Titel: Rittinger's Berechnung und Construction eines blasenden Ventilators.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1858, Band 148, Nr. LXX. (S. 323–331)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj148/ar148070

LXX. Berechnung und Construction eines blasenden Ventilators nach P. Rittinger.

Aus dem polytechnischen Centralblatt, 1858 S. 497.

Mit Abbildungen auf Tab. VI.

Das kürzlich bei Carl Gerold's Sohn in Wien erschienene Werk: „Centrifugalventilatoren und Centrifugalpumpen, von P. Rittinger“, verfolgt den Zweck, eine streng wissenschaftliche Anleitung zur Berechnung und Construction der Centrifugalventilatoren zu liefern, und löst seine Aufgabe in sehr befriedigender Weise. Das Buch zerfällt in zwei Abtheilungen, und enthält in der ersten die Theorie der Gebläse überhaupt und in der zweiten die Theorie der Centrifugalventilatoren im Speciellen. In dieser letzten Abtheilung sind zugleich die Resultate einer großen Menge Versuche aufgeführt, die der Verf. mit genau nach seiner Theorie ausgeführten Ventilatoren erlangt hat. Dadurch sind die Coefficienten geliefert, welche zur Berücksichtigung der Widerstände in die Rechnung eingeführt werden müssen. Schließlich ist die aufgestellte Theorie auf die verwandten Centrifugalpumpen angewendet, und zuletzt in einem Anhange die Literatur der Centrifugalventilatoren zusammengestellt. Als ein Beispiel der Behandlungsweise heben wir aus diesem Werke hier die specielle Berechnung der Hauptverhältnisse eines blasenden Ventilators heraus, welche auf S. 217 u. f. enthalten ist.

Der zu construirende Ventilator soll die Bestimmung haben, hochgepreßten Wind zu erzeugen, wie solcher zum Betrieb eines Eisenhohofens gefordert wird. Um sogleich die schwierigsten Verhältnisse zu Grunde zu legen, wird die Aufgabe dahin gestellt, einen Hochdruckventilator zu entwerfen, welcher

M = 1 Kubikmeter = 31,7 Kubikfuß Luft in einer Secunde

mit einer Pressung von

H₄ = 0,m8 = 30,4 Zoll (Wiener)

effectiver Wassermanometerhöhe zu liefern im Stande ist; ein Fall, wie solcher bei einem Eisenhohofen von größten Dimensionen vorkommt, welcher mit harter Holzkohle betrieben werden soll. Nimmt man an, daß die Windmenge M = 1m in einer Secunde bei der obigen effectiven Manometerhöhe H₄ = 0,m8 durch zwei Düsen in den Hohofen hineingeblasen werden soll, so muß jede derselben einen Durchmesser

|324|

(1)

Textabbildung Bd. 148, S. 324

erhalten, wo Mm, die Windmenge für eine Düse und eine Minute, also Mm = 60/2 = 30 Kubikmeter zu setzen ist; es ergibt sich also:

Textabbildung Bd. 148, S. 324

Mit Rücksicht auf die Länge L der Windleitung und auf den Durchmesser D derselben läßt sich aus H₄ die effektive Manometerhöhe H₃ berechnen, welche der Wind im Blaseraume besitzen muß. Diese Höhe muß überdieß der Zahl und Beschaffenheit der Biegungen und Brechungen der Windleitung angemessen vergrößert werden. Der Wahl des Durchmessers D der Windleitung legt man die Voraussetzung zu Grunde, daß die Luft mit einer Geschwindigkeit von 10 Metern sich darin bewege; der gedachte Durchmesser ergibt sich dann aus

10 D²π = M,

(2) D = √(M/10π) = 0,178√M

Da H₄ = 0,m8 ohnedieß sehr hoch angenommen wurde, so soll hier von der Röhrenreibung abgesehen, und daher die effective Manometerhöhe im Blaseraume H₃ jener vor den Düsenmündungen gleich, also

H₃ = H

gesetzt werden.

Nimmt man endlich an, daß die Luft im Blaseraume mit der für die Windleitung gewählten Geschwindigkeit sich bewege, daß also

(3) U₃ = 10m

ist, so hat man es im vorliegenden Falle mit nachstehenden gegebenen Größen zu thun:

H = 0
U = 0
weil unmittelbar aus der atmosphärischen Luft
gesaugt wird,
H = 0,m8,
U = 10m,
M = 1 Kubikmeter.

