berekening vermogen van een stoom machine

[Ad Bakker]

Harm, even nog wat uit pure nieuwsgierigheid, en ik kan dat niet terugvinden omdat ik mijn oude studieboek over stoommachines niet meer heb.

Wordt de vullingsgraad geregeld als onderdeel van de toerenregeling van de machine, waarbij een regulateur het openings- en sluitmoment van de stoomschuif regelt? Ik heb wel even op internet gekoekeloerd, maar ik kan het niet vinden. Wat ik wel vond was de tweede druk van een oorspronkelijk uit 1843 daterend werk "verbeterd en vermeerderd" door 's Rijks Hoofd-Machinist D. van en Bosch, maar die beschrijft de toerenregeling door middel van een door de regulateur bediende smoorklep. Overigens (misschien kende je het al) alleen al vanwege de taal een lezenswaardig verhaal, haal het maar niet door de spellingscontole...

Heel vaag kan ik me herinneren dat het berekenen van een stoomschuif een (gehaat) onderdeel van de lesstof was, maar ik weet echt niet meer waar dat voor diende en wat je dan uitrekende!!!

[John33]

In de stoomtechniek wil je dat de machine zo zuinig mogelijk loopt.
Dus met een locomotief in het achterhoofd wil de machinist zo zuinig mogelijk rijden.

hoe doe je dat, door zo optimaal mogelijk gebruik te maken van de expansiekracht van de stoom.
Bij het wegrijden staat het ganghendel op volle toelaat bij een normale tot zware trein.
dat betekend dat de maximale vullingsgraag 75 tot 80 procent is.
Er wordt rustig met de regulateur omgegaan om wielslip te voorkomen.

zodra de gehele trein (massa) in beweging is gaat het ganghendel terug naar 50%, 40% en uiteindelijk naar 20% vulling, daarbij gaat de regulateur helemaal open.

De cilinder wordt dus gevuld met ketelstoom van circa 12 bar, maar over slechts 20% van de slag wordt deze stoom toegelaten.
De expansiekracht van die stoom is genoeg om met 20% vulling ruim 80 tot 100km/h te kunnen rijden als de machine eenmaal in beweging is.

Natuurlijk zal de vulling aangepast moeten worden bij het berijden van hellingen (op meer vulling, naar beneden bijna geen vulling).

Dus in zekere zin wordt de cilinder vulling gebruikt voor de toerenregeling van de machine.

wat mij nu te binnenschiet:
het is heel goed zichtbaar bij de kleppenmachine van stoomgemaal halfweg.
bij het aanzetten van de machine lichten de kleppen hoog om een zo groot mogelijke vulling te krijgen.
naar mate het toerental oploopt begint de regulateur de vulling te verkleinen door de licht hoogte van de kleppen terug te regelen.
bij circa 100-120rpm van die machine gaan de kleppen slechts enkele milimeters omhoog.
Terwijl bij het aanzetten van de machine de klep zeker 1,5cm omhoog komt.

[Ad Bakker]

Oorspronkelijk geplaatst door John33

In de stoomtechniek wil je dat de machine zo zuinig mogelijk loopt.

Bedankt voor je duidelijke uitleg, John.
Zo als jij het nu inderdaad uitlegt is de vullingsgraad dus de vermogensregeling. Dat blijkt ook wel uit de vergelijking voor het vermogen die ik eerder heb gegeven. Bij versnellen van een trein of het opstarten van een gemaal heb je maximaal vermogen nodig en dus een hoge vulling. Maar dan blaas je door de geringe expansie van de stoom in de cilinder de stoom op een hoge druk de lucht in, wat puur verlies (laag rendement) is. Dus op het moment dat de vermogensvraag vermindert is het qua rendement gunstig de vullingsgraad te verminderen zodat de stoom maximaal kan expanderen in de cilinder en met veel lagere druk de atmosfeer wordt ingeblazen.

De "fijnregeling" van de snelheid kan dan via de regulateur en smoorklep gerealiseerd worden. Maar dan is het waarschijnlijk de "kunst" van de machinist om de werking van de smoorklep zo gering mogelijk te laten zijn, want die geeft natuurlijk ook zijn verliezen.

Ik zal het wel niet allemaal "op z'n stooms" verwoorden, maar ik heb hier sinds m'n schooltijd (60-er jaren) niets meer hiermee gedaan, maar ik blijf het wel vreselijk leuk vinden.

[John33]

In het geval van een locomotief is de machine nog enigszins zelf regelend op het gebied van ketelbelasting / druk.

Hoe ?
men dient te weten dat de afgewerkte stoom van een locomotief middels een nozzle door de schoorsteen naar buiten wordt geblazen, hierdoor onstaat een onderdruk in de rookkast waardoor er "trek" op het vuur ontstaat (kolenstoken).

