Stoomverdeling
Algemeen
Voor een goede werking van de stoommachine is het noodzakelijk dat de toevoer van verse stoom en de afvoer van afgewerkte stoom aan de voor- en achterzijde van de stoomcilinder bij de juiste zuigerstanden plaatsvinden. Omdat de zuiger en de kruk met elkaar verbonden zijn, zal iedere zuigerstand corresponde- ren met een bepaalde krukstand. Het toevoeren van verse stoom en het afvoeren van afgewerkte stoom, beurtelings aan de voor- en achterzijde van de stoomcilinder bij de juiste krukstanden, noemt men de stoomverdeling.
Krukstanden
Bij een omwenteling van de krukas zijn er acht belangrijke krukstanden, namelijk:
- De voorste inlaatklep wordt geopend, de toevoer van verse stoom aan de voorzijde van de cilinder begint.
- De voorste inlaatklep wordt gesloten, de toevoer van verse stoom aan de voorzijde van de cilinder eindigt.
- De stoomzuiger opent de afvoerpoorten, de afvoer van afgewerkte stoom aan de voorzijde van de cilinder begint.
- De stoomzuiger sluit de afvoerpoorten, de afvoer van afgewerkte stoom aan de voorzijde van de cilinder eindigt.
- De achterste inlaatklep wordt geopend, de toevoer van verse stoom aan de achterzijde van de cilinder begint.
- De achterste inlaatklep wordt gesloten, de toevoer van verse stoom aan de achterzijde van de cilinder eindigt.
- De stoomzuiger opent de afvoerpoorten, de afvoer van afgewerkte stoom aan de achterzijde van de cilinder begint.
- De stoomzuiger sluit de afvoerpoorten, de afvoer van afgewerkte stoom aan de achterzijde van de cilinder eindigt.
De krukstanden waarbij de stoomtoevoer of stoomafvoer begint of eindigt worden de functies van de stoomverdeling genoemd. Aan dezelfde zijde van de stoomcilinder liggen tussen de opeenvolgende functies de perioden. Voor de stoomverdeling maakt het geen verschil of er stoomschuiven dan wel kleppen toegepast worden. De bedrijfscondities zijn belangrijk, zoals het toepassen van verzadigde of oververhitte stoom en het toerental van de machine. De diagrammen voor de stoomverdeling die bij stoommachines met stoomschuiven gebruikt worden gelden dus ook voor stoommachines met kleppen. De inlaatkleppen worden geopend en gesloten door het klepbewegingsmechanisme. Het klepbewegingsmechanisme moet zo geconstrueerd zijn dat de inlaatkleppen bij de juiste krukstanden openen en sluiten. Omdat de machine een bepaald maximum vermogen moet kunnen leveren wordt bij de stoomverdeling met een verstelbaar excentriek uitgegaan van de grootste toelaat (vulling), terwijl er geen toelaat moet zijn als de eis absolute 0-vulling is. Voor het bepalen van de stoomverdeling is het noodzakelijk de draairichting van de machine te weten. Hiervoor kijken we vanaf de bemalingspomp richting stoommachine. De krukas draait dan linksom.
Schematische voorstelling van de kruk
Tijdens het ronddraaien van de kruk beschrijft het hart van de krukpen een cirkel waarvan het middelpunt ligt in het hart M van de krukas. Deze cirkel heet de krukcirkel. In deze cirkel kunnen we schematisch elke stand van de kruk aangeven. De kruk staat in de tekening verticaal. In de krukcirkel is dit weergegeven door de verticale lijn MK. De kruklengte is de afstand van hart as tot hart krukpen. De kruklengte MK = ½ zuigerslag = ½ x 550 = 275 mm.
