DZIAŁ SIÓDMY.
S I L N I K I .
Część ogólna.
Hamownice *) słu żą do oznaczenia mocy pożytkow ej N„ (w AK), w ydawanej przez dany w ał, ponajczęściej przez g łów ny w ał silnika, albo też m ocy odbieranej przez g łó w n y w ał silnicy roboczej (robnika).
Na kolo hamulcowe, osadzono na danym wale, nakładamy dwa klocki hamulcowe (z twardego drzowa, albo metalowe) tak, aby jo módz przyciągać śrubami. Do jednego z klocków przytwierdzamy dźwignię, której koniec swobodny pociągamy ciężarkami (1, za pośrednictwem linki przechodzącej przez krążek (rys
pomoście wagi dziesiętnej
Rys. GOG.
600). albo też opieramy go na Rys. G07.
(rys. 607); w tym razie długość dźwigni bywa 3 do o m , a układ ten je s t star
szy i znany pod nazwą wę
dzidła lub hamownicy Pro- ny'ego. Kierunek obrotu wałów wskazano w rysun
kach strzałkami.
Śruby dociągamy tak długo, dopóki nie osiągnie
my normalnej ilości obro
tów n na minutę, zmienia
jąc równocześnie ciężarki G lub obciążające szalkę wagi tak, aby otrzymać stan równo
wagi, przedstawiony w rys. 606 wzgl. 607-ym. Natenczas moment tarcia będzie się równał momentowi obciążenia dźwigni, a cała praca wała przemienia się na pracę ta r
cia, ta zaś na ciepło, oraz na pracę ścierania się koła i klocków hamulcowych. Waga własna urządzenia pozostaje bez wpływu na wyniki przy wałach pionowych, a w urzą
dzeniu podł. rys. 606 nawet przy wałach poziomych. Do pomiaru znaczniejszej mocy zastępują też klocki taśmą hamulcową.
Jeżeli przez G (w kg) oznaczym y, czy to ciężarki obciążające podl. rys. 606, czy też nacisk dźw igni na pom ost w agi dziesiętnej (rys. 607) po potrąceniu nacisku, jaki w yw iera dźw ignia zlu zow ana w tern samem położen iu ; przez l ramię dźw igni, mierzone od osi wała, w m; przez r promień kola ham ow anego w m; a przez u nor
malną, sp ostrzeżon ą ilość obrotów na min., to całkow ita siła tarcia na obw odzie kola będzie: P = G l : r, a zatem m o c t a r c i a w kgm /sek.
<p. str. 194 i 210), czyli m o c h a m o w n a : , , G l 2 n r n _ n n G l
T ~ 6 0 ~ — 3 0 ’
Dynamometry są albo siłomierzam i, do mierzenia naciągów łub nacisków, albo też hamownicami do mierzenia pracy wydawanej w jednostce czasu, a więc m o c y .
Podręcznik techniczny. T. I. 51
802 Dział siódmy. — Silniki.
albo m o c p o ż y t k o w a w ala w J\K:
X„ = Z -" r~- = 0 .0 0 1 3 9 6 n G l.
30 • (o
d cm, a szerok ość jego Jeżeli średnica kola ham ow anego jest
h cm, to dobre stosunki w skazuje w zór:
h d Sjj — —~ ;
"’o
w którym (podług C. v. Bach'a) w artość »;0 = 2,5 przy chłodzeniu wodą', a w0 do 0 ,5 przy chłodzeniu powietrzem. Przy znacznych prędkościach, a zatem małych ciśnieniach na jednostkę powierzchni, m ożna przy chłodzeniu w od ą wartość w0 p ow iększyć stosow nie do okoliczności naw et do 5. W zw ykłych warunkach biorą szerokość b koła równą 1,5-krotnej średnicy w ała.
1. SILNIKI ŻYWE.
Całodzienna praca A (w kgm) silnika ży w eg o (p, str. 193 i 194) staje się najw iększością przy pewnej w yw ieranej, ś r e d n i e j s i l e 1‘ (w kg), pewnej ś r e d n i e j prędkości v (w m/sck.) punktu przy
tknięcia sity P w kierunku jej działania i przy pewnym ś r e d n i m cza
sie trwania t (w sek.) roboty, czyli wydatek pracy będzie w ów czas najkorzystniejszy, a mianowicie:
A = P v t w kgm.
Jeżeli prędkość, z jaką pracuje silnik ż y w y , będzie Vj (zam iast u), a trwanie roboty całodziennej (t (zam iast ¿), to średnią siłę P, jaką silnik będzie w yw ierał, określa Maschek wzorem :
S iła P, prędkość v, moc l i i całodzienna praca A silników żywych.
(Istotny czas roboczy / = 8 ffoclz. “ 28800 sek.).
Silnik sam, albo działający
na silnicę P
kff V
hi sek.
E = P o kpm/sek.
. 1 = 2 8 8 0 0 Po kgin R o b o t n i k , bez sil n icy . . i5 0,8 i a 3456oo
, przy d ź w ig n i. 5 5,5 1 5S400
przy korbie ‘) IO o,8 8 2.30400
przy taranku
(kafarku) . . 14 0:45 6,3 18 14 4 0
w kieracie IZ 0,6 7,1 107360
» przy linie ko
łowrotu . . . *5 °-3 7,5 2,16000
ciągnąc za łań
cuch . . . . 30 o, 4 (nie bez przerw)
*) A. Eiedler podaje dla roboty bez przerw przy korbie P = 7 do 8 kg, v = 0.9 m/śek., a więc E = 6,3 do 7,2 kgm/sek., .1 = 181440 do 207 360 kgm.
I. Silniki żywe. 808
Silnik sam, albo działający na silnicę
P ki.'
0
m/sek.
E = P u
kgm/sek.
. 4 = 2 8 8 0 0Po kRiu R o b o t n i k , w deptaku 64 0,15 9,6 276480 K o ń , bez silnicy . . . 60 1,2.5 7 5 2 IĆOOOO , w kieracie *) . . . 45 o.9 40,5 1 166400 W ó ł, bez silnicy . . . 60 0,8 48 I 382400
„ w kieracie . . . . 6 5 0,6 39 1 1 2 3200 M u ł, bez silnicy . . . 5 ° i,i 55 1584000
„ w kieracie . . . . 30 0,9 27 777600
O s i o ł , bez silniej7 . . . 40 0,8 r- 921600
, w kieracie . 1 4 0,8 11 ,2 $22560
M oc silnego m ężczyzny przy dźw igni s i k a w k i , na czas dw óch minut, do 0 ,5 MC, średnio zaś ,0 ,3 7 MC. **)
Rziha***) z 30-tu oddzielnych spostrzeżeń nad najprzeróżniejszcm i zajęciami średnio silnych robotników (w ażących po 65 do 8 0 kg), przy 1 2-to godzinnej dzionce, a w ięc około 10-cio godzinnem trwa
niu istotnej roboty, podaje średnią moc pożytkową mężczyzny na:
iYn = 7 2i MC, albo całodzienny w ydatek pracy na:
I = (75 : 21) • 6 0 • 60 • 10 = 128 5 7 0 kgm.
Praca ta przedstawia rów now ażnik około 300-tu ciepłostek (p. str.
325). Przerw y z pow odu znużenia w y n o sz ą średnio 35% istotnego czasu roboczego.
Na 1-go MC p ożytkow ego liczą około 720 kg. w agi ży w eg o sil
nika zw ierzęcego. W aga żyw ego konia byw a 3 0 0 do 600 kg, w ołu 9 00 do 1300 kg, muła 200 do 3 5 0 kg, osła 1 2 0 do 2 0 0 lig.
