Bericht über Versuche mit einer Swain'schen Turbine; von James B. Francis in Towell (Mass.). Mit Abbildungen auf Taf. IX [a/2]. Francis, Bericht über Versuche mit einer Swain'schen Turbine. Den besten Maßstab zur Beurtheilung von Motoren bieten bekanntlich direct an ihnen vorgenommene Versuche; solche sind jedoch besonders dann, wenn sie zur Erzielung genauerer Resultate in größerer Zahl vorgenommen werden sollen, meist mit bedeutenden Schwierigkeiten, häufig auch mit Betriebsstörungen verbunden, und dies mag wohl der Grund sein, weshalb sie seltener ausgeführt werden, als es im Interesse der Sache selbst liegt. Es gilt dies namentlich bezüglich der Wassermotoren, und es muß deshalb die durch Ingenieur Francis erfolgte umfassende Untersuchung einer Swain'schen Turbine, deren Ergebnisse im Journal of the Franklin Institute Daraus im Engineering, Juli 1875 S. 61. niedergelegt sind, nur um so dankenswerther erscheinen. Die Versuchsturbine, deren Construction die Fig. 2 bis 6 zeigen, ist eine Radialturbine, deren volle äußere Beaufschlagung durch ein Leitrad geregelt wird. Den Körper ihres Laufrades W bilden eine gußeiserne, mit Nabe versehene Platte P und ein Ring R. In diesen sind 25 bronzene Schaufeln eingegossen, welche durch Pressen in Matrizen hergestellt sind. Die Form dieser Schaufeln ist aus Fig. 5 (Horizontalschnitt unterhalb P) und Fig. 6 (Abwickelung des äußeren Umfanges) ersichtlich. Die nach Innen gekehrte Austrittskante liegt in einer verticalen Ebene, welche durch die Turbinenachse geht, und ist bis etwa 152mm von P aus parallel zu letzterer, worauf sie in einen Kreisbogen übergeht, dessen Mittelpunkt im äußeren Umfangscylinder der Schaufeln liegt, und dessen Radius gleich 1/5 Laufraddurchmesser ist. Derselbe mißt 1m,830, die Höhe von der Unterkante der Schaufeln bis zur Platte P beträgt 590mm, der Abstand von der Oberkante des Ringes R bis zur Platte P 337mm. Der Ausfluß des Wassers erfolgt mit Rücksicht auf die Form der Innenkante gleichzeitig radial und achsial. Den Eintritt desselben vermittelt ein Leitrad G mit 24 Schaufeln, welche in eine Platte Q eingegossen sind; 21 derselben sind aus Bronze, 3 dagegen (siehe e Fig. 5) aus Gußeisen hergestellt, da sie zur Aufnahme dreier Hängstangen h bestimmt sind, welche den ganzen Leitapparat tragen und bei Aenderungen der Wassermenge eine verticale Verstellung desselben zulassen. Bei einer solchen treten die Schaufeln in eine hohle ringförmige Kammer E, welche von drei Ständern o getragen wird. Das Leitrad wird hierbei gleichzeitig durch zwei an Q angegossene Ringe M und N geführt, welche einen am Gestelle C angegossenen Cylinder umgreifen. Gegen diesen ist der Ring M, um Wasserverlusten vorzubeugen, durch eine Ledermanschette besonders abgedichtet. Bei ganz gehobenem Leitapparat berühren sich Q und E mit genau abgerichteten Kanten, verhindern also dann gänzlich den Zutritt des Wassers zum Laufrad. Die Schaufeln des Leitrades sind 480mm lang; die Bronzeschaufeln haben eine Dicke von 58mm, welche gegen die Enden bis auf 1mm abnimmt. Letztere sind bis auf 25mm von der inneren Leitradperipherie gerechnet geradlinig und schließen mit der Radtangente einen Winkel von 14° ein. Der radiale Spielraum zwischen Leitrad- und Laufradschaufeln mißt 42mm, der Hub des Leitrades 332mm. Seine Schluckweite beträgt 115mm, der Totaleintrittsquerschnitt 0qm,918, der totale Austrittsquerschnitt des Laufrades dagegen 0qm,888. Bemerkenswerth ist noch die Lagerung des Laufrades. Das gußeiserne, dicht in den Wasserkasten der Turbine eingebaute Gestell C trägt mit drei eingegossenen Armen d die Spurpfanne. Die Stelle der Spurplatte