Versuche an Pumpen-Ringventilen. Von Professor L. Klein, Hannover. (Schluß von S. 292 d. Bd.) Versuche an Pumpen-Ringventilen. 4. Die Durchführung der Versuche. Die Pumpe wird durch Elektromotor und Stufenscheiben angetrieben, so daß bei den Versuchen, wie aus der Tab. 1 zu ersehen, verschiedene minutl. Umdrehungszahlen und damit verschiedene Ventilhübe eingestellt werden konnten. Bei Beginn jeden Versuches wurde der Umdrehungszähler abgelesen, ebenso alle 3 Minuten und zu Ende des Versuchs. Textabbildung Bd. 323, S. 305 Diagramme des Ventils Fig. 1. Ventildurchmesser = 166 mm, Ringbreite = 16/22 mm, Sitzflächen unter 45°; Ventilerhebungsdiagramme; Druckdifferenzdiagramme. Um gleiche Druckverhältnisse während der einzelnen Versuche zu haben, wurde der Wasserstand im Saugwindkessel gleichmäßig auf 470 mm unter, der im Druckwindkessel ebenso auf 600 mm über Pumpenmitte, die Saughöhe auf etwa 1,2 m, und die Druckhöhe auf 26 m gehalten. Zunächst wurden nun Diagramme am Plungerraum genommen, um sich von der richtigen Druckverteilung und dem guten Arbeiten der Pumpe zu überzeugen; sodann kurz hintereinander Diagramme der Ventilerhebung „h“ und des Druckunterschiedes h'u – h'0 unter und über dem Ventil. Alle Messungen und Indizierungen wurden mindestens dreimal wiederholt. 5. Die Ergebnisse der Versuche. In den Fig. 8 bis 17 und 18 bis 29 sind für jedes der beiden Ventile eine Reihe Erhebungs- und Druckdiagramme zusammengestellt. Die Diagramme (Fig. 8, 10, 12 usw.) zeigen, daß das Ventil nach dem Eröffnungsstoß sich bald beruhigt, langsam ansteigt bis es zur Zeit der Plungerhubmitte, welche durch eine gestrichelte Linie in den Diagrammen besonders angegeben ist, nahezu seinen höchsten Stand erreicht, und sich sodann allmählich seinem Sitze wieder nähert. Die Zunahme des zur Zeit der Kolbenhubmitte sich einstellenden Ventilhubes h mit der Umdrehungszahl, also mit der sekundlichen Wasserlieferung, ist für das Ventil mit kegelförmigem Sitze in der Fig. 30 und Tab. 1, für dasjenige mit ebenem Sitze in Fig. 31 und Tab. 2 dargestellt. Textabbildung Bd. 323, S. 306 Diagramme des Ventils Fig. 2. Ventilerhebungsdiagramme; Druckdifferenzdiagramme; Ventildurchmesser = 158 mm, Ringbreite = 30 mm, Sitzflächen eben. Die Ergänzung der Kurven von n = 30 bis n = 0 halte ich für wahrscheinlich, doch ist sie nicht durch Versuche verbürgt, was durch das Strichpunktieren angedeutet sein soll. Die Druckdifferenzdiagramme (Fig. 9, 11, 13 usw. bis 29) zeigen für den Augenblick der Ventileröffnung einen größeren, im weiteren Verlauf aber bis zum Ventilschluß einen ziemlich gleich groß bleibenden Druckunterschied h'u – h'0. Um den ganzen Druckaufwand im Ventil zu erhalten, ist zu diesem Werte noch der Druck \frac{{v_u}^2}{2\,g} zuzuzählen, welcher der Wassergeschwindigkeit vu an der Meßstelle unter dem Ventil entspricht, und der Druck \frac{{v_0}^2}{2\,g} abzuziehen, welcher sich aus der Geschwindigkeit v0 über dem Ventil ergibt. Textabbildung Bd. 323, S. 307 Fig. 30.Zunahme des Ventilhubes „h“ mit der Umdrehungszahl „n“. Ventildurchmesser = 166 mm, Ringbreite = 