Lechalas ****), oznaczając przez Q w agę konia w kg, przez W w agę w ozu w kg, przez L w agę ładunku (ciężaru pożytkow ego) w kg, przez sp ółczynnik całkow itego tarcia w o z ó w (p. str. 219), a przez s — tg u co sin a p ochyłość danego szlaku drogi, określa siłę pociągo
wą konia w kg, przy 10-cio godzinnej robocie, w zorem : P — G (jj, ± s) ± Qs, w którym G — TK-H L ;
a zatem siła pociągow ą (w kg) na każde 100 kg w agi koni będzie:
i o o p „ „ „ rg .
(/(■ rfc s) ± « 1> ■
Q
: 100 G^
Q
Tablica na str. 8 0 4 podaje prędkości jazd y u w m /sek., odpow iada
jące w ysiłom /> = 0 do p — 50 kg na 100 kg konia. Prędkość ta jest w przybliżeniu:
v = 0,21 (5 — 0,1 pj -4- 0,0 0 7 (5 — 0 ,lju )3.
Dla p = 2 0 kg mamy o = 0 ,8 m/sek. i przy tych wartościach osięgam y najw iększość m ocy pożytkow ej, wydanej przez każde 100 kg w a g i konia, a m ianowicie p v — 16 kgm /sek. [Dane te w ysnu to z do
św iadczeń z końmi po 375 do 4 0 0 kg w agi]. K oszt przew ozu w y
*) Drągi kieratu 4,5 do C m długie.
•*) C. v. Bach,, Dio Konstruktion der Feuerepritzen, str. 00 i 91, S tu ttg a rt 1883.
***) F. Rziha, Średnia moc robotnika, Z. d. Y. d. Ing. 1894, str. G42.
*"*) 31. Lechalas, Rozprawa o przewożeniu, Annales der ponts e t chaussćcs 1879.
str. 364 i n ast; nadto Centralbl. d. Bauv. 1888, str. 544.
804 Dział siódmy. — Silniki.
pada zatem najtaniej, gd y p — 20 kg, to znaczy, /gdy siła pociągo
w a zaprzęgu w yn osi około ł/5 je g o w agi Q i zgodnie z tym warun
kiem w ypadałoby oznaczać najkorzystniejszy stosunek ilości G : Q, czyli ( W + L ) : Q .
p 0 V V P V P V P V P V
o I>94 6 1,58 1.115 8 0.885 24 0,65 30 °i47
I i,88 7 *3 r,r6 '9 0,8+ *5 0,62 3* 0,4» 5
2 1,82 8 i)45 *4 1 ,r 1 20 0,80 26 °>59 35 0.34 3 1,76 9 ri39 15 1,05 ai 0,76 27 0,56 40 0,215 4 1,70 10 x >33 16 0,985 22 0,72 28 °>53 45 0,105
5 1,64 T I W *7 0.93 a3 0,68 29 0,50 5° 0,00
Gdy chodzi o wybór ekonomicznie najkorzystniejszej linii przy budowie lub prze
budowie dróg, można dla średnich wag- koni, wozów i ładunków, używanych w danej okolicy, oznaczyć dla każdoj poszczególnej pochyłości drogi właściwe wartości p, a po
dług nich dobrać z tablicy powyższej przynależyte wartości r, rozumie się, dla po
chyłości w obydwóch kierunkach jazdy. Jeżeli vt oznacza prędkość w jednym kierunku, v., w kierunku odwrotnym, a przez l == (h:s) oznaczymy długości poszczególnych części r y s u p o c h y ł y c h (gradienty) danej drogi w m, to ś r e d n i czas jazdy dla przebycia drogi będzie w sek.
2 ( l : 9J + 2 ( l : v ay 2
Jeżeli zatem mamy dwie linie A i J?, dla których oznaczyliśmy powyższe wartości Dj^ i i ) # i po których to liniach przez n dni w roku ma przejeżdżać dziennie po m wozów tego gatunku, ja k i służył nam za podstawę obliczenia, to przy 10-cio godzinnej dniówce ic rubli za zaprzęg wraz z woźnicą i przy rocznej stopie procentowej 1c%y otrzymamy kapitał A','który możemy dołożyć na budowę linii 2? ponad koszta linii A, a mianowicie:
100 (1)j^ — D ftjm n w A = 60-00-10-fc
Przy ostatecznym wyborze wypada porównać jeszcze’ koszta utrzymania obydwóch linii. Na spadkach wymagających hamowania, a więc tam, gdzie wypadnie odjemna war
tość na p, ja k doświadczenie poucza, nie można brać do obliczenia prędkości przekraczają
cej © = 3,66 m/sek.
Jeżeli chcemy jeźd zić bez ham ulców, to p . w zgl. P, nie pow in
no mieć wartości odjemnej, a zatem spadek nie m oże być w iększym niż:
Gf.t, Sm ~~ G + Q '
Z ależność m iędzy całym ciężarem G, a ładunkiem, t. j. ciężarem pożytkow ym L , określa nam przybliżenie w zór:
r O ~ 30
~~ 1,3
Jeżeli koń na poziom ej, równej drodze uciągnie wraz z wozem jednokonnym ogóiem ciężar G , to ciężar ten na każdego konia zm niejsza się:
w zaprzęgu dwukonnym o 2,2%
trzykonnym „ 13 „ czterokonnym „ 20 „
w zaprzęgu pięciokonnym o 27%
„ szcściokonnym „ 36 „
„ „ ośmiokonnym „ 50 „ Te procentowe ubytki siiy pociągow ej, przy umiejętnem prowa
dzeniu koni, m ogą się zm niejszać o jedną czw artą do jednej trzeciej sw ych wartości, jeżeli mamy dobre konie mniej więcej jednakowej siły i należycie w łożon e do roboty.
Ii. Silniki wodne. 805
II. SILNIKI WODNE.
A.
Koła wodne. *)
S tosow ać będziem y oznaczenia następujące:
Q ilość w od y dopływającej w m3/sek.,
c, prędkość, z jaką w od a dopływ a do końca g ó r n e j p o g r o d y tuż przed silnikiem, w m /sck.,
o2 prędkość, z jaką w oda, opu ściw szy silnik, odp ływ a w samym początku d o l n e j p o g r o d y , w m/sek.,
/ / ’ j a w n y s p a d r o b o c z y , t. j. różnica poziom ów w oznaczonych pow yżej punktach, czyli różnica w ysokości zwierciadeł w od y w czasie roboty, w m,
I I s p a d d o z u ż y c i a dla pracy koła, t. j. j a w n y wraz z u ta -
C ^ c, 2
j o n y m , czyli w artość = ~ — I- I I' — , w m,
1 0 0 0a / i ~ g . . ~'J .. . 1Br
N = --- -— m o c d o z u ż y c i a , tkw iąca w sile w odnej, w A /i,
• O.
i\T,! = i)i\r m o c p o ż y t k o w a kola w AK", /; = N n: Ar c a ł k o w i t a s p r a w n o ś ć kola,
» ilość obrotów na minutę,
/ ) = 2 Z i’średnica zewnętrzna koła w m,
b szerok ość koła w prześwicie, a głęb okość jego przegródek w m, Z ilość łopatek,
t, — :i D : Z podziałka łopatek w m (na obw odzie zewnętrznym ), a ilość ramion (sprych) jednej g w iazd y,
2 T\
v = <x>R= — —:— prędkość obw odow a koła w m/sek., 60
q = zaw artość w od y w jednej przegródce m iędzyłopatko- wej w nr1,
q O
t'= z -±- w m2, e = —r - spółczynnik napełnienia,
h a b v
iie strata spadu przy w locie w m, ha strata spadu przy w ylocie w m, y przyspieszenie ciężkości = 9,81 m /sek2.
a. K o ła nasiębierne.
