Part 7
Voor stoomwerktuigen van lage drukking laat men, gelijk gezegd is, de stoom in vele gevallen tot omstreeks drie vierde van den zuigerslag in den cilinder vloeijen; in § 47 is gezegd, dat men in die werktuigen gewoonlijk met stoom werkt, die op 129 Ned. looden per vierkanten Ned. duim gespannen is, en dat die spanning vermindert tot op 120 looden van wege den tegendruk, welke in den condensor heerscht. Zoodanige met 120 looden drukkende, en op drie vierde gedeelte van den zuigerslag afgesloten wordende stoom, geeft volgens de tafel, met Factoor 0.966 vermenigvuldigd, eene gemiddelde stoomspanning van 115-9/10 Ned. looden per vierkanten Ned. duim. Men ziet dus op welke wijze men met behulp van deze tafel, den gemiddelden stoomdruk door ontspanning veroorzaakt, op den zuiger kan vinden, om alzoo over het effectief vermogen van het werktuig, in verband met de daarvoor noodige hoeveelheid stoom beter te kunnen oordeelen; terwijl de § 49 opgegeven regel alleen voor het vinden van het nominaal vermogen strekt, dat is: van het nabij komend aantal werkende paarden van gemiddelde sterkte, waarvoor dan ook die algemeene regel voldoende is. Maar voor stoomwerktuigen van zoogenaamde middelbare en hooge drukking, is een zoo algemeene regel ter berekening van derzelver nominaal vermogen, niet toe te passen; eensdeels omdat de spanning van den invloeijenden stoom daarin zeer onderscheiden is, en anderdeels omdat de stoomontspanning in deze werktuigen ook veel onderling verschilt, zoodat men voor dergelijke berekening, in het bijzonder, op de eigenlijke spanning van den toegevloeiden stoom en op deszelfs ontspanmaat in den cilinder moet letten, zoo als wij later zullen opgeven.
§ 64.
Het doen ontspannen van den stoom in den cilinder levert wel bezuiniging van brandstoffen op, maar de cilinders moeten daarvoor ook grooter genomen worden, welke vermeerdering in zwaarte en uitgebreidheid echter door de verkregene bezuiniging van brandstoffen rijkelijk wordt vergoed; vooral in stoomvaartuigen, waar het in het bijzonder op het geringste verbruik brandstoffen aankomt, dewijl de ruimte ter berging daarin zeer beperkt is. Voor stoomrijtuigen wordt hierop minder gelet, dewijl men daar in een klein bestek veel kracht moet ontwikkelen, dus met kleine cilinders het grootste vermogen zoekt te verkrijgen ten koste van eenige meerdere brandstof, welke men zich liever getroost, van voorraadplaatsen van tijd tot tijd op te nemen[5]. In het algemeen zij gezegd: dat men door aanwending van met ontspanning werkenden stoom, uit de brandstoffen, het element der kracht, meer nut trekt, dat is: het te verrigten werk, of de af te leggen weg, zal betrekkelijk minder uitgaven aan brandstoffen kosten.
[5] De Belgische werktuigkundige _de Ridder_ schijnt ontspanning van stoom in stoomrijtuigen meer te willen toepassen.
§ 65.
Uit hetgeen over de stoomontspanning gezegd is, laat zich de mogelijkheid begrijpen, hoe men door het doen vloeijen van eene kleine hoeveelheid hooger gespannen stoom in eenen cilinder, en dien daarin te doen ontspannen, tegen den daarin bewegenden zuiger, denzelfden gemiddelden druk kan daarstellen, gelijk gewoonlijk in stoomwerktuigen van lagen druk plaats vindt. Laat bij voorbeeld: slechts tot een vierde deel van den zuigerslag, stoom in den cilinder toegelaten zijn, welks spanning 99.8 Ned. lood boven den gemiddelden druk des dampkrings, dus in het geheel 203.1 Ned. lood. bedraagt, en laat die spanning van wege den Condensor, met 9 Ned. looden verminderd, bij gevolg, 194.1 Ned. looden per vierk. Ned. duim worden, dan zal volgens de tafel, in § 62 gegeven, 0.597 maal 194.1 gelijk zijn aan 115.9 Ned. looden gemiddelden stoomdruk voor den ganschen zuigerslag: dezelfde gemiddelde stoomdruk, die in § 63 gevonden is, wanneer met stoom gewerkt wordt, die slechts met eene spanning van 129 Ned. looden in den cilinder vloeit, doch waarvan de ontspanning niet eer begint, dan op drie vierde van den zuigerslag.