Is er veel vermogen nodig zal de vulgraad van de cilinders groot zijn en er dus veel stoom met kracht naar buiten worden geblazen met als gevolgd dat de trek op het vuur toeneemt waardoor dit feller gaat branden en meer warmte gaat geven.
De ketel reageert hier op door meer stoom te gaan produceren, er vind dus een soort compensatie voor het verbruik plaats.
Andersom werkt het ook, is het volle vermogen niet meer nodig, de vulgraad wordt verminderd en dus worden de uitlaatslagen minder fel en zal de trek dus minder worden, waardoor het vuur rustiger wordt en de ketel minder stoom zal maken.
(de stoker vind dit ook wel fijn want alle brandstof moet via zijn armen en rug over de schop de vuurkist in)
In de stoomjaren ging er toch al gauw tussen de 4 en 6 ton kolen op een dienst doorheen, allemaal over de kolenschop die door de stoker werd vast gehouden !!!
tevens moest de stoker bij een leeg rakende tender ook nog eens de kolen naar voren trekken, dus het bleef niet bij 4 tot 6 ton.

[Ad Bakker]

Helder verhaal, John. Het verhoogt je waardering voor die "ouwetjes" ook weer wat.

Oorspronkelijk geplaatst door John33

de stoker vind dit ook wel fijn want alle brandstof moet via zijn armen en rug over de schop de vuurkist in

En de baas vond dat van zijn kant ook weer prettig, wand al die brandstof kwam via zijn beurs in de bunker. Een echte "win-win" situatie dus.

[Baggeraar]

Oorspronkelijk geplaatst door Ad Bakker

Het verhoogt je waardering voor die "ouwetjes" ook weer wat.

Haha, best wel.
Ik heb een reisje mee gevaren naar Ruhrort, voor een havenfestival, aan boord van een stoomsleper.
Heen reis ging 3 uur op 3 uur af. Met 2 man.
Terugreis had de 2de machinist echter wat last van zijn eigen humeur en vertikte het om nog wat te doen.
Heb toen vanaf Ruhrort tot Amsterdam alleen gestaan, goed eten en heeeel erg veel water drinken (was redelijk boven de 40°C beneden).
Kolen stoken in 1 ketel met 2 vuren. 250 kg per uur.
ketel op 10 (veilighgeid druk 10,4 bar) en 8,5 tot 9 op de kar.
Dan weet je na die dag echt wel wat scheppen is.

edit:

[John33]

Oorspronkelijk geplaatst door Ad Bakker

Helder verhaal, John. Het verhoogt je waardering voor die "ouwetjes" ook weer wat.



En de baas vond dat van zijn kant ook weer prettig, wand al die brandstof kwam via zijn beurs in de bunker. Een echte "win-win" situatie dus.

Ja maar vergeet de kolenpremie niet !!!
In die dagen was er premie te verdienen voor wie zuinig met kolen om kon gaan.
Dus een goed op elkaar ingespeelde leerling (de stoker) en machinist konden mooi bijverdienen als ze goed werk verrichten.
Dus ook voor hun was er eer aan te behalen om zuinig te rijden.

Ik heb al die wijsheid natuurlijk niet van mezelf he, met m`n 38 jaar was de stoom al voorbij toen ik het levenslicht zag.

Maar er zijn veel mooie boeken waar het machinistenleven van toen in wordt beschreven.
mooi voorbeeld is "woefelend over de heilige lijn".

[brutus]

Ik heb nooit als stoom machinist gevaren (compound en triple expansies zijn van ver, vér voor mijn tijd....)
maar volgens mij kun je niet een gemiddelde druk op een gemiddeld oppervlakte loslaten. Dat levert op zijn best een heel grove benadering op.

Want ook bij de grote diesels met 6 of meer gelijke cylinders rekenen we nog steeds met alle cylinders afzonderlijk, ook al zouden die theoretisch qua vermogen gelijk moeten zijn.

Het lijkt mij beter om aan de hand van de vullingsgraad de tussendruk te benaderen, en voor beide cylinders een aparte vermogensberekening te doen.

Maar je komt bij een stoommachine normaal gesproken inderdaad niet zonder indicateurdiagrammen uit. Dat herinner ik me nog wel van de theorie over indicateurtoestellen.

Groet, Bert

[Ad Bakker]

Oorspronkelijk geplaatst door brutus

maar volgens mij kun je niet een gemiddelde druk op een gemiddeld oppervlakte loslaten. Dat levert op zijn best een heel grove benadering op.

Inderdaad, een heel grove benadering voor als je geen indicateurdiagrammen hebt. De gemiddelde kwadratische diameter kwam uit één van Harm z'n oude "stoomboeken". Het afschatten van de tussendruk zou al een hele verbetering zijn maar is ook een lastige zaak, dus het resultaat zoals het er nu staat geeft niets meer dan een hele ruwe schatting. Maar met alle rendementen die verder nog een rol spelen (en die ook allemaal in dit stadium natte vinger werk zijn) is het voor Harm denk ik voldoende om een een indruk te krijgen of hij in de goede richting zit.

Groet,

Ad

[r1p4u]

beste,

ik heb dit topic helemaal doorgelezen, en heb veel bijgeleerd, alleen begrijp ik niet waarom de expansiefactor bij een vullingsgraad van 100% = 0,65. Als je de cilinder vol stoom perst van bv 12 bar, dan kan die toch niet uitzetten? De hele cilinder zit vol dus hoe zou de stoom moeten uitzetten?

