Schotse ketel ontwerpen voor Stuart D10 en voedingswaterpomp

Ik heb dezelfde vraag uitgezet op onderstoom.nl maar daar heb ik, waarschijnlijk ivm vakantie, nog geen reactie gehad. Toch wil ik mijn vakantietijd hier zo goed mogelijk voor benutten en gezien het feit dat hier ook een hoop stoomliefhebbers zitten zal mijn vraag hier op de juiste plek zijn.

Al jaren denk ik ook na over een project dat ik in de toekomst wil gaan bouwen. Het betreft een overnaads gebouwde stoomsloep met zelfgebouwde ketel, Stuart D10 en een voedingswaterpomp. Het geheel zal 1-1,3 meter lang worden en ik wil met de ketel beginnen omdat ik daar nu goed de mogelijkheden voor heb. Gezien het formaat van de ketel en wat indicatieve waardes voor stoom productie e.d. die ik heb kunnen vinden blijf ik ver buiten de ongekeurde ketels (< 2 liter, max 3 bar). De ketel zal daarbij gebouwd worden uit koper.

Om meer dan de indicatieve waardes te hanteren bij het ontwerp van de ketel ben ik aan het rekenen geslagen. Van internet en uit het boek 'handboek model stoommachines' heb ik alle informatie en formulies gehaald die ik nodig denk te hebben maar toch lijkt me me fijn om het te checken bij jullie; wel zo veilig en een goede bijdrage aan een positieve ervaring hoop ik.

In de Excel sheet (bijlage) heb ik stapsgewijs het stoomverbruik berekend zodat ik weet wat de ketel aan de machine moet gaan leveren. Omdat het eenvoudig te doen is heb ik dat voor alle (eenvoudige Stuart modellen) gemaakt.
Kunnen jullie controleren of ik dit goed heb gedaan en of ik niks over het hoofd heb gezien?
Ik twijfel ook over (het minder relevante) stukje wat betreft de berekening van het vermogen maar het is leuk om te weten en compleet te zijn. Ik loop maar te worstelen met de benadering van Pm en in welke eenheid wordt het vermogen hier berekend? Klopt mijn aanname voor 80% vulling en 0.7 expansiefactor? De formule komt uit het eerder genoemde boek.

Ik ben me bewust van het feit dat de berekening nog niet compleet is; de volgende stap is het berekenen van het stoomverbruik van de voedingswaterpomp (waarschijnlijk verticale Southworth). Hier volgt weer de pomp capaciteit uit en als laatste zal ik het brandstof verbruik berekenen zodat de watertanks en de gastanks op de gewenste vaartijd wordt afgestemd.

Ik ben erg benieuwd naar jullie ervaringen en feedback.

Alle goeds!

Note
Ik heb de berekening in een zip file verpakt i.v.m. het toelaten van specifieke bestandsformaten op dit forum.

 

Een ander ziet er goed uit.
Je gaat uit van het hoogste toerental, in de realiteit zal het stoomverbruik lager zijn.
Maak je de schot met natte of droge keerkast ?

 

Dat is een leuk project.
Maar:
Een Stuart compound verbruikt 1 liter water per uur en vraagt om een schroef met vreselijk veel spoed van zeker 10 cm diameter.
Een D10 is vanaf de ketel gezien 2 keer zo groot/sterk.
Dat lijkt me te groot voor een sloep(je) van 100-130 cm gewicht? 12 kg misschien.
Dit lijkt me voor een boot van 45 kg nog te groot.
Je toerental is wel erg hoog geschat. Ik zou liever uitgaan van 600 maximaal.
Wat John zegt dat het stoomverbruik lager zal worden, zou ik vergeten, omdat theorie en praktijk vreselijk verschillen, je berekening zou best aardig kunnen uitkomen.
Ik heb voor de compound een Melville ketel (tekening van modelbouwcentrum te Laren) en die is met een wasbenzinebrander voldoende voor de compound.
Met een erg goede brander mogelijk niet te klein voor de D10.
Ik denk alleen dat je te weinig plaats hebt voor een passende gasfles met een degelijke verwarming (anders koelt de fles te ver en komt er geen gas meer uit)

lengte vuurgang 103, ø60
front ø150
vlampijpen ø8 lengte 103 aantal 30
droge vlamkast
VO circa 1000 vierkante cm

Zie mijn handtekening: stoomsleepboot, voor alles rondom de ketel en de compound en de brander.
En voor de berekeningen : baggermolen, klik in de index op "ketelberekeningen".

succes met het verder uitwerken van de plannen.
grt Harm

edit. vulling is de tijd dat verse stoom wordt toegelaten in de hogedrukcilinder (schat ik op 75%)
expansie factor heeft te maken met expansie machine: compound of triple: is bij een D10 niet van toepassing.