§ 66.
De stoom heeft nog eene algemeene eigenschap, welke hier vermeld moet worden, namelijk: dat hetzelfde gewigt stoom, onverschillig van welke spanning, altijd dezelfde hoeveelheid warmte inhoudt; of anders gezegd, (daar het gewigt van den stoom het gewigt van deszelfs bestanddeel water is) dat een zelfde gewigt water altijd dezelfde hoeveelheid warmte noodig heeft, om in stoom over te gaan, onverschillig van welke spanning; bij voorbeeld: Een Ned. pond water levert 1385 kubieke palmen stoom, op de spanning, die volgens § 54 voor machinen van lagen druk, gebruikelijk is, op den thermometer 224 graden teekenende; de noodige warmte voor die overgang in stoom is nu gelijk aan die, welke vereischt wordt, om evenveel water in stoom van dubbele spanning te doen overgaan, niettegenstaande deze laatste hooger temperatuur op den thermometer teekent. Een Ned. pond water zal alzoo leveren 735 kubieke palmen stoom op 2 maal 129 of 258 Ned. looden (de dampkringsdruk daaronder begrepen) gespannen, terwijl de thermometer daarin 263.8 graden zal aanwijzen; het onderscheid bestaat dus alleen hierin, dat namelijk: gelijk gewigt hooger gespannen stoom minder uitgebreidheid bezit, en dat in hooger gespannen stoom minder warmte verborgen is, (zie § 5) waardoor meer warmte wordt vrijgelaten, en de thermometer alzoo hooger wijst. Uit dit voorbeeld ziet men tevens, overeenkomstig hetgeen vroeger gezegd is, dat dubbel gespannen stoom een weinig meer dan de halve volume van den eersten beslaat.
Voor eenen stoomcilinder, waarin een zuiger van 57 Ned. duimen middellijn met 114 Ned. duimen slaglengte werkt, en welke zuiger 26 dubbele slagen in eene minuut volbrengt, zal volgens § 56 in een uur tijds 936 kubieke ellen stoom ter geheele vulling noodig zijn; nu hebben wij in § 63 gezien, dat wanneer die cilinder tot drie vierde van den zuigerslag met stoom op 129 Ned. looden, dat is: 25.7 Ned. looden, boven den gemidd. dampkringsdruk gespannen, gevuld is, deze door ontspanning eenen gemiddelden druk tegen den zuiger zal uitoefenen van 115.9 Ned. looden; en volgens § 65 dat de zuiger dien zelfden gemiddelden druk zal ondergaan, wanneer men den cilinder slechts tot een vierde deel van den zuigerslag met hooger gespannen stoom voorziet, en wel op 99.8 Ned. looden boven den gemidd. dampkringsdruk; men heeft dan voor het eerste geval 702 kubieke ellen stoom van lagen druk per uur noodig, en voor het tweede geval slechts 234 kubieke ellen hooger gespannen stoom of stoom van zoogenaamden middelbaren druk, terwijl in beide gevallen de zuiger gelijken gemiddelden druk ondergaat. Nu is het gewigt van 702 kubieke ellen zoo gespannen stoom van lagen druk (72-1/4 Ned. looden per kubieke el) 507-2/10 Ned. ponden, en van 234 kubieke ellen zoo gespannen stoom van middelbaren druk, (109-1/2 Ned. looden per kubieke el) 256-1/4 Ned. ponden; derhalve heeft men in het laatste geval voor de daarstelling van een zelfde druk vermogen op den zuiger, weinig meer dan het halve gewigt water noodig, om in stoom te doen overgaan, terwijl die gelijkheid in vermogen, alleen door de belangrijke meerdere stoomontspanning wordt te weeg gebragt.
§ 67.
