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21. März 1885.
Ueber Centrifugal-Ventilatoren.
Von A. Geisler in Düsseldorf.
Vorgetragen in der Sitzung des Niederrheinischen Bezirksvereines am 4. November 1884.
>>Von dem Fortschritte, der auf allen Gebieten des Maschinenwesens, teils als Neuerung, teils als Vervollkommnung, zu bemerken ist, blieben auffallenderweise die Centrifugalventilatoren wenigstens in letzterem Sinne und hinsichtlich der mit denselben bisher erreichten Resultate so ziemlich unberührt.
An theoretischer Klärung der Vorgänge bei dieser Art der Luftbewegung fehlt es keineswegs mehr.1) Die Ausführungen, denen wir begegnen, zeigen aber so niedrige Wirkungsgrade, welche sicher nicht notwendig mit dem angewendeten Arbeitsgedanken zusammenhängen, dass es nahe liegt, die Ursache derselben in den erkennbaren Abweichungen der Constructionen von den Anforderungen der Theorie zu vermuten, und lohnend erscheint, durch engere Anlehnung an diese eine Besserung zu versuchen. Liefert doch die im Grundgedanken dem Ventilator verwandte Centrifugalpumpe, wenn nicht hohe, so doch im allgemeinen viel bessere Resultate als jener; wobei allerdings nicht aufser Acht zu lassen ist, dass die Verschiedenheit der Eigenschaften des Wassers von denen der Luft: der Mangel an Elasticität, die gröfsere Dichte und geringere Beweglichkeit, hierbei entschieden von Einwirkung sein müssen. Nicht etwa in der Weise, dass zu höherem Wirkungsgrade diese Eigenschaften notwendig erforderlich seien; nur hantirt es sich leichter mit denselben, wogegen diejenigen der Luft entsprechend sorgfältigere Behandlung der Construction
erfordern.
Den Eigenschaften der Luft gegenüber wird besonders zu beachten sein, dass dieselbe den Flügeln gleichmässig und in beabsichtigter Richtung zugeführt wird und den Ventilator vom Eintritt bis zum Austritt ohne Stofs durchläuft. Jeder Einwirkung auf uneingeschlossene Luft wie also die im beiderseitig offenen Ventilatorgehäuse befindliche wird dieselbe, vermöge ihrer leichten Beweglichkeit und Elasticität, nach allen Richtungen ausweichen, nach denen dies nicht durch geschlossene Grenzen behindert wird. Bei Durchströmung von Krümmungen wird, vermöge der Massenwirkung und der Zusammendrückbarkeit der Luft, dieselbe sich an der Aufsenseite der Krümmung verdichten, an der Kehlseite verdünnen, und wird die Hauptmasse derselben sich in Krümmungen einer Leitung demnach mehr nach der Aufsenseite hin befinden. Findet eine raschere Ablenkung aus der geraden Richtung statt, wie in Krümmungen von sehr kleinem Radius oder in scharfwinkligem Knie, oder trifft die Luft auf ihrem Wege unter irgend einem Winkel auf entgegenstehende Körperflächen, so wirkt dieselbe stofsend und giebt einen Teil ihrer lebendigen Kraft an die gestofsenen Körper ab. Gleichzeitig aber wird auch die ursprüngliche Bewegungsrichtung gestört und eine Reihenfolge sich gegenseitig vernichtender Bewegungen Wirbel erzeugt; alles Verluste an der aufgewendeten Arbeit.
Stofsende Wirkung, und somit Leistungsverlust, findet auch statt bei Einführung rasch bewegter Luft in ruhende oder in solche von sehr verschiedener Geschwindigkeit oder Richtung, wie auch bei plötzlicher oder doch zu rascher Geschwindigkeitsänderung des Luftstromes. Auch die Reibung der Luft an den umschliefsenden Wandungen ergiebt einen sehr merkbaren Verlust, der um so gröfser ausfällt, je gröfser die Luftgeschwindigkeit und die Rauheit der berührten Flächen ist.
Diesen bekannten physikalischen und mechanischen Vorgängen muss eine Ventilatorconstruction unter allen Umständen Rechnung tragen, sofern ein einigermafsen guter Wirkungsgrad erreicht werden soll, und ebenso den aus theoretischen Entwicklungen hervorgehenden Anforderungen an die Formen der Flügel und des Gehäuses, die Umdrehungsgeschwindigkeit usw.
