Hallo,
in
http://forum.3rail.nl/index.php?topic=17508.0 dit topic werd al gesproken over de onderdelen van de stoomverdeling. Ik schreef, dat ik als ik tijd had, eens wat uit zou gaan leggen, over de werking van de stoomverdeling. Bij deze dus. Maar ik zal het uibreiden. Ik zal de hele werking van de stoomloc (nog enigsinds beknopt) gaan uitleggen. Pak een kop koffie/fles bier (nagelang het tijdstip van de dag), zet de stoel in de "chill" stand en begin met lezen.
Zoals iedereen wel weet, werkt een stoomloc op stoom. Stoom krijg je, door water te verwarmen tot het kookpunt. (bij standaard luchtdrukken, ergens rond de 100°C). het water begint te koken, en stoom te vormen.
Laat men deze stoom nu ontsnappen, dan wordt van 1 liter water, ca 1700 (!) liter stoom gemaakt. Mits de stoom in de vrije-lucht kan ontsnappen. Duw je echter het kokende water in een afgesloten vat, dan gaat het druk opbouwen. Het ontstaan van stoom zorgt immers voor volume-toename. Is dit niet mogelijk, dan gaat de druk omhoog.
oké. In een stoomloc wordt dus water aan de kook gehouden, om zo stoom te vormen, en daarmee druk op te bouwen. De brandstof voor het verwarmen van het water is in de meeste gevallen steenkool. De reden hiervan is de zeer schone verbranding die kolen met zich meebrengen, en de verbrandingswarmte van steenkool is erg hoog. (simpel gezegd, met 1kg steenkool, kun je veel meer stoom maken, dan met 1kg hout). Daarnaast was steenkool vroeger veel makkelijker te verkrijgen, als bijvoorbeeld olie oid. De stoker gooit de steenkolen in de vuurkist. Hier worden ze verbrand. De vuurkist is omringt met metalen plaat, waar het water achter zit.
Vanuit de vuurkist gaat de verbrande, gloeiend hete lucht, door een stel vlampijpen. Deze pijpen transporteren dus hete lucht. Rondom deze pijpen bevind zich ook weer water. Immers, hoe meer water "gekookt" kan worden, hoe meer stoom er gevormd wordt en des te meer vermogen kan er ontwikkeld gaan worden.
Dus, we hebben stoom, op druk, in een ketel. Die stoom kan, omdat hij immers druk levert, arbeid gaan verrichten. Dus we gaan de stoom naar een machine sturen. We tappen de stoom af, zo hoog mogelijk in de ketel. Hoe hoger boven het wateroppervlak, hoe "droger" de stoom. Je wilt immers in je machine alleen maar stoom, geen water. Daarom staat er bovenop de ketel meestal een stoomdom. Zo creëerd men het hoogste punt.
In de stoomdom bevind zich de regulateur. Dit is eenvoudigweg een klep, die regelt hoeveel stoom er richting de machine moet. Deze regulateur wordt door de machinst bedient. (meestal een grote handel, