Werking van de Regulateur

Hoofdpagina | Stoommachine | Onderdelen | Regulateur

Algemeen

Tijdens het draaien van de machine werkt op de gewichten de centrifugaalkracht. De centrifugaalkracht C grijpt aan in het zwaartepunt Z van het gewicht en is radiaal gericht. De centrifugaalkracht kan voor elk gewicht berekend worden met de formule:

       πn 
C= m {----}² OZ
       30

Hierin is m de massa van het gewicht in kg, n het aantal omw/min en OZ de afstand in meters van het hart O van de krukas tot het zwaartepunt Z.

Wanneer bij een bepaalde stand van de gewichten het effectief vermogen (asvermogen) van de machine groter is dan het krachtverbruik van de pomp neemt het aantal omwentelingen toe. Er ontstaat een grotere centrifugaalkracht C waardoor de gewichten naar buiten bewegen. De koppelstangbout (5) doorloopt daarbij een gedeelte van de boog CD. De koppelstang (7) neemt de koppelstangbout (6) van het verstelbaar excentriek mee en het verstelbaar excentriek draait linksom. Het middelpunt van het verstelbaar excentriek beweegt daarbij over de verstelweg richting E2. De resulterende excentriciteit en de vulling worden dan kleiner (zie Excentriek). De gewichten bewegen naar buiten tot de vulling een waarde heeft bereikt waarbij het effectief vermogen van de machine gelijk is geworden aan het krachtverbruik van de pomp. Het aantal omwentelingen is dan weer constant en de regulateur heeft een andere evenwichtsstand ingenomen. Als de weerstand in het klepbewegingsmechanisme en de eigen wrijving van de regulateur buiten beschouwing worden gelaten werken er in de evenwichtsstand twee krachten op elk gewicht namelijk, de centrifugaalkracht C en de veerkracht V. In de evenwichtsstand geldt dan de evenwichtsvergelijking:

C x h_c = V x h_v      [2].

De hefboomsarmen h_c en h_v zijn de loodrechte afstanden tussen het draaipunt van het gewicht en de werklijn van de centrifugaalkracht C en de veerkracht V. De eigen wrijving van de regulateur bestaat in hoofdzaak uit de wrijving tussen het gewicht en tap 13 en tussen het veeroog en tap 14.

Onderdelenlijst van beide tekeningen


1 Regulateurschijf	2 gewicht	3 Veer*
4 Moer*	5 Koppelstangbout	6 Koppelstangbout
7 Koppelstang*	8 Schuifbus	9 Spie
10 Stootblokje*	11 Stootblokje*	12 Opening in regulateurschijf
13 Tap (draaipunt gewicht)	14 Tap (bevestigingspunt veer)	15 Regulateur-schijfnaaf**
16 Sleuf in regulateurschijf-naaf**	17 Nok op schuifbus**	18 Stelring**
19 Sierkap**

een * positienummer alleen aangegeven in bovenste tekening
twee ** positienummer alleen aangegeven in onderste tekening

Wegvallen van de belasting.

Als de pomp afslaat valt het krachtverbruik van de pomp weg. De gewichten slaan maximaal uit tegen de stootblokjes (figuur pos 11). Het verstelbaar excentriek wordt nu zover teruggedraaid en de vulling zo klein dat de onbelaste machine niet op hol slaat, maar onbelast blijft doordraaien.

Het instellen van het aantal omwentelingen

Het juiste aantal omwentelingen kan worden ingesteld door de veer de juiste voorspanning te geven. Met de moeren (figuur pos 4) kan de veerspanning vergroot of verkleind worden. Door de moeren aan te draaien wordt de veerspanning vergroot en neemt het aantal omwentelingen toe. Door de moeren terug te draaien vindt het omgekeerde plaats. De voorspanning van de veer moet zo ingesteld zijn dat n = 200 omw/min.