De algemeene regel welken wij in § 49 opgegeven hebben, voor het vinden van het nominaal vermogen in paardenkrachten van een stoomwerktuig van lagen druk, is ook geldende voor alle gevallen, dat de stoom, ontspannende, denzelfden gemiddelden druk op den zuiger uitoefent, als gewoonlijk in stoomwerktuigen van lagen druk plaats vindt, onverschillig met welke spanning de stoom in den cilinder is gevloeid; doch die regel geldt niet meer, wanneer de gemiddelde stoomdruk op den zuiger, hetzij met of zonder ontspanning, den gebruikelijken in stoomwerktuigen van lagen druk te veel overtreft, gelijk met zoogenaamde middelbaren- of hoogendruk-stoomwerktuigen het geval is.
§ 68.
Stoomwerktuigen, welke op derzelver zuiger eenen meerderen druk dan den gewonen stoom van lagen druk ontvangen, zijn niet altijd met eenen condensor en ledigende luchtpomp voorzien; de zoogenaamde van middelbare drukking, zijnde de zoodanigen die volgens § 18, tot eene uiterste stoomspanning van 3-1/2 atmospheer boven den gemiddelden dampkringsdruk werken, missen veelal condensor en luchtpomp. In dat geval wordt de stoom welke tot voortstuwing van den zuiger gediend heeft, bij elken slag in de opene lucht, of in den schoorsteen des ketels ter bevordering van de trekking der vuren ontlast; zoo dat alsdan, de tegenstand aan de andere zijde des zuigers, minstens aan eenen dampkringsdruk gelijk is, terwijl bij dat gemis van condensor en luchtpomp de wrijving niet behoeft overwonnen te worden, welke het in beweging houden van den luchtpompzuiger kost, evenmin als er vermogen verloren gaat voor het daarmede opgebragte water en lucht. Wanneer in werktuigen van zoogenaamde middelbare drukking condensor met luchtpomp bestaat, dan is over het algemeen genomen, de vernietiging of condensering van den stoom, die gediend heeft, niet zoo volmaakt als in stoomwerktuigen van lagen druk; zoodat op den daaruit ontstaanden grooteren tegenstand, welke de stoomzuiger daardoor ondergaat, nog in het bijzonder gelet moet worden.
Om den tegenstand, welke binnen den condensor voor den stoomzuiger bestaat, te kennen, zijn de condensors veelal met eenen daarvoor geschikten meter voorzien, die manometer en ook barometer geheeten wordt, en waarop dien tegenstand dadelijk kan afgelezen worden; met eenen gewonen thermometer kan men ook de warmte, welke binnen den condensor heerscht, waarnemen, en daaruit den hier bedoelden tegenstand herkennen, de onderstaande tafel daarbij raadplegende.
+------------------------+-------------------------+ | AANWIJZING VAN DEN | TEGENSTAND VOOR DEN | | THERMOMETER BINNEN DEN | STOOMZUIGER PER VIERK. | | CONDENSOR | NED. DUIM. | +------------------------+-------------------------+ | 90 graden . . | 4. 7 Ned. looden. | | 100 " . . | 6. 4 -- | | 110 " . . | 8. 7 -- | | 120 " . . | 11. 5 -- | | 130 " . . | 14. 9 -- | | 140 " . . | 19. 8 -- | | 150 " . . | 25. 6 -- | | 160 " . . | 32. 6 -- | | 170 " . . | 41. 5 -- | | 180 " . . | 52. 2 -- | | 190 " . . | 65. 2 -- | | 200 " . . | 81. 3 -- | | 210 " . . | 99. 4 -- | +------------------------+-------------------------+
Indien dan een in den condensor geplaatste thermometer, waarvan de buis uitwendig zigtbaar is, 110 graden teekent, zoo zal de zuiger 8-7/10 Ned. looden tegendruk per vierkanten Ned. duim ondervinden, waarmede dus de stoomdruk aan de andere zijde vermindert.
§ 69.