Beweging van de zuiger
De afgelegde zuigerweg kan bepaald worden uit de verhouding kruklengte:drijfstanglengte en de hoek die de kruk uit een van zijn dode punten gedraaid is. De afgelegde zuigerweg wordt altijd gerekend vanuit één van de dode punten. De drijfstanglengte L wordt gemeten van het hart van grote kop tot het hart van de kleine kop (figuur 2-23). De verhouding kruklengte:drijfstanglengte=275:1375=1:5. Dit is bij stoommachines een veel toegepaste verhouding. In de tekening is M het middelpunt van de krukas, A het hart van de krukpen als de kruk in het voorste dode punt staat en B het hart van de krukpen als de kruk in het achterste dode punt staat. De punten A en B liggen op krukcirkel. Staat de kruk in het voorste dode punt A, dan vinden we het hart S van de kruishoofdpen door de drijfstanglengte L vanuit A af te zetten op de hartlijn van de machine, die door de pun- ten A, M en B gaat. Het hart van de kruishoofdpen maakt dezelfde beweging als de zuiger en de afstand die het hart van de kruishoofdpen aflegt is gelijk aan de afgelegde zuigerweg. Doorloopt de kruk vanuit het voorste dode punt A een hoek α, dan komt het hart van de krukpen in C te liggen. De plaats van het hart T van de kruishoofdpen vinden we door vanuit C de drijfstanglengte L om te cirkelen op de hartlijn van de machine. De afgelegde zuigerweg is nu gelijk aan de afgelegde weg ST van het hart van de kruis- hoofdpen. Wanneer we nu vanuit T de drijfstanglengte L omcirkelen van C naar D, dan is AD de afgelegde zuigerweg, omdat: SA = TC = TD = drijfstanglengte L AD = SA – SD = L – SD en TS = TD – SD = L – SD, dus AD = TS Draait de kruk vanuit het achterste dode punt B een hoek α, dan komt het hart van de krukpen in F. De afgelegde zuigerweg vanuit het achterste dode punt is nu BG. Deze weg is beduidend langer dan de afgelegde zuigerweg AD vanuit het voorste dode punt, terwijl de afgelegde krukwegen gelijk zijn. De afgelegde zuigerweg vanuit het voorste dode punt is AD = AE – DE en vanuit het achterste dode punt BG = BH + HG, terwijl CE en FH de rechte projecties zijn uit C en F. We noemen DE en GH de drijfstangfout. De drijfstangfout ontstaat door de eindige lengte en de schuine stand van de drijfstang. Als de drijfstang- lengte groot is ten opzichte van de kruklengte zal de drijfstangfout klein zijn. De drijfstangfout is gelijk aan nul als de verhouding van de drijfstanglengte tot de kruklengte oneindig groot is. De zuigerweg is dan aan de voor- en achterzijde gelijk, AE=BH. De drijfstanglengte is van invloed op de cilindervulling. De cilindervulling is gedefinieerd als de weg die de zuiger aflegt vanuit het dode punt tot het moment dat de desbetreffende inlaatklep sluit. Sluit de inlaat- klep bijvoorbeeld aan de voorzijde in punt C en aan de achterzijde in punt F, dan zal de afwijking in de vulling aan de voor- en achterzijde de som van de drijfstangfouten zijn, dit is DE+GH. Volgens de technische gegevens (hoofdstuk 14) van de tekenkamer is de vulling aan de voorzijde van de cilinder 37% van de zuigerslag en aan de achterzijde 45%. Dit verschil ontstaat dus door de eindige lengte van de drijfstang. De straal van krukcirkel kan willekeurig gekozen worden als we er maar voor zorgen dat de drijfstang- lengte steeds vijfmaal zo groot is. De tekening is dan op schaal en de afgelegde zuigerweg kan opgemeten worden en aan de hand van de schaal berekend worden. Als de straal van de krukcirkel 50 mm en de drijfstanglengte 250 mm genomen wordt, vinden we de zuigerweg direct in procenten van de zuigerslag. Dit is gemakkelijk bij het bepalen van de vulling omdat deze uitgedrukt wordt in procenten van de zuiger- slag.