Wlot wody zazw yczaj na samym wierzchołku koła, przy znacz
nej prędkości k oła jednakże nieraz i przed wierzchołkiem , a tó w ce
lu lep szego w yzysk ania siły wodnej. Natenczas trzeba jednakże za
pew nić pożądany kierunek obrotu przy rozruszaniu koła.
*) Podług C. v. Bach'a, Die W asserradcr, część II, S tu ttg art 1886.
806 Dział siódmy. — Silniki.
Dobierając prędkość obw odow a o, trzeba o tem pamiętać, że w miarę zm niejszania się wartości u zw ięk szają się w ielkości nastę
pujące: spraw ność, lecz tylko do pewnej granicy; rozmiary kola, a zatem i koszt jego; stosunek przekładni, a w ięc i w aga i koszta przystaw ek, oraz strata pracy skutkiem tarcia czopow ego i mię- dzyzęb nego. Z azw yczaj byw a w — 1,5 do 2 m /sek., rozumie się, z uw zględnieniem szczególn ych okoliczności danego zadania.
Składową poziomą ci, prędkości strumienia (rys. 609) oznaczam y tym czasow o z w z o r u :
en = 2,5 ] /v.
Spad niezbędny do w yw ołan ia tej prędkości będzie:
hg = (1 ~h £') — ■ t a wartość == 0 ,1 0 do 0,15.
Przy w locie na sam ym w ierzchołku koła otrzymamy na średnicę kola w m (p. rys. 608) w zór:
D = 2 R = H — \hę-+- 0 , 5 «o -1- <5 -+-żo — a " j , . . . I.
w którym oznacza:
x ' = l i — J L (por. str. 80 8 );
s0 — grubość strumienia (p. str. 80 8 );
() — grubość d o p ł y w n i c y , czyli przedłużonego dna górnej po- gródki (p. str. 80 8 );
•t0 luz m iędzy obw odem kola, a spodnim krajem dopływ nicy.
Przy niezbyt szerokich kolach ż e l a z n y c h dochodzą z war
tością x 0 do 5 mm, jednakże lepiej daw ać więcej luzu, by ułatwić powietrzu ujście z przegródki m iędzylopatkowej. Przy kolach d r e w n i a n y c h w artość x 0 < 15 mm będzie m ożliw a jedynie przy malej szerokości kól. Najm niejsza w artość i'0 pozostaje rów nież w zależności od przew idyw anego stopnia obmarzania kola zim ą;
x ' n a d w o d n o ś ć koła; określamy ją z uw zględnieniem przew i
dyw anego wezbrania w od y w pogrodzie dolnej, ponad star.
normalny, na zasadzie którego sporządzam y projekt; zanurza
nie się bowiem kola w w odzie m oże być tylko stanem w y jątkow ym . Z azw yczaj starczy w artość a;" = 0,03 do 0 ,1 0 m.
Przy przedwstępnej ocenie wartości D liczą:
= l ~ - - ł - 0 , 2 ) do 2> = I I - (1,1 ~ -4 -0 ,1 ) . . . II.
¿ 9 -‘9
Z tak określonej wartości 1), obraw szy stosow ną ilość obrotów n, oznaczam y u = n D n : 6 0 i obliczam y powtórnie c;t i 7i0.
1 a— 1 3 —
Głębokość przegródek a = - ^ } / n do ^ V I I ,
przy której oznaczaniu należy jednak pamiętać, że im m niejszą bę
dzie wartość a, tem w iększe będą i straty przy wlocie i szerokość koła, a zatem i jego koszt, że jednakże z drugiej strony i szero
kość drzew a na wieńce drewniane nie jest nieograniczona.
p ' ’. m ''">81. : . m
II. Silniki wodne.
Rys. COS.
Szerokość kola b — —— , a wartość s = d o ‘/->- a c £
Gdy 1,7 m, staje się nieodzow nym w i e n i e c ś r o d k o w y , a przynajmniej podparcie dna przegródek (bębna).
Szerokość strumienia: b0 = b — 0 ,4 do b — 0 ,2 przy kołach bez wieńca środkow ego,
~~ 2---0 ,4 do 9 —0,2 przy kolach z wieńcem środkowym . Przy zastosowaniu o d d e c h ó w , t. j. oddzielnych otworów dla ujścia powietrza, można zwiększyć szerokość strumienia względnie do powyżej podanych wartości.
Grubość strumienia
808 Dział siódmy — Silniki.
0 b0ch
Grubość doplywnicy z blachy żelaznej: < 5 = 5 do 8 mm.
Położenie środka koła .1/, w zględnie do punktu A , określamy w zorem :
y = ] / 2 p V — ( R — m - h p ) + / 2 I t m — m- -+- ( i i • u: -+-p)-, w którym p — 2 -¿r—, a m = ~ ■+■ (5 - |- x0.
Ci (f ¿,
Z wartości y oznaczam y x ' = R — Y R- — y".
Jeżeli przy wymiarach dobranych z równania I (str. 806) war
tość ha nadw odność x " ivypądnie nieodpowiednio, to należy zmie
nić stosow nie D i przeprowadzić ponow nie cale obliczenie.
Linia środkowa A B P strumienia (rys. 609) jest p a r a b o l ą o wierzchołku .-1 (oznaczonym przez /¡0), o poziom ej stycznej wierz
chołkowej y, i q pionowej osi głów nej, przechodzącej przez A, o pa
rametrze 2 /, ¡ 'Ognisku Cr, leżącem poniżej .4 o t r — Ł — S Ł — 7i°
T 2 — 2 g ~ 1 -+- £ ‘
Dow olny punkt P paraboli w ykreślam y, odcinając z wierzchołka .1 na osi dow olne, równe kresy: A I = A \ , a łuk koła, zatoczony promieniem G I około ogniska G, przetnie poziom ą, przełożoną przez punkt 1, w szukanym punkcie P paraboli, prosta zaś P [ będzie jej styczn ą. (P. str. 108 i n a s t ).
Cząstka w ody, wstępująca w przegródkę koła w punkcie B (rys. 609), przebiega drogę bezw zględn ą B P . Punkt P " toru względnego B P " N tejże cząstki (po obracającem się kole) wykre
ślim y, odcinając na obw odzie tegoż koła, z końca promienia M P T , t. j. z punktu 7', łuk T U — B P ' - v : a, , a łuk k ołow y, zatoczony promieniem M P około ił/, przetnie promień M U w szukanym punkcie P " .
Kształt łopatek.
Nie uw zględniając straty przy w ylocie, w ypadałoby nadaw ać ło
patkom kształt toru w zględ nego B Ń \ jednak że ze w zględu właśnie na tę stratę należy postępow ać w sp osób odm ienny:
II. Silniki wodne. 809 Krzywa łopatek żelaznych (rys. G08) skiada się z dwóch łuków kołow ych QQt i (¿¡0.2 i prostego kaw ałka (¿2¡ \ ; krzyw a ta ma być styczną do toru w zględnego H N , ma przecinać obw ód w punkcie Q, odległym od B o łuk B Q ¿ ' l 2 t — ‘/a Q O, w reszcie w punkcie ma ona przechodzić styczn ie w kierunek promienia C22 P i M , przyczem długość kresy prostej Pi pow inna przynajmniej być równa w y so kości kątow nika, łączącego łopatkę z dnem przegródki (bębnem).