16/22 mm, Sitzflächen unter 45°. Textabbildung Bd. 323, S. 307 Fig. 31.Zunahme des Ventilhubes „h“ mit der Umdrehungszahl „n“. Ventildurchmesser = 158 mm, Ringbreite = 30 mm, Sitzflächen eben. Textabbildung Bd. 323, S. 307 Fig. 32.Druckaufwand im Pumpenventil in m Wassersäule. Ventildurchmesser = 166 mm, Ringbreite = 16/22 mm, Sitzflächen unter 45°. Aus dem Querschnitt an der Meßstelle unter dem Ventil = 100,3 qcm, demjenigen über ihm = 363,1 qcm und dem Kolbenquerschnitt = 121,9 qcm erhält man vu = 1,22 vk v0 = 0,34 vk. worin vk = Kolbengeschwindigkeit =\frac{\pi\,s\,n}{60}. Die hieraus für die Plungerhubmitte sich ergebenden Werte von h_u-h_0=\left(h'_u+\frac{{v_u}^2}{2\,g}\right)-\left(h'_0+\frac{{v_0}^2}{2\,g}\right)=h'_u-h'_0+\frac{{v_u}^2-{v_0}^2}{2\,g} sind in den Tab. 1 und 2 zusammengestellt, sowie in den Fig. 32 und 33 in ihrer Abhängigkeit von der minutlichen Umdrehungszahl dargestellt. Schon aus dem Verlauf dieser Kurven ist zu erkennen, daß die Wasserbewegung im Ventil wesentlich verschieden ist, je nachdem die Sitzflächen eben oder unter 45° geneigt sind. Innerhalb der Versuchsgrenzen nimmt der Hub des Ventils mit ebener Sitzfläche (vergl. Fig. 30 und 31) schneller, der Druckaufwand (vergl. Fig. 32 und 33) wesentlich langsamer zu als die entsprechenden Größen bei dem anderen Ventil. Der stetige Verlauf der Kurven erlaubt einen günstigen Schluß auf die Brauchbarkeit der einzelnen Versuche zu ziehen. Der Umstand, daß die Ringbreiten und auch die Belastungen bei beiden Ventilen verschieden sind, macht einen Vergleich der absoluten Größen der Ventilhube und Druckverluste an Hand der Fig. 30 bis 33 noch unzulässig. Einen solchen gestatten aber die Ausfluß- und Druckziffern, welche zu diesem Zweck berechnet, in Tab. 1 bezw. 2 eingetragen und in den Fig. 34 und 35 zeichnerisch dargestellt sind. Textabbildung Bd. 323, S. 307 Fig. 33.Druckaufwand im Pumpenventil in m Wassersäule. Ventildurchmesser = 158 mm, Ringbreite 30 mm, Sitzflächen eben. Textabbildung Bd. 323, S. 307 Fig. 34.Ventildurchmesser = 166 mm, Ringbreite = 16/22 mm, Sitzflächen unter 45°. μ = Ausfluß und κ = Druckziffer. Textabbildung Bd. 323, S. 307 Fig. 35.Ventildurchmesser = 158 mm, Ringbreite = 30 mm, Sitzflächen eben. μ = Ausfluß- und κ = Druckziffer. Die Ausflußziffer (Fig. 34 und 35) ergibt sich aus eingangs aufgestellter Gleichung: \begin{array}{rcl}\mu&=&\frac{\mbox{sekundl. ausfl. Wassermenge}\,\cdot\,\mbox{Zeit}}{\mbox{Austrittsspalt}\,\cdot\,\sqrt{2\,g\,(h_u-h_0)\,\cdot\,\mbox{Zeit}}}\\ &=&\frac{d\,W}{q\,\cdot\,\sqrt{2\,g\,(h_u-h_0)\,\cdot\,d\,t}}\end{array} Für den Augenblick der Plungerhubmitte wird darin, wie unter 2a und b besprochen: d\,W=\frac{\pi\,\vartheta^2}{4}\,\cdot\,\frac{s\,\pi\,n}{60}\,d\,t und der Austrittsspalt = q = 2 D π h sin β so daß sich ergibt \mu=\frac{\frac{\pi\,\vartheta^2}{4}\,\cdot\,\frac{s\,\cdot\,\pi\,\cdot\,n}{60}\,\cdot\,d\,t}{2\,D\,\pi\,\frakfamily{h}\,\sin\,\beta\,\cdot\,\sqrt{2\,g\,(h_u-h_0)\,d\,t}} ϑ = 0,1246 m s = 0,299 m, ferner ist für das Ventil mit kegelförmiger Sitzfläche D = 0,166 m   β = 45° und für das Ventil