Titel: | Ueber den Doppel-Ventilator von Perrigault; Bericht von Tresca. |
Fundstelle: | Band 179, Jahrgang 1866, Nr. LXV., S. 267 |
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LXV.
Ueber den Doppel-Ventilator von Perrigault; Bericht von Tresca.
Aus den Annales du Conservatoire des arts et
métiers, 1865, t. VI p. 162.
Mit Abbildungen auf Tab.
V.
Perrigault's Doppel-Ventilator.
Hr. Perrigault, Mechaniker zu Rennes, hat an das Conservatoire einen Ventilator mit ebenen Flügeln
gesendet, mittelst dessen man den Druck der Luft soweit steigern kann, daß er einer
Wassersäule von 0,75 Meter Höhe entspricht.
Da dieses für die Eisenhütten sehr wichtige Resultat eine
ausgedehntere Anwendung des an sich sehr einfachen Doppel-Ventilators
herbeiführen dürfte, so haben wir einige Versuche mit diesem Apparate angestellt,
welche die Angaben des Erfinders bestätigten.
Der Ventilator von Perrigault ist ein doppelter, er
besteht nämlich aus zwei einfachen Ventilatoren, welche so angeordnet sind, daß die
in den ersten eingeblasene Luft zur Speisung des zweiten dient, welcher dann auf
bereits comprimirte Luft wirkt und seinerseits diese Compression bedeutend
verstärkt.
Die Trommeln der beiden Ventilatoren sind Cylinder von fast kreisförmigem
Querschnitte, aber in Bezug auf die Welle der Flügelräder excentrisch.
Diese Kreisform mußte nothwendiger Weise in der Nähe der Ausströmungsrohre modificirt
werden. Die Flügelräder haben 0,60 Meter Durchmesser und jedes derselben trägt acht
gleichweit von einander abstehende radiale Flügel oder Schaufeln. Der Spielraum um
die Schaufeln nimmt von
dem Eintritt bis zu dem Austritt von 0,04 bis 0,10 Meter zu. Die Admissionsöffnung
am Centrum der ersten Trommel hat 0,26 Meter Durchmesser und die der zweiten Trommel
ist mit dem Ausströmrohre der ersten durch ein Röhr von demselben Querschnitt
verbunden, welches man aber so gebogen hat, daß die durch dasselbe veranlaßten
Störungen in der Bewegung der Luft soviel als möglich vermindert werden.
Die Breite jeder Trommel beträgt 0,125 Meter, aber die der Flügel oder Schaufeln nur
0,075 Meter.
Die Bewegung wird auf die den beiden Flügelrädern gemeinschaftliche Welle mit Hülfe
einer Riemscheibe übertragen, welche zwischen den zwei 0,225 Met. von einander
entfernten Trommeln angebracht wird.
Die Riemscheibe hat einen Durchmesser von 0,092 (? 0,15) MeterTresca's Bericht in den Annales du Conservatoire enthält viele Druckfehler.A. d. Red. und die Breite ihrer Kranzleisten beträgt 0,130 Meter.
Die Welle wird von zwei Lagern getragen, deren Futter den sechsfachen Durchmesser der
Wellzapfen zur Länge haben. Eine bedeutende Länge des Lagerfutters hat bekanntlich
auf alle mit großen Geschwindigkeiten sich bewegenden Wellen einen sehr günstigen
Einfluß.
Bei den angestellten Versuchen wurde die Bewegung auf die Riemscheibe des Ventilators
mittelst eines rotirenden Dynamometers übertragen, dessen Riemscheibe einen
Durchmesser von 0,82 Met. hatte. Bis zu einer Geschwindigkeit von dreihundert
Umdrehungen konnte man mit diesem Instrumente gute Diagramme erhalten.
Die Zahl der Umdrehungen wurde von einem auf die Welle des Dynamometers befestigten
Zählapparate angegeben.