W kołach z p o d k o l i n ą , t. j. otoczonych od spodu zakrzywionem dnem pogrody kołowej, czyli o k o l i 11 y, krzywa łopatek zbliża się wedle m ożności do toru w zględnego.
topatki drewniane (rys. 610) byw ają tylko załam ane, a kąt ich przecięcia się z obwodem ma być 30°, co określa kierunki A B jako styczne do kola spólśrodkow ego, lecz o promieniu 0 ,866 R (t. j.
R cos 30°); dla w iększych napełnień
zw iększają promień ten do 0,9 R , dla m niejszych natom iast zmniej
szają go do 0 ,8 5 R . W zajem ne p r z y s ł o n i ę c i e się łopatek byw a e co t. Druga część łopatki leży w kierunku promienia.
Podziałka i Mość łopatek, oraz ilość ramion.
P o d z i a ł k a t łopatek, t. j. odległość środków dw óch sąsiednich łopatek, mierzona na obw odzie zewnętrznym , byw a % do % razy w iększa niż dłu gość łuku C D (rys. 60S), t. j. łuku obw odu, przeci
nanego przez strumień. Z w ielkości l określamy tym czasow o i l o ś ć ł o p a t e k Z — n D - . t, którą jednak ze w zględ ów na dogodniejszy ustrój kola zmieniamy o tyle, aby ilość łopatek stała się wielokrotną ilości a jeg o ramion, którą znów dobieramy podług średnicy D (w m):
a o* D -t- 2 do D -H 3.
Straty i sprawność.
1. Wlot. Zakreśliw szy koto spólśrodkow e S S promieniem
* • = / / < * - “ >’ + ¿ 3 '
kreślimy z punktu przecięcia się S t (rys. 608) tego koła z linią środ
kow ą .4 B Ś, strumienia rów noległobok prędkości Si Sg S5S 9, w któ
rym S 3 jest prędkością b ezw zględną cząstki w od y, S , za ś pręd
kością punktu S t sam ego kola. Z rów noległoboku tego oznaczam y w zględną prędkość Wj cząstki w od y w zględem kola, a m ianow icie w, — S, S,j ==S§j 'S5. Zaniedbując nieznaczną zresztą stratę, sp o w o dowaną odderzeniem przy w locie, określamy stratę spadu przy w lo
cie (w m) z wzoru:
2g
2. Wylot. W rys; 608 kreślimy prostą Q I \ (tak, aby pole odcię
tej części przegródki Q Qt Q2l \ Q rów nało się f = q : b), oraz pro
stą Q 12, któraby połow iła to pole. W yprow adzam y z Q prostą
<1P5, styczn ą do krzywej łopatkow ej, a zakreśliw szy półkole ponad Q .M jako średnicą, przedłużamy proste Q l \, Q P 2> Q Ps aż do ich przecięcia się z obwodem tego półkola w punktach l ‘~, Plt Ps , przez które kreślimy nadto promienie z M , t. j. M P 3 P '3 i t. d. P o
dług założeń zazw yczaj stosow anych otrzymamy natenczas stratę sp adu (w m) przy w ylocie ze wzoru:
+ p5 / y ,
° 6 2<j
W istocie jednak, jak to w ykazu ją dokładniejsze badania *), stra
ta przy w ylocie byw a znacznie m niejsza, a m ianowicie w zwykłych warunkach będzie ona:
l>a — -/3 h ’a - h x " .
3. Tarcie czopów pow oduje stratę w ielkości 1 do 3 $ mocy do zużycia N .
'1. Opór powietrza, którego w p ływ byw a naogół nieznaczny, oraz różne niedokładności pow odują jeszcze pewne straty dodatkowe.
Uw zględniam y je, pom niejszając spraw ność, oznaczoną podług ustę
pu 1 do 3-go, jeszcze o 2 do 3%.
Sprawność całkowita należycie zbudowanych kół nasiębiernych przy znaczniejszych spadach dochodzi do ¡/ = 0,85.
Waga koła.
W agę G (w kg) normalnych, żelazn ych kół nasiębiernych można ocen iać w sp osób następujący:
1. Gdy na wale koła w od nego mieści się oddzielne kolo zębate dla d alszego napędu, to z w ykluczeniem w agi tegoż kola zębatego, w aga sam ego koła w od nego byw a:
G = 5 4 0 a ( i D y h do 5S0a (6D )3/2,
N N
albo z m niejszą dokładnością 6r = 4 6 0 — do 5 0 0 —
M ałe koła szybkobiegnące, zw łaszcza w podkolinie, byw ają o 12 '/2 do 2 5 ’;, cięższe, niż w ykazuje w zór pierw szy.
S t o r c o w e k o ł o z ę b a t e , o średnicy 5 do 6 m i 180-ciu do 240-tu zębach, złożone z dzw on oddzielnych, w a ży w przybliżeniu:
G r — 5 0 0 0 0 7), kg,
jeżeli oznaczym y przez D t średnicę obw odu podziałkow ego, przez ¿i podzialkę, a przez Ł, szerok ość zębów , w szystk o w m.
S I O Dział siódmy. — Silniki.
*) C. v. Bach, Die Wąsserrfider, część If, sir. 132 i n ast.; S tu ttg art 1886.
7 7 d f / Głębokość przegródek « = 0 ,4 // j f do 0,5 //
niekiedy w iększa, zw ła szcza przy bardzo zm iennym poziom ie dolnym.
Szerokość koła b . w artość s = ‘/3 do 2/3.
a v e ' Podziałka łopatek ¿ = 0 ,5 o do 0,7 a.
Ilość łopatek i ramion por. str. 809.
Zanur
b v
w założeniu, że w oda poza kołem odp ływ a z prędkością w przybli
żeniu równa t’.
II. Silniki wodne. g H
2. Gdy koło zębate, storcow e stan ow i jedną całość z samem ko
łem wodnem, to w aga ogóln a obydw óch kół będzie:
Cf — 700 a(6D f/2 do 7 5 0 a (b D )zlz ,
,V iY
względnie fr = 6 0 0 — do 6 5 0 — •
v v
b. Kola wodne z Ttlotnicami i szatkow nicám i.
W lot w od y w koło uskutecznia się pow yżej lub poniżej osi ko
la za pośrednictwem oddzielnej w l o t n i c y , nadającej strumieniowi pożądany kierunek.
Na w ybór średnicy koła w p ływ a ten w zgląd, iż w ięk sze średni
ce zm niejszają w praw dzie stratę przy w locie, zw iększają natomiast koszta urządzenia, co rozw ażyw szy, o ile tylko w yjątkow e okolicz
ności nie będą w ym agały niezw ykłych rozmiarów, m ożna dla kół przedstawionych w rys. 611 i 612 dobierać:
7 > = I I-1 -3 ,5 m; oraz « = 1,6 do 2,2 m /sck. (por. dane o v na str. 806).
Rys. c i i .
812 Dział siddmy. — Silniki.
Luz między kołem Żelaznem a kamienną jego podkoliną zwęża się do 5 mm, przy zastosow aniu zaś łożysk nastaw nych pod wal kota byw a jeszcze m niejszy. Nasamprzód ustawiam y k olo dotykiem do podkoliny tak, aby się o nią tarło, poczem odsuw am y je tylko 0 tyle, aby się w łaśnie przestało ocierać.
