STOOM CYCLUS

Inleiding

De cyclus van de Cruquius-machine komt vrijwel overeen met die van een gewone Cornwall-machine. In bijna alle varianten van deze cyclus wordt stoom gebruikt om een gewicht te heffen, waarna dat gewicht tijdens het zakken de pomp beweegt. Bij de Cruquius is het gewicht binnen geplaatst, het drukt op de stoomzuigers.

Stoom cyclus

Een demonstratie van de stoom cyclus vindt u op de demo pagina, een flashanimatie van Robert J H Gisolf © 1999.

Aan het begin van een slag zijn de zuigers in hun laagste stand en in rust (fig. A). De ruimte erboven is gevuld met afgewerkte stoom van de vorige slag. Alle kleppen zijn dicht, en in de condensor en onder de ringzuiger heerst vacuum.

1 stoomklep
2 evenwichtsklep
3 uitlaatklep
4 middenzuiger hogedruk HD
5 ringzuiger
lagedruk LD
stoomcyclus figuur A tekening robert j h gisolf
condensor 6 kruishoofd/gewicht 7
balansen 8
pomp 9
water in polder 10
stortvloer 11

 

stoomcyclus figuur B tekening robert j h gisolf
Nu gaan de uitlaat- en stoomkleppen open. De stoom boven de zuigers verdwijnt meteen naar de condensor, waar hij door ingespoten water wordt gecondenseerd. Boven de zuigers ontstaat vacuum. Onder de HD zuiger wordt verse stoom van 3 bar druk toegelaten, en het drukverschil duwt deze zuiger naar boven. Het kruishoofd en de LD zuiger gaan mee omhoog (fig. B).

 

stoomcyclus figuur C tekening robert j h gisolf
De pompzuigers zakken, en hun kleppen gaan vanzelf open. De LD zuiger heeft boven en onder vacuum, is dus in evenwicht en draagt niet bij aan de opwaartse kracht. Ongeveer halverwege omhoog wordt de stoomklep gesloten, maar de uitlaatklep blijft open. De zuigers gaan verder omhoog waarbij de stoom onder de HD zuiger expandeert. De druk vermindert, en de opwaartse kracht dus ook. De machine vertraagt en komt, als hij goed is ingesteld, tot stilstand in de bovenste stand, waar de uitlaatklep sluit (fig. C).

 

stoomcyclus figuur D tekening robert j h gisolf
Na een korte pauze, waarin de pompzuiger-kleppen dicht kunnen vallen, gaat de evenwichtsklep open. De gedeeltelijk geëxpandeerde stoom stroomt nu van onder de HD zuiger naar de gezamenlijke ruimte boven beide zuigers. Zuigers en kruishoofd dalen door de zwaartekracht, geholpen door het drukverschil over de LD zuiger (fig. D). De stoom zet verder uit. De pompzuigers voeren water op, nieuw polderwater stroomt toe via de voetkleppen. Aan het eind van de pompslag wordt de evenwichtsklep gesloten, en de machine komt tot stilstand in de startpositie. Na een instelbare pauze begint de volgende slag.


Kleppen en hun bediening

Een grote machine heeft grote kleppen, en voor geringe verliezen moeten die snel openen en sluiten. In Cornwall werd een dubbelzitting-klep ontwikkeld, met kleine hef-hoogte en grote doorlaat, vrijwel gebalanceerd. De kracht om deze klep te openen is dus relatief klein. De uitlaatklep van de Cruquius is 660 mm rond!
Elke klep wordt op dezelfde manier bediend: een hef-boom sluit hem, tegen een gewicht in; en hij wordt gesloten gehouden door een pal met een hefboom, die op het juiste moment wordt gelicht door een `katarakt´. Een open klep wordt gesloten door een scheen op de `klossenstang´, die met de machine op en neer gaat. Zowel openen als sluiten kan ook met de hand gebeuren, bijv. tijdens starten. Verschillende vergrendelingen voorkomen ongewenste combinaties van klepstanden.
De twee bovengenoemde pauzes worden verkregen door tijdvertragers, `katarakten´ genaamd. Die naam is een overblijfsel van de oudste vorm van tijdvertraging. Hierin vult een dun straaltje water (Engels `cataract´) geleidelijk een bak die, eenmaal vol, omkiept. Latere katarakten hebben een gewicht-belaste plunjer, die water uit een cilinder perst via een instelbare opening, tot een pal gelicht wordt. Ga voor meer informatie over de kleppenbesturing naar de kloswerk pagina.

Opstarten

Vanuit stilstand kan de beschreven cyclus niet meteen gestart worden. De cilinder is koud, en er is geen vacuum in de condensor. Het starten van een grote machine van dit type kan wel vijftien of twintig minuten duren. De cilinder wordt met stoom doorgespoeld om hem langzaam te verwarmen. Dan wordt een aantal slagen met handbediening gemaakt om de lucht uit de condensor te drijven en het vacuum op te bouwen. Pas dan worden de katarakten ingeschakeld voor automatisch bedrijf.
De waakzaamheid van de machinist van een Cornwall-machine mag nooit verslappen. Hij moet voortdurend op de slaglengte letten, die kan veranderen door kleine belastingvariaties, of zelfs door de smering. Voortdurend zijn kleine bijstellingen nodig.

De 'hydrauliek'

De grote pompzuiger-kleppen sluiten nogal traag, en dat veroorzaakt een probleem in de hoogste stand. De grote massa van zuigers en kruishoofd wordt opgedrukt door een veerkrachtig stoomkussen, en als hij vertraagt kan hij een paar maal `deinen´ alvorens tot stilstand te komen. De pompzuigers deinen natuurlijk mee, en als ze omhoog gaan met de kleppen nog open, dan kan de waterstroom de kleppen met kracht dichtslaan. Dat zou schade kunnen veroorzaken.
De oplossing: gebruik een waterkolom om het gewicht vast te ondersteunen tot de pompzuiger-kleppen dicht zijn. Aan oren aan het kruishoofd zijn twee plunjers bevestigd, die bij het omhoog gaan water aanzuigen via kleine terugslagkleppen. Dit water draagt dan het gewicht tot het, na de vereiste pauze, door een klep kan wegstromen. De plunjers, kleppen, pijpen en standpijpen worden samen de `hydrauliek´ genoemd; deze is uniek voor de Haarlemmermeer-machines.