Um die hervorgebrachte Leistung zu ermitteln, wurde jedesmal vor der Düse eine Röhre
angebracht, welche an ihren beiden Enden offen und so gebogen war, daß ihre eine
Mündung vor die Mittellinie der Düse zu liegen kam und in beiden Schenkeln der Stand
der gefärbten Flüssigkeit abgelesen werden konnte, um die Höhe der in der Röhre
gehobenen Flüssigkeit zu bestimmen.
Es wurden zwei Reihen von Versuchen gemacht: die eine mit einer Düse, deren
Durchmesser d = 0,068 Meter und daher ihr für den
Durchgang freier Querschnitt S = 0,0033 Quadratmeter
betrug, indem man für diese conische Düse eine Verjüngung von 0,9 annahm. Bei der
anderen Reihe war d' = 0,102 Meter und bei Annahme
derselben Verjüngung S' = 0,00735 Quadratmeter.
Die nachfolgende Tabelle enthält alle Angaben, welche die während der Versuche
gemachten Bestimmungen lieferten:
Tabelle über die mit dem
Doppel-Ventilator von Perrigault angestellten Versuche.
Textabbildung Bd. 179, S. 268
Nummer des Versuches; Zahl der
Umdrehungen per Minute; Ventilator; Dynamometer; Geschwindigkeit am Umfange;
Höhe h der Wassersäule; Quadratwurzel von h; Berechnete entsprechende
Geschwindigkeit; Mittlere Ordinaten der Diagramme; Entsprechender Druck;
Gemessene mechanische Arbeit; Werthe von MV²/2; Wirkungsgrad; Werthe von P : p; Nutzeffect; Erste Reihe. – Düse mit einem
Durchmesser d = 0,068 Meter. (Am 10. Februar 1865.);
Zweite Reihe. – Düse mit einem Durchmesser d' = 0,102 Meter. (Am 15. Februar 1865.)
Zum Verständniß dieser Tabelle lassen wir eine Erklärung ihrer einzelnen Columnen
folgen.
Die Zahl der Umdrehungen des Dynamometers per Minute
wurde direct am Zählapparate abgelesen; in dem Augenblicke, wo die Wassersäule
stationär blieb, notirte man die von dem Zählapparate angegebene Zahl.
Die Zahlen der zweiten Columne sind von denen der dritten durch Multiplication mit
5,2 abgeleitet. Diese Zahl ist von dem zwischen den Riemscheibendurchmessern
bestehenden Verhältnisse abgeleitet, indem man zu jedem der Durchmesser die halbe
Dicke des Treibriemens = 0,0095 Met. hinzu addirt, wodurch man erhält:
(0,82 Meter + 0,0095 Meter)/(0,15 Meter + 0,0095 Meter) = 5,2
Die Zahlen der vierten Columne sind aus denen der zweiten durch Multiplication mit
dem Umfange der Flügel und durch Division mit 60 abgeleitet, um die wirkliche
Geschwindigkeit des Endes dieser Schaufeln in Metern per
Secunde zu erhalten. Diese Geschwindigkeit hat bei dem letzten Versuche der ersten
Reihe beinahe 60 Meter erreicht.
Die Höhe h ergibt sich durch directe Beobachtung des
Wasserstandes in den beiden Schenkeln des Wassermanometers, welches im Centrum der
Düse eine Pitot'sche Röhre bildet, die ungefähr einen
Centimeter tief in die Düse hineinreichte.
Um die Geschwindigkeit der Luft, welche dieser Pressung entspricht, zu ermitteln, muß
man den Ausdruck
Textabbildung Bd. 179, S. 269
berechnen. Die Werthe von √h bilden die sechste Columne und in der siebenten hat man die Werthe für
die auf vorstehende Art berechnete Geschwindigkeit zusammengestellt. Diese
Geschwindigkeit der Luft variirte von 60 bis 100 Meter per Secunde.