Kierunek skrajnej cząstki łopatki (rys. 611) określa się w arunkam i:
r a= ] / l i2— ( I i— (¿])2 J czyli sin ¡i = [11 — av) : li , od których m ożna odstępow ać nieco w jedną lub drugą stronę, a mia
nowicie tem więcej, im mniej zależy na tem, aby się łopatki p i o n o w o w ynurzały z poziom u w od y dolnej.
Krzywa łopatki. Część A N dla p ionow ego wynurzania się pow in
na być rozwijającą (ew olw entą) koła spółśrod kow ego, o promieniu CA — I i sin $ = I i — a t , albo przynajmniej lukiem koła, m ożliwie zbliżonym do kształtu tej rozwijającej. P ozostałą część łopatki, od .1 począw szy, należy z silnym zakrzywieniem (o w klęsłości odśrod
kow o skierowanej) prow adzić tak daleko, aby w od a się nie mogła przelew ać do w nętrza koła.
Wlot. W lotnica ma przecinać obw ód pod kątem a, określonym przez warunek t g a « 0,5.
Prędkość w lotow a c' z najw yższej w lotnicy będzie zatem , sin fi
C sin (p — a.) ’ a głęb okość punktu B pod poziom em górnym
= (1 •+• £') , (w artość f ' co 0,1 2).
“ 9
Kształt wlotnicy (rys. 612). Kreślimy li 0 _L e' (a zatem sty cz
nie do kola spółśrod kow ego o promieniu r 'e = CO — I i sin a w rys.
611 i w górnej części rys. 612) i około B jako środka zataczam y koło o średnicy ¡s, = prześw itow i w lotnicy, t. j. 0 ,0 6 do 0 ,10 m, a z punktu 0 jako środka łuki koła B t' A x i B " B ^", styczn e do koła o średnicy i „ oraz łuk B B, przez jeg o środek B . Łuki B ^ A i 1 B i " B i ’ określają dolną część wlotnicy, przedłużam y je dalej ta- kiemi krzywem i A 1A / i B ^ A i " , aby styczn a w / l , " była pozioma, oraz aby ilość w ypływ ająca z B u t. j.
(h — pbosi V 2 ff h\ i
m ogła w płynąć do w lotnicy przez przekrój A / A / ' . Warunek ten określają nam w zory (p. str. 24 2 ):
'/] < % Mo&o V 2 <7 (V /¡i"-"' — V V 3),
albo /i,
"¿7/1
( V ) % ->---3
q\ , —1
,w których ¿i oznacza sp ółczynnik w yp ływ u z w lotnicy (¿i do 0,94 przy łopatkach żelazn ych , a o 5 do 10% m niejszy przy łopatkach drewnianych), b0 szerok ość w lotnicy w prześw icie, a fi0 0 ,9 0 sp ó ł
czynnik w yp ływ u przy wejściu do w lotnicy, resztę zaś oznaczeń po-
II. Silniki wodne. 813 dano w rys. 612. Dla praw idłow ego nakierowania strumienia we wlotnicy niezbędnem jest, aby punkt A ," leżał ponad J 5 / i aby róż
nica ich poziom ów b y ła . dostateczna.
Rys. 612,
Grubość blach przedziałowych w e w l o t n i c a c h w i e l o k r o t n y c h , czyli s z a t k o w n i c a c h , s0 = 5 do 8 mm, a pozostałe wymiar}' (rys.
612) y ^ 0 ,1 2 m i z 3 : 0,35 m.
Następną wlotnicę szatkow nicy, o prześw icie s2, vvrykreślam y w sp o
sób podobny, a m ianowicie w rys. 612 z
i?,"'
kreślimy 7 3 /" O■, styczn ą814 Dział siódmy' — Silniki.
do kola o promieniu CO i odcinam y na niej B 2' = s0, B 2' B« = P,2 B 2" — 0,5 s2; z 02 jako środka zataczam y luk k ola B 2" B J "
i przedłużam y zn ów krzyw ą aż do .-l2", zachow ując podobne w a
runki ilości przepływ u, jak przy w lotnicy górnej, a m ianow icie:
<?2 = .«• ¿o *2V 2 <7 7i2, (wartość ,« = do 0 ,9 3 por. str. 812), _ 3 j
2 [ i0 b0
Podobnie m ożna w ykreślić ku d ołow i i trzecią i czwartą wlotni- cę, zazw yczaj jednak szatkow nice m iewają po 3 wlotnice. Mamy nadto warunek 2 </ = Q, a zakładając dodatkow o np. r/, = r/2 = <y3, m ożemy określić stosunki w ielkości s2 i s3 do Sj.
: 7 / [( h / f h H---— 3- — = ] ,
Y
L
; 2 I10 b0 }/ 2 g \ (/lo S i 0 ,9 0 -)Straty i sprawność.
1. Wlot. Jeżeli strumienie, w ychodzące z poszczególnych wlotnic szatkow nicy, w yobrazim y sob ie złączone w jeden, to łączny ten stru
mień trafia obw ód kola (rys. 612) w przybliżeniu na głębokości średniej:
j. _ g i 12^2 7i "+■ ?2 "
Rys. 613.
h <73X3 - * - ••• _
<?3 "I---
Prędkość bezw zględna w tym punkcie (rys. 613) będzie:
\ / 2 g x ~ < p l / 2 g x , 1 / 1 + i'
z wartościami t' 0,93.
W ierzchołek 3 / drogi para
bolicznej M B S i określają w z o iy : M 2 B = i M t M
U
■ 0,15, a (p =
-.m i,.
w których c/, jest poziom ą, a cc pionow ą sk ład ow ą prędkości c'.
Przegródkę m iędzyłopatkow ą względnie do szatkow nicy wkre- ślam y w kolo nasam przód tak, aby (rys. 613) C B = CD, a śre
dni poziom w od y w tej przegródce tak, aby przekrój w od y równał się 0 .5 f — 3 0 Q : Z 111, przez co oznaczam y w y so k o ść z. Następnie wkreślam y ponow nie w kolo tę sam ą przegródkę, lecz w położeniu O, D l y’1; obniżoncm o
v '~
D D , = - - | — (Cu — Vv) -h ] / (cę ■
(vv oznacza tu pionow ą sk ład ow ą prędkości w w punkcie B), a w punk
cie S it gdzie parabola M B S t przecina poziom w ódy w przegródce,
11. Siluiki wodne. 815 wykreślamy rów nołegłobok ze znanych prędkości c, i v , , w celu oznaczenia prędkości w ,,
wlocie z wzoru:
poczem określamy stratę spadu (w m) przy
2. Wylot (rys. 614) wzór przybliżony:
2 3 Stratę spadu
¡<V 2 .? ■
przy w ylocie określa (w m)
H- 2 9
Rys. 614.
Jeżeli x " 0 , co przy kolach ż e laznych da się prawie urzeczyw istnić, a c-> — v, to będzie ha = 0.
3. Reszta strat (p. str. 810) w do
brych kolach byw a 3 do b% mocy ¿V, względnie spadu II.
Sprawność takich, prawidłowo za
projektowanych i starannie w yk ona
nych kół dosięga wartości i] — 0,85 przy spadach 3 do 4 m, przyczem jeszcze prędkość w ylotow ą, z jaką w oda op u szcza koło, zużytkow u ją na w yw ołan ie ruchu odpływ ow ego w dol
nej pogrodzić.