Der praktischen Ausführung fällt aber nicht nur diese Aufgabe zu, sondern dieselbe soll gleichzeitig mit dem geringsten Aufwande von Kosten diese Forderungen erfüllen. Im praktischen Bedarf wird mit Recht der Kosten
1) Z. 1869, S. 1; 1870, S. 161; 1871, S. 227; 1872, 637; 1878,
S. 188.
punkt des zu kaufenden Gegenstandes beachtet. Werden dieser Neigung jedoch seitens des Constructeurs auf Kosten der Leistungsfähigkeit zu weitgehende Zugeständnisse gemacht, so wird wohl ein niedriger Kaufpreis ermöglicht, der Arbeitswert aber vielleicht in stärkerem Masse vermindert. Billig, d. h. preiswürdig, wird die Ausführung nur bei gleichzeitig hoher Leistungsfähigkeit, und diese wird nur erreicht durch möglichste Erfüllung der von der Theorie gestellten Anforderungen. Wieweit diese in vielen Punkten Widersprüche bietende Aufgabe zu lösen ist, wird vom praktischen Geschicke des Constructeurs abhängen.
Eine nähere Untersuchung der gebräuchlichen Centrifugalventilatoren (Schleudergebläse) zeigt nun selbst wenn von denjenigen Constructionen ganz abgesehen wird, welche ersichtlich auf dem Wege des Versuches entstanden sind dass bei denselben teils der Hauptwert nur auf wohlfeile Herstellung gelegt worden ist, zu welchem Ende den den vorgenannten Anforderungen entsprechenden Formen grofser Zwang angethan werden musste, teils andere Ursachen zu einer nur teilweisen Beachtung der Theorie geführt haben.
Bei doppelseitig wirkenden saugenden Ventilatoren mit Gussgehäusen findet man, zur Erreichung gedrängterer Form und um die Achsenlänge und -Stärke zu beschränken, den Windeintritt unmittelbar vor dem Flügelrade in kurzer, bei Grubenventilatoren mit gemauertem Gehäuse sogar in mehrfacher Wendung, dem Flügelrade zugeführt. Es unterliegt keinem Zweifel, dass in ersterem Falle die Hauptmenge der Luft nach einer Seite des Flügelrades gedrängt und dasselbe somit nur teilweise beaufschlagt wird, da unmöglich die in der Kehle des Krümmers strömende Luft bei Ankunft im Flügelrade mit der dazu nötigen Geschwindigkeit die entgegengesetzte Richtung einschlagen kann.
Bei kleineren Ventilatoren findet man statt der Krümmer ein an der Achse in deren Richtung flachgedrücktes rechtwinklig abgelenktes Eintrittsrohr, wodurch die Luft, wie im vorbezeichneten zweiten Falle, wirbelnd zu den Flügeln geführt wird und nur unter vielfachem Stofse in den Flügelraum gelangt.
Die Art der Flügelstellung ist fast bei allen Ventilatoren verschieden und scheint vielfach als unerheblich angesehen zu sein. Wie wenig dies indes zutrifft, zeigte ein aus ganzer Blechscheibe hergestelltes Ventilatorrad, welches längere Zeit staubige Luft bewegt hatte. Durch den leicht haftenden Staub war der relative Weg der Luft fast scharf auf dem Bleche gezeichnet, indem die Ablagerung desselben nur dort stattgefunden hatte, wohin der Windstrom gelangt war. Hinter jeder Schaufel war eine dreieckige Fläche mit gebogenen Seiten vollständig staubfrei geblieben, und gab deren Begrenzung die Biegung an, welche für den besonderen Fall den Schaufeln zu geben gewesen wäre, während die Stromrichtung auf jedem Punkte der bestaubten Fläche wie eine Schraffirung zu erkennen war.
Bei fast allen Ventilatoren findet eine Leitung der eintretenden Windströme nicht statt. Diese treffen entweder gegen die flache Flügelscheibe oder prallen in gerade entgegengesetzter Richtung auf einander, wie z. B. bei den GuibalVentilatoren, bei welchen dieselben aufserdem vorher schon durch die mehrfachen kurzen Biegungen der Kanäle in Wirbelung versetzt worden sind.
Bei den meisten Ausführungen dieser Art Ventilatoren findet ein grofses Missverhältnis zwischen der Querschnittsgröfse des Eintrittes und des Austrittes des Flügelrades statt. Letzterer, die Cylindermantelfläche des Flügelrades, ist stets ein viefaches des ersteren, meist das fünf- bis achtfache desselben. Infolge dessen findet im Flügelrade eine Verzögerung der radialen Windgeschwindigkeit statt, und wird der eingetretene Wind somit unnötig oft im Kreise herumgedreht, ehe er das Flügelrad verlassen kann. Selten auch findet man eine seitliche Bedeckung der Flügel. Dieselben bewegen sich längs der Gehäusewand, welche jene ersetzt, mit einem Spielraume, der nach Gröfse, Construction und Güte der Ausführung verschiedenes Mafs hat. Bei kleineren Ventilatoren, mit innen
abgedrehtem Gehäuse, wird ein Spielraum von 2 bis 5mm, bei gröfseren 10mm und bei Guibal-Ventilatoren ein solcher von nicht unter 20 bis 30mm jederseits erforderlich sein. Vergegenwärtigt man sich hierbei die Geschwindigkeit, welche Flügel und Luft dem Gehäuse gegenüber haben, so leuchtet ein, dass die Reibung der Luft an den Gehäusewänden, besonders wenn dieselben aus Rohguss oder Mauerwerk bestehen, eine erhebliche Arbeit erfordert, und dass die Menge der durch den Spielraum zwischen Flügeln und Gehäuse relativ zurückströmenden Luft eine um so gröfsere sein muss, je gröfser der bezügliche Spielraum und der Spannungsunterschied der Luft vor und hinter den Flügeln ist, welche von Flügelstellung, Anzahl derselben und Geschwindigkeit abhängt.