zwischen dieser und dem Laufrade vertritt ein cylindrischer, an beiden Enden kegelförmiger Block S aus hartem Holze, welchem durch eine Rohrleitung f beständig Wasser zugeführt wird. Eine achsiale Bohrung in S ermöglicht auch die Bespülung der oberen Kegelfläche mit Wasser. Der Holzblock kann ohne besondere Schwierigkeiten ausgewechselt werden, da Laufrad und Turbinenspindel durch ein Zwischenstück z verbunden sind, welches sich leicht beseitigen und dadurch den Block S bloslegen läßt. Die nach Maßgabe der Abnützung des letzteren nöthige Verstellung des Laufrades erfolgt mittels der Schrauben t. Zur Vornahme der Bremsversuche wurde das conische Antriebsrad auf der Turbinenspindel gegen eine Bremsrolle B (Fig. 2 und 3) ausgewechselt, an welche eine gewöhnliche Bremse b angelegt wurde. Der Bremshebel war durch eine Zugstange mit einem Winkelhebel H verbunden, welcher das Belastungsgewicht trug. Dieses bestand zumeist aus großen Eisenstücken, deren Schwere durch das Aichamt bestimmt wurde. Bei leerer Waageschale befand sich der Winkelhebel im Gleichgewicht. Zur Erzielung derselben inneren Widerstände der Turbine während Versuch und Betrieb war das an der Turbinenspindel lastende Gewicht der Bremse (1465k) und der Bremsrolle (2279k) abzüglich des Gewichtes des conischen Antriebrades (1107k), in Summe also 2637k, durch ein System c von Zugstangen und Hebeln ausbalancirt. Gleichzeitig mit den Bremsungen wurde die von der Turbine verbrauchte Wassermenge bestimmt. Zu diesem Zweck war in den Abflußgraben ein Ueberfallwehr w eingebaut, dessen Länge 4m,972 betrug und dessen Krone 3m,682 über der Grabensohle lag. Die Wassermenge wurde nach der Formel: Q = 3,33 LH3/2, welche frühere Versuche ergaben, bestimmt. In derselben bedeutet Q die Wassermenge in Cubikfuß engl., L die Länge des Wehrs und H die Höhe des Wasserspiegels über der Wehrkrone in Fuß engl. Für Qcbm, Lm und Hm lautet die Formel: Q = 1,838 LH3/2. Die Bewegung des Wassers im Ablaufgraben, welche von schädlichem Einfluß auf die Bestimmung seiner Quantität gewesen wäre, wurde durch einen Rechen r aufgehoben. Derselbe war, 1m,367 vom Wehr entfernt, parallel zu diesem eingebaut; sein Durchgangsquerschnitt betrug 1/5 seiner ganzen Fläche. Die durch den Rechen hervorgerufene Stauung ergab bei Versuchen mit voller Beaufschlagung eine Niveaudifferenz vor und hinter demselben von 6mm. Der Wasserstand über der Wehrkrone wurde durch ein Heberrohr (hookgauge) beobachtet, welches sich in einem abgeschlossenen Behälter zwischen Rechen und Radstube befand; seine Communication mit dem Wasserraum zwischen Rechen und Wehr war durch ein 1mm weites, am Ende mit Seiher versehenes Rohr erzielt, welches etwa 5mm über dem Wasserkastenboden in den Behälter mündete. Das Wasser hatte stets freien Fall vom Wehr, denn der Wasserspiegel unterhalb des Wehres war in keinem Fall weniger als 76mm von der Wehrkrone entfernt. Das Gefälle wurde durch Vergleichung des Wasserstandes zwischen Rechen und Radstube und des Oberwasserspiegels ermittelt. Ersterer wurde wieder durch ein Heberrohr beobachtet, dessen Behälter durch ein 1mm weites Rohr mit dem zugehörigen Wasserraum zwischen Rechen und Radstube communicirte. Auch dieses Rohr war mit einem Seiher versehen, welcher den Einfluß der Strömung fernzuhalten hatte. Das Gefälle war 5m,486. Bemerkt sei noch, daß der Wasserkasten der Turbine vollkommen dicht war, und das Wehr zeigte ein so geringes Lecken, daß dieses unberücksichtigt bleiben konnte. Mit den erwähnten Einrichtungen wurden 146 Versuche vorgenommen, die ersten 20 zur Prüfung der Verläßlichkeit der Apparate. Hierbei war eine Leitradöffnung