Den Halbmesser R₀ der Saugöffnung findet man unter der Voraussetzung, daß auch im Einlauf die Geschwindigkeit

U₀ = 10m

betragen solle,

(4) R₀ = 0,18 √M = 0,m18.

|325|

Der innere Flügelhalbmesser ist

(5) R₁ = R₀.

Der äußere Flügelhalbmesser R₂ in Verbindung mit der Zahl n der Umgänge des Flügelrades in einer Minute ergibt sich aus

n = 845/R₂ √(H₃ – H)

Wegen H = 0 hat man

(6) n = 845/R₂ √H₃ = 845/R₂ √0,8 = 755/R

Man findet für

R₂ = 0,m4 den Werth von n = 1887,
R₂ = 0,m5 „ „ „ n = 1510,
R₂ = 0,m6 „ „ „ n = 1258,
R₂ = 0,m7 „ „ „ n = 1079,
R₂ = 0,m8 „ „ „ n = 944,
R₂ = 0,m9 „ „ „ n = 839,
R₂ = 1,m0 „ „ „ n = 755,

Um eine zu große Zahl der Umgänge zu vermeiden, die stets nachtheilig auf die Dauer und den Effect des Ventilators einwirkt, und um zugleich eine möglichst große Länge R₂ – R₁ des Flügelraumes zu erzielen, wird man im vorliegenden Falle die Combination

R₂ = 0,m8 und n = 944

mit Vortheil wählen.

Für den inneren Flügelwinkel α₁ hat man

(7) tg α₁ = 0,1047nR₁/U₀ = 0,01047 nR₁

= 0,01047 . 944 . 0,18 = 1,794, α₁ = 60°50'.

Der Kreisbogen, nach welchem die Flügel gekrümmt werden müssen, um überdieß an der äußeren Peripherie radial zu verlaufen, erhält den Halbmesser

(8)

Textabbildung Bd. 148, S. 325

Die Breite des Ventilators ergibt sich zu

(9) B = 1/2 R₀ = 1/2 . 0,18 = 0,m9,

und die Höhe des Blasehalses aus

(10)

Textabbildung Bd. 148, S. 325

|326|

oder, weil (R₀/R₂)² U₀² gegen das zweite Glied unter dem Wurzelzeichen vernachlässigt werden kann,

(11)

Textabbildung Bd. 148, S. 326

Für den Querschnitt A₃ der äußeren Mündung des Blasehalses hat man die Gleichung

A₃ = M/U

Macht man diese Mündung rechteckig, und gibt ihr eine Breite B gleich jener des Ventilators, bezeichnet ferner ihre Höhe mit J₃, so folgt

JB = A₃ = M/U₃,

(12) J₃ = m/BU₃ = M/(1/2RU₃) = 2M/RU₃.

Für die vorliegende Aufgabe würde man erhalten:

J₃ = 2/(0,18 . 10) = 1,m11.

Da jedoch die Dimensionen

B = 0,m09 und J₃ = 1,m11

für die äußere Mündung des Blasehalses unpassend wären, so wird man besser thun, dieser Mündung die quadratische Form zugeben, und daher

J₃² = A₃ = M/U

zu setzen; daraus findet man die Quadratseite

(13) J₃ = √(M/U₃) = 0,m316.

Diese quadratische Form der Auslaufmündung hat den Vortheil, daß durch dieselbe der Anschluß an einen gemauerten Canal, wie solcher in vielen Fällen zur Windleitung mit Vortheil sich anwenden läßt, sehr erleichtert wird.

Sollte aber die äußere Mündung des Blasehalses wegen Anschluß an eine cylindrische Röhrenleitung die Kreisform erhalten, so hätte man

R₃²π = M/U

(14) R₃ = √(M/Uπ) = √(M/10π) = 0,178√M = 0,m178.

|327|

Ueber die zweckmäßigste Länge des Blasehalses mangeln verläßliche Daten; im Allgemeinen wird man den Anforderungen eines allmählichen Ueberganges um so besser entsprechen, je länger man den Blasehals hält.

Die Zahl der Flügel wird

(15) n = 30R₂ = 30 . 0,8 = 24.

Endlich hat man für den theoretischen Nutzeffect die Gleichung

(16) E = MHγ,

weil der Voraussetzung zufolge H = 0 ist; es ergibt sich daher

E = 1 . 0,8 . 1000 = 800 Kilogrammmeter,

E = 800/75 = 10,7 Pferdekräfte.

