Veiligheidskleppen

Volgens de Stoomwet moet elke ketel zijn voorzien van ten minste twee weiligheidskleppen, waarvan er één moet zijn afgesloten en alleen toegankelijk mag zijn voor de beheerder.

De veiligheidsklep heeft ten doel om de stoker er opmerkzaam op te maken dat de stoomdruk te hoog is opgelopen en om de stoom, zodra de maximaal toe te laten druk overschreden wordt, te laten ontwijken.

Het eenvoudigste principe is een gietijzeren of stalen pot verbonden met de stoomdruk van de ketel, voorzien van een bronzen zitting, waarop een klep met een smalle platte kant rust, aangedrukt door een hefboom met gewichten.

In de stoomtechniek worden twee soorten veiligheidskleppen toegepast: met gewichtsbelasting en met veerbelasting.
De stoom drukt onder tegen de klep en probeert de druk van het gewicht of van de veer te overwinnen. Onderstaande figuren zijn van het fabricaat Dikkers & Co. te Hengelo.

Veiligheidsklep met indirecte gewichtsbelasting

De uitvoering van een veiligheidsklep in fig. 108 is ontworpen voor stoomdrukken tot 32 at, waarbij het huis uit gietstaal en de klep en bedding uit een nikkelbronslegering bestaat.

Men onderscheidt veiligheidskleppen met directe en indirecte belasting.

De klep van fig. 108 heeft een indirecte belasting, omdat het gewicht zijn werking uitoefent via een hefboom, waaraan het gewicht hangend zijn werking uitoefent.
Als het gewicht rechtstreeks op de klep drukt, spreekt men van directe belasting.
Deze veiligheidstoestellen hebben een betrekkelijk kleine capaciteit, omdat de kleppen zich slechts zeer geleidelijk bij het toenemen van de druk openen.

Wil men kleppen voor grotere capaciteiten toepassen, dan maakt men gebruik van z.g. hooglichtende kleppen.

Hierbij is de klep voorzien van een kraag, terwijl de beddingrand verhoogd is, waardoor wordt bereikt, dat de ontsnappende stoom een extra verticale druk op de kraag uitoefent, zodat de klep hoger gaat lichten. Deze toestellen werken, wanneer de stoomspanning het vastgestelde maximum bereikt heeft, in het begin als gewone veiligheidskleppen, lichten namelijk in het begin heel weinig.
Het blazen van de kleppen is een waarschuwing voor de stoker, om maatregelen te treffen, zodat de stoomspanning niet hoger oploopt. Als de spanning afneemt dan sluiten de kleppen zich weer.
Als de druk echter stijgt, dan zal de klep meer lichten; de uitstromende stoom kan nu niet snel genoeg langs de kraag ontwijken en er ontstaat een zekere druk tegen de kraag, waardoor de klep dan opeens vol geopend wordt.. De klep sluit dan niet eerder, dan dat de keteldruk tot onder de toelaatbare spanning is gedaald.

Een bijkomend voordeel van hooglichtende kleppen is, dat ze meer stoom in dezelfde tijdsperiode afvoeren dan de gewone kleppen. Daarom kunnen de klepdiameters voor dezelfde ketel kleiner blijven. De klepbelasting wordt kleiner en het hele toestel kan dan kleiner worden gebouwd.
Wel moeten veiligheidstoestellen met hooglichtende kleppen van een afvoerleiding zijn voorzien, met het oog op de grote hoeveelheden stoom die in korte tijd moet worden afgevoerd. Omdat deze stoom van hoge druk is, mag er in de afvoerleiding geen grote weerstand (drukophoping) ontstaan, waardoor de klep weer te vroeg zou kunnen sluiten.
Daarom worden de superdruk-veiligheidstoestellen voorzien van een z.g. ontlaste klep, zodat deze ten opzichte van de druk in de uitlaatleiding gebalanceerd is.