von 33mm, welche jedoch in Wirklichkeit 33mm betrug, angenommen. Die Versuche wurden von Zoll zu Zoll (25,4 zu 2mm,4) Leitradöffnung bis zur totalen Oeffnung vorgenommen, mit besonderer Berücksichtigung des Wasserverbrauches in jedem einzelnen Fall. Die Resultate wurden graphisch verzeichnet, damit die Zwischenwerthe leicht bestimmt und Unregelmäßigkeiten aus der Zahlenreihe entfernt werden konnten. Nach den Curven wurden dann die Resultate tabellarisch zusammengestellt. Diese Tabelle gibt die Beziehungen zwischen Wassermenge, Gefälle, Beaufschlagung, Kraftabgabe, Nutzeffect, Tourenzahl und Geschwindigkeitsverhältniß zwischen Rad und Wasser, sowie die Dauer jedes Versuches und die herrschenden Luft- und Wassertemperaturen an; sie ist indeß zu umfangreich, um hier mitgetheilt werden zu können. Dagegen führen wir auf S. 390 eine zweite Tabelle an, welche die Effectscoefficienten bei verschiedenen Leitradöffnungen und verschiedenen Geschwindigkeiten der Turbine angibt, und heben aus derselben hervor, daß der größte Nutzeffect von 2/3 bis voller Beaufschlagung zwischen 0,828 und 0,839 schwankt, und daß das Geschwindigkeitsverhältniß zwischen äußerem Radumfang und Wasser bei voller Beaufschlagung und größtem Effect 0,765, bei halber Beaufschlagung und 78 Proc. Nutzeffect 0,68 und bei 1/4 Beaufschlagung und 61 Proc. Nutzeffect 0,66 war. Tabelle der Coefficienten des Nutzeffectes bei verschiedenen Höhen der Einlauföffnung und verschiedenen Geschwindigkeiten der Swain'schen Turbine. Höhen desLeitrades. Coefficienten des Nutzeffectes.(Das Verhältniß der Umfangsgeschwindigkeit des Rades zu der dem Gefälle entsprechenden Geschwindigkeit ist im Kopfe jeder Columne eingetragen.) mm Zollengl. 0,60 0,61 0,62 0,63 0,64 0,65 0,66 0,67 0,68 0,69 0,70 332 13,08 0,765 0,771 0,776 0,782 0,788 0,793 0,798 0,803 0,808 0,813 0,818 305 12,00 0,775 0,781 0,786 0,791 0,796 0,802 0,807 0,811 0,816 0,820 0,824 279 11,00 0,775 0,781 0,786 0,792 0,797 0,802 0,807 0,812 0,817 0,821 0,825 254 10,00 0,782 0,788 0,794 0,800 0,805 0,810 0,815 0,820 0,824 0,828 0,831 229  9,00 0,779 0,785 0,791 0,797 0,803 0,808 0,812 0,816 0,820 0,823 0,825 203  8,00 0,771 0,777 0,783 0,788 0,793 0,797 0,800 0,802 0,804 0,805 0,806 178  7,00 0,764 0,769 0,774 0,778 0,781 0,784 0,787 0,788 0,790 0,790 0,790 152  6,00 0,742 0,747 0,751 0,754 0,757 0,759 0,760 0,761 0,761 0,760 0,759 127  5,00 0,708 0,711 0,714 0,717 0,719 0,721 0,722 0,722 0,721 0,720 0,719 102  4,00 0,654 0,658 0,661 0,664 0,666 0,668 0,669 0,669 0,668 0,667 0,665  76  3,00 0,576 0,579 0,581 0,583 0,585 0,585 0,586 0,586 0,585 0,584 0,582  51  2,00 0,474 0,474 0,473 0,472 0,471 0,469 0,466 0,463 0,460 0,456 0,451 Höhen desLeitrades. Coefficienten des Nutzeffectes. mm Zollengl. 0,71 0,72 0,73 0,74 0,75 0,76 0,77 0,78 0,79 0,80 332 13,08 0,822 0,827 0,830 0,832 0,834 0,835 0,835 0,834 0,833 0,831 305 12,00 0,828 0,832 0,835 0,837 0,838 0,839 0,838 0,837 0,835 0,831 279 11,00 0,829 0,831 0,833 0,833 0,832 0,830 0,827 0,824 0,819 0,815 254 10,00 0,833 0,834 0,834 0,833 0,831 0,828 0,824 0,820 0,814 0,809 229  9,00 0,827 0,828 0,827 0,825 0,823 0,820 0,815 0,811 0,806 0,800 203  8,00 0,807 0,806 0,805 0,803 0,800 0,798 0,795 0,791 0,788 0,783 178  7,00 0,790 0,788 0,786 0,783 0,780 0,777 0,772 0,768 0,763 0,757 152  6,00 0,758 0,756 0,753 0,751 0,747 0,743 0,739 0,734 0,728 0,722 127  5,00 0,718 0,717 0,715 0,713 0,710 0,707 0,704 0,701 0,697 0,693 102  4,00 0,663 0,660 0,657 0,655 0,652 0,648 0,645 0,641 0,637 0,633  76  3,00 0,580 0,578 0,575 0,571 0,568 0,563 0,559 0,555 0,550 0,545  51  2,00 0,446 0,441 0,434 0,428 0,420 0,412 0,404 0,395 0,385 0,375