Techniek de Injecteur

De Injecteur

Een stoommachine kan alleen werken als er voldoende water in de ketel zit. De wet schrijft voor dat er voldoende waarborgen moeten zijn dat dit altijd zo is. Meestal zijn de stoommachines daarom uitgerust met een voeding pomp en injecteurs. Over injecteurs stond enige tijd geleden een interessant artikel in Steam Supreme, het blad van de Traction Engine club in Melbourne geschreven door Jo Lloyd, secretaris van de club.

Hieronder met toestemming van Jo dit artikel.

De meeste machinisten bekijken injecteurs met een zekere argwaan. Niet alleen omdat ze heel temperamentvol kunnen reageren maar ook het idee dat een dergelijk stukje fitwerk in staat is om water tegen een hogere druk in de ketel te brengen, klinkt als iets onmogelijks. Ondanks deze argwaan is een betrouwbare injecteur een effectieve manier om water in de ketel te krijgen.

De natuurkundige eigenschappen van de verschillende soorten mechanische pompen zijn makkelijk te begrijpen, maar de werking van de injecteur waarbij een stroom stoom uit de ketel wordt gebruikt om een vele malen grotere hoeveelheid water tegen de keteldruk in de ketel in te persen doet vreemd aan. Het is daarom niet vreemd dat velen die dit voor het eerst zagen dachten dat dit een vorm van het onmogelijke perpetuum mobilee was.

We mogen de Franse uitvinder Henri Giffard danken die de mogelijkheid zag en het in 1850 liet patenteren. Giffards vergaarde zijn eerste bekendheid in de ontwikkeling van de eerste machinaal aangedreven ballon voor passagierstransport. Deze met waterstof gevulde ballon werd aangedreven door een 3 pk stoommachine en hij patenteerde het ontwerp van een injecteur als een lichtgewicht alternatief voor een voedingwater pomp. Maar hij ging er niet mee verder en heeft er ook geen een verkocht. Hij verkocht de rechten aan Britse en Amerikaanse bedrijven die zijn ideeën in productie brachten.

Werking

Het hart van een injecteur bestaat uit 3 conussen, de stoomconus, de mengconus en de uitvoerconus. Stoom treedt binnen door de stoomconus. In deze conus neemt de snelheid van de stoom toe en daalt de druk op dezelfde manier als in een tuinsproeier die een snelle jet van water produceert. De snelheid van de stoomjet (“straalstroom”) is erg hoog. Bij een stoomdruk van 10 Bar blaast de stoom naar atmosferische druk uit met een snelheid van 585 m/sec!

De stoomconus komt uit in de mond van de mengconus waar de stoomjet uitkomt in de waterstroom. In het geval van een aanzuiginjecteur, en dat is het type dat op stoomtrekkers zit, zal het water worden meegezogen vanuit de voorraadtank (of sloot). Door het koude water condenseert de stoom; een deel van de warmte energie uit de stoom (condensatiewarmte) wordt omgezet in mechanische energie als het water sneller gaat stromen (de conusdiameter wordt kleiner) wat een zeer hoge watersnelheid geeft. Deze waterstroom gaat door een kleine uitstroomopening in een conus met toenemende diameter waardoor de watersnelheid afneemt en deze snelheidsenergie wordt omgezet in drukenergie (denk aan de wetten van Bernouilli die je lang geleden op school hebt geleerd). Deze verhoogde druk is hoger dan de keteldruk en het water drukt de terugslagklep open en stroomt in de ketel.

1kg stoom kan op deze manier ongeveer 11 kg water naar de ketel stuwen. De opening tussen de mengconus en uitvoerconus maakt het mogelijk dat het stoom en watermengsel kan wegstromen door de overloop (overflow) totdat het geheel in evenwicht is. De meeste injecteurs op stoomtrekkers en walsen zijn van het zelfstartende type. Als de stroom wordt onderbroken kan alleen opnieuw worden gestart als het water uit de injecteur is afgetapt.. Om dit mogelijk te maken is de overloop afgesloten met een terugslagklep waarin de klep opent als de druk in de mix conus en overloop gelijk is Het water kan dan wegstromen en de stoomstraal kan weer op gang komen. Als het water weer wordt aangezogen en het hele proces weer op gang komt gaat de terugslagklep weer dicht.

