berekening vermogen van een stoom machine

Hoe bereken je het vermogen van een stoom machine?

Ik heb van het weekend wat boeken door gespit en ben tot de volgende formule gekomen.

Gaarne aanvullingen en of correcties.


Ni=1/75*3,14/4*(((Dhd*Dhd)+(Dld*Dld))/2)*p*Pm*((2*n*S) / (60*100))

Waarbij;
Ni = het vermogen in indicateur paardekrachten (is de kracht die de zuiger levert).
1/75 is de omrekening ivm: 1 KGM/sec = 1 / 75 PK
Dhd = Diameter hoge druk cilinder in cm
Dld = Diameter lage druk cilinder in cm
p = de stoomdruk in de schuifkast van de hoge druk in kg/cm²
Pm = expansiefactor
(60% geeft een Pm van 0,3
70% geeft een Pm van 0,4
80% geeft een Pm van 0,5
100% geeft een Pm van 0,65) verbeterde gegevens.
(Pm=0.3 bij een vulling van 100%
Pm=0.4 bij een vulling van 80%
Pm=0.5 bij een vulling van 70%
Pm=0.65 bij een vulling van 60%)eerder geplaatste foute gegevens.
n = toerental
S is de zuigerslag in cm.

 

ik zal je vertellen,
ik heb nu echt geen idee waar je het over hebt ik heb geen ervaringen met stoommachines en zoals ik het nu zie is het voorlopig nog veel te lastig voor mij.
ik hoop dat het je zal gaan lukken en het lijkt me een leuk project suc6 ermee!

gr. Floris

 

Harm, jammer genoeg heb ik mijn oude boeken niet meer. Maar ik wil nog wel even ernaar kijken. Wat mij als eerste opvalt, is dat je de hoge druk p vermenigvuldigt met de som van de oppervlakten van hoge en de helft van het oppervlak van de lage druk cilinders. Betekent dat, dat de druk in de lage druk de helft is van de druk in de hoge druk cilinder?

Ik kijk nog even verder, maar zag dit nu pas staan op het forum.

Groet,

Ad

 

Ad, ik zal proberen de opbouw van deze formule te plaatsen, dat beredeneert makkelijker.

 

...

 

OK, ik zie het wel, maar ik doe vast een poging. Je had al uit de "kroeg" begrepen dat ik niet wist wat ik met de vullingsgraad moet. En zeker niet hoe bij een afnemende vullingsgraad de expansiefactor toeneemt.
p = de druk aan de hoge druk kant. Zoals ik het nu begrepen heb blijft bij 100% vulling de druk in de cilinder tijdens de arbeidsslag hoger (theoretisch constant p) dan wanneer de vullingsgraad lager is, want dan expandeert de stoom tot een lagere druk.

De factor p x Pm geeft, zoals ik het hier lees een soort effectieve druk. Het produkt van p x Pm x zuiger opp x s geeft de arbeid die door die effectieve druk wordt verricht over de lengte van 1 slag. Dus dat vermenigvuldigd met het aantal omwentelingen per seconde (n/60) geeft het geleverde vermogen in Watt (met druk in Pascal en afmetingen in m).

Of en hoe je dat dan weer omrekent naar pk's zal me een worst zijn, maar volgens mij is dit toch de essentie van het verhaal, behalve dat ik die Pm factor niet begrijp.

Aanvulling:
Als je het resultaat in Watt deelt door 9,81*75 = 736 (9,81 = zwaartekrachtsversnelling) krijg je ook PK's

 

1 cilinder.
Ni=1/75*3,14/4*D*D*p*((2*n*S) / (60*100))

compound
Ni=1/75*3,14/4*(((Dhd*Dhd)+(Dld*Dld))/2)*p*Pm*((2*n*S) / (60*100))

Bij meervoudige expansiemachines kan het vermogen eigenlijk alleen worden bepaald met behulp van indicateurdiagrammen,
doch dit is bij onze miniatuurmachines niet mogelijk.
Men zal zich moeten behelpen met een berekening van het vermogen door in de vemogensformule als cilinderdiameter de gemiddelde kwadratische diameters van de verschillende cilinders te kiezen.(aldus r van dordt en j oegema)

Ni is vermogen in indicateur paardekrachten
D is diameter zuiger in cm
Pm is expansiefactor
n is toerental in rpm
S is slag van de zuiger in cm
p is druk schuifkast in kg/cm²

vulling - Pm
60% -0,3
70% - 0,4
80% - 0,5
100% - 0,65


rendemen: ipk:epk=50%

Compound is 2 cilinder machine met aan de ketelkant een hogedruk cilinder.
De gebruikte stoom uit die cilinder gaat daarna naar de lagedruk cilinder met een grotere diameter.
De gebruikte stoom uit de Ld cil gaat dan naar de buitenlucht of naar een condensor waar de waterdamp afgekoeld wordt tot water. om na reinigen weer in de ketel te worden gepompt.

 

OK, dus dit is opgelost. Pm x p kunnen we dus opvatten als een "effectieve" druk in de cilinder.
Waar ik dan nog mee zit is de "gemiddelde kwadratische diameter". Dat klinkt mij als (Dhd^2+Dld^2)/2, en niet zoals het er nu staat (Dhd^2+Dld^2/2).

Dan blijft wat mij betreft alleen die factor 2 in (2ns) nog onduidelijk.

 

Harm, ik heb het toch maar even uitgeschreven, hieronder het resultaat:



Dus als jij een dubbelwerkende machine voor ogen hebt, lijkt het te kloppen.

 

Hoi Ad, die factor 2 is: per omwenteling heb je onder EN boven de zuiger een keer 1 vulling.
Anders dan verbrandingsmotoren heb je bij stoom zowel boven als onder de zuiger een aandrijvende kracht.
Daarom hoor je vaak "dubbelwerkend" .

 

Dan begrijp ik het. Voor de correctheid zal ik dat wel even aanvullen, waarna jij wat kunt "vegen" in dit draadje. Doe je ook eens wat!!!

 

Ad, vegen kan alleen in de bouwverslagen , niet in elk draadje dat je gestart hebt.
En ik geloof niet dat vegen noodzakelijk is, er is me niets storends opgevallen.

 

Was ik even vergeten, maar ik heb het verhaal, samen met nog wat cosmetische dingen aangepast voor enkel- en dubbelwerkende machines.

 

[121874] berekening-vermogen-van-een-stoom-machine

Ziet er goed uit met een keurige handleiding.
Bedankt voor de moeite.

 

Graag gedaan. Altijd leuk om even stoom af te blazen.

 

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!!!

 

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.

 

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.

 

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.

 

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.