Die Berechnung der Preßluftpumpen. Von Ingenieur L. Darapsky in Hamburg. (Fortsetzung von S. 522 d. Bd.) DARAPSKY: Die Berechnung der Preßluftpumpen. VII. Der Ausbau der Pumpe im einzelnen. Die Bewegungshindernisse, welche den Nutzeffekt der Preßluftpumpe herabdrücken, rühren, wie bereits mehrfach betont, zum geringsten Teil von Reibungen an fester Wandung her. Sie kommen zumeist auf Rechnung der beharrlich auseinanderstrebenden Elemente Luft und Wasser. Ein einträchtiges Zusammengehen zu erzielen gibt es kein Mittel; der Auftrieb trennt die beiden immer wieder, relativ am wenigsten, wenn die Blasen das Rohr ausfüllen. Jede Veranstaltung, eine bessere Harmonie zu erzwingen und die natürliche Ausbildung des Stromes zu unterbinden, führt nur zu Verlusten an Triebkraft, also an Luft. Deshalb wirkt auch das Unterbringen des Luftzuführungsrohrs im Steigerohr gegenüber dem offenen Steigerohr nachteilig. Man sollte es höchstens zum provisorischen Gebrauch zulassen, wo es ausschließlich auf den Nachweis der Ergiebigkeit eines Brunnens ankommt, ohne Rücksicht auf Kraftverbrauch. Wo aber die Enge des Bohrlochs die Einbringung eines äußeren Luftrohrs auf ein Maß beschränkt, das eine unerwünschte Kraftverschwendung zur Folge hätte, hilft man sich durch Verwendung von zwei gleich weiten Luftrohren. Schon das Umbiegen des Luftrohrrandes nach Abb. 10 (Heft 8 S. 117 d. Bd.) unter dem Steigerohr genügt, um die Leistung zu behindern. So wurde bei einer Reihe von im übrigen sehr sorgfältigen Versuchen verfahren, die unter Verengerung der Luftrohrspitze Ross E. Brownes. Engineering News 1893 S. 543. 1890 im Verein mit P. M. Randall und H. C. Behr veranstaltete und bei denen das Hauptgewicht auf zuverlässige Messung der Wasser- und Luftmengen gelegt wurde. Von den 33 aufgeführten seien hier nur 23 hergesetzt, in Gruppen zu je 3 und 4 geordnet nach abnehmendem Tauchverhältnis, das bei den hier fehlenden letzten zehn Nummern noch mehr sich abschwächt. Praktisches Interesse bieten eigentlich nur die ersten zehn, bei denen die Tauchtiefe die Steighöhe übertrifft. Die amerikanischen Maße sind in metrische umgerechnet, unter der Annahme, daß 0,0765 Pfund Luft auf einen Kubikfuß gehen und 1 Kubikfuß 0,028316 cbm entspricht. Die erste Kolonne für Luft und Wasser gibt die gefundenen, die zweite die nach der im folgenden Abschnitt entwickelten Näherungsformel berechneten Luftmengen für eine Luftzuleitung nach Abb. 12 (S. 117) wieder. Tabelle 6. Tauch-tiefe\frac{E}{m} Förder-höhe\frac{F}{m} Tauch-verhältnis\frac{E}{F} Luftmenge Wasser-mengeQcbm/Min cbm/Min. Acbm/Min. 11,1 4,7 2,38 1,790,920,62 1,070,790,51 0,6000,5410,435 16,2 10,7 1,82 1,701,330,890,66 2,071,881,110,72 0,5330,5120,4130,325 9,6 6,2 1,54 1,790,870,70 1,400,840,56 0,5120,4070,355 7,7 8,0 0,96 1,801,290,72 1,871,300,54 0,3900,3490,212 16,1 22,9 0,71 1,701,701,290,89 1,561,640,790,47 0,2980,3060,2020,129 10,3 16,7 0,62 1,771,070,72 1,140,470,34 0,2610,1400,098 6,1 9,6 0,64 1,831,140,68 0,930,620,32 0,2830,1910,108 Wie man sieht, fallen die berechneten Zahlen im Ganzen günstiger aus. In den wenigen Fällen, wo das nicht zutrifft, scheint ein innerer Widerspruch vorzuliegen, wie der, daß zur Förderung von 0,512 cbm Wasser auf 10,7 m weniger Luft erforderlich sein soll, als zur Förderung der gleichen Wassermenge auf 6,2 m. Das Steigerohr maß in allen Fällen 3'', das Luftrohr 9/10'' im Lichten mit auf ⅝'' verengter Mündung. Daß eine möglichst glatte Rohrfläche Vorteil bietet, Glasrohre also eisernen Rohren hierin voranstehen, bedarf keines Beweises. Für rostige oder sonst rauhe Rohre muß eventuell ein Erfahrungsfaktor eingesetzt werden, der indessen vorerst nur nach Analogie mit Leitungen, die nur Wasser führen, geschätzt werden könnte. Was offenbar nicht genügt, um vergleichende Studien darauf zu begründen. Aus dem gleichen Grunde scheiden gewellte Rohre von vornherein aus. Es