Modelstoomsleepboot Dockyard V

Vervolg 2, bouwverslag modelstoomsleepboot Dockyard V.


Nu de gehele romp in messing gereed is en de op de draadeinden gemonteerde hulpspanten verwijderd zijn, kan begonnen worden met de inbouw van de stoominstallatie.
Daar de inhoud van mijn Yarrow ketel klein is, circa 180 ml, is er een ketelwatervoorraadtank nodig. Verder, omdat mijn stoommachine olie gesmeerd is en ik geen oliespoor achter het schip wil, is er ook een condensaat opvangtank nodig.


De beschikbare ruimte was de plaats van de voorkajuit. Omdat ik toch geen personeel aan boord heb, heb ik hier de twee tanks, ketelwatervoorraad- en condensaatopvangtank, geplaatst.

Uit karton heb ik eerst een mock-up in karton gemaakt.




Vervolgens heb ik deze in messing gebouwd. Goed te zien is de scheiding tussen de beide tanks. De linker, ketelwater, inhoud ca. 600 ml en rechts, condensaat ca. 300 ml. 1574.



Op onderstaande foto is de achterkant van de tanks te zien. De tanks zijn met een luchtspleet gemonteerd op dubbelzijdig epoxyprintplaat. Dit omdat de hitte van de ketel niet het voorraadwater mag opwarmen. Het lijkt tegenstijdig, maar door de onderdruk van de zuigpomp(ketelwatervoedingspomp) kunnen er dampbellen ontstaan, waardoor de pomp “hees” slaat.

Verder op deze printplaat zijn de toe- en afvoer van het condensaat, een peilglas voor controle tijdens het vullen, aansluiting voor de voedingspomp en een meetelektrode voor laag voorraadwater alarm. Dit alarm wordt op de handzender aan de wal getoond. (binnenkort zal ik in mijn topic “Dockyard telemetrie” verdere info geven).



Vervolgens heb ik de bijbehorende leidingen onder in het schip aangebracht. Op de foto zijn aan de rechterkant(SB) de twee ketelwatervoedingsleidingen in koperpijp 5mm te zien. De ene dient voor aanvoer, de andere voor het afkoelen van het circulatie water bij geopende bypass afsluiter.


Wordt vervolgd.

 

Dat ligt niet aan de warmte, maar aan de zuigleiding (in dit geval omvat het begrip "zuigleiding" het hele stuk, inclusief de zuigklep en inlaatpoort van de pomp). Zolang er voldoende vrije aanstroming is, slaat je pomp niet lens. Een windketel vlak voor de pomp helpt sowiso ook....
In het echie trekken we condensaat onder nagenoeg "kooktemperatuur" uit de condenser die onder 95% vacuum staat, en dan gebruiken we nog een centrifugaalpomp ook, zonder speciale voorzieningen voor het aanzuigen....

 

In theorie geheel juist.
Maar als je je voorraad water kouder houdt werkt de pomp wel, dus zien wij het alsof het aan de temperatuur ligt!
In het "echie" kan je in dat water in de filterbak net na de vacuümpomp achter de condensor net je hand (niet) steken, zal dan een graad of 40 zijn. Voedingpomp zit aan de filterbak, doet het altijd.

 

Ja maar die omstandigheden zijn anders, dan in de modelbouw. Wij hebben geen pomp, die naar de diairator pompt om te ontluchten en vervolgens via de voedingspomp de ketel voedt.
Wij hebben te maken met het de vervelende eigenschap van water, dat deze onder onderdruk bij een lagere temperatuur in damp overgaat. Ik ga uit van het Mollier diagram.
Op pagina 240 van het handboek Modelstoommachines uitgave 1981 staat een duidelijke grafiek.

 

Heb jij een filterbak aan boord van de Camile Mortenol?
In de Dockyard heb ik dit niet, dus alleen is het recept, voedingswater koel houden.
Eerder bericht aan Brutus:
Op pagina 240 van het handboek Modelstoommachines uitgave 1981 staat een duidelijke grafiek.

 

Ik weet hoe dat werkt, Henk (ik heb daar voor geleerd, weet je nog? )....

