De gelijkstroom-stoommachine


Het principe van de gelijkstroom-stoommachine is in 1909 door professor Johann Stumpf in Charlottenburg voor het eerst in de praktijk gebracht. Bijgaande tekening toont de machine in doorsnede. De zuiger D is haast even lang als de helft van de cilinder. In het midden van de cilinder bevindt zich een rij gaten die in verbinding staan met een ringvormig kanaal. Dit kanaal staat met de condensor in verbinding en staat in bedrijf dus onder vacuüm. Inlaat van de stoom vindt plaats door toelaatkleppen in de cilinderdeksels, Na de inlaat treedt uniflowuniflowexpansie van de stoom op. Door de daarbij plaatsvindende arbeids-afgifte koelt de stoom af en even voor het eind van de slag komt de rij uitlaatgaten vrij. De stoom wordt door het grote uitlaatvlak snel naar de condensor afgevoerd. Direct daarna keert de zuiger terug en sluit de uitlaatpoorten weer af. In de rest van de slag wordt de overblijvende stoom weer gecomprimeerd.
De compressie vindt plaats over 9/10e van de slag. Door de kleine inlaat en de langdurige expansie koelt de stoom sterk af. Maar deze afgekoelde stoom passeert niet meer langs de warme oppervlakken aan het einde van de cilinder waar de verse stoom binnenkomt. De stoom beweegt dus steeds in dezelfde richting (gelijkstroom!) door de cilinder omdat de uitlaat in het midden zit. De cilindercondensatie is daardoor gering. De verse stoom komt niet met vlakken in aanraking die door de relatief koude uitlaat zijn afgekoeld. Daarom is de verdeling van het temperatuurverschil over meerdere cilinders (compound, triple) niet meer nodig. De eencilinder gelijkstroom-stoommachine heeft een stoomverbruik dat die van de compound of triple evenaart.
De langdurige compressie doet de stoom sterk in temperatuur stijgen zodat ook daardoor verlies bij de inlaat wordt voorkomen.
Door de schadelijke ruimte tot een minimum te beperken en door het toepassen van sterk oververhitte stoom is dezeDoorsnede en vermogensdiagramDoorsnede en vermogensdiagram machine zeer succesvol. De eenvoudige werking (er zijn b.v. maar twee kleppen met bijbehorend mechaniek nodig) is de machine ook goedkoop.  
Doordat in normale omstandigheden de inlaat zo kort duurt kan men zo nodig het vermogen flink verhogen door de inlaattijd te verlengen. Dit kan soms zeer nuttig zijn.
Uit proeven blijkt dat deze machine bij een stoomdruk van 12 kg/cm2 en een stoomtemperatuur van 300 graden celsius ongeveer 4,5 kg stoom per IPK per uur verbruikt.
Onder het figuur zijn de vermogens-diagrammen aan dekselzijde en aszijde weergegeven. Daaruit blijkt de korte inlaatperiode en de lange compressie. De diagrammen van de twee cilinderkanten overlappen slechts over de breedte van de uitlaatopeningen.
De lange compressie vereist een zeer hoog vacuüm, omdat er anders gevaar bestaat dat de einddruk na de compressie hoger wordt dan de inlaatdruk. Is dit vacuüm niet aanwezig, bijvoorbeeld bij het starten, dan moet de schadelijke ruimte flink worden vergroot. Dit wordt bereikt door het openen van kleppen die de ruimte achter de zuiger in verbinding stellen met de kamers K in de tekening (de zgn bijschakelruimte).
De horizontale stang boven de cilinder wordt door een excentriek op de krukas heen en weer bewogen. Deze stang beweegt rolletjes die de inlaatkleppen lichten. Het excentriek kan versteld worden waardoor de inlaatduur veranderd kan worden. Daardoor kan het toerental geregeld worden.

 

Aangezien de gelijkstroom-stoommachine een gelijk of beter rendement haalt dan een compoundmachine en de gelijkstroom-stoommachine daarbij een veel eenvoudiger constructie heeft zou men aannemen dat de gelijkstroom-stoommachine de compound volledig kan vervangen. In de praktijk is dat niet correct. Stel dat het totale bedrijf veel verwarming nodig heeft, bijvoorbeeld bij een wasserij, dan kan de compound stooommachine deze verwarming leveren uit de afgewerkte stoom. De gelijkstroom-stoommachine echter verliest alle restwarmte in de condensor. Voor andere verwarming zou dan een aparte stookinstallatie opgericht moeten worden. Alhoewel de gelijkstroom-stoommachine op zich dan goedkoper is, kan de compound stoommachine in het gehele fabrieksproces dan toch economischer uitvallen.