 

Harm,
expansie kan volgens mij wel hoor.
Als de stuart (V10 of D10, maakt niet uit) een 80% vulling heeft dan wordt de laatste 20% doorde expansie van de stoom op de zuiger uitgevoerd.
Ik weet niet of de stuarts echte "voldrukkers" zijn of dat er nog iets van een lap op de schuiven zitten.
Ook een gewone 1 of 2 cilinder kan op expansie werken, maar dat hoef ik jou niet uit te leggen.
Een stoomlocomotief kan ook zijn vullingsgraad wijzigen, 80% bij aanzetten, terug naar 30 - 20% bij kruis snelheid.
De meeste stoomloc`s zijn niet als compound uitgevoerd.

Verder ben je op het maritieme stoomgebied een van de weinigen met echte zelfbouw pionier ervaring, dus raad ik iedereen aan om het bouwverslag van de Henriette door te lezen, en ook van het in aanbouw zijnde baggerschip.

Want, qua ketelberekening tbv de stoomproductie is er heel veel aan te nemen, maar weinig practische info te vinden.
Ook dat moeten we uit bouwverslagen halen.

De ketel moet in capaciteit groot genoeg worden genomen, het zou zonde zijn als je maar op halve kracht kunt varen.
Wat ik wel vaker lees is dat, zoals Harm zegt, schepen met een stoommachine aan boord behoorlijk grote schroeven met grote spoed kunnen hebben.
Het vermogen op de as is, hoe zal ik het goed zeggen...... niet te vergelijken met een elektromotor.
De stoommachine is laagtoerig, de elektromotor vaak niet, het vereist een andere manier van denken.

zelf vlot mijn stoomslepertje niet erg...... tijd is mijn grootste vijand... maar ook ik zal de ervaring van onder andere Harm hard nodig hebben verwacht ik.

 

Hoi John en Harm,

Bedankt voor jullie reacties. Jullie antwoorden leveren naast nuttige bevestiging ook een hoop vragen op. Ik hoef geen volledig automatische machinekamer. Het moet een authentiek open sloepje worden waarbij de techniek zo veel mogelijk is weggewerkt.

John, je hebt het over een natte en een droge keerkast. Google leverde nog niets op, kan je me uitleggen wat het verschil is?
Ik dacht zelf de vuurgang aan het eind van de ketel weer om te keren buiten vlampijp schotten (?) maar wel weer afgedekt met een extra ketelfront ivm warmteverlies. Is dat dan een droge keerkast? Er lopen dan weer vlampijpen richting de brander waarna het door de schoorsteen naar buiten zal gaan. Oppervlakte verhouding vuurgang:vlampijpen zal 1:1,5 zijn.

Harm, ik heb het project van Wiggie nog in mijn achterhoofd en daar heeft hij met succes een D10 gebruikt volgens mij. Ook zie je op internet veel van dit soort combinaties rondvaren op zoals ik het kan niet geen enorm grote/zware modellen (ik weet het,origineel ben ik met het idee niet). Sta jij hier anders in? Wijken die allemaal zo af van de theorie?
Ik zal ook eens contact opnemen met Wiggie om eens te horen wat zijn ervaringen nu zijn.

Vanavond maar verder proberen te rekenen aan de ketel en brander. Wellicht dat dat inzicht gaat geven in verhoudingen.

 

Beste John.

Ben geen specialist maar heb een, ketel gebouwd volgens tekeningen van D. Miedek.
Zelf heb ik veel gehad aan het boek van Dieter Miedek, mits je Duits kunt lezen staat er erg duidelijk omschreven.
In het boek staat ook de door mijn met hulp van Harm gebouwd ketel.
En technische hulp gehad van Harm en een medestoomer.





Succes Peter

 

Hmm

Volgens mij is dat de verhouding tussen het oppervlak van de hogedruk en de lagedruk.
Ik meen dat ik dat op een duits excellblad wel eens gelezen heb: expansiefactor.
Want als je vulling een keer invoert en dan ook nog de expansie (zoals jij denkt), dan heb je 2 keer een factor voor hetzelfde.
Lijkt me niet correct.

 

In mijn baggermolen heb ik maar ruimte voor kleine schroeven (50 mm meen ik) daar heb ik een versnelling van 1 op 3 in bedacht.