En toch ligt het aan de aanstroming. Deaerators, filterbakken, ontlucht water en dergelijke hebben er niks mee te maken. Als ik water van 30 graden uit een vacuum van 95% kan trekken met een simpele centrifugaalpomp, Mag een simpel plunjerpompje niet lens slaan bij, zeg, 60 a 70 graden water. Dan heb je toch echt een probleem met de doorstroming in de zuigleiding.

Mijn punt is, dat je kunt kissebissen over of het wel of niet aan de temperatuur ligt, maar dat helpt je niks als die tank onverhoopt toch opwarmt.
Als je je zuigleiding (en eventueel zuigklep/poort) aanpast, heb je het probleem op de juiste manier aangepakt en doet die temperatuur er niet meer toe.
Dat komt de stabiliteit van je bedrijf ten goede, op bijvoorbeeld heel warme zomerdagen, als je fles met gedestilleerd water in de auto in het zonnetje reeds 35 graden geworden is, bijoorbeeld....

Zelf weten wat je met die informatie doet, het is mijn boot niet.

 

Bedankt, ik zal nogmaals controleren.
Heb jij ondertussen de vermelde pagina geraadpleegd?

 

Wellicht direkt aan de pomp een standpijp maken met een inhoud (in gevulde toestand met watertank op laag niveau) gelijk aan de inhoud van de pomp.
Standpijp tot dek en bovenkant open.
Als pomp gaat zuigen zakt water uit de standpijp vrij naar de pomp en kan daarna op zijn gemak het water uit de filterbak naar de standpijp lopen om die weer te vullen.
Dan heb je niet dat de pomp bij de zuigslag die meter water in de zuigleiding in één keer opgang moet brengen (en er dus sterke onderdruk ontstaat, voordat het water eenmaal gaat stromen)

Een filterbak heb ik wel gepland.
Met 2 liter per uur verbruik moet ik zorgen dat zoveel mogelijk water kan worden hergebruikt.

 

Dat je condensaat wilt hergebruiken snap ik. Maar je gebruikt twee Stuart olie gesmeerde stoommachines. Hoe wil je de stoomolie uit je ketel houden?
Het is nu eenmaal een gegeven, dat stoomolie in een ketel(vooral Yarrow ketel met een relatief kleine VO) een vergif is.
Nadeel van stoomolie, door dierlijk additief, moeilijk verwijderbaar.

 

Zal eerst nog worden getest, ben namelijk bang dat het niet eens de filterbak haalt maar de condensor zal verstoppen.
Geen ervaring mee en weet niemand die dat wel zou kunnen hebben.

Die snap ik even niet, een waterpijpketel heeft in vergelijk met het bouw-volume ten opzichte van andere ketels het grootste VO.

 

En juist daarom, een minimale reductie in VO geeft een maximale invloed op VO, Verwarmend oppervlak om stoom te genereren. Daarnaast ontstaat er door olie vervuilde oppervlak, slechte warmte overdracht, het gevaar voor filmverdamping en jij weet hoe gevaarlijk dit is.

 

De bewuste grafiek over verdamping bij drukverlaging.

 

Vervolg 2.1, bouwverslag modelstoomsleepboot Dockyard V.

Omdat het mij op 27.12.2017 niet gelukt is om het tekstdeel betreffende de boegtank toe te voegen volgt nu de aanvulling.
Op de eerdere kleine foto, nu in het groot, naast de beide ketelwatervoering toevoer- en retourleiding is ook aan de BB-zijde de condensaat afvoerleiding te zien. Deze leiding is gemonteerd op zadels en kan, voor de plaatsing van de boegtank eenvoudig verwijderd worden.





Op onderstaande foto is de ruimte onder het voordek te zien, waar de boegtank in moet passen.
De tank moet uitneembaar zijn voor het inwendig reinigen van de condensaattank. Het deksel is met zelftappers bevestigd.





Op de laatste foto is de boegtank geplaatst onder het dek. De dubbelzijdige epoxy plaat zit nu achter de opstaande rand van de spant, zodat achterovervallen uitgesloten is. Het geheel zit nu stijf in het voorschip.