Stoomwerktuigen van hoogen druk houden condensor noch luchtpomp, daarin bedraagt dus de tegenstand van den stoomzuiger, gelijk gezegd is, minstens eenen dampkringsdruk, dat is gemiddeld 103.3 Ned. looden per vierkanten Ned. duim; wel heeft men bij gemis van condensor en luchtpomp eenen zoogenaamden refringirator of verkoeler, waardoor de stoom alvorens in de opene lucht of in den schoorsteen te ontlasten, doorgaat, maar deze dient alleen, om van den ontvliedenden stoom nog verwarmd water te trekken, of daarmede water te verwarmen, voordeelig voor de voeding des ketels of voor de aanvulling van het daaruit verstoomde water. § 70. Het herkennen van de spanning, waarmede de stoom in den cilinder valt, geschiedt op eenen daarbij geplaatsten stoommeter; de stoommeter wijst altijd de spanning boven den bestaanden druk des dampkrings aan, zoodat men bij die aanwijzing, gemiddeld 103.3 Ned. looden moet tellen, om de totale spanning, welke binnen den ketel bestaat, te kennen. Hoeveel de stoom vervolgens in den cilinder ontspant, kan ontdekt worden, door aan de stoomschuif de vereischte beweging in verband met die des zuigers te geven, en daarbij op te merken, op welk gedeelte van den zuigerslag de stoomafsluiting plaats vindt, of de ontspanning aanvangt[6].
[6] In hetzelfde werkje dat in de noot op bladz. 65 aangehaald is, staat eenen regel opgegeven, volgens welken men door berekening het gedeelte zuigerslag kan vinden, waarop de stoom door de stoomschuif wordt afgesloten, en de stoomontspanning begint.
§ 71.
De spanning van den stoom, zoo als die in den cilinder valt, deszelfs ontspanmaat, en den tegenstand welken de zuiger aan de andere zijde ondervindt, kennende, zoo kan men met gegevene middellijn van stoomzuiger en lengte van deszelfs slag, het nominaal vermogen in paardenkrachten vinden van stoomwerktuigen van zoogenaamden middelbaren en hoogen druk, naar de volgende regelen:
=REGEL=
VOOR STOOMWERKTUIGEN VAN ZOOGENAAMDE MIDDELBARE DRUKKING, WELKE CONDENSOR EN LUCHTPOMP BEZITTEN.
Tel eerst bij de stoomspanning in Ned. looden per vierkanten Ned. duim, welke de stoommeter aanwijst, 103.3 Ned. looden, trek van de som den tegendruk binnen den condensor, door manometer of thermometer aangewezen, af, vermenigvuldig de rest met den overeenkomstigen factoor voor stoomontspanning (wanneer die plaats vindt) volgens de tafel van § 62, noem dit produkt _zuigerdruk_; vermenigvuldig, vervolgens het getal Ned. duimen, waaraan de middellijn van den stoomzuiger gelijk is, met zich zelf en het produkt met het getal Ned. ellen, hetwelk de zuiger in eene minuut doorloopt, overeenkomstig deszelfs slaglengte uit de tafel van § 49 op te maken; het laatste produkt met den eerstgevondenen _zuigerdruk_ vermenigvuldigende, en dit eindprodukt door 1.263000 deelende, zal het komende quotient het gevraagde getal nominale paardenkrachten opleveren.
VOORBEELDEN.
Eerste Geval.
MET STOOMONTSPANNING BINNEN DEN CILINDER.
Zij de aanwijzing van den stoommeter 206.6 N. looden. De tegendruk in den condensor 50.0 " Aanvang van de stoomontspanning, 3/8 van den zuigerslag. Middellijn van den zuiger 57 Ned. duimen. Zuigerslaglengte 1.14 Ned. el.
bij 206.6 aanwijzing van den stoommeter tel 103.3 --------- 309.9 af 50.0 tegendruk in den condensor ------- rest 259.9 maal 0.743 voor factoor stoomontspanning (§ 62) ------ geeft 193.1 Ned. looden _zuigerdruk_ =========
nu is de middellijn van den zuiger 57 maal 57 -------- geeft 3249 maal zuigersnelheid per minuut, 60 (§ 49) -------- geeft 194940 maal 193.1 voor _zuigerdr._ -------- geeft 37642914 gedeeld door 1263000 -------- is het Quotient 29.8
dat is: het nominaal vermogen zal aan ruim 29-3/4 paardenkrachten gelijk zijn.
Tweede Geval
ZONDER STOOMONTSPANNING BINNEN DEN CILINDER.