Waga koła żelaznego, o wieńcu kratownicowym i bocznych ściankach picrścieniowatych (z w yłączeniem w a gi koła zębatego), byw a:
G = 3 3 0 a ( h D fh . do 3 6 0a{b D f l2, albo z m niejsza dokładnością:
N A7
G — 4 2 0 — do 4 6 0 —
v v
Koła o stosun kow o małej średnicy, albo małej szerokości, w a żą więcej.
c. K o la o nastaw nym w lo cie przelewowym . Z azw yczaj byw a D — 3 I I do 4 II, a v — 1 ,4 do 1,7 m /sek.
Co do sz c ze g ó łó w tego kola por. dane z pod 1).
Wlot (rys. 615). P ołożenie .4 staw idła, zaopatrzonego w przelc- wnicę blaszaną, przy normalnym dop ływ ie określam y z w zoru:
Cl —,((, h0 h ]/ -1 fj h,
w którym //, = 0 ,5 0 , a przy łopatkach drewnianych ¡ u = d o 0 ,4o.
Cały strumień w od y w yobrażam y sobie zespolony w warstw ie średniej ( n ie środkowej!) . !0, 5X St , a z rów nania:
0,5 (l — f i b o h ^ y 2 r/h 0,ro
oznaczam y głęb okość /i0l5 w ierzchołka -10,5 paraboli .I0.5 -V, któ
rej ognisko G leży o A 0rS G— ,0/i 1 *0,5 Poc! w ierzchołkiem / ł 0 , r>.
a ro zło ży w szy ją na dwie sk iad ow e: v w kierunku stycznej kola i w w kie
runku stycznej do po
czątku łopatki, spraw dzam y, czy otrzymana tak w artość u odpow iada w przybliżeniu założonej, w przeciwnym zaś razie przesuwam}' środek kola w kierunku poziom ym ,
albo też zakładam y odmienne Ił, albo w reszcie odmienne t".
N ajniższe p ołożen ie staw id la określamy z wzoru:
ax = /.i ig lu Y 2 (J l i t,
jeżeli Qmax oznacza najw iększą ilość w od y (w m3/sek.), jaka się jeszcz e ma przelewać.
Kola ustroju Zuppinger’a na małe spady*} (rys. 616) nadają się do małych i średnich spadów , zw ła szcza jeżeli dolny poziom wody je st bardzo zm ienny. Prędkość v byw a około 1,2 m /sek , spraw ność zazw yczaj ij = 0,65 do 0,75, o ile w ielk ość x " (p. rys. 614) p ozo
stanie małą.
Przy zanurzę a , = 0 , 3 m pochyłość wynurzającej się z dolne
go poziom u cząstki łopatki byw a 70 do 75° (w zględem poziomu), a przy najgłębszym zanurzę w skutek wezbrania w od y dolnej pochy-
Środek kola obieramy na poziom ej, leżącej o l i — ( I I-i- %) ponad górnym poziomem w ody, a m ianowicie tak, aby obw ód kola przeciął parabolę w punkcie X , leżącym 0 ,4 0 do 0 ,4 5 m pod tym że pozio
mem górnym. (Zanur a, w m, a sz c ze g ó ły o nim p. str. 811). Z pun
ktu A" kreślim y prędkość określoną wzorem : c = 0 ,9 5 ] / 2 g x,
3 1 6 Dział siódmy. — Silniki.
*) Rozprawa Teichmann'a w Zeitschr. d. V. d. Ing. 188S, str. 53 i nast.
II. Silniki wodno. 817 łość ta jeszcze nie ma być niniejsza od 45 do 55°. G iębokość a prze
gródek iniędzylopatkow ych byw a od */3R do 2/a R i pow inno się ją tak ustanow ić, aby w od a nic w padała do w nętrza kola. W rys. 616 podzialka łopatek jest t = 0 ,5 m.
Rys. 016.
(1. K o ła śródbierne o w lo cie z pod staw id ła
można niejako uw ażać za kola, do których w od a w pada przez j e d n ą wlotnicę, i dla tego m ożna je obliczać, w zorując się na danych ustępu b . P oniew aż jednak niema tu rzeczyw istej w lotnicy, która- by m ogła nakierować strumień w pożądanym , najkorzystniejszym kie
runku, a strumień sam się kieruje pod w pływ em ciężkości po para
boli, więc też spraw ność kół tych byw a m niejsza od spraw ności kól opisanych pod b i C.
B . Turbiny.
Oznaczenia ogólne.
W szystk ie w ym iary ozn aczać będziemy w ni, m /sek., m3/sek ., o ile nie zaznaczym y w yraźnie innych jednostek.
Podręcznik techniczny. T. 1. 52
818 Dział siódmy. — Silniki.
Oznaczam y zaś przez:
Q ilość w o d y do zużycia,
lin ja w n y spad roboczy, t. j. różnicę poziom ów górnej i dolnej w od y tuż przy turbinie.
Ze spadu J/n tracimy:
q II,i na przezw yciężenie tarcia, w irów i t. p.;
o = sp ółczynnik straty tarcia,
cc li,, na prędkość bezw ględną, z jak ą w od a opu szcza turbinę;
o. = spółczynnik straty u wylotu.
Pozostaje zatem jako spad do zużycia w wirniku:
t li n = (1 — o — a) ITn \ e == spraw ność hydrauliczna.
Moc zaś będzie:
AT i c o o q b„
jSa— ——y?---, ogólna moc, jaką siła w od na w yd aćb y mogła , w MC;
N e = 6 -Va , moc odpow iadająca spraw ności hjrdraulicznej, a więc moc w ło żo n a w wirnik;
N e = a i\ a moc pożytkow a, uzyskana na w ale turbiny (MCe ), po potrąceniu strat i tarcia czop ow ego; spraw ność mechaniczna b yw a:
a = e — 0 ,0 2 do 0,04.
co oznacza prędkość dop ływ ow ą w pogrodzić górnej, o,i prędkość odpływ ow ą w pogrodzie dolnej.
(Obydwie te prędkości pozostają ponajczęściej bez w pływ u bez
pośredniego na moc turbiny).
Znakowania poszczególne.
0 będzie skażnikiem dla w y p ł y w u z w i e ń c a s t a ł k i , 1 , ,, „ w l o t u d o w i r n i k a ,
2 , „ v w y l o t u z w i r n i k a , 3 , , „ d o p ł y w u w r u r ę s s ą c ą , 4 „ , - o d p ł y w u z r u r y s s ą c e j .
Prędkości, kąty, w ysokości i t. p. dotyczące strumieni liczym y dla środka ciężkości przekroju poszczególnego strumienia.