Wordt vervolgd.

 

Vervolg 3, bouwverslag modelstoomsleepboot Dockyard V.

Voortstuwing, de straalbuis.
De werkelijke Dockyard V heeft een plaatroer. Een ervaren modelbouwer, wees mij erop, dat varen en manoeuvreren, met een schip van ruim 1meter, in een vaarbak met een plaatroer eigenlijk ondoenlijk is, zeker bij het achteruitvaren. Hij gaf mij de raad om een draaibare straalbuis om de schroef te maken. Overigens, tijdens een gesprek met de kapitein van de Dockyard, nadat ik had uitgelegd waarom, kon hij er, wel niet van harte, begrip voor opbrengen. De straalbuis is gemaakt uit aluminium buis met een binnenmaat van 80 mm. De buiten doorsnede verloopt taps, over een lengte van 55mm, van voor naar achter van 89 naar 84mm. Daar ik geen gegevens had, heb ik aan de hand van de originele RDM-tekening 6092(Dockyard IX) een inschatting gemaakt. De Dockyard IX heeft een kortstraalbuis met hulproer, zie: http://www.dockyard9.nl/het-schip/
De constructie met hulproer vond ik te kwetsbaar, daarom heb ik gekozen voor de langere staalbuis.
Deze heeft zich al tijdens diverse demo vaarten bewezen. Misschien niet model correct, maar voor een onderstoom varend schip perfect. Vooral bij achteruitvaren, de schroefstroom wordt nu volledig gebruikt voor zowel sturen als achteruitvaren.
Onverwacht voordeel van de bestuurbare straalbuis: bij achteruitvaren, zelfs bij volvermogen, wordt het achterschip niet omlaag getrokken.

Voortstuwing, de scheepsschroef.
De scheepsschroef en de spoed zijn bepaald volgens de berekeningen uit het “Handboek varende scheepsmodellen” van André Veenstra. In dit boek, hoofdstuk 6, staat de berekening van de modelsnelheid en de bijbehorende scheepsschroef. De betreffende formule voor de schaalsnelheid is in woorden: Schaalsnelheid = de topsnelheid van het werkelijk schip in m/sec gedeeld door de wortel van de model schaal van het model.
De Dockyard V, maakt op volle snelheid 9,5knopen (een knoop, nautical mile, is gelijk aan één boogminuut op de evenaar en heeft een lengte van 1852m), de scheepssnelheid is dus ongeveer 17,5 km/uur. Bij deze snelheid zou een naar boven afgeronde modelsnelheid horen van 3,6 km/uur, 1m/sec (werkelijk volgens berekening 0,97m/sec). De bijbehorende scheepsschroef, doorsnede van 80mm, is vastgelegd door de inwendige doorsnede (op schaal!) van de straalbuis. De berekende spoed (60m/min gedeeld door toerental 900 omw/min) is afgerond 70 mm. De spoed is de afstand, die bij één omwenteling van de schroef wordt afgelegd.
Door het lage rendement van modelscheepsschroeven, grofweg voor een schroef met 4 bladen, tussen de 70 en 80% zou de effectieve modelsnelheid uitkomen op ongeveer 0,75m/sec.
Dit is voor demonstraties in een vaarbak van 10 bij 10 m redelijk toepasbaar. De scheepssnelheid komt dan theoretisch uit op 2,7km/uur.

Scheepsschroef uitvoering.
De hoofdafmetingen van de schroef zijn nu bekend, spoed 70mm en doorsnede 80mm. De spoed wordt bepaald door de hoek van het blad van de schroef ten opzichte van de voortstuwing, dat is de afgelegde weg. Het gehele blad moet op elke doorsnede evenredig aan de voorstuwing deelnemen. Dat betekent dat de bladhoek voor elke doorsnede verschillend is. Uitleg: nemen we bijv. de doorsnede halverwege het schroefblad, kleinere omtrek, dan zal het blad veel schuiner moeten staan voor dezelfde afgelegde weg.
Met behulp van de bovenste grafiek, getoond in de bijlage vervolg 3, grafieken, zal ik trachten dit duidelijk te maken.