Zij de aanwijzing van den stoommeter 200.6 N. looden. De tegendruk in den condensor 80.0 " Middellijn van den zuiger 57 Ned. duimen. Zuigerslaglengte 1.14 Ned. ellen.
bij 206.6 aanwijzing van den stoommeter. tel 103.3 ---------- 309.9 af 80.0 tegendruk in den condensor ---------- rest 229.9 Ned. looden _zuigerdruk_. =========
nu is de middellijn van den zuiger 57 maal 57 ------- geeft 3249 maal zuigersnelheid per minuut, 60 (§ 49) ------- geeft 194940 maal 229.9 voor _zuigerdr._ ------- geeft 44816706 gedeeld door 1263000 ------- is het quotient 35.5 ======
dat is: het nominaal vermogen zal aan 35-1/2 paardenkrachten gelijk zijn.
§ 72.
=REGEL=
VOOR STOOMWERKTUIGEN VAN ZOOGENAAMDE MIDDELBARE DRUKKING, WELKE CONDENSOR NOCH LUCHTPOMP BEZITTEN.
Vermenigvuldig eerst het getal Ned. looden stoomspanning per vierkanten Ned. duim, hetwelk de stoommeter aanwijst, met den overeenkomstigen factoor voor stoomontspanning, (wanneer die plaats vindt), volgens de tafel van § 62; noem dit produkt _zuigerdruk_; vermenigvuldig, ten andere, het getal Ned. duimen, waaraan de middellijn van den stoomzuiger gelijk is, met zich zelf en het produkt met het getal Ned. ellen, hetwelk de zuiger in eene minuut doorloopt, overeenkomstig deszelfs slaglengte uit de tafel van § 49 op te maken; dit laatste produkt met den eerstgevondenen _zuigerdruk_ vermenigvuldigende, en het eindprodukt door 1237000 deelende, dan zal het aldus bekomen quotient het gevraagde getal nominale paardenkrachten opleveren.
VOORBEELDEN.
_Eerste Geval._
MET STOOMONTSPANNING BINNEN DEN CILINDER.
Zij de aanwijzing van den stoommeter 300.9 N. looden. Aanvang van de stoomontspanning 3/8 van den zuigerslag. Middellijn van den zuiger 57 Ned. duimen. Zuigerslaglengte 1.14 Ned. ellen.
309.9 stoommeter aanwijzing maal 0.743 voor factoor stoomontspanning (§ 62) ------ geeft 230.3 Ned. looden _zuigerdruk_ nu is de middellijn van den zuiger 57 maal 57 ---- geeft 3249 maal zuigersnelheid per minuut 60 (§ 49) ------ geeft 194940 maal 230.3 voor _zuigerdruk_. ------ geeft 44894682 gedeeld door 1237000 -------- geeft tot quotient 36.3 ========
dat is: het nominaal vermogen zal aan ruim 36-1/4 paardenkrachten gelijk zijn.
_Tweede Geval._
ZONDER STOOMONTSPANNING BINNEN DEN CILINDER.
Zij de aanwijzing van den stoommeter 309.9 N. looden. Middellijn van den zuiger 57 Ned. duimen. Zuigerslaglengte 1.14 Ned. el.
309.9 stoommeter aanwijzing is _zuigerdruk_. =====
nu is de middellijn van den zuiger 57 maal 57 ------- geeft 3249 maal zuigersnelheid per minuut 60 (§ 49) ------- geeft 194940 maal 309.9 voor _zuigerdr._ ------- geeft 60455906 gedeeld door 1237000 ------- geeft tot quotient 48.9
dat is: het nominaal vermogen zal aan bijna 49 paardenkrachten gelijk zijn.
§ 73.
In stoomwerktuigen van hoogen druk wordt volgens § 18 stoom gebezigd, welks spanning meer dan 3-1/2 dampkringsdruk bedraagt; hooger dan tot 8 dampkringen, gaat die spanning in deze soort van werktuigen zelden: het is dus tusschen 3-1/2 en 8 dampkringsdrukkingen, boven den gemiddelden, dat de volgende regel geldt, gelijk gezegd is voor werktuigen, die condensor noch luchtpomp bezitten, en soms slechts met eenen refringirator tot het verkrijgen van verwarmd voedingwater voor den ketel voorzien.
=REGEL=
VOOR STOOMWERKTUIGEN VAN HOOGEN DRUK.