Wir haben mittelst des Dynamometers nur sieben gute Diagramme erhalten, welche die
mittlere Ordinate lieferten, die den mittleren Druck repräsentirt; letzterer beträgt
2,8984 Kilogramme per Millimeter der Ordinaten, und man
erhält die mechanische Arbeit, indem man jeden dieser mittleren Drucke mit der
Geschwindigkeit am Umfang der Dynamometer-Scheibe multiplicirt, nämlich
πD × n/60 = (3,14 × 0,82 Meter)/60 × n = 0,0429 n Meter,
wo n die Zahl der Umdrehungen per Minute bezeichnet.
Nimmt man an, daß die durch die Luft wirklich aufgespeicherte Arbeit gleich
derjenigen sey, welche der der Höhe h zukommenden
Geschwindigkeit entspricht, so erhält man leicht ein Maaß dieser Arbeit durch das
Product
Textabbildung Bd. 179, S. 270
oder wenn man vor der Hand das Verhältniß P/p der Pressungen der Luft
innerhalb und außerhalb des Apparates vernachlässigt,
1,293/19,61 × SV³
und wenn man für S seinen Werth
S oder S', je nach der
Versuchsreihe einsetzt, so findet man für die erste Reihe:
Textabbildung Bd. 179, S. 270
und für die zweite Reihe:
Textabbildung Bd. 179, S. 270
Diese Ausdrücke haben uns zur Berechnung der Zahlen in der eilften Columne der
Tabelle gedient.
Wenn diese Zahlen den wirklichen Werth der mechanischen Arbeit der Luft nach ihrem
Austritte aus der Maschine repräsentiren, so erhält man den Wirkungsgrad, wenn man
dieselben durch die entsprechenden Zahlen der vorhergehenden Columne dividirt.
Rechnet man auf die angegebene Weise, so findet man, daß dieser Nutzeffect bei der
ersten Reihe zwischen 0,304 und 0,478 variirt oder im Durchschnitt 0,395 beträgt;
daß dagegen die Zahlen bei der zweiten Reihe mehr übereinstimmten und eine höhere
Durchschnittszahl, nämlich 0,448 liefern.
In Wirklichkeit sind die Werthe von (MV²)/2
in Folge des Factors P/p den
wir vernachlässigt haben, etwas größer. Der äußere Druck p ist gleich dem Gewichte einer Wassersäule von 10,33 Met. Höhe; der
innere Druck P aber gleich dem einer Wassersäule von
10,33 + h, wenn er nämlich an dem Punkte gemessen wird,
wo die Compression am größten ist. Man hat daher P/p = (10,33 + h)/10,33, und
die so für jeden Versuch berechneten Werthe sind in der 13. Columne
zusammengestellt.
Um den Werth dieser Verhältnißzahl beim Wirkungsgrad der Nutzleistung zu
berücksichtigen, braucht man nur die entsprechenden Zahlen in den Columnen 12 und 13
mit einander zu multipliciren, wodurch man die Zahlen der 14. Columne erhält, aus
denen sich als die bei unseren Versuchen erlangte mittlere Nutzleistung ergibt:
für die erste Reihe
0,408
und für die zweite Reihe
0,485
Vorstehende Berechnungsmethode beruht also auf der Annahme, daß die Pitot'sche Röhre, in unserer Weise angewendet, durch den
Höhenunterschied der Wassersäulen genau das Maaß der Compression angibt, welche das
Ausströmen veranlaßt.
Hr. Bourget hat kürzlich Versuche über die Genauigkeit
dieser Angaben angestellt und wir stimmen mit ihm überein, daß diese Beobachtungsart
die genaueste von allen ist, welche man anwenden kann, wenn die Geschwindigkeit zu
groß ist, um von Anemometern Gebrauch machen zu können.
Unsere Berechnungsweise bietet außerdem den Vortheil, daß sie ein von dem Widerstande
in anzuwendenden Leitungsröhren ganz unabhängiges Resultat liefert. Dieselbe gibt,
nach unserer Ansicht, das richtige Maaß für den Werth des Apparates, denselben für
sich allein betrachtet, gerade so wie man die Leistung einer Dampfmaschine oder
eines Wasserrades auf der von den Transmissionen derselben getrennten Treibwelle
bestimmt.
