Indicateurdiagram

Hoofdpagina | Stoommachine

Algemeen

Een indicateurdiagram is een grafiek om de geleverde arbeid van een stoommachine vast te stellen. Hierbij wordt met een indicateurtoestel het drukverloop in de cilinder vastgelegd ten opzicht van de afgelegde slag. Daarnaast kan ook de compressiedruk worden vastgesteld en de momenten van klepopening en -sluiting. In het voorbeeld zien we verticaal de stoomdruk, horizontaal de stand van de zuiger. Het bovendeel van de grafiek is het drukverloop gedurende de inlaatslag, het onderste deel gedurende de uitlaatslag. Het oppervlak van het diagram geeft het indicateurvermogen. In dit diagram is slechts de linkerzijde van de cilinder getekend, bij een dubbelwerkende machine is er uiteraard ook nog een gelijk rechter deel.

Omdat de druk wordt opgenomen zowel gedurende de heen- als gedurende de teruggaande zuigerslag is een indicateurdiagram steeds een gesloten figuur.

Een reëel diagram van de machine op de Tuut is niet beschikbaar omdat dit diagram gemaakt moet worden bij volle belasting. Deze gelegenheid heeft zich nog niet voorgedaan.

Compressie

Tijdens de compressie wordt de nog in de cilinder aanwezige stoom, waarvan de druk bij het begin van de compressie gelijk is aan de condensordruk, door de zuiger samengeperst. Omdat de zuiger in de cilinder een heen- en weergaande beweging maakt moet zijn bewegingsrichting worden omgekeerd elke keer als hij in het dode punt is aangekomen. In het dode punt staat de zuiger even stil. Om het omkeren van de bewegingsrichting soepel en zonder stoten te laten verlopen moet de zuiger worden afgeremd. Dit afremmen gebeurt tijdens de compressie. Door het samenpersen van de stoom ontstaat als het ware een verend stoomkussen waarop de zuiger wordt afgeremd.

Voorinlaat

De drijfkracht, dit is de kracht die de zuiger voortdrijft moet bij het begin van de inlaatslag zo groot mogelijk zijn. Het is dus noodzakelijk dat de zuiger de inlaatslag begint onder volle stoomdruk. Opent de inlaatklep op het moment dat de zuiger in het dode punt staat dan zal de stoom niet snel genoeg toestromen waardoor de volle druk op de zuiger niet wordt bereikt. Daarom moet de inlaatklep bij het begin van de slag reeds een weinig geopend zijn zodat de stoomtoevoer begint voordat de zuiger in het dode punt is aangekomen. Omdat de stoomtoevoer begint voordat de zuiger in het dode punt is aangekomen noemen we dit de voorinlaat. Tijdens de voorinlaat wordt de schadelijke ruimte gevuld met stoom en op volle druk gebracht. De voorinlaat is niet groot omdat de schadelijke ruimte klein is en er dus weinig stoom nodig is om de ruimte te vullen. Daarbij is de zuigersnelheid aan het einde van de slag klein waardoor er relatief veel tijd beschikbaar is.

Vulling

De stoom wordt slechts over een gedeelte van de inlaatslag in de cilinder toegelaten. Hiermee bereikt men dat de toegelaten stoom kan expanderen, waarmee een groter gedeelte van het arbeidsvermogen dat in de stoom aanwezige is in arbeid wordt omgezet. Het gedeelte van de slag waarover inlaat plaatsvindt noemt men de vulling. De vulling is gedefinieerd als de weg die de zuiger aflegt vanaf het dode punt tot het moment waarop de desbetreffende inlaatklep sluit.

Expansie

Na de inlaat volgt de expansie (het uitzetten van de stoom). De inlaatklep is gesloten en de zuiger wordt voortgedreven door de stoom die nog in de cilinder aanwezig is. Tijdens de expansie neemt het volume van de stoom toe en daalt de druk. Dit komt doordat de ruimte achter de bewegende zuiger steeds groter wordt. Gedurende de expansie verricht de stoom nog arbeid. Deze arbeid wordt expansie-arbeid genoemd. Expansie-arbeid krijgen we zonder dat er extra stoom wordt toegelaten en is dus winst. Dit is de reden dat de meeste stoommachines met expansie werken.

Vooruitlaat

Als de zuiger circa 90% van zijn slag heeft afgelegd worden de uitlaatpoorten door de zuiger geopend. Omdat de uitlaat voor het einde van de slag begint noemt men dit de vooruitlaat. De vooruitlaat is ongeveer 10% van de zuigerslag. De vooruitlaat zorgt ervoor dat de stoomdruk aan het einde van de slag gedaald is tot de tegendruk. Bij stoommachines die met condensatie werken is de tegendruk lager dan de druk van de buitenlucht, de atmosferische druk. Deze lage tegendruk ontstaat door de werking van de condensor, waarop de uitlaatleiding is aangesloten. Door deze lage tegendruk ondervindt de zuiger minder weerstand bij de aanvang van zijn nieuwe slag.

De invloed van een condensor

In het diagram hiernaast zien we een ideaal diagram, het blauwe deel is de arbeid zonder condensor. De stoom wordt boven de atmosferische druk afgeblazen. Door het toepassen van een condensor kan de stoom verder expanderen tot tegen de absolute nuldruk. De afgewerkte stoom hoeft ook niet afgevoerd te worden, de condensor zuigt de stoom weg waarna de zuiger zonder tegendruk naar het startpunt terug kan bewegen.

Indicateur

Door het indicateurtoestel op de indicateurkraan van een cilinder te plaatsen, kan deze de druk meten. Via een koord wordt de indicateurtrommel met een speciaal hulpstuk verbonden met de krukas waardoor de indicateur de stand van de zuiger kan bepalen. De indicateurkraan bevindt zich in de cilinderkop. De exacte installatie is omslachtig en kwetsbaar, zie hier voor details.