Auch beim Luftaustritte finden sich vielfach fehlerhafte Anordnungen. Saugende Ventilatoren werfen die mit 20 bis 45m Geschwindigkeit austretende Luft direct in die ruhende Aufsenluft und setzen somit eine grofse Luftmasse nutzlos in Bewegung. Ausserdem kann man sich leicht überzeugen, dass hierbei atmosphärische Luft dort, woselbst die noch unter Depression befindliche Austrittsluft durch ihr Kraftmoment nicht imstande ist, die unter stärkerem Drucke stehende Atmosphäre zurückzuwerfen, auf der Rückseite der Flügel nämlich, in den Flügelraum eindringt, also stets in demselben herumgeschleudert wird.
Bei anderen Ventilatoren eines allerdings älteren Systems tritt der Wind an dem Umfange des Flügelrades in einen ringförmigen Kanal von gleichmässigem Querschnitte und aus demselben in radicaler Richtung in die Leitung. Eine gleichmässige Geschwindigkeit kann in diesem Windkanale nicht eintreten. Der aus dem Flügelrade austretende Wind wird also an jedem Punkte des Kanales eine andere Geschwindigkeit antreffen und kann nur unter Stofs mit dem Luftinhalte des Kanales zusammentreten. In einer anderen Construction ist der Austrittskanal zwar spiralförmig erweitert, jedoch von rechteckigem Querschnitte, und der Windeintritt in denselben findet an der einen Seite, von dem viel schmaleren Flügelrade aus, statt. Durch den eintretenden Strom werden die seitlich desselben befindlichen Eckräume nicht erfasst; die Geschwindigkeit in denselben muss abnehmen, und es entstehen wirbelnde Bewegungen.
Bei Guibal-Ventilatoren wird der Austrittsraum meist ganz weggelassen, und verlässt die Luft den Flügelraum nur an einer Stelle, an welcher der Eintritt in den Schlot stattfindet. Es wird also die Luft, welche im nächst folgenden und den ferneren Zeitteilen einer Umdrehung hätte zum Austritt an dem Umfange des Flügelrades kommen müssen, jedesmal noch eine ganze Umdrehung hindurch im Flügelrade zurückgehalten und dadurch der Eintritt einer gleich grofsen Luftmenge während dieser Zeit verhindert.
Auch durch den meist zu grofsen Geschwindigkeitsübergang im Blasehalse und durch zu grofse Austrittsgeschwindigkeit aus demselben werden bei den in Rede stehenden Ventilatoren Verluste herbeigeführt usw. Die meisten der hier angeführten Fehler lassen sich offenbar vermeiden oder erheblich vermindern, ohne die Ausführung wesentlich zu verteuern; dagegen wird der Wert der bewirkten Steigerung der Leistung ein Vielfaches der aufgewendeten Mehrkosten betragen.
Dieses ist durch die nachstehend beschriebene, mir patentirte Ventilatorconstruction zu verwirklichen gesucht.
Dieser Ventilator ist einseitig wirkend construirt, um den Eintrittswind in gerader Richtung, normal auf das Flügelrad, leiten zu können, auf welchem ein Konoid die Ablenkung zu den Schaufeln ohne Stofs vermittelt. Die Windverteilung auf die Schaufeln mufs bei dieser Anordnung eine unbedingt gleichmässige werden, und ebenso die relative Richtung des Luftstromes zur Schaufel, so dass es unschwer ist, dem inneren Teile der Schaufel die Richtung zu geben, welche den stofsfreien Eintritt in den Schaufelraum gestattet.
Die Grösse der Eintrittsöffnung, und hiermit die Eintrittsgeschwindigkeit, ist mit Rücksicht darauf bestimmt, dass einerseits letztere nicht zu grofs ausfalle, um die hiermit verbundenen Verluste zu beschränken, andererseits die Gröfse des Ventilatorrades, auch für die gröfseren Leistungen, in solchen Grenzen erhalten werden könnte, welche die Aus
führung nicht zu sehr verteuerte und doch eine mässige Höhe der Umdrehungszahlen einzuhalten gestattete.