Aus unseren Versuchen geht hervor:
1) daß bei der ersten Versuchsreihe die Luftsäule das Wasser in der Manometerröhre
hinaufdrückte bis sich ein Höhenunterschied von 0,735 Met. für eine Geschwindigkeit
des Flügelrades von 1908 Umdrehungen per Minute ergab;
daß dagegen bei der zweiten Versuchsreihe nur ein Höhenunterschied von 0,400 Metern
für eine Geschwindigkeit des Flügelrades von 1622 Umdrehungen stattfand;
2) daß folglich der Doppel-Ventilator von Perrigault Luftpressungen liefern kann, welche dem Gewichte einer
Wassersäule von 0,735 und 0,400 Meter Höhe entsprechen, also Pressungen, welche viel
größer als die mit den gewöhnlichen Ventilatoren erlangten sind.
Diese Druckzunahme rührt daher, daß die durch das erste Flügelrad ausgetriebene Luft
unter einem bereits merklich größeren Drucke, als der der Atmosphäre ist, in die
zweite Trommel eingeführt wird und daß also das zweite Flügelrad auf bereits
comprimirte Luft wirkt;
3) daß mittelst dieser Combination die Geschwindigkeit der Luft bei ihrem Austritte
aus der zweiten Trommel weniger als das Doppelte der Geschwindigkeit der Flügel an
ihrem Umfange beträgt, und daß sie zugleich mit dieser zunimmt. Das mittlere Verhältniß zwischen
diesen beiden Geschwindigkeiten ist: 83,71/46,24 = 1,81;
4) daß bei der zweiten Versuchsreihe, wo in Folge der größeren Düsenöffnung diese
Verhältnißzahl sich auf 69,72/44,94 = 1,55 reducirte, die Geschwindigkeit der
eingeblasenen Luft merklich größer ist, als die Geschwindigkeit am Umfange der
Flügel;
5) daß folglich Perrigault's Doppel-Ventilator mit
ebenen Schaufeln der Industrie Luftpressungen liefert, welche bisher nur mit den
anderen Blasemaschinen erhalten wurden.
Beschreibung der
Abbildungen.
Figur 6 ist
eine obere Ansicht des Doppel-Ventilators und seiner Fundamentplatte;
Fig. 7 ist
eine Seitenansicht und
Fig. 8 theils
ein Durchschnitt, theils eine Vorderansicht desselben.
A, A ist die Fundamentplatte des Apparates, auf welche
die beiden Wellenlager B, B befestigt sind.
C, C ist die Treibwelle, welche sich in den Lagerfuttern
c, c dreht, denen man eine große Länge gegeben
hat.
D, D' sind die Flügelräder mit 8 auf deren Welle
befestigten Flügeln.
E ist die zwischen diesen Flügelrädern angebrachte
Riemscheibe.
F, F' sind excentrische Trommeln, welche die Mäntel der
Flügelräder und mit diesen die zwei Ventilatoren bilden.
Die Luft wird durch die kreisförmige Oeffnung O der
Trommel F angesogen, in die Bewegung der Flügel
mitgerissen und durch dieselben in das Rohr P, P'
geführt, welches bis zur kreisförmigen Admissionsöffnung O' in dem zweiten Ventilator reicht.
p ist ein auf dem Rohre P,
P' angebrachter Schieber, welcher zum Schmieren dient.
Die Luft wird hierauf durch das Flügelrad D' in das
Ausströmungsrohr Q getrieben.
Der Apparat besteht also aus einem Ventilator mit ebenen Schaufeln D, F, welcher die Luft in einen zweiten Ventilator D', F' mit etwas größerem Durchmesser bläst.
Die Bewegung der Luft ist in den drei Figuren durch Pfeile angezeigt.