Man sieht schon aus diesen Berechnungsresultaten, daß die Constructionsverhältnisse eines Hochdruckventilators keine besonderen Schwierigkeiten für die Ausführung darbieten können, indem weder die Zahl der Umgänge (n = 944), noch der äußere Flügelhalbmesser R₂ = 0,m8 eine übermäßige Größe annehmen.

Eine hohe Pressung läßt sich mittelst Ventilatoren auch dadurch erzielen, daß man zwei Ventilatoren in der Art mit einander verbindet, daß der zweite die vom ersten herausgeblasene und bereits verdichtete Luft aufnimmt, und weiter auf einen höheren Grad der Pressung bringt. Da der zweite Ventilator eine gleiche Windmenge wie der erste in Bewegung zu setzen hat, so folgt, daß alle Dimensionen desselben, welche von der Windmenge abhängen, mit jenen des ersten Ventilators übereinstimmen müssen; dieß gilt namentlich von R₀, R₁ und B vermöge (4), (5) und (9).

Nimmt man ferner an, daß durch jeden der beiden Ventilatoren die Steigerung der verlangten effectiven Manometerhöhe H₃ = 0,m8 im gleichen Grade bewirkt werden solle, so daß im Blaseraume des ersten und beziehungsweise im Saugraume des zweiten Ventilators die effective Manometerhöhe = 1/2 H₃ = 0,m4 ausfällt, so ist die den Werth von n und R₂ bestimmende Differenz H₃ – H

für den ersten Ventilator

1/2 H₃ – 0 = 1/2 H₃ = 0,m4,

für den zweiten aber

H₃ – 1/2H = 1/2 H₃ = 0,m4,

also für beide gleich groß; hieraus geht hervor, daß diese beiden Ventilatoren einen gleichen Durchmesser und eine gleiche Zahl der Umgänge erhalten, und überhaupt durchaus gleich construirt seyn müssen.

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Wollte man jeden dieser beiden Ventilatoren mit dem ursprünglich berechneten Einen gleich schnell umlaufen lassen, so folgt aus (6), wenn man dort 1/2 H₃ statt H₃ substituirt:

R₂ = 845/n √(1/2 H₃) = 0,71 . 845/nH₃.

Es wird daher der Halbmesser der beiden gleichen Ventilatoren 71 Proc. von jenem Halbmesser betragen, welcher für den Einen Ventilator gefunden wurde.

Bei dem Umstande, daß die höhere Pressung sich eben so gut durch einen einzigen Ventilator erreichen läßt, wenn man demselben einen etwas größeren Durchmesser gibt, bedarf es keiner weiteren Begründung, daß ein Doppelventilator einem einfachen Hochdruckventilator in praktischer Beziehung nachstehe, weßhalb auch darauf hier nicht weiter eingegangen werden soll.

Die geometrische Verzeichnung dieses Ventilators beginnt am einfachsten mit dem Flügelrade in der Seitenansicht (Fig. 1 auf Tab. VI), um welches herum man sodann den spiralförmigen Theil des Auslaufes etc. construirt.

Zu diesem Ende beschreibt man aus c mit den Halbmessern

cb = R₂ =0,m8 und cd = R₁ = 0,m18

zwei Kreise, durch welche der Flügelraum begränzt wird, und errichtet auf dem Durchmesser cb eine Senkrechte bz, auf welche man den unter (8) gefundenen Krümmungshalbmesser bz = ρ = 1,m92 aufträgt.

Der mit b z aus z beschriebene Kreisbogen stellt die radial auslaufende Flügelcurve dar, bei welcher die Luft in den Flügelraum ohne Stoß eintritt. Die übrigen Flügelcurven lassen sich leicht verzeichnen, wenn man aus c mit cz einen Kreis beschreibt, und dessen Peripherie von z angefangen in n = 24 gleiche Theile theilt. Die erhaltenen Theilpunkte sind sodann die Mittelpunkte der Flügelbögen.

Um den spiralförmigen Auslauf zu verzeichnen, macht man

xy = i = 0,159 J₂ = 0,159 . 0,14 = 0,m022,

und zieht durch den so erhaltenen Anfangspunkt x der Spirale den Halbmesser cx, auf dessen Verlängerung man sogleich xx₁ = J₂ = 0,m14 aufträgt, weil hier die Spirale ein schwaches Ansteigen hat.