mit ebener Sitzfläche D = 0,158 m  β = 90°. Setzt man diese Werte ein, so erhält man für das Ventil mit kegelförmigem Sitze \mu=0,000058\,\frac{n}{\frakfamily{h}\,\sqrt{h_u-h_0}} ebenem Sitz \mu=0,000043\,\frac{n}{\frakfamily{h}\,\sqrt{h_u-h_0}} Die Druckziffer x (Fig. 34 und 25) bestimmt sich aus der eingangs aufgestellten Gleichung zu x=f\,\gamma\,\frac{h_u-h_0}{B} γ, das Gewicht von 1 cbm Wasser, ist = 1000 kg; hu– h0 und B sind durch die Versuche bestimmt. f, die den Ueberdruck erleidende Ventilunterfläche, ist bis an die Stellen zu rechnen, an welchen der ganze Ueberdruck in Geschwindigkeit umgesetzt ist. Bei dem Ventil mit kegelförmigem Sitze (Fig. 1) ist dies die auf 0,016 m abgeschrägte RingflächeVergl. D. p. J. 1907, S. 386.. Bei dem Ventil mit ebener Sitzfläche (Fig. 2) ist die ganze Ringbreite 0,030 m dafür einzuführen. So daß man erhält für Ventil nach Fig. 1 : x=8,35\,\frac{h_u-h_0}{B_2}, Ventil nach Fig. 2 : x=14,93\,\frac{h_u-h_0}{B_1}. Hiermit sind die Werte der Tab. 1 u. 2 berechnet. Tabelle 1. Versuchsergebnisse mit dem Pumpen-Ringventil (Fig. 1). Durchmesser = 0,166 m; Ringbreite 0,016 m bis 0,022 m; Sitzflächen unter 45°. Führung und Belastung durch die Feder: B2 = 8,0 + 306 h ± 0,06 kg. Versuchszeit: 20. September 1907. Nr.desVersuchs Minutl.Umdreh-ungszahln Schreib-stifthubH m Ventil-hubh m Ventil-belastungB2 kg Druckunterschieda. d. Diagrammh'u – h'0 Wasser-geschwindigkeit \frac{{v^2}_u-{v^2}_0}{2\,g} Druck-aufwandimVentilhu – h0 Druck-zifferκ Ausfluß-zifferμ mm mWasser-säule unterVentilvu m/Sek. überVentilv0 m/Sek. 22–19 102,3 0,0241 0,0051   9,60 9,1 1,67 1,93 0,54 0,175 1,85 1,61 0,86 18–15 81,8 0,0200 0,0042   9,34 8,1 1,48 1,56 0,44 0,114 1,59 1,42 0,89 14–11 62,0 0,0160 0,0034   9,08 7,7 1,41 1,18 0,33 0,065 1,47 1,35 0,87 10–7 43,7 0,0122 0,0026   8,84 7,0 1,28 0,83 0,23 0,032 1,31 1,24 0,85   6–1 39,3 0,0109 0,0023   8,76 6,8 1,25 0,75 0,21 0,027 1,28 1,22 0,88 0 0 8,0 0 0 0 (0,96) 1 Tabelle 2. Versuchsergebnisse mit dem Pumpen-Ringventil (Fig. 2). Durchmesser = 0,158 m; Ringbreite 0,030 m; ebene Sitzflächen. Führung und Belastung durch die Feder: B1 = 15,2 + 980 h ± 0,05 kg. Versuchszeit: 2. Oktober 1907. Nr.desVersuchs Minutl.Umdreh-ungszahln Schreib-stifthubH in m Ventil-hubh in m Ventil-belastungB1 kg Druckunterschieda. d. Diagrammh'u – h'0 Wasser-geschwindigkeit \frac{{v^2}_u-{v^2}_0}{2\,g} Druck-aufwandimVentilhu – h0 Druck-zifferκ Ausfluß-zifferμ mm mWasser-säule unterVentilvu m/Sek. überVentilv0 m/Sek. 28–23 92,8 0,0227 0,0048 19,9 8,5 1,55 1,77 0,50 0,147 1,70 1,28 0,64 22–17 81,8 0,0194 0,0041 19,2 8,4 1,54 1,56 0,44 0,114 1,65 1,28 0,67 16–13 67,2 0,0154 0,0032 18,4 8,3 1,52 1,29 0,36 0,079 1,60 1,30 0,71 12–9 53,8 0,0112 0,0024 17,5 8,3 1,52 1,02 0,29 0,049 1,57 1,34 0,77   8–5 43,9 0,0082 0,0017 16,9 8,3 1,52 0,84 0,23 0,032 1,55 1,36 0,89   4–1 34,7 0,0065 0,0014 16,6 8,2 1,50 0,66 0,18 0,020 1,52 1,37 0,86 0 0 15,2 0 0 (1,02) 1 Vergleichen wir beide Ventile zunächst in Hinsicht auf die Ausflußziffer, so sehen wir, daß diese für das Ventil mit kegelförmiger Sitzfläche wesentlich