Das Flügelrad dieser Ventilatoren ist eine Vollscheibe, dessen Flügel und deren seitliche Bedeckung aus Blech gefertigt sind. Bei gröfseren Ventilatoren wird die Scheibe ebenfalls aus Blech angefertigt und das gusseiserne Leitungskonoid an derselben befestigt, durch welches die Blechscheibe gleichzeitig genügend versteift wird; bei kleineren werden Scheibe und Konoid aus dem ganzen in Gusseisen hergestellt und durch Abdrehen gleichwichtig gemacht. Diese Constructionen gestatten, dem Flügelrade geringes Gewicht bei grosser Festigkeit zu geben.
Am kleineren Durchmesser, der seitlichen Flügelbedeckung und am Aufsenrande der Flügelradscheibe ist je eine ebene Ringfläche hergestellt, welche bei seitlicher Einführung des Flügelrades ins Gehäuse, wobei dieses durch die Scheibe des Flügelrades geschlossen wird, auf entsprechenden Flächen desselben abdichtet. Eine besondere Stellvorrichtung am freien Achsenende ermöglicht, die Dichtungsflächen des Flügelrades denen des Gehäuses bis auf ganz geringen Spielraum zu nähern, wodurch, wie durch den Fortfall seitlichen Spielraumes der Flügel, jeder Windverlust ausgeschlossen wird. Im Flügelraume tritt der Wind mit den Wandungen des Gehäuses nicht in Berührung, erleidet also keine Reibung an denselben, und die innere Bearbeitung des Gehäuses wird erspart. Die ganze Reibung im Flügelraume wird somit auf den kurzen Weg des Windes in relativ radialer Richtung beschränkt, in welcher zudem nur die mässige Eintrittsgeschwindigkeit stattfindet.
Das Gehäuse ist bis zu einem gewissen Durchmesser, der gröfser als das Flügelrad ist, durch concentrische Drehung der Begrenzungslinien seines Querschnittes entstanden, über diese Grenze hinaus von parallelen Ebenen begrenzt; der Querschnitt des Auslaufraumes ist arithmetisch zunehmend, daher die äufsere Begrenzung spiralförmig. Von dem Flügelumfang an nimmt die Breite des Auslaufraumes allmählich bis zu dessen voller Breite zu, und da der Austritt des Windes aus dem Flügelrad in der Richtung einer Secante stattfindet, die Luft in den Auslaufraum also in schräger Richtung eintritt, um sich sodann in gebogener Linie der darin bestehenden Windströmungsrichtung anzuschliefsen, so wird der Uebergang des eintretenden Windstromes in Form und Richtung ein so allmählicher, dass Verluste von praktischer Bedeutung hierbei nicht vorhanden sein können.
Die vorbeschriebenen Ventilatoren werden, je nach Verwendungszweck und Gröfse, entweder mit Gehäuse aus Gusseisen, Fig. 1 und 2, aus Mauerwerk, Fig. 3, oder aus Guss in Verbindung mit Blechconstruction, Fig. 4, hergestellt.
Ventilatoren erstgenannter Art sollen hauptsächlich zu Gebläsen, also zum Betriebe von Schmiedefeuern, Cupolöfen usw. dienen, werden indes auch in besonderer Form zur Lüftung eingerichtet. Das Gehäuse derselben sowie der Lagerbock bilden jedes ein im ganzen gefertigtes Stück, welches bei einmaligem Aufspannen auf die Werkzeugmaschine an jeder Stelle die erforderliche Bearbeitung auch der gegenseitigen Anschlussflächen - erhält, wodurch also ohne jede Nachhilfe ein richtiges Zusammenpassen aller Teile gesichert, nach dem Auseinandernehmen der Ventilator aber auch ohne weiteres, selbst durch ungeübtere Hand, wiederherstellbar ist. Die Lagerschalen haben aufsen kugelförmigen Sitz, schliefsen sich also vollständig den Achsen an und sichern hierdurch ein dauernd gutes Arbeiten. Ausserdem sind dieselben vor jeder Verstaubung zu schützen, sobald die Luft nicht aus dem Ventilatorraume, sondern durch ein kurzes, dem
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Fig. 4.
Ebenso wird für gleiche Gröfsen bei beiden Constructionen. derselbe Doppellagerbock aus Hohlguss angewendet, dessen Lager besonders aufgeschraubt werden, und welcher auf einem abgehobelten Untersatz in ausgehobelten Nuten verschiebbar ist. Hierdurch lässt sich das Flügelrad in leichtester Weise aus dem Gehäuse entfernen und in kurzer Zeit wieder, ohne Anwendung von Messinstrumenten, montiren. Die Stellvorrichtung am hinteren Achsenende ist eine ähnliche wie bei den erstgenannten Ventilatoren.
Während die kleineren Ventilatoren durch Riemen zu betreiben sind, erhalten die gröfseren zweckmässigerweise den Antrieb durch Hanfseile, und ist die lichte Höhe der Lagerböcke so gewählt, dass hierzu den Antriebrollen eine reichliche Grösse gegeben werden kann, um den Seilbetrieb noch günstiger zu gestalten, als derselbe dem Riemenbetriebe gegenüber ohnedies schon ist.