 

Neem twee fronten voor en achter de ketel,(de pijpplaten)
neem een vuurgang en de vlampijpen.
Is dat de hele lengte van de natte ketel en hangen de rookkast (naar de schoorsteen) en de vlamkast (tussen vuurgang en vlampijpen) er los aan dan is de vlamkast droog.

Maak je nu de overgang van de vuurgang naar de vlampijpen een kast die rondom in het ketel water zit, dan heet dat een natte vlamkast.
Voordeel hiervan is dat de achterkant van de vlamkast door water gekoeld wordt en dus weer energie levert aan het water.
Nadeel is dat de (vaak) vierkante vlamkast dan versterkt moet worden met kamsteunen en vele ankerbouten, omdat die "doos" anders door de waterdruk wordt platgedrukt.

Kijk eens in de bib naar boeken van A.D.F.W. LIchtenbelt. (de bijbel van stoom)

 

nat



nat (met de vele steunbouten)



droog


droog

 

Dan heb ik tot nu toe aan een droge keerkast gedacht. Om te voorkomen dat ik erg veel warmte ga verliezen had ik bedacht het dubbelwandig uit te voeren. Hieronder een schets van hoe ik het gedacht had te maken. Een ding zit me nog niet lekker: vuurgang loopt nu ook door de rookkast wat erg veel warmteverlies veroorzaakt. De schets die Harm hierboven plaatst lost dat op.

Ik heb weer een aantal vragen:

• Ik heb gelezen dat buizen door de vuurgang helpen voor het creëren van stroming door de ketel. Ook kan zo vrij effectief een groter VO verkregen worden. Hoe denken jullie daar over?
• Nog een ding: mijn vlampijpen lopen horizontaal. Is het aan te raden deze onder een lichte hoek (+- 5deg) te zetten?
• Kan ik de veiligheid gewoon op de ketel zetten of zit deze bij voorkeur ook op de stoomdom?

Ook heb ik nog wat nagezocht op internet. Ik kom echt van alles tegen. Kleine occilerende machines, compound machines maar ook D10 machines in diverse vergelijkbare projecten tegen (vooral de bovenste twee zijn erg naar mijn smaak ).

http://www.modelenginemaker.com/index.php/topic,2851.0.html
http://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=1468896&pp=50#post18720496
http://www.canveyisland.org/page_id__1914.aspx

Conclusie hieruit is 20 kg is niet ongewoon bij een lengte van 1.3m. Ze hebben doorgaans nog iets van 1 liter water mee in watertanks (in de banken bijvoorbeeld).

Wat betreft de berekeningen; ik ben even verder gegaan in Excel. Zie in de bijlage mijn bevindingen tot nu toe. Zijn jullie het eens met mijn beredenering om tot de ketel voor de D10 te komen? Ik kom dan op een VO bij 1000 rpm (wellicht 'overbemeten' maar beter te veel dan te weinig - Stuart models geeft max 2000 op) van 1500cm2.

Indien er geen hele gekke dingen in staan dan wordt mijn volgende stap de berekening voor de brandstof. Ik ben benieuwd of ik dan tegen de beperkingen aan loop die Harm noemt...

 

Waterbuizen in de vuurgang wordt vaker gedaan, is lastig solderen maar het wordt gedaan.
Je tekening ziet er leuk uit, maar heb je al eens bedacht hoe het te doen met het waterpeil.
Je bovenste pijpjes horen altijd onder water te staan, als je dan ook nog een minuut reserve wil hebben, zit je zo nog 5 mm hoger met het water.
Als je vervolgens de machine volaan zet, kookt de ketel op en stijgt het waterpeil.
Al heel snel krijg je dan waterdruppels in je stoomleiding, omdat je ketel gewoon te vol zit.
Mijn idee laat die bovenste rij pijpjes weg of laat ze zakken.
Denk dan wel aan de wettelijk voorgeschreven minimum afstand.

Mocht je tekening van een bestaande modelketel zijn, laat het dan maar zo dan zal het wel, maar ik zou het zo niet doen.

Als Wiggie een d10 heeft met eenzelfde installatie met gas dat goed werkt, heb ik me te ongerust gemaakt over gasverbruik en schroefgrootte.

 

Hoeft toch niet? Je kunt ook je brander een eind die vuurgang in schuiven.... Dan helpt de warmte in de rookkast de verrandingslucht (een beetje) voor te verwarmen.

Als je brander tenminste daarvoor geschikt is....

 

Ha Harm,

Ik snap wat je bedoeld, het verlagen van de vlampijpen kan een hoop verbeteren. Kan je vertellen waar die minimale afstand tussen de vlampijpen staat vermeld? Je hebt het over een wettelijk voorgeschreven afstand? Ik kan in het keuringsreglement voor modelstoomketels niks over die afstand vinden.