Weerstand in het verstelmechanisme

Bij een constant aantal omwentelingen wordt de weerstand in het verstelmechanisme voor een groot gedeelte bepaald door de wrijving tussen het binnenexcentriek en het verstelbaar excentriek. Deze wrijving wordt veroorzaakt door:

De centrifugaalkracht die werkt op het verstelbaar excentriek en waarvan het aangrijpingspunt ligt in het zwaartepunt van het excentriek. Door het aanbrengen van het contragewicht is het zwaartepunt van het verstelbaar excentriek naar het middelpunt M₁ van het binnenexcentriek gebracht.

De centrifugaalkracht is nu

        πn
C = m {-----} ² OM₁
        30

Hierin is m de massa van het verstelbaar excentriek en OM₁ de afstand van het zwaartepunt tot het hart van de krukas.

Het grote wrijvingsmoment dat ontstaat door de grote straal van het binnenexcentriek en veroorzaakt wordt door de massa van het verstelbaar excentriek.

De wrijving tussen binnenexcentriek en verstelbaar excentriek is statische wrijving. Statische wrijving treedt op als beide excentrieken niet bewegen ten opzichte van elkaar en dat is bij een constant aantal omwentelingen het geval. Ook de eigen wrijving van de regulateur is statische wrijving. De statische wrijving is de weerstand die overwonnen moet worden om het verstelbaar excentriek in beweging te krijgen. De statische wrijving kan gebruikt worden om de afmetingen van de veer te verkleinen en de terugwerking vanuit de stoomverdeling op te vangen. Op het verstelbaar excentriek is een Stauffer vetpotten aangebracht waarmee vet tussen de loopvlakken van het binnenexcentriek en verstelbaar excentriek geperst kan worden om vreten te voorkomen.

Terugwerking vanuit de stoomverdeling

De terugwerking vanuit de stoomverdeling ontstaat tijdens het openen van de inlaatkleppen en veroorzaakt tweemaal per omwenteling een stoot in de excentriekstang. Het verstelbaar excentriek wordt door deze stoot niet versteld omdat de extra wrijving die hierdoor ontstaat tussen excentriekbeugel en verstelbaar excentriek kleiner is dan de statische wrijving tussen binnenexcentriek en verstelbaar excentriek. Hier treedt zelfremmendheid op. Zelfremmendheid treedt op in een mechanisme als alle krachten in evenwicht zijn met de wrijvingskracht van de statische wrijving zonder dat deze de maximale waarde bereikt. Om de wrijving tussen de excentriekbeugel en het verstelbaar excentriek te verminderen worden de loopvlakken gesmeerd met olie.

Tangentiële traagheidskracht

Op de gewichten werkt gedurende de snelheidsverandering (versnelling of vertraging) van de machine een tangentiële traagheidskracht. Deze kracht T grijpt aan in het zwaartepunt van het gewicht, staat loodrecht op OZ en is tegengesteld gericht aan de snelheidsverandering. Bij een toename van het aantal omwentelingen is de richting van de tangentiële traagheidskracht tegen de draairichting van de machine en bij een afname in de draairichting. Bij een toename van het aantal omwentelingen is het moment van de tangentiële traagheidskracht T x h_t, ten opzichte van het draaipunt van het gewicht, tegengesteld gericht aan het moment van de centrifugaalkracht C x h_c en bij een afname van het aantal omwentelingen gelijk gericht aan het moment van de centrifugaalkracht C x h_c. In beide gevallen werkt deze tangentiële traagheidskracht het verplaatsen van de gewichten tegen. De invloed van de tangentiële traagheid is niet steeds dezelfde omdat bij een andere stand van de gewichten een andere waarde van de hefboomsarm h_t behoort.

Uitslaan van de gewichten

De regulateur zal niet bij iedere snelheidsverandering van de machine van stand veranderen. De weerstanden (traagheidskrachten en wrijving), die tijdens het versnellen of vertragen in het klepbewegingsmechanisme en de regulateur ontstaan, moeten eerst overwonnen worden voordat de gewichten naar buiten of naar binnen bewegen. Het aantal omwentelingen zal dus eerst met een bepaalde hoeveelheid moeten toe- of afnemen voor de regulateur met de verstelbeweging begint. Als daarna de snelheidsverandering van de machine nog voortduurt, zullen de gewichten naar buiten of naar binnen bewegen tot er een nieuwe evenwichtsstand gevonden is.