Vermenigvuldig eerst het getal Ned. looden stoomspanning per vierkante Ned. duim, hetwelk de stoommeter aanwijst, met den overeenkomstigen factoor voor stoomontspanning, (wanneer die plaats vindt), volgens de tafel van § 62, noem dit produkt _zuigerdruk_; vermenigvuldig vervolgens het getal Ned. duimen, waaraan de middellijn van den stoomzuiger gelijk is, met zich zelf, en het produkt met het getal Ned. ellen, hetwelk de zuiger in eene minuut doorloopt, overeenkomstig deszelfs slaglengte, uit de tafel van § 49 op te maken, dit laatste produkt met den eerstgevondenen _zuigerdruk_ vermenigvuldigende, en het eindprodukt door 1210000 deelende, zal het komende quotiënt het gevraagde getal nominale paardenkrachten opleveren:
VOORBEELDEN.
Eerste Geval.
MET STOOMONTSPANNING BINNEN DEN CILINDER.
Zij de aanwijzing van den stoommeter 516.5 N. looden. Aanvang van de stoomontspanning 3/8 van den zuigerslag. Middellijn van den zuiger 57 Ned. duim. Zuigerslaglengte 1.14 Ned. el.
516.5 stoommeter aanwijzing is _zuigerdruk_ maal 0.743 voor Factoor stoomontspanning (§ 62) ------ geeft 383.8 Ned. looden _zuigerdruk_.
nu is de middellijn van den zuiger 57 maal 57 ------ 3249 maal zuigersnelheid per minuut 60 (§ 49) ------ geeft 194940 maal: 383.8 voor _zuigerdruk_. ------ geeft 74817972 gedeeld door 1210000 -------- geeft tot quotient 61.8
dat is: het nominaal vermogen zal aan ruim 61-3/4 paardenkrachten gelijk zijn.
Tweede Geval.
ZONDER STOOMONTSPANNING BINNEN DEN CILINDER.
Zij de aanwijzing van den stoommeter 516.5 Ned. looden. Middellijn van den zuiger 57 Ned. duimen. Zuigerslaglengte 1.14 Ned. El. 516.5 stoommeter aanwijzing, is _zuigerdruk_, -----
nu is de middellijn van den zuiger 57 maal 57 ------ 3249 maal zuigersnelheid per minuut 60 (§ 49) ------ geeft 194940 maal 516.5 voor _zuigerdr._ -------- geeft 100686510 gedeeld door 1210000 -------- geeft tot quotient 83.2 =========
dat is: het nominaal vermogen zal aan bijna 83-1/4 paardenkrachten gelijk zijn.
§ 74.
De bovenstaande uitgewerkte voorbeelden in getallen, zijn opzettelijk voor eene zelfde zuigermaat en slaglengte gekozen, alleen om daardoor een goed vergelijkend overzigt te verschaffen. De lezer zal, ter bevordering van het goede begrip, weldoen, met andere gegevens gelijke berekeningen te bewerken, en bijaldien zulke gegevens genomen worden, naar bestaande Machinen, dan zal het daarmede gevonden nominaal vermogen, des te minder van het effectief, door de machine uitgewerkt, vermogen verschillen, hoe nader de werkelijke snelheid, in verband met de slaglengte van den zuiger, bij die der tafel van § 49 komt. Het nabijkomend effectief vermogen van eenige machine dus willende kennen, dan zal men de werkelijke of waargenomene snelheid van den zuiger in de berekening moeten bezigen, in plaats van die der tafel, wanneer deze daarmede niet overeenkomt; echter blijft in het algemeen de machine den krachtnaam voeren, welke een berekend nominaal vermogen met de zuigersnelheid volgens de tafel, onaangezien de waargenomene snelheid, oplevert, op dat dit zoo berekend nominaal vermogen dienen zoude, voor de vergelijking der vermogens van verschillende stoommachinen onderling, wanneer voor dezelfde gevallen denzelfden opgegeven' regel gevolgd wordt.
§ 75.
De vereischte hoeveelheid stoom, waarmede de cilinder van eenig stoomwerktuig in eenen bepaalden tijd moet voorzien worden, is voor de laatste voorbeelden in getallen, evenzoo te berekenen, als in § 56 en 57 geschied is; de hoeveelheid stoom met deszelfs spanning kennende, is deszelfs gewigt, of dat van het inbegrepen water, in de volgende tafel te vinden.