Ik kan me sowieso voorstellen dat je vanuit de stromingsleer wel een minimale afstand wil hebben tussen de vlampijpen. De convectie moet goed plaats kunnen vinden en met een te beperkte ruimte tussen de vlampijpen kan dat belemmert worden.

Brutus, heb je een goed punt. Ik zal eens kijken wat daar allemaal mogelijk is.

 

1 Staat in de uitgave Handboek modelstoomketels uitgegeven door stoomgroep holland/ nederlandse vereniging van modelbouwers. Staan ook meerdere bouwvoorschriften in met betrekking op de constructie en over de soldeernaden, plaatdikte, buigstralen, afmetingen doorlaat veiligheden, etc.(geen kopie: iets met copyrights)
2. Gaat om het punt dat elk gat in een plaat een verzwakking geeft. De "dammen" tussen de gaten moeten wel sterk genoeg blijven.(Bij pijpen die zo dicht op elkaar zitten dat alleen de klodder soldeer de "dam" is, is het geheel niet sterk genoeg)
3, Maak een rookkast die alleen vanaf de vlampijpen naar de schoorsteen gaat, zoals gebruikelijk is overigens. Kan de vuurgang korter buiten de ketel en komt de brander dichter op de ketel: gehele ketel combinatie neemt minder plaats in (en die zul je nodig hebben)

 

Crispijn had me al via de PB benaderd maar een algemeen antwoord lijkt me, gezien de algemene discussie in dit draadje, beter.
De combinatie van de Maccsteam 4 inch ketel met een D10 lukt, maar verwacht niet dat je de D10 er continu mee voluit kan laten draaien. Iets van half gas, zo rond de 600 tpm is meer realistisch. Nu is dat normaal gesproken ook goed te doen met een grote schroef onder de sloep. Bij mij is dat een 100 mm vierblads-schroef. Gaat zonder problemen rond en geeft dan ook een goede snelheid. Warm lopen doet een stoommachine toch niet door de belasting.

Ik denk echter dat een Graham TVR1A machine in combinatie met een 4 inch boiler perfect is. De motor is een stuk kleiner en gebruikt daardoor ook veel minder stoom maar is in mijn optiek nog steeds sterk genoeg om een sloep van 1 a 1,5 meter fatsoenlijk aan te drijven. Een D10 vreet stoom en is door het materiaalgebruik (gietijzer) een drama qua onderhoud (veel werk) Een Graham is van messing en daardoor minder roestgevoelig.

 

Valt reuze mee.
Ik heb cilinderkranen er aan.
Na de vaart openzetten en aan de schroef de machine bewegen zodat de condens eruit is.
Daarna per kraan 2mL 15w40 naar binnen persen, kranen sluiten en dan aan de schroef een paar keer ronddraaien.
Kan de machine 4 maanden stilstaan zonder vast te roesten.
Smeer je niet op deze manier, staat alles de ander ochtend al vast.
Voordeel van die graham is de kogellagers.

gelukkig, dan is mijn aanname correct geweest.

 

Even terugkomen op het woord "expansie".
Je kunt in een 1 cilinder stoom laten expanderen, zoals ik al vermeldde, de cilinder 60% van de slag te vullen, de overige 40% expandeerd de stoom (stoom koelt af, druk verlaagd, volume neemt toe, zolang de temperatuur boven de 100 graden is) en drukt de zuiger nog vooruit.
Dit wordt enkelvoudige expansie genoemd.
Meervoudige expansie is een hogere druk aan het begin over meerdere trappen laten expanderen (druk verminderig, vergroting van het volume). 2 trappen = compound, 3 is tripple expansie etc.
Harm, is dat wat wij door elkaar halen ?
Ook bij een 1 cilinder kun je door vroegtijdig de toevoer af te sluiten gebruik maken van de expansie kracht van stoom, de Meyer schuif is daarvan een goed voorbeeld.

 

Ik heb er verder niet naar gekeken.
Hangt er helemaal van af welke getallen/waardes er in de formule (in dat excel blad) gebruikt worden.
Ik ben nog steeds bezig met de elektronische machinist, pas daarna kan ik de yarrow ketel opstarten.
Als die werkt kan ik meer testen met de machine en dan wordt hoop ik duidelijk hoe bruikbaar alle berekeningen zijn/waren.

 

Helaas nog geen Handboek Modelstoomketels ontvangen, ik wacht dat nog even af.

Later meer nieuws!