Zur Entfernung des bei Grubenventilatoren im unteren Teile des Gehäuses sich sammelnden Condensationswassers ist, da die Aufstellung dieser Ventilatoren unmittelbar vor dem Wetterkanal, also unter der Tagessohle, stattfindet, eine Ableitung dieses Wassers meist also nicht thunlich ist, eine Vorrichtung vorgesehen, durch welche die Entwässerung des Gehäuses bewerkstelligt wird. Dieselbe besteht aus dem Ab
flussrohre s, Fig. 3, dem senkrechten Sammelrohre T und einer an letzterem befindlichen Handhebepumpe.
Wird nach Fig. 3 das Gehäuse in Mauerwerk hergestellt, so wird nach Ausführung der Rauhmauerung das Innere desselben mittels einer in dem fertig montirten Lagerbocke drehbaren Streichschablone mit Cementverputz versehen, hierauf die beiden Gussringe m und n in dasselbe eingebracht, das Flügelrad eingebaut, die Gussringe fest gegen die Schlussflächen des Flügelrades gedrückt und in dieser Lage mit dem Mauergehäuse verschraubt und mit Cement vergossen. Nachdem jetzt noch eine der in Fig. 2 mit z bezeichneten entsprechende gusseiserne Zunge eingesetzt ist, wird in Anschluss an dieselbe der obere Teil des Gehäuses durch eine Blechdecke geschlossen und diese übermauert. Die Mauerung oberhalb des Fundamentes kann äusserst leicht gehalten werden, wenn dieselbe in Verblendsteinen und Cementmörtel ausgeführt wird, da sie keiner Kraftäufserung zu widerstehen hat; sie erhält hierdurch ein schmuckes Aeufsere und wird in der Herstellung billig.
Bei den in gemischter Eisenconstruction hergestellten Gehäusen ist der innere concentrische Teil derselben bis dahin, von wo aus der Auslaufraum gleichmässige Breite annimmt, aus Gusseisen, der übrige spiralförmige Teil aus Blech gebotenenfalls mit Winkeleisenversteifung gefertigt. Die Gussteile stützen sich mittels Flanschen auf das Fundament; der Anschluss der Blechteile an dasselbe wird durch Winkeleisen-Umsäumung, durch einige Schrauben und Untergiefsung die Befestigung bewirkt. Derartige Gehäuse sind zwar etwas teuerer als gemauerte, lassen aber rascheren Aufbau zu und ermöglichen, den Ventilator, mit alleinigen Verluste des Fundamentes, an eine andere Stelle zu versetzen.
Die in vorstehendem beschriebenen Ventilatoren zählen im allgemeinen zu den raschlaufenden. Da aber die Einströmungsöffnung für die gleiche Windmenge den doppelten Querschnitt jeder einzelnen der doppelseitig wirkenden Ventilatoren erhalten muss, so wird das Flügelrad ebenfalls gröfser ausfallen als bei diesen, um so mehr, als die Eintrittsöffnung, durch Zugrundelegung mäfsiger Geschwindigkeit bei der Normalleistung, schon reichlicher bemessen wurde, als vielfach bei Ventilatoren gebräuchlich. Da die zu erreichende Manometerhöhe aber der Umfangsgeschwindigkeit des Flügelrades quadratisch proportional ist, so wird die nötige Umdrehungszahl bei diesen Ventilatoren eine erheblich kleinere, als bei den zweiseitig wirkenden gleicher Leistung, und ist daher, wo erforderlich, eine Steigerung der Umdrehungszahl gegen die normale um etwa 20 pCt. bei diesen Ventilatoren zulässig, ohne die Lager besonders in Anspruch zu nehmen.
In nachstehender Tabelle sind für fünf Gröfsen Grubenventilatoren die Normalleistungen, Flügelraddurchmesser und Umdrehungszahlen für verschiedene Depressionen (Manometerhöhe mit Wassermanometer gegen den Windstrom im Saugkanale gemessen) zusammengestellt. Es bezeichnet darin D = Dmr., n = minutliche Umdrehungszahl des Flügelrades, Q = Windmenge in 1 Sek. in cbm., H= Depression im Saugkanale.