wäre angebracht, daß diese, die die Praxis sofort preisgab, auch endlich einmal aus der Literatur verschwänden. Folke RasmussenDie Wirkungsweise der Preßluftpumpen (Mamutpumpen) (D. p. J. 1908 S. 552). redet einer konischen Erweiterung der Rohre nach oben das Wort, einer Anordnung, mit welcher er gute Erfolge erzielt haben will, ohne indessen bestimmte Ausweise dafür zu geben. Seine Ansicht findet in der Wahrnehmung eine Stütze, daß das Wasser am oberen Ende des Steigerohrs stürmisch wallend ausquillt. Diesen angeblichen Verlust soll die trichterförmige Aufweitung dadurch verringern, daß sie die Ausflußgeschwindigkeit entsprechend herabsetzt. Es ist aber bereits oben gezeigt worden, daß das stoßweise Auftreten auf Rechnung der Expansion kommt, die nicht von einem bestimmten Querschnitt abhängt, sondern die ganze Säule gleichzeitig entlastet. Der von ihr herrührende Aufwand an Arbeit ist daher allemal verloren, aber unvermeidlich. Wendet man die Veranschaulichung, wie sie Abb. 19 (Heft 19 S. 296 d. Bd.) für ein gleich weites Rohr liefert, auf ein in seinem oberen Teil erweitertes an, so stellt sich heraus, daß dabei für den Luftverbrauch kein Vorteil zu erzielen ist, sondern daß dieser im Gegenteil zunehmen müßte. Die Ausbildung des oberen Endes als Ueberlauf ist eigentlich kein Problem. Der beschleunigte, niemals kontinuierliche, sondern stets in einzelne Schüsse zusammengedrängte Austritt des Wassers bringt es mit sich, daß ein Rückstoß bei gerade abgeschnittenem Ueberlauf kaum zu besorgen steht. Das Aufsetzen eines Kurvenstückes könnte höchstens zu Tabelle 7. dm Em Fm Ql/Min. Al/Min. w h1m vm/Sek. vam/Sek. v1m/Sek. 0,010 0,447 0,893   1,46 19,9   54 0,40 0,316 4,64 2,8 0,010 0,447 0,893   1,34 13,5   48 0,30 0,284 3,15 2,43 0,010 0,447 0,893   0,50   4,6   30 0,05 0,106 1,08 0,99 0,020 1,00 0,50 10,4 17,4 250 0,15 0,530 9,44 1,72 0,030 0,80 0,54   5,4 15,5   75 0,09 0,127 0,49 1,33 0,030 0,80 0,54   3,6 12,5   69 0,02 0,085 0,38 0,63 einer Kontraktion dieses Wasserstrahles und unter Zurückhaltung der mitkommenden Luft zu einer Stauung führen. Wie wenig die Springhöhen mit den mittleren Ausflußgeschwindigkeiten zu tun haben, zeigt die Tab. 7, in der w die in 1 Min. vorkommenden Wallungen, h1 die beobachteten Sprunghöhen über dem oberen Rohrrand, v1 die nach \sqrt{2\,g\,h_1} daraus berechnete augenblickliche Geschwindigkeit, v die Eintrittsgeschwindigkeit des Wassers ohne Rücksicht auf die Zumengung der Luft und va dessen aus va = v (1 + μ) für gleichmäßigen Auslaß errechnete Geschwindigkeit (vergl. dazu den nächsten Abschnitt) beim Verlassen des Rohres bedeuten. Textabbildung Bd. 328, S. 550 Abb. 30. Textabbildung Bd. 328, S. 550 Abb. 31. Anders steht es um die Eintrittsstelle von Luft und Wasser. Da beide nur abwechselnd und in ungleichem Rhythmus, nie gleichzeitig Zulaß erlangen können, behindern sie sich gegenseitig. Man wird also dafür sorgen müssen, den Querschnitt des Ortes wo sie sich begegnen, nach Möglichkeit zu erweitern. Textabbildung Bd. 328, S. 550 Abb. 32.Liter Luft in der Minute. Ob die Luft aus ihrem Zuleitungsrohr in feinen Oeffnungen oder in voller Breite ausströmt, übt hierauf keinen Einfluß; einen um so größeren freilich auf die Spannung der Luft und damit auf den Kraftverbrauch zur Erzeugung dieses Mehrdrucks, dessen einziger, ideeller Vorzug, die feine Verteilung im Wasser, doch völlig illusorisch wird, nicht nur weil die kleinen Blasen sich weiterhin zu größeren zusammenschließen, sondern vor allem weil die Luft gar nicht kontinuierlich zutreten kann, weder in einer ruhenden und noch weniger in einer beweglichen Flüssigkeit. Trotzdem wird dieses Mittel immer wieder empfohlen, seit Mc Graths Patent vom Jahre 1865 zur Gewinnung von Oel aus Bohrlöchern, zuletzt noch von Folke-Rasmussen. Textabbildung Bd. 328, S. 550 Abb. 33. Mc Grath, der seine feinen Luftöffnungen ringförmig