Injecteurs worden ontworpen voor een bepaalde werkdruk. Sommige ketels hebben daarom een hoge druk en een lage druk injecteur om zo het hele werkdrukgebied van de ketel af te dekken. De verhouding tussen de diameters van de punt van de stoomconus en de doorlaat van de mengconus op dat punt bepalen het drukgebied.

In bedrijf

Het belangrijkste waar men aan moet denken bij het gebruik van een injecteur is dat de energie waar hij mee werkt de condensatie van stoom is. De injecteur moet koud genoeg zijn om zeker te zijn dat de stoom condenseert; anders werkt hij absoluut niet. Het is daarom belangrijk dat eerst de waterkraan wordt opengedraaid en ook als laatste weer wordt dichtgedraaid.
1. Open de waterkraan volledig.
2. Open de stoomtoevoer volledig.
3. Kijk naar de overloop. Als de injecteur goed werkt komt daar geen water uit.
4. Als water uit de overloop komt, draai dan de waterkraan geleidelijk dicht tot de overloop stopt.
5. Als er stoom uit de overloop komt werkt de injecteur niet. Draai de stoomtoevoer dicht en controleer alles op mogelijke problemen.
Als alles goed werkt moet de injecteur een zacht zingend geluid produceren.

Problemen

Injecteur te warm. Allereerst moet worden gekeken of de injecteur te warm is. Wanneer hij te warm is zal het voedingwater te veel worden opgewarmd om de stoom te kunnen laten condenseren. De injecteur is misschien te warm geworden door de stoomkraan open te laten staan zonder toevoer van water. Of misschien een lekkende terugslagklep vanuit de ketel waardoor warm ketelwater terugstroomt. Giet een emmer koud water over de injecteur om hem voldoende af te koelen en dan doet hij het meestal weer.
Temperatuur voedingwater. De temperatuur van het voedingwater is ook heel belangrijk. Hoe kouder het voedingwater is, des te beter werkt de injecteur. Als het water in de voedingtank warm is zal de injecteur niet werken. Dit kan worden veroorzaakt door lekkende terugslagkleppen waardoor warm ketelwater teruglekt of door de zon op een warme dag. Koel de voorraadtank af door vers koud water bij te voegen.
Luchtlekken. Luchtlekken in het fitwerk kunnen ervoor zorgen dat de injecteur geen water aanzuigt. Een luchtlek is meestal de oorzaak van onderbroken of langzaam aanzuigen door de injecteur. Een injecteur die eerst moeilijk start maar het daarna wel goed doet zal vrijwel zeker een luchtlek hebben.
Onvoldoende water. Onvoldoende water toevoer is een ander probleem; het is niet mogelijk om water aan te zuigen uit een (vrijwel) lege voedingwatertank, onverschillig hoe goed de injecteur is. Ook modder en slik rond de voetklep van de aanzuigpijp in de tank kan problemen geven.
Druk. De keteldruk moet in het werkgebied van de injecteur liggen.
Versleten conussen. Conussen kunnen slijten en moeten dan worden vervangen. Er kan zich ook kalk of vuil op afzetten wanneer het voedingwater een hoge hardheid heeft.
Fitwerk. Controleer of de terugslagklep goed werkt en dat de stopklep open staat. Roest en vuil in de leidingen zal ook een goede werking van de injecteur verhinderen.

Voordelen van de injecteur

Een goed werkende injecteur heeft een hoog rendement, is snel en kan ook worden gebruikt als de machine niet draait, in tegenstelling tot een pomp. Omdat het water wordt opgewarmd in de injecteur krijgt de ketel minder koude klappen.

Onderhoud

Als een injecteur niet betrouwbaar werkt of alleen bij een beperkt drukgebied of alleen na veel gehannes met de stoom en watertoevoer is er iets mis dat zal moeten worden opgezocht.
De injecteur en het fitwerk zullen moeten worden gecontroleerd op lekken en de filters op verstoppingen en schoon worden gemaakt.
De voedingwatertank moet vrij zijn van slik.
De conussen moeten voorzichtig worden schoongemaakt zodat er geen krassen in komen; dat zal het stromingspatroon nadelig beïnvloeden. Als de conussen een kalkafzetting hebben maak ze dan voorzichtig schoon met verdund zoutzuur of azijnzuur.
Als dat allemaal niet helpt zal de injecteur moeten worden vernieuwd. Nieuwe conussen zijn ook verkrijgbaar voor de meest gangbare modellen.

© Copyright Stoomwalsenclub 2016.