{
Diese Tabelle zeigt, dass zu einer Depression bis zu 70 und 80mm, selbst bei den kleineren dieser Ventilatoren, nur mäfsige Umdrehungszahlen erforderlich sind. Diese Depressionen kommen aber nur vor, wenn bedeutende Längen von Grubenräumen mit engen Querschnitten zu ventiliren sind. Liegt dieser Fall vor, und wird aus irgend einem Grunde gewünscht, eine geringere Umdrehungszahl anzuwenden, als in vorstehender Tabelle für, die betreffende Leistung angegeben ist, so bedarf es nur der Anwendung eines gröfseren, die
Depression bei der gewünschten Umdrehungszahl ergebenden Ventilators, dessen Flügelstellung und sonstige constructive Einzelheiten sodann der gewünschten Leistung entsprechend zu gestalten sind. Die genannte Depressionshöhe dürfte indes wohl die Grenze bilden, welche man bei Ventilation von Grubenbauten aus praktischen Gründen nicht überschreiten sollte. Vielmehr wird es sich empfehlen, in solchen Fällen, in denen nur durch höhere Depression, als die vorbezeichnete, der Ein- und Durchtritt der erforderlichen frischen Wetter erreicht werden kann, durch Nachhilfe in der Grube und, wo dies nicht genügt, durch Teilung des Ventilationsbezirkes den Widerstand auf dem Wetterwege zu verringern.<<
Im Anschluss an diesen Vortrag über Ventilatoren machte Hr. Geisler in der Versammlung des Niederrheinischen Bezirksvereines vom 4. December 1884 die folgenden Mitteilungen über die
Untersuchung an Ventilatoren seiner Construction auf der Braunkohlengrube Roddergrube bei Brühl a/Rh.
Es sind daselbst zwei blasende Ventilatoren von 2250mm Dmr. aufgestellt, welche die Luft zur Trocknung der für die Briquettfabrikation bestimmten Kohle liefern. Dieselben entnehmen die Luft dem Ventilatorgebäude, dessen 7 grofse Fenster mit 1/3 ihrer Fläche geöffnet sind, und blasen sie durch Blasehälse aus Blech von 8m Länge in die Winderhitzer.
Nachdem schon früher zu zwei verschiedenen Malen durch den Vortragenden eine Untersuchung auf Leistung und Wirkungsgrad dieser Ventilatoren vorgenommen worden war, bei denen die Höhe des letzteren, im Vergleich zu den bisherigen Erfahrungen, ein natürliches Misstrauen gegen die Richtigkeit der angestellten Beobachtungen erweckte, wurde eine fernere Untersuchung am 6. November 1884 gemeinschaftlich von dem Oberingenieur der Isselburger Hütte, Hrn. Fernis, und dem Vortragenden veranstaltet, wobei gröfste Sorgfalt auf Gewinnung richtiger Beobachtungsdaten verwendet wurde.
Am Versuchstage war klarer Himmel mit einzelnen Wolkenbildungen, so dass ein mittlerer Feuchtigkeitsgehalt der Luft angenommen werden konnte. Der Barometerstand wurde im Ventilatorraume an einem Quecksilberbarometer während des Blasens zu 756mm beobachtet, während derselbe im Freien 758mm betrug. Die Temperatur im Versuchsraume war während der Versuchszeit dauernd 18o C.
Zur Messung des Winddruckes und der Windgeschwindigkeit wurde ein Wassermanometer verwendet, dessen Glasrohr in einer Neigung von 1:5 angebracht war, also in fünffacher Vergrösserung zeigte. Bei richtiger Wahl des Glasrohres gestattet ein derartiges Instrument, in dessen Wasserfüllung ein Tropfen Anilin gemischt wird, eine sehr genaue Ablesung, da der Wasserspiegel durch die Adhäsion am Glase sich fast normal gegen die Achse des Rohres stellt. Die Correctur des Instrumentes ergab bei Nullstellung einen Fehler von +1/4mm, und bei 83,5mm Wassersäule ein Sinken des Wasserspiegels im Gefäls von 3mm, welche Zahlen nachstehend bei Feststellung der Beobachtungsresultate Berücksichtigung finden.
Wirkliche Manometerhöhe H= | 83,5 | 84 | 83,2 | 83,25 mm WasserLuftpressung des Windes säule. über die Atmosphäre h Mithin die Geschwindigkeitshöhe
80
80 78 79
H 3,5 4 5,2 4,25 Im mittel hiernach H 83,49, 4,24, H woraus durch Berichtigung der Wassersäulenhöhe entsteht: H=86,24 H = 4,24.
Während dieser einzelnen Beobachtungen, welche in möglichst rascher Folge gemacht wurden, blieb die Umdrehungszahl der Betriebsmaschine eine gleichmässige, 591/2 in 1 Minute, was in kurzen Zeitabschnitten festgestellt wurde. Zu bemerken ist indes, dass die obigen Beobachtungsziffern jedesmals als mittlere Höhe der Wassersäule vermerkt wurden, da diese innerhalb der Grenze von 1mm in fortwährendem Schwanken begriffen blieb, was, wie aus den der Maschine entnommenen Diagrammen hervorgeht, wohl lediglich der ungleichen Dampfverteilung in derselben zuzuschreiben ist. Die im ganzen grofse Gleichmässigkeit der Manometerhöhen im Blasehalse beweist übrigens die Gleichmässigkeit des Windstromes in demselben und dessen richtige Anordnung, sowie überhaupt ein richtiges Arbeiten der Ventilatoren.
