Onregelmatige beweging van het vliegwiel
Oorzaak onregelmatig draaien van de machine
Het onregelmatig draaien wordt veroorzaakt door de drukveranderingen die optreden aan weerskanten van de zuiger gedurende één omwenteling. Door deze drukveranderingen ontstaat een sterk veranderlijk drijvend koppel op de krukas waardoor een zeer onregelmatige draaiende beweging ontstaat. De zuiger wordt voortgedreven door de drijfkracht. De drijfkracht is het verschil van de krachten die aan weerskanten op de zuiger werken.
Beweegt de zuiger naar links, dan is de kracht die de stoom op de rechterkant uitoefent:
K1=werkzame druk x oppervlak zuiger=P1 x ¼πD2
Wanneer we de diameter van de zuigerstang buiten beschouwing laten, dan is de kracht die de stoom op de linkerkant van de zuiger uitoefent:
K2=tegendruk x oppervlak zuiger=P2 x ¼πD2
Wanneer de zuigerstang in rekening gebracht wordt moet het oppervlak hiervan afgetrokken worden van het oppervlak van de linkerkant van de zuiger. De drijfkracht K is:
K=K1-K2=P1 x ¼πD2 - P2 x ¼πD2=¼πD2 (P1-P2).
Beweegt de zuiger naar rechts dan wordt de drijfkracht:
K=K2-K1=P2 x ¼πD2 - P1 x ¼πD2=¼πD2 (P2-P1)
De drijfkracht K wordt door de zuigerstang overgebracht op het kruishoofd. In het kruishoofd kunnen we de drijfkracht K ontbinden in de drijfstangkracht Kd, die in de richting van de drijfstang werkt en de kracht Kl op de onderste leibaan. De drijfstangkracht Kd wordt door de drijfstang overgebracht op de krukpen. In het hart A van de krukpen ontbinden we deze kracht in de tangentiaalkracht Kt volgens de raaklijn aan de krukcirkel en de kracht Kr in de richting van de krukstraal AM. De kracht Kt draait de krukas rond en verricht daarbij arbeid. De kracht Kr drukt de krukas in de metalen van de hoofdlagers en verricht geen arbeid. Het product van de tangentiaalkracht Kt en de afstand AM tot het middelpunt van de krukas vormt het moment van het drijvend koppel dat de as doet draaien. Voor het moment van het drijvend koppel geldt: M=Kt x AM. De afstand AM, de krukstraal, is constant. Het drijvend koppel is dus alleen afhankelijk van de tangentiaalkracht Kt. Het drijvend koppel is sterk veranderlijk gedurende één omwenteling van de krukas. Dit is het gevolg van de veranderingen in de drijfkracht die ontstaat oor de drukveranderingen aan weerskanten van de zuiger. De grootste drijfkracht ontstaat tijdens de vulling. Dan is het drukverschil tussen de werkzame druk P1 en de tegendruk P2 het grootst. Er zijn vier krukstanden waarbij het moment M van het drijvend koppel nul is, namelijk:
- twee standen waarbij de tangentiaalkracht Kt=0. Dit is het geval als de druk tijdens de expansie aan de werkzame zijde van de zuiger gelijk is aan de compressiedruk aan de tegendruk zijde, dus als P1=P2. Vanaf deze krukstanden tot aan het dode punt is de tegendruk P2 groter dan de werkzame druk P1 en is de drijfkracht negatief, dat wil zeggen de drijfkracht is tegengesteld gericht aan de beweging van de zuiger. Deze negatieve drijfkracht, telkens voor het dode punt, is nodig om de zuiger af te remmen en een stootvrije omkering in het dode punt te krijgen.
- twee standen waarbij de loodrechte afstand van het middelpunt AM tot de tangentiaalkracht nul is, dit zijn in de dode punten.
Oneenparigheidsgraad van het vliegwiel
De oneenparigheidsgraad δ is de verhouding van de grootste variatie in het toerental tot het gemiddelde of normale toerental, dus:
δ = ( nmax – nmin ) : ngem Hierin is n het aantal omw/min.
Voor pompaandrijvingen geldt δ = 1/30…1/50. Als voor δ = 1/40 genomen wordt, dan is de afwijking bij een gemiddeld aantal omwentelingen van 200/min :
1/40 = ( nmax – nmin ) : 200 -------> 5 = nmax – nmin.
Het toerental zal dus variëren van 200 – 2,5 = 197,5 omw/min tot 200 + 2,5 = 202,5 omw/min.