verteilt, betont indessen die Wichtigkeit, die Mitte für die zu hebende Flüssigkeit frei zu lassen. Auch für JandinAnnales des ponts et chaussées 1883 S. 1034., welcher der Luft in einem kreisförmigen Schlitz Zutritt gewährt, war offenbar die Erwägung maßgebend, jede Einschnürung zu vermeiden, weil er diese Vorrichtung zum Baggern, also zum Bewegen von Sand, Kies, Schlamm zusammen mit Wasser benutzte. Textabbildung Bd. 328, S. 550 Abb. 34.Liter Luft in der Minute. Auf die genau wagerechte Lage des Randes, um welchen die glockenförmig darüber ausgebreitete Luft umbiegen muß, um ins Steigerohr zu gelangen, kommt es nicht an. Bei einem Rohr von 20 mm lichter Weite konnte bei 0,67 m Tauchtiefe und ebenso viel Förderhöhe mit wechselnden Luftmengen keine Aenderung der Wasserlieferung festgestellt werden, wenn der untere Rand nach vorstehender Skizze (Abb. 30) am halben Umfang bis zu 5 mm erhöht wurde, wohl aber eine Verminderung der Wasserlieferung bei weiterer Erhöhung des halbkreisförmigen Abschnitts. Auch die Weite und Länge der Luftglocke bleibt innerhalb weiter Grenzen ohne Einfluß, wie im gleichen Fall für Weiten der Glocke von 45 bis 85 mm und für Höhen von 50 bis 200 mm erprobt wurde. Der Wert dieser Art der Zuleitung (denn um eine solche handelt es sich offenbar) läßt sich einigermaßen nach dem Winkel δ (Abb. 31) und seiner Beziehung zur Kontraktion des Wasserstrahls beurteilen, die nach WeisbachLehrbuch der theoretischen Mechanik S. 985. auf den Durchflußkoeffizienten m (bei Weisbach μ) wie folgt einwirkt: Für δ 45° 22½° 11½° 0° wird m 0,753 0,882 0,924 0,966. Schließt sich der Wasserzulaß zur gleichen Weite wie das Steigerohr zusammen, so wäre folgerichtig damit die günstigste Form gegeben. So von Borsig in seiner Mamutpumpe bevorzugt. Da aber das Wasser bei seinem Eintritt in das Steigerohr durch die Zumischung der Luft weiter beschleunigt werden muß und diese Zumischung notwendig in Absätzen, also stoßweise, erfolgt, wirken diese Stöße auch auf die Zuleitung zurück. Je kürzer diese, um so besser; wenigstens vermag eine Verlängerung über das zur Richtung des Wasserfadens erforderliche Maß hinaus keinen Nutzen zu bringen. Am passendsten scheint eine Erweiterung zu Anfang des Steigerohrs den Uebergang der Bewegung zu vermitteln. Das Schaubild (Abb. 32) veranschaulicht die Wirkung der Erweiterung nach Art von B und C, ausgeführt bei einem 20 mm Rohr bei 0,75 m Tauchtiefe und ebensoviel Förderhöhe. Danach bessert hier eine Anfangsweite über 25 mm hinaus nichts, ohne indeß zu schaden. Unbedingt von Nachteil zeigt sich jede Verengerung im Fußstück. Die einfache Fortsetzung in gleicher Weite nach E gab noch keinen Unterschied von D (Abb. 33), selbst bei Einschnürung des Luftspaltes auf 1 mm. Wohl aber eine Verschmälerung des Zuleitungsrohres auf 9,5 mm, immer unter Bezug auf die Verhältnisse der Abb. 32, sei es, daß dieses nach F in das Steigerohr eingeführt (Abb. 34) oder nach G diesem nur vorgesetzt wurde. Im ersteren Falle beginnt die Zumischung der Luft eben erst um so viel höher was einer Verkürzung der Tauchtiefe gleichkommt. Die Abschwächung hält jedoch an, wenn auch der Boden der Glocke geöffnet und damit die ursprüngliche Tauchtiefe wieder hergestellt wird. Die zugehörige Kurve gibt F in Abb. 34, gegenüber D. Hier handelt es sich um ein 20 mm Steigerohr mit 0,893 Tauchtiefe und 0,447 Steighöhe. Die Form G mag zugleich eine Vorstellung erwecken von der früher als „Luftwidder“ bezeichneten Einrichtung. Wesentlich ist dafür die verhältnismäßig hohe Leistung bei geringer Beanspruchung, vor allem aber das gewaltige, wenn auch nur stoßweise Emportreiben des Wassers bei reichlicher Luftbemessung. Alle diese Verhältnisse ändern sich mit Rohrweite, Tauchtiefe, Förderhöhe und nicht zum wenigsten mit den Luftmengen. Um so dringender erwünscht wären ausgedehnte Versuche in großem Maßstabe. (Fortsetzung folgt.)