Zur Berechnung der von den beiden Ventilatoren in 1 Sekunde gelieferten Windmenge Q ist aus h jetzt die Windgeschwindigkeit v, welche an der zur Beobachtung benutzten Querschnittsstelle der Kanäle vorhanden war, zu berechnen und in die Gleichung
Q = 2 ⋅ 3,6412 7,2824 v
einzusetzen. Da die vorhandene Windgeschwindigkeit der Wassersäule h das Gleichgewicht hält, deren Druck einer im Verhältnis der Dichte der Luft zu der des Wassers vergröfserten Luftsäule entspricht, so kann dieselbe auch umgekehrt als Endgeschwindigkeit einer durch diese Luftsäule dargestellten Fallhöhe angesehen werden.
Bezeichnet man die Dichte des Wassers mit 7, die der Luft mit 8, so wird nach dem Fallgesetze v = V2gh
√29
Bei dem mittleren Barometerstande von 760mm ist der Druck der Luft auf 1qm 10333kg, und wiegt dabei 1cbm Luft von 00 1,295kg. Bei gleichmässiger Dichte der Luft 10 333 würde dieselbe dann eine Luftsäule von 7979m Höhe 1,295 bilden. Bei dem Barometerstande von 756mm dagegen wiegt 756 eine Luftsäule von 1am Querschnitt nur × 10333 kg.
760
Nach den Untersuchungen von Gay-Lussac dehnt Wärme die Luft, bei dem hier anzunehmenden mittleren Feuchtigkeitsgehalte, für jeden Grad Cels. um das 0,00375 fache des ursprünglichen Volumens, für to Cels. also um das (1+0,00375 t) fache aus.
Aus dem Luftvolumen 7979cbm entstehen also bei 180 7979 (1 +0,00375-18) cbm, deren Gewicht bei einem Barometer756 stande von 756mm 10333kg beträgt. 760 1cbm Luft wog daher zur Beobachtungszeit:
756
1,20675kg.
7979 (1 +0,00375 · 18)
1000 in die Gleichung für v eingesetzt, liefert:
0,00424 V68,904 = 8,3m.
Dies und
deutscher Ingenieure.
1000 1,20675
Es ist die Windmenge Q daher 8,3 1 Sekunde, und die Nutzleistung =
v =
7,282460,444cbm in 60,444 · 86,24 69,5 N. 75
Znm Betriebe der Ventilatoren diente eine eincylindrige liegende Maschine aus der Fabrik von R. Küchen in Bielefeld, mit dessen Ventilpräcisionssteuerung versehen, von deren Schwungrädern aus durch Seile die Kraftübertragung stattfand. Von dieser wurden, bei möglichst gleicher Umdrehungszahl mit derjenigen, welche bei der Untersuchung
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vorn: 0,736
No. Umdr. p. Min.
9
10 11 12
15
4641 2,2 59,375 60.75
Hintere Kolbenseite
58,5
hinten: 1,901
Die Maschine hat 675mm Cylinderdmr., 1100mm Hub und durchgeführte Kolbenstange von 90 bezw. 85mm Dmr. Die arbeitende Kolbenfläche beträgt demnach vorn 35159cm, hinten 35229cm; demnach der mittlere Arbeitsdruck vorn 2587kg, hinten 6695kg, im mittel also 4641kg.
Die Maschine indicirte somit eine Leistung von
134,718 Ni.
Bei der Unmöglichkeit, die von der Maschine auf die Ventilatoren übertragene Leistung direkt zu messen, erübrigte nur, nach analogen Verhältnissen dieselbe zu bestimmen, und dürfte ein Gesammtverlust von 20 pCt. als der Wirklichkeit sehr nahe kommend angesehen werden. Hiernach betrug die auf die Ventilatoren übertragene Arbeit 107,775 N.
Die hiervon durch die beiden Ventilatoren nutzbar gemachte Arbeit, oder deren Wirkungsgrad, beträgt somit
Pm - Pv
2,010
1,900
1,850
1,885
1,860
1,900
Umdrehungszahl 59,375. Durchschnittliche
Spinnerei und Weberei.
Die Festigkeitseigenschaften baumwollener Gewebe unter Einwirkung des Bleichprocesses.
Die Versuche Scheurer's, welche in der D. a. polyt Zeitung 1884, S. 444 ff. mitgeteilt sind, haben bereits dar gethan, dass heifses Wasser, so lange die Temperatur nicht über 160° steigt, selbst nach mehrstündiger Einwirkung keine merkbare Schwächung der Festigkeit der Baumwollfaser hervorbringt, und dass auch bei Gegenwart von Luft eine Temperatur von 170o, die nur eine Stunde anhält, nicht wesentlich schwächend auf die Faser einwirkt.
