in cm angegeben. Dann erhalten nämlich Konstanten wie die obige, ferner solche, die zur Berechnung von DimenQI sionen dienen, also z. B. ganz denselben Wert 9 d2 wie bei der sonst gebräuchlichen Wahl der Einheiten (m, sk, H=1 m).
In andern Formeln sind allerdings gelegentlich zusätzliche Konstante einzuführen. So geht die bekannte Beziehung für die spezifische Drehzahl n = nIV NI über
NI NI 100 10
=
0 767 = 700
Abb. 39.
Aufsuchen der günstigsten Strablentfernung. Düse 3, Nadel 3. Rad Ar 20. n = 700 Uml./min.
1000 1100
1200 1300 Uml./min
deutscher Ingenieure.
20
20
Untersuchung des Rades AĬ 30. =269 mm, ŋ= konst.
25
25
30 m/sk
30
35 m/sk
Für den angegebenen Spitzenwinkel betrug sie 31 bis 32 m/sk (für H=100 m).
Man kann diese Geschwindigkeit auch festlegen durch die verhältnismäßige Strahlverengung auf dem Wege von der Düsenmündung bis zur engsten Stelle Stelle des Strahles