A zatem oznaczać będziemy przez:
io0 , to,, w2, JOj, w[ prędkości bezw zględne, yi , iJj prędkości w zględne w wirniku, u,, ii2 prędkości obw odow e,
Dq, 2 ) ,, l ) z średnice s t a ł k i k i e r o w n i c z e j , w zgl. wirnika, D3 średnicę prześwitu wieńca w irnikowego przy przejściu w rurę
ssącą turbin promienniczych,
jOs i Di średnice prześw itów rury ssącej,
aoi “ i> a2> odstępy m iędzy kierownicami, w zgl. łopatkami w prze
św icie, a raczej grubość strumienia w tym kierunku, o ile ka
nalik m iędzyłopatkow y nie w yp ełnia się strumieniem, np. w tur
binach odrzutnych o strumieniu sw obodnym ,
*o> lji > lji szerokości kierownic, w zgl. łopatek,
f o i f i i Js przekroje strumieni poszczególnych ( f — «jh),
U. Silniki wodne. 819 zo) z i> z2 ilości kierownic, w zgl. łopatek (zazw yczaj z t = z2), sot s i> grubości kierownic, w zgl. łopatek (dla blachy .tt = s2),
h podziałki kierownic, w zgl. łopatek (t0 w turbinach pro- m ienniczych należy rozum ieć na odbw odzie D t it),
ó0 kąt m iędzy w0 a w,, f3[ kąt m iędzy i«i a u t ,
<)2 kąt m iędzy tv2 a u 2, /?! kąt m iędzy a /3o kąt m iędzy v2 a — n2,
lic z a n u r w l o t u , t. j. w ysok ość poziomu w ody górnej ponad f 0, hs s p a d w s z c z e l i n i e , t. j. różnica p oziom ów f 0 i / , , hr s p a d w w i r n i k u , t. j. różnica poziom ów f x i f 2, h a w z n i e s i e n i e w y l o t u f 2 ponad poziom w od y dolnej, 7<0, / i , , h2, h3, /(., hydrauliczne w ysokości ciśnienia,
6 0 u.
n ilość obrotow wirnika na min., n — —— = • a
I. Podział turbin.
.Miarodajnym dla podziału turbin będzie:
a. Sposób d z iałan ia wody.
1. Turbiny naporowe (reakcyjne). N a p ó r w ody na łopatkę, któ
ry powoduje jej pracę, pow staje w skutek tak zw anego o d p o ru (reakcyi) w od y. W ielkości lie i ha mogą stę w ahać w szerokich granicach, trzeba tylko zach ow ać ciągłość strumienia od górnego aż do dolnego poziom u Wody (ssanie lub zanurzanie).
2. Turbiny odrzutne (teoretycznie w łaściwiej r o z p ę d o w e ) . P r a ca r o z p ę d u , która tkwi w strumieniu, wpadającym ze znaczną pręd
kością na łopatkę, przenosi się na nią za pośrednictwem ciśnień stru
mienia na łopatkę. Odpory łopatki, hamując prędkość strumienia, o d r z u c a j ą go poniekąd w bok, t. zn. zmieniają kierunek jeg o dro
gi. Naodwrót, strumień wpadając na łopatkę zakrzyw ioną i cisnąc na nią, o d r z u c a ją na bok ze sw ej drogi i pow oduje przez to w i
rowanie wirnika. Strumień może przelatyw ać s w o b o d n i e p o d ł o ni łopatki, t. j. po jej stronie pracującej, albo też może być w szech stronnie tak u j ę t y , aby w łaśnie tylko nie cisnął na g r z b i e t (stro
nę jałow ą) łopatki sąsiedniej. W turbinach o strumieniu swobodnym lin zm niejsza się do wartości 11» — ha, w turbinach 0 strumieniu ujętym można natomiast w yzysk ać całe 11».
b. K ie ru n e k przepływ u, w zględnie do osi.
1. Turbiny promiennicze, t. j. o szczelinie walcowatej. Strumień pły
nie przez wirnik w zasadzie w kierunku promienia, aczkolw iek z pe- wnem odchyleniem od tego kierunku. Stosow nie do tego, czy stru
mień kieruje się ku środkow i wirnika, czy też od środka na zewnątrz, rozróżniamy' turbiny dośrodkowe (np. rj's. 617) i odśrodkowe. *)
*,) Turbiny d o ś r o d k o w e i o d ś r o d k o w e są zawsze promiennicze, a więc nie
ma potrzeby dodawać jeszcze wyrazu promiennicze.
Ciąg dalszy na sir. 821.
Dział siódmy. — Silniki.
Rys. 617.
II. Silniki wodne. 821
(1. Sposób jia sta w ia n ia .
1. Turbiny o nastawianem ciśnieniu w szczelinie, w których h0 i hl zmieniają się (ustroje Fink’a, Zobel’a i t. p.) pod w pływ em za słonięcia poszczególnych, nie sąsiednich w lotnic (kanalików) stalki.
2. Turbiny o nastawianym obszarze wlotu, w których zasłaniam y kolejno sąsiednie wlotnice, zaczynając z jednego, lepiej zaś z dwóch
2. Turbiny ośne, t. j. o szczelinie pierścieniowatej. Żyłki wodne strumieni przelatują przez wirnik, biegnąc w przybliżeniu po po
wierzchniach w alców w spółosiow ych z osią turbiny, np. rys. 618.
3. Turbiny o przelocie postożkowym, t. j. o szczelinie rów nież sto ż kowatej, są rodzajem pośrednim m iędzy 1 i 2. W ierzchołki stożk ów leżą na osi wirnika, a stosow nie do kierunku przelotu przez wirnik, rozróżniamy turbiny doosiowe lub odosiowe. Rodzaje te naogói ma
ło znajdują zastosow ania.
c. Obszar w lotu.
1. Turbiny calkowiste z kierownicami na c a ły m obw odzie wień
ca s t a ł k i , t. j. nieruchomej części turbiny.
2. Turbiny cząstkowe z kierownicami, a raczej wlotnicam i na pe
wnych c z ą s t k a c h obw odu, n a d a ją się przeważnie na turbiny odrzutne.
Obydwa rodzaje byw ają nastawne na dow olnie nastaw ianą ilość dopływu.
Rys. 618.
822 Dział siódmy. — Silniki.
przeciw ległych punktów. W ielkości h0 i /t, pozostają niezmienne dla w lotnic pracujących.
Urządzeń, któremi dław ią strumienie wodne, w celu zmieniania mocy w ydaw anej, nie można uw ażać za urządzenia n a s t a w n e w ści- słem sło w a znaczeniu. Skutek takich urządzeń (staw idła pierścienio- w ate, podnośne lub obrotne, przepustnice i t. p.) polega na zniszcze
niu części li n przez dławienie, oraz na zmianie w ielkości h 2, h:i i h lt a w ięc na szybkiem zm niejszaniu spraw ności.
e. U k ła d turbiny.
Turbina m oże być stojąca, albo leżąca, stosow nie do tego, czy oś jej będzie p i o n o w a , czy' też p o z io m a ; staw iam y zaś turbinę bądżto w otwartej studni turbinowej, bądź też w zamkniętej oponie w alcow atej, albo ślim akowatej.
II. Obliczenie turbin naporowych.
a. Obliczenie ogólne.
Punktem w yjścia obliczeń byw a zazw yczaj dow olnie dobrany spółczynnik straty u wylotu: a, który ponajczęściej dotyczy miejsca
o wskaźniku r2“, t. j. w y lotu z wirnika. N iezależ
nie od kierunku, b ezw zględ na prędkość w ylotow a bę
dzie:
= ]/2 g a f l n . ■ 1. Poniew aż kierunek ó2 prędkości io2 (rys. 619) nie w p ływ a na moc pożytkow ą, w ięc obieramy go, kierując się w zględam i postronnymi, np. dogodnością układu. Je
żeli zaniedbam y stratę wo-
' j dy przez luzy międzywień-
cow e, to dow olna turbina całk ow ista (p. rys. 617 i 618) spełnia warunek:
D 2 n ¿ 2---— w., sin ó•>= Q ...2.
a., -+- #2 "
A że (52 byw a błizkie 90°, możemy zatem p r z e d w s t ę p n i e li
c zy ć sin <52 = 1, z zastrzeżeniem późniejszej poprawki, a otrzymamy całkow itą powierzchnię W ylotow ą F 3 (łącznie ze storcem łopatek):
, , i i 7 Q O j + S j „
l"3 — Do ^2--- —:--- —— . • • . . , .; ći*
w 2 a 2
II. Silniki wodne. 823 W a r t o ś c i s p ó ł c z y n n i k a u.
Dla zw ykłych turbin naporow ych, o nastawiąnem ciśnieniu w sz c ze linie byw a a == 0 ,0 4 do 0,06, przyczem a odnosim y do ’/-i Q.