MvG

[Ad Bakker]

Oorspronkelijk geplaatst door r1p4u

alleen begrijp ik niet waarom de expansiefactor bij een vullingsgraad van 100% = 0,65. Als je de cilinder vol stoom perst van bv 12 bar, dan kan die toch niet uitzetten? De hele cilinder zit vol dus hoe zou de stoom moeten uitzetten?

Het werd al gesteld dat je voor een 2-cilinder machine het vermogen eigenlijk alleen aan de hand van indicateurdiagrammen van beide cilinders kan bepalen. Wat hier wordt gepoogd is om toch een schatting te maken. Ik vermoed dat die 0,65 (die volgens jouw redenering 1 zou moeten zijn bij 100% vulling) ligt aan het feit dat de stoom ook bij een 100% vulling van de hoge druk cilinder toch met een lagere druk in de lage druk cilinder komt.

Maar zodra Harm beschikbaar is zal hij dat zeker kunnen toelichten. Ik heb begrepen dat deze waarden voor Pm uit een oud studieboek over stoommachines komt.

Groet,

Ad Bakker

[Jan Walpot]

Bij een expansie machine wordt de poort waardoor de stoom wordt toegevoerd gesloten voordat de vollege slag is gemaakt. De rest van de slag maakt de machine door het expanderen van de stoom.
Een voldruk machine heeft stoomtoevoer tijdens de volledige slag.

Groeten, Jan.

[Baggeraar]

Oorspronkelijk geplaatst door r1p4u

expansiefactor

Wat ik kan lezen in het boek van dort/oegema is de nominale expansiefactor afhankelijk van de vullinggraad, het aantal (expansie) cilinders, en de verhouding(ben daar zelf nog niet achter wat ze daar mee bedoelen).

• vulling in HD in %----enkelvoudige expansie---compound 1 : 1.75---compound 1 : 2---triple expansie
• 60---------------------0.4------------------------0.3-------------------0.25-----------0.28
• 70---------------------0.5------------------------0.4-------------------0.35-----------0.32
• 80---------------------0.7------------------------0.5-------------------0.45-----------0.36
• 100--------------------0.95-----------------------0.65------------------0.6------------0.4

Wat je hier uit kan opmaken is bij een 1 cilinder machine met 100% vulling heb je een effective expansie-factor van 0.95.(heb je een druk van 10 bar dan heb jee een druk om de krach mee te berekenen van 10 x 0.95 is 9.5 bar.)
Neem voor het gemak aan dat dan de kracht is 0.95 x 1 = 0.95

bij een compound (1 ; 2) 100 % geeft dat 0.4 bij iedere cilinder heb je dan een rekendruk van 10 x 0.6 = 6 bar
Neem voor het gemak aan dat dan de kracht is 0.6 x 2 = 1.2

bij een triple 100 % geeft dat 0.6 bij iedere cilinder heb je dan een rekendruk van 10 x 0.4 = 4 bar
Neem voor het gemak aan dat dan de kracht is 0.4 x 3 = 1.2

Wat hierbij opvalt is dat met een vulling van 100% een compound hetzelfde levert als een triple
Gebruik je deze natte vinger bij een vulling van 60% geeft een 1 cil 0.4, compound 0.5 en triple 0.84

Dit geeft aan dat met minder vulling een triple meer vermogen geeft dan een compound met meer vulling.

Dat bij een vulling van 100% een factor 0.95 en geen 1.0 hoort ligt denk ik aan de altijd aanwezige schadelijke ruimtes in de cilinder (poorten tussen de schuifspiegel en de cilinderwand en de ruimte tussen zuiger en deksel)

Al met al heel verhaal, hoop dat dit duidelijk genoeg is,
correcties en aanvullingen zijn altijd welkom.

Oorspronkelijk geplaatst door r1p4u

waarom de expansiefactor bij een vullingsgraad van 100% = 0,65. Als je de cilinder vol stoom perst van bv 12 bar, dan kan die toch niet uitzetten? De hele cilinder zit vol dus hoe zou de stoom moeten uitzetten?

Deze factor 0.65 geld voor een compound machine en is een rekenfactor om de gemiddelde reken-drukken te schatten in de hoge EN de lage druk cilinder.
De hoge druk cilinder kan dan wel een vulling van 100% hebben. vanaf de ketel gezien is er geen Lage druk cilinder.

[r1p4u]

Bedankt baggeraar voor de verhelderende uitleg. Toen ik dit las werden er veel vragen hierover opgelost, maar er zijn er ook nog een paar bijgekomen .

Zoals die twee compounds, er staat daar een getal naast, is dat de verhouding van het volume van de ene cilinder t.o.v. het volume van de andere?

Ik zie dat tussen de twee compounds er wat verschil zit wat vast te maken heeft met de verschillende verhoudingen, maar bij de tripple expansie, speelt de verhoudingen van die 3 cilinders t.o.v. elkaar geen rol? Of is er een soort van "universele" verhouding bij deze machines?

Heel erg bedankt voor je hulp!!

MvG
R1p4u