Dass aber die Temperatur beim Sengen der Gewebe jene Höhe nicht erreicht, hat Grosseteste1) dadurch nachgewiesen, dass er Gewebe vor dem Sengen mit einer Lösung eines Anilinsalzes mit Ferridcyankalium und chlorsaurem Kali tränkte, einer Lösung, welche bei 80o getrocknet grün wird, bei 100o sich schwärzt und zwischen 1200 und 130° sich rotbraun färbt. Beim Durchgang durch eine Tulpin'sche Sengmaschine entstand eine grünliche Färbung, und beim dreimaligen Durchgange durch eine Maschine nach Blanche mit drei Flammen wurde das Gewebe gleichmässig geschwärzt. In beiden Fällen wurde somit die oben erwähnte kritische Temperatur noch lange nicht erreicht.
Eingehender sind die Untersuchungen, welche Th. Häbler in der zweiten Section des technologischen Gewerbemuseums (Section für Färberei, Druckerei, Bleicherei und Appretur) des Niederösterreichischen Gewerbevereines in Wien dar
1) D. A. polyt. Ztg. 1884, S. 444 ff.
•
69,50 · 100 64,49 pCt., und befindet sich dieses Ergebnis in 107,775 naher Uebereinstimmung mit den Resultaten der früheren Untersuchungen, durch welche die Richtigkeit der gegenwärtigen somit eine fernere Bestätigung findet.
Zweifellos würde bei regelmässiger gehender Maschine der Wirkungsgrad sich noch höher herausstellen, da die bedeutenden Druckunterschiede der beiden Kolbenseiten (welche im Durchschnitt sich wie 2587: 6695 oder ∞ 1: 2,6 verhielten und ein derartiges Zerren und Schleudern der Seile hervorriefen, dass diese mehrfach die Nuten wechselten und jeden Augenblick abzuschlagen drohten), unbedingt grofse Reibungen in den Lagern durch die entstehenden übermässigen Seilspannungen hervorriefen. Leider war ein dahin gehender Versuch nicht durchzuführen, da das eigenartige System der Steuerung einer Regelung grofse Hindernisse entgegensetzte, welche ohne längeren Stillstand der Maschine nicht zu überwinden gewesen wären.
Durch das Ergebnis dieser Untersuchung ist aber jedenfalls nachgewiesen, dass erstens die eingangs ausgesprochene Vermutung ihre volle Bestätigung dahin findet,
und ferner, dass die beschriebene Ventilatorconstruction hiernach den beabsichtigten Zweck erreicht:
die Gesammtkosten der Ventilation oder des Gebläses mittels Centrifugal ventilatoren in Berücksichtigung der Anlage und Betriebskosten, Verzinsung und Abschreibung ganz erheblich gegen die bisherigen Verhältnisse zu vermindern,
da nicht allein der Ventilator in dieser Construction wegen seines höheren Wirkungsgrades kleiner und billiger ausfällt als andere, sondern aus demselben Grunde auch die Maschine, unter sonst gleichen Verhältnissen, kleiner wird und geringere Anlagekosten verursacht.
über angestellt hat, in welcher Art und in welchem Grade die Festigkeit, Zähigkeit und specifische Zerreissungsarbeit durch den Bleichprocess und die übrigen Appreturverrichtungen verändert werden. Hartig berichtet über diese Versuche im Civilingenieur 1884, S. 501 ff., welchem Berichte auch die nachstehenden Werte entnommen sind.
Die betreffenden Versuchsstücke sind nach jeweiliger Beendigung der einzelnen Appreturoperationen aus Geweben der Felixdorfer Weberei bei Wien herausgeschnitten und später auf einem selbstregistrirenden Reusch'schen Apparate1) zerrissen worden.
Der Untersuchung wurden die Festigkeitswerte des ohne Anwendung schädlich wirkender chemischer Mittel entschlichteten, rein-baumwollenen Gewebes zu Grunde gelegt. Es geschah das Entschlichten des unmittelbar vom Webestuhl kommenden geschlichteten Gewebes durch mehrmaliges Ausziehen der Schlichtesubstanz in reinem Wasser durch Malzschrot bei einer Temperatur von 50° und durch mehrfache Auswaschungen in reinem Wasser.
Die in beigefügter Tabelle I enthaltenen Festigkeitsangaben sind aus je 10 Einzelversuchen gewonnen; die Reihen unter k gelten für die Kettenfäden, diejenigen unter s für die Schussfäden. Die Einspannlänge der Gewebestreifen betrug rund 500 mm, de Breite gegen 10mm, und als Belastungsgeschwindigkeit war 0,14 m sekundlich für 1m Anfangslänge gewählt worden. Die Temperatur war bei den Versuchen 21°, die relative Luftfeuchtigkeit 51 pCt. Zwischen der Fertigstellung des Gewebes seitens der Appreturanstalt und seiner Verwen
1) W. 1882, S. 467. Z. 1884, S. 164.