Dla takichże turbin o nastaw ianym obszarze wlotu, lecz dla cał
kow itego \Q, będzie: a — 0 ,0 4 do 0 ,0 8 i więcej.
(t.f —J—So -j .
—— —- liczą p r z e d w s t ę p n i e średnio 1,1.
«2
Z ogólnego równania na pracę'w yn ik a warunek zasadniczy:
to, c o s - ó ,— tu2«2 cos <52 = (7 (1 — 5 — a) ]I„ = g e l I u . 4.
W a r t o ś c i s p ó i c z y n n i k a g. •
Stosow nie do ustroju i w ykonania łopatek i. kierownic byw a <) = 0 ,1 0 do 0 ,17, a przy lepszem w ykonaniu (szlifow ane łopatki i t. p.) średnio o = 0,1 2, z tą zaś w artością otrzym am y:
e = l — q — « = 0,8 8— k; współczynnik e jest jeszcze o 0,02 do 0 ,0 4 m niejszy o d e , a zatem np. dla cc = 0 ,0 4 b ę d zie:
e = 0,84, a spraw ność całkow ita e = 0 ,8 2 do 0,80.
Oprócz wzoru 4 mamy jeszcze warunki w lotu bez uderzeń:
sin Z?, sin di sin (,8, — flj)
które, w prow adzone w e w zór 4, wraz z w artością d., ^ 90°j określą n a m :
= v : •• : • o-
«, =
//»
sin (Pi — sin di)Pi cos óiW turbinach naporow ych o normalnym biegu zazw yczaj /?, = 9 0 ° ; w staw iw szy tę wartość w e w zory 6 i 7, uprościmy je:
l,i = V 9 s U n , ...8.
0 :
g e IluGdy ^ — 90°, to, jak w ykazuje w z ó r 8, prędkość obw odow a staje się niezależną od kąta d {, który natenczas m ożem y dobrać sto sow nie do wym agań sam ego ustroju, z uwzględnieniem jednakże związku w yrażon ego przez w zó r 9.
Względną prędkość wylotową i>2 z wirnika m ożna w pewnych granicach dobierać dow oli, a zatem dobieramy ją:
1. w turbinach o nastawlanem ciśnieniu w szczelinie tak, aby przy nastaw ieniu, na */« Q było v2 = u2 (rys. 620), w skutek czego w2 będzie stosun kow o nie nadmierne zarów no przy pełnem Q, jako też przy małych jego częściach;
2. w turbinach o nastawianym obszarze wlotu, oraz przy urzą
dzeniach, które dław ią strumień, będzie pon ajczęściej:
(5, = 90°. t. zn. w- ± u , , a o., — — (p. rvs. 6 2 0 -a ).
' COS j js *
824 Dział siódmy. — Silniki.
W n ow szych turbinach byw a prawie bez w yjątku >■ bL. Obli
czenie przeprowadzam y naprzód bez uw zględnienia strat w od y przez Rys 82o. luzy m iędzyw ieńcowe, a
potem w edle uznania wprow adzam y popraw
ki wartości i &», zo staw iając i a-i bez po
prawek (p. np. rys. 618).
6 0 ! ( [ Ilość obrotow » = -=:—
7 J, n dobieramy (z uw zględ
nieniem ilości obrotów w ala napędzanego lub silnie roboczych) z azw y
czaj w edle możności wielką, a to w celu zm niejszenia kosztów napędu. W stosow nych okolicznościach bywa
« = 1 0 0 0 i więcej.
b. Obliczenie poszczególnych rodzajów turbin.
1. Turbiny dośrodkowe o nastawianem ciśnieniu w szczelinie (obrotne kierownice Fink’a), z rurą ssącą.
W y zn a czy w szy w.2 z w zoru 1 i zakładając <52 M 90°, co, gdy i y2= M 2, starczy do obliczeń przedwstępnych, oznaczam y z wzoru 3 w artość jF3 na 3/.l Q.
Średnicę D z w yznaczam y, doliczając do F 3 w ielk ość f w (około 0,02 i \ ) na zacieśnienie przekroju przez w ał lub słup łożysk ow y (p. rys. 617)
2V - J = ą h - / « ...1 0. Podobnie przy oznaczaniu średnicy D s rury ssącej uw zględniam y i dalsze zacieśnienie f a przekroju przez sk rzyżow ane poprzecznice itp.
( / ( t = 0 , 0 5 do 0 , 0 81'\), a otrzym am y:
/> ,* - j = F t - t- f« , + • / « ...1 1. Przekrój Ą obliczam y tak, aby w edle m ożności było w.t ™ cu , a zarazem aby przekrój J<\ przechodził łagodnie w pożądanem jest nadto, aby i to., przechodziło łagodnie z kierunku w3 w kierunek c». Spad uzyskany --- --- — zm niejsza stratę a H n\ lecz zysku tego
i 3
dotychczas nie uw zględniają w obliczeniach, g d y ż brak jeszcze zauf- nych spostrzeżeń, o ile się wartości w w istocie dostosow u ją do zw iększających się zw oln a przekrojów rury ssącej.
D t = 1>3 -f- 0 ,0 7 5 w małych turbinach, a w zrasta do
/?! = J>j H- 0 ,1 5 m w turbinach o średnicy 3 m lub w iększej.
2
II. Silniki wodno. 825 Następnie określamy ze zw iązk u sin <5j = (p. rys. 621),
%
po dobraniu stosow nych w artości na a0, s0 i t0, a m ianowicie:
a0, w zależności od rozmiarów turbiny, od napływ u lodu i t. p., b y w a 5 0 do 1 1 0mm;
w turbinach nastaw nych zaleca się a0 ^>a2.
s0 stosow nie do rozmiarów turbiny, 5 do 8, a naw et do 10 mm.
¿0 byw a 125 do 100 ka zależy od /> ,, a a nadto z0 pow inno być
Przy obrotnych kie
rownicach Fink’a kąt <5, jest zm ienny, zaleca się zatem zakładać = 90°, poczem obliczam y u L z wzoru 8, przez co okre
ślam y ju ż i ilość obro
tów n.
Ze wzoru 9, w zało- e żeniu 8, = 90°, oblicza- f my
Ze z w ią zk u : Z() a o \
w który dla uproszczenia i na zapas podstaw iliśm y u>i zam iast w0, określamy wartość b0 , czyniąc po
tem = ¿o-
O zn aczyw szy tak i F 3 (ze w zoru 3), mo
żem y przystąpić do na
kreślenia obrysu prze
kroju wirnika (kanału przelotow ego), spełniając warunek (p.rys. 617 i 622):
D .,b, = — = stałej. 13.
TO
W ykreślam y równo- ległobok prędkości przy w ylocie (t. j. dla środka ciężkości .« [rys. 622] p o la w ylotow ego, na ob
wodzie o średnicy D 2), a m ianow icie rów nole- głobok z obliczonej ju ż na wstępie prędkości w2, oraz z y3 = m2 = « i 7 7P ą-