Nun kann zur Construction der Spirale geschritten werden. Zu diesem Zwecke wurde xx₁ in 12 gleiche Theile getheilt, und auf die Verlängerung der betreffenden 12 Halbmesser die entsprechende Zahl dieser Theile radial aufgetragen. Der leichteren Ausführung wegen setzt hier der Auslaufraum in gleicher Weite sich bis q fort, wodurch ein Auslaufhals gebildet |329| wird, an welchen sich sofort der Blasehals qt anschließt. Die Länge qt wurde in der Art gewählt, daß das größte Ansteigen der geneigten Seitenwände, wie solches im Grundrisse Fig. 3 vorkommt, 1/10 der Länge beträgt. Da nun vermöge (13) die Seite J₃ der quadratischen Halsmündung = 0,m316 und B = 0,m09 gefunden wurde, so beträgt die Steigung einer Seitenwand im Grundrisse

(0,316 – 0,090)/2 = 0m113,

daher die Länge der Halswände = 1,m13.

Den Einlauf erhält man, indem man in Fig. 5 ca = R₁ = 0,18, cb = B = 0,09 abschneidet, und aus a und b mit dem Halbmesser

r = 0,957 R₁ = 0,957 . 0,18 = 0,m172

Kreisbögen beschreibt, welche sich in d schneiden. Diese Punkte sind die Mittelpunkte der beiden Kreisbögen ab des sphäroidischen Einlaufkegels.

Zu der in Fig. 1 bis 5 dargestellten Construction des berechneten Hochdruckventilators mögen hier nachstehende Erläuterungen dienen.

Das Flügelrad besteht aus einer dünnen gußeisernen Scheibe A von 1,m6 Durchmesser, an welche eine gußeiserne Nabe angeschlossen ist; letztere erhält gegen die Saugöffnung die Gestalt des Einlaufkegels, der auf die so eben beschriebene Art verzeichnet ist, und wird auf eine starke Spindel von wenigstens 0,m07 (2 1/2 Zoll) im Durchmesser aufgekeilt. Die andere Scheibe B des Flügelrades, in welcher die Saugöffnung sich befindet, besteht aus starkem Blech.

In diese beiden Scheiben sind die blechernen Flügel mit kurzen Zapfen festgenietet. Um durch die Dicke der Flügel den Eintritt der Luft in den Flügelraum nicht zu sehr zu verengen, werden die Kanten der Flügel an der inneren Peripherie zugeschärft; überdieß wird jeder zweite Flügel gegen die innere Peripherie verkürzt. Das Flügelrad läßt sich übrigens auch ganz in einem Stücke aus Gußeisen herstellen.

Das Gehäuse ist aus zwei Theilen D und E zusammengesetzt, deren Kränze F durch Schrauben luftdicht mit einander verbunden sind. Die beiden Seitenwände D und E sind dem Flügelrade entsprechend tellerförmig vertieft, so daß die inneren Seitenwände der Flügelscheiben und des Gehäuses in eine Flucht fallen, und beide daher gleich weit abstehen. An die Seitenwand E ist der kurze Einlaufhals G angegossen, sein innerer Durchmesser stimmt mit jenem der Saugöffnung überein und mißt 0,m36.

Das Flügelrad schließt sich im Bereiche der Saugöffnung an die Wand E des Gehäuses an. Zu diesem Ende ist die in der Scheibe B angebrachte |330| Saugöffnung mit einem schmiedeeisernen abgedrehten Ringe von 0,m020 Breite eingefaßt, welcher in einer entsprechenden ringförmigen und gleichfalls abgedrehten Vertiefung der Seitenwand E spielt, ohne sie wirklich zu berühren. Dieser Anschluß findet jedoch nur in einer auf die Achse senkrechten Ebene statt, und nicht an der äußeren Peripherie des Ringes, um welche vielmehr ein Spielraum von etwa 0,m010 freigehalten wird. Die normale Stellung der beiden Schlußflächen erzielt und regulirt man mittelst einer Stellschraube m (Fig. 2) und einer Feder l, welche beide eine kleine Verschiebung der Spindel S in der Richtung der Achse zulassen, und einander entgegenwirken. Es muß sorgfältig darauf gesehen werden, daß zwischen den beiden Schlußflächen kein gegenseitiger Druck stattfinde, welcher zu einem unnöthigen Arbeitsaufwand in Folge der Reibung Veranlassung geben würde.