Op de verticale as is de spoed van de schroef, d.w.z. de afgelegde weg bij één omwenteling, aangegeven.
Op de horizontale as zijn de deel- en totaal omtrek van de scheepsschroef aangegeven.
De blauwe lijnen geven de hoek aan van het schroefblad op de bijbehorende omtrek (doorsnede).
Het is nu duidelijk te zien, dat voor het verkrijgen van een afgelegde weg van 70 mm, de bladhoek per doorsnede verschilt.
De hoek van het schroefblad volgt uit de onder de grafiek staande berekening.

Scheepsschroef fabricage.
De schroef wordt net als in wekelijkheid een vierbladige schroef, die aangepast is voor gebruik in een als roer gebruikte straalbuis. De gebruikte straalbuis heeft een inwendige doorsnede van 80mm.
Begonnen ben ik met het maken van de bladen. Ik heb een voorkeur voor het hergebruik van materiaal. De bladen zijn gemaakt uit een messing tafelpoot gekocht bij een metaalopkoper. Uit deze tafelpoot heb ik met een dunne slijpschijf een strip van 40 mm over de totale tafelpoot lengte gesneden. De benodigde lengte voor de schroefbladen, 4 stuks, heb ik vervolgens getordeerd. Ieder blad moest volgens de berekening over 30° verdraaid worden, dus voor 4 bladen betekent dit 120°.



Vervolgens de naaf met de gelijke diameter van de schroefaskoker gemaakt en hierin de sleuf voor de voet van de bladen onder de berekende hoek van 45° gefreesd,
Overigens, de naaf is wel naar achter verjongd voor een mooie aansluiting op de gestroomlijnde afsluitmoer. De volgende stap is het samensolderen, hardsolderen, van de naaf met de bladen,

De losse delen zijn ingeklemd in een houder. Mijn opstelling is een afgeleide van wat door wijlen Ad Oudes getoond wordt in het artikel over het bouwen van een stoomsloep uit de Modelbouwer Juli/aug 1987, blz. 356.


Op onderstaande foto wordt getoond, dat de stand van de bladen na het hardsolderen gecorrigeerd moet worden. Het algemene advies is de bladen vooraf uit te gloeien. Dit heb ik niet gedaan, omdat ik met mijn gereedschap geen gelijkmatig uitgloeien kan bewerkstelligen. Het gevaar van harde en zachte delen met de bijbehorende ongelijkmatige tordering was reëel aanwezig.


De stand van de top van het blad heb ik gecontroleerd met een hoekstuk van 15° gemaakt uit een oude museumjaarkaart.
Het resultaat van de correctie is te zien op onderstaande foto.



Als laatste is de schroef handmatig in vorm geslepen en gepolijst,



Leermoment, indien ik weer een schroef maak, zal ik de bladen met een toeslag van circa 20% torderen. Waarschijnlijk is dan het terugdraaien door de verhitting tijdens het hardsolderen zodanig, dat er geen moeizame correctie van de bladen achteraf noodzakelijk is, of slechts minimaal.

Wordt vervolgd.

 

Knap stukje werk hoor.

 

Ik heb op mijn eerste stookinstallatie een voorverwarmde direct achter de stoommachine gezet.
De voorverwarmer zag er uit als een condensor, 2 strooms, dus met een keerschot in het achterdeksel, inlaat koud water onder en uitlaat warm water boven.
Exhaust stoom van de machine kwam midden/boven op het ronde deel binnen.
De uitlaat zat aan de onderkant.
Deze uitlaat kwam uit in een 3 vaks filterbak, olie drijft op water, dus de eerste 2 vakken waren gescheiden met de opening aan de onderzijde.
De olie bleef in het eerste vak hangen, van het 2de naar het 3de vak moest het water over een schot heen om daarna van het derde vak naar de voedingswatertank te stromen.
Als ik water naar de ketel pompte werkte de voorverwarmer als een soort condensor, en liep de filterbakken steeds voller.
Als ik niet pompte borrelde het water/olie mengsel in de filterbak door de uitlaat stoom die daar in uit kwam.