größer, also günstiger ist. Das ist auch leicht begreiflich, weil in ihm die Wasserablenkung geringer, und dadurch die Wasserführung besser ist. Nehmen wir als normale Wassermenge diejenige an, welche bei 1 m mittlerer Geschwindigkeit durch den Ventilsitz hindurchkommt, und vergleichen die beiden Ventile für diese Wasserlieferung, so ergibt sich zunächst, daß dieser Zustand eintritt in dem Ventil nach Fig. 1 bei n = 64 und in dem Ventil mit ebener Sitzfläche und breiterem Ring (Fig. 2) bei 96 minutl. Umdrehungen. Dabei ist die Ausflußziffer für ersteres etwa 1,4 mal so groß (vgl. umstehende Tab. 3) und dieser Unterschied wird sich bei Anordnung mehrerer Ventilsitze in einer Ebene noch weiter zu Ungunsten des flachsitzigen Ventils verschieben. Tabelle 3. n h μ κ 45° Ventil mit 16/22 mm Ringbreite 64 3,4 mm 0,88 1,34 90° Ventil mit 24/30 mm Ringbreite 96 5 mm 0,63 1,27 Auch die Druckziffer x ist für die in Vergleich gezogenen Ventilhübe bei dem 45° Ventil größer und damit günstiger. Je größer x, desto kleiner wird für sonst gleiche Verhältnisse die Ventilbelastung und damit der Ventilschlag. Bei dem untersuchten Ventil mit kegelförmiger Sitzfläche nimmt x ab, je mehr sich das Ventil aus seiner höchsten Lage dem Sitze nähert, der mittlere Wert von x und damit auch der mittlere Druckaufwand hu – h0 während eines Ventilspieles wird kleiner sein, als bei dem Ventil mit ebener Sitzfläche, vorausgesetzt, daß sie für die Zeit der Plungerhubmitte auf gleichen Druckaufwand berechnet sind. Nähert sich das Ventil mit ebener Sitzfläche von der höchsten Lage dem Sitze, so nimmt zunächst μ und x und damit auch die Austrittsgeschwindigkeit des Wassers noch zu, der Ventilhub wird, nachdem die Plungerhubmitte überschritten ist, rascher abnehmen als bei den 45° Ventil, wie auch ein Vergleich der Diagramme Fig. 18–28 mit Fig. 8–16 erkennen läßt. Ist aber das flachhitzige Ventil dem Sitze bis auf etwa 1 mm nahe gekommen, so ändern sich die Verhältnisse ziemlich plötzlich; x und μ und damit die Ausflußgeschwindigkeit nehmen rasch ab. Unter dem, zunächst noch in gleichem Maße niedergehenden Ventil wird das Wasser sich anstauen, und das Ventil in seiner Schließbewegung aufhalten. Auch das läßt sich aus den Diagrammen Fig. 24, 26 und 28 recht deutlich erkennen. Zum Schluß stelle ich in Tab. 4 die Ergebnisse dieser und der früherenZeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure 1905, S. 486 und 622, Fig. 10 und D. p. J. 1907, S. 386, Tab. 4. Untersuchungen über die Ausfluß- und Druckziffern bei den verschiedenen Ventilhüben zusammen. Die Ergebnisse stimmen befriedigend mit den früher auf andere Weise – am ruhenden Ventil – gefundenen Werten überein. Tabelle 4. Ausfluß und Druckziffer für zwei Pumpenringventile. Ausflußziffer μ Druckziffer Sitzfläche kegelförmig eben kegelförmig eben Ringbreite 22 auf 16 mm 30 mm 22 auf 16 mm 30 mm Versuchsjahr 190511) 190612) 1907 1907 190512) 1907 1907 Ventilhub 2 mm 0,79 0,87 0,87 0,84 1,14 1,18 1,36 3 mm 0,80 0,85 0,88 0,73 1,24 1,29 1,33 4 mm 0,83 0,83 0,87 0,67 1,37 1,41 1,31 5 mm 0,86 0,82 0,85 0,63 1,55 4,57 1,28