Diese Art der luftdichten Verbindung des Flügelrades mit dem Gehäuse ist leicht herzustellen, da sich der luftdichte Schluß bloß auf einen Ring von nur 0,m36 im Durchmesser bezieht; es unterliegt aber auch keinem Anstande, diesen luftdichten Schluß für die Dauer zu erhalten, weil die beiden gegen einander gekehrten Flächen sich nicht berühren, also sich auch nicht wechselseitig abnutzen, sondern nur möglichst nahe neben einander laufen. Eine allmähliche Abnutzung der Spindellager beirrt nicht die Genauigkeit dieses Abschlusses, weil hierbei bloß eine gegenseitige Verschiebung der beiden Flächen in verticaler Richtung stattfindet. Das erste Zusammenpassen dieser Flächen kann durch Anwendung von Schmirgel sehr leicht erzielt werden.

Auch an der Rückseite des Flügelrades wird dessen Anschluß an das Gehäuse, und zwar dort bewirkt, wo die Spindel oder die Nabe aus demselben heraustritt. Dieß geschieht ganz einfach mittelst einer auf die Spindel angeschobenen Lederscheibe und eines zweitheiligen hölzernen Ringes, welcher zwischen das Zapfenlager und das Gehäuse eingetrieben wird, und so die Lederscheibe an letzteres anpreßt.

Das Gehäuse ruht mittelst der beiden daran angegossenen breiten und verrippten Lappen L auf der durchbrochenen Fundamentplatte K, die durch Schrauben an das gemauerte Fundament festgezogen wird. Keile und Schrauben sichern die feste Verbindung der beiden Lappen mit der Fundamentplatte und geben dem Gehäuse jene feste Stellung, welche bei Ventilatoren von großen Durchmessern nicht genug beobachtet werden kann.

Die Spindel S, an welcher das Flügelrad festgekeilt ist, ruht mit ihren beiden Zapfen auf den Lagerständern G und H, die gleichfalls auf der gemeinschaftlichen Lagerplatte K festgekeilt und verschraubt sind.

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Es ist von Wichtigkeit, die Lagerschalen recht lang zu machen, um den Spindelzapfen eine größere Auflagfläche darzubieten; in der Zeichnung sind die Lager 0,m16 oder 6 Zoll lang gehalten. Auch ist es vortheilhaft, den Lagerschalen überdieß von Außen die Kugelform zu geben, und darnach auch ihren Sitz zuzurichten, weil hierdurch das gleichmäßige Aufliegen der Zapfen ihrer ganzen Länge nach gesichert wird.

Die Treibrolle R läßt sich ganz zweckmäßig auf der angegebenen Stelle aufkeilen, wenn dort die Spindel verstärkt wird.

Bei t wird der Blasehals mit der gleichweiten Windleitung in Verbindung gebracht, welche bei schwacher Windpressung bloß aus Ziegelmauerwerk bestehen kann, und dann nach allen Seiten mit Letten umstaucht wird. Für stark gepreßten Wind erhält die Windleitung einen kreisförmigen Querschnitt, und wird aus gußeisernen oder blechernen Röhren angefertigt; in letzterem Falle läßt man den rechteckigen Querschnitt des Auslaufhalses bei q allmählich in einen kreisförmigen übergehen, und gibt dem gußeisernen Blasehalse zu diesem Behufe die entsprechende pyramidal-conische Form. Der äußere Durchmesser des Blasehalses muß dann vermöge (14) 0,m356 betragen.

Die Verbindung bei q und t läßt sich einfach mittelst eines Muffes und einer Holzverkeilung bewerkstelligen.

Soll das Flügelrad aus dem Gehäuse herausgenommen werden, so hat man bloß die vordere Wand E desselben von der rückwärtigen Wand D abzuschrauben, und die Treibrolle R loszuketten; es läßt sich dann das Rad sammt Spindel in der Richtung ihrer Achse herausziehen. Einen bequemen Zutritt für diese Arbeit gewährt in diesem Falle die Fundamentgrube W.

Der in Fig. 15 dargestellte Ventilator unterscheidet sich in mehreren Punkten wesentlich von den gewöhnlich angewendeten Ventilatoren, und zwar:

  • a) durch seine kleine Saugöffnung;
  • b) durch seine geringe Breite;
  • c) durch seine einwärts gekrümmten und radial auslaufenden langen Flügel;
  • d) durch den Bau des spiralförmigen Mantels;
  • e) durch den luftdichten Anschluß des Flügelrades an das Gehäuse an der Seite der Saugöffnung mittelst eines Ringes von geringem Durchmesser;
  • f) durch die Anwendung eines besonderen Blasehalses von pyramidaler oder conischer Gestalt;
  • g) durch mehrere Eigenthümlichkeiten in den Details.
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