Een lang verhaal, maar in het kort, ik had geen zichtbare olie in mijn voedingswatertank zitten, ik had ook een yarrow ketel op die installatie.
En die installatie heeft zeer veel draaiuren gehad en de jaren dat ik hem heb gehad.

 

Persoonlijk heb ik een nare ervaring met olie in de ketel. Door mijn fout, kookte de ketel leeg en trok bij het afkoelen door het ontstane vacuum olie uit het condenssmeertoestel. Na vullen van de ketel, deze weer opgestookt, voldoende stoom maar?
De kleine hoeveelheid olie zorgde ervoor, dat de meetelektroden van de ketelniveau regeling niet meer het ketelwaterniveau detecteerden.
Vervolgens heb ik de ketel en het meetvat met elektroden gezuurd om de olie te verwijderen.
Het meetvat zit samen met het peilglas in een losneembare unit buiten de ketel, zie onderstaande foto.



Op deze foto is eveneens de voorverwarmer met de eronder geplaatste condensaat opvang tank te zien.
In tegenstelling tot uw opstelling blaas ik de nietgecondenseerde stoom af via een boven de schoorsteen uitstekende leiding, zie de eerste foto bij mijn topic.​

 

Vervolg 4, bouwverslag modelstoomsleepboot Dockyard V.

Historie.
In de vorige verslagen, heb ik beschreven:
Aanvang: Start van de bouw van de romp in messing.
Vervolg 1: Uitleg bouw spanten en aanbrengen huidplaten in messing.
Vervolg 2: Boegtanks met leidingen voor opslag van vers ketelwater en opvang van condensaat.
Vervolg 3: Voortstuwing, bestuurbare straalbuis en scheepsschroef.

Inbouwen van de stoominstallatie.
Het is een gegeven, dat een stoominstallatie onderhoudsgevoeliger is, dan een elektrische aandrijving. Daarom staat de gehele installatie inclusief de stoommachine op één machinekamervloer.
Op de onderstaande foto van de machinekamervloer is van links naar rechts te zien:
De tweecilinder dubbelwerkende voldruk stoommachine met Stephenson schaar samen met direct aangedreven voedingspomp en condensaatpomp op subframe.
Condensor/voedingswater voorverwarmer met condensaat opvangtank met aan de SB kant de motor aangedreven ketelwater voedingsbypassafsluiter.
Door het wegnemen van de Yarrow ketel met de behuizing, is te zien de dubbele brander met, in het midden, de waakvlam met thermokoppel. De thermokoppel bewaking, rode knop BB, is direct aangesloten op de gastank, overigens deze zit vast aan het ketelhuis, rechtsboven zichtbaar.
Links naast de thermokoppel bewaking is de zelfgemaakte en herontworpen keteldruk gestuurde branderdruk regeling te zien. Aan de linkerkant is de drukopnemer te zien, die de keteldruk terug meldt op de handzender.


Plaatsen machinekamervloer.
Om een zo laag mogelijk zwaarte punt te bereiken is de vloer zo laag als mogelijk in de romp geplaatst. De vloer staat op in hoogte instelbare draadstiften.
Voor de juiste uitlijning op de schroefas, staat de stoommachine met de vast aangedreven pompen op een hulpframe, zie onder.

Aansluiting op schroefas.
Ondanks, dat de stoommachine op hulpframe goed/redelijk uit te lijnen was had ik voor de koppeling de volgende eisen:
De koppeling mocht geen stuwingskrachten van de scheepsschroef overbrengen naar de krukas van de stoommachine.
De koppeling moest een hoekverdraaiingsvrije beperkte inbouwlengte hebben.
De koppeling moest zowel hoek- als hoogte verschillen kunnen verwerken.
Onderstaand mijn oplossing, de foto van de ontworpen en gemaakte koppeling. Diam. 50mm, as 5mm, lengte 30mm.


Op de onderstaande foto is het geheel ingebouwd te zien. Let op het stuwblok (thrust block) vlak achter de koppeling om de schroefkrachten op te vangen.




Wordt vervolgd.

 

Ik blijf met plezier naar zo'n installatie kijken.