Directe gewichtsbelaste klep voorzien van vier driehoekige klepopeningen

Een andere doelmatige oplossing zien we in fig. 266. Hier is sprake van een directe belasting met schijfgewichten rondom het toestel aangebracht. Ook bij dit toestel geldt de algemene regel, dat hoe lager de gewichten zijn aangebracht t.o.v. van de veiligheidsklep, hoe stabieler de klep werkt en afdicht. Er is hier een stabiel evenwicht gecrëeerd.
In de klep bevinden zich vier driehoekige openingen, die naar boven spits toelopen (top van de driehiek). De klep-openingsdriehoeken bieden aan de stoom een des te grotere doorgang, naarmate de klep hoger gelicht wordt en de doorsnede van de driehoek ( tot aan de basis) groter wordt.
Bovenaan is de klep bij de zitting van een kegelvormige rand voorzien, waarmee hij op de zitting past, zonder dat hij daar stoomdicht hoeft af te sluiten. Als de voorgeschreven spanning overschreden wordt, dan wordt de klep opgetild, zo ver, totdat de doorstromingsopeningen, die door de vier driehoekige uitsnijdingen gevormd worden, goot genoeg zijn geworden, om zoveel stoom te laten ontsnappen, dat de druk van de stoom en het belastinggewicht in evenwicht zijn. Hoe hoger de druk in de ketel, hoe hoger de klep gelicht wordt en des te sneller er stoom uitgelaten wordt.

Dit evenwicht is heel belangrijk
Het mag namelijk niet gebeuren dat er een plotselinge zeer grote drukvermindering op ongecontroleerde wijze gaat treden: een heftige kookreactie, plotselinge waterverlaging, kan de kiem zijn van een ernstige ketelexplosie!
De constructie van veiligheidkleppen met grote capaciteiten zal steeds zorgen voor controle tijdens het stoomafblazen, daarvoor is er een geleidelijk verlopende druk en een voortdurend evenwicht nodig tussen de stoomdruk in de ketel en de druk tijdens het afblazen in het veiligheidstoestel.

Er zijn verscheidene andere samengestelde constructies bedacht, om het doel van evenwicht te bereiken. Daarbij wil men de klep hoger laten lichten, naarmate de overschrijding van de maximumspanning groter is.
Zo zijn er inrichtingen in de vakliteratuur bekend en beschreven van J.G. Hoffmann, Bodmer, Klotz, Lindner, Schäffer en Budenberg, e.a.
Er zijn ook veiligheidskleppen met vlotterbalans ontworpen, b.v. die van J. Hopkinson & Co. te Huddersfield. Deze klep blaast ook stoomdruk weg bij een te lage waterstand.

Gewichtsbelasting waarborgt een zekerder en veiliger werking dan bij toepassing van veerbelasting. Daarom laat de Stoomwet voor landbedrijven en landinstallaties alleen veerbelasting toe bij zeer hoge stoomdrukken.

Op schepen en verder op andere niet-stationaire stoomketels (dus bij ketels van locomotieven, locomobielen, stoomwalsen, e.d.) is het gebruik van gewichten, gelet op het slingeren en bewegen, minder of geheel niet geschikt en in dat geval past men dan liever veerbelasting toe. Uit constructieve overwegingen past men ook bij hoge stoomdrukken liever veerbelasting toe, omdat de gewichten te zwaar en de hefbomen te lang zouden worden.

Het ontwerp van fig. 109, met veer, is voor drukken tot 40 ato bestemd.
Aan de veiligheidskleppen met veerbelasting zit meestal nog een stang, de controlehefboom, waarmee de kleppen kunnen worden gecontroleerd door af en toe eens op de stang te drukken of eraan te trekken om te kijken of de werking van de veer nog correct is. Bij de klep uit fig. 109 oefent de veer een rechtstreekse druk op de klep uit: voorbeeld van een directe belasting.

Afbeelding 144 Stoom Veerbelaste veiligheidsklep met controlehefboom

Voor lage druk stoomketels gebruikt men meestal de veiligheidskleppen met een directe gewichtsbelasting, omdat de spanning hierbij zo laag is, dat een indirecte belasting (grotere krachtwerking) niet nodig is.

Bij ketels met zeer lage drukken (0,5 at) gebruikt men volgens de Stoomwet een systeem met een waterstandpijp van ca 5m, waarbij de stoom uit het hoogste reservoir bovenop de standbuis kan ontwijken.

(Uit: Het Stoombedrijf, door Nanno A. Imelman
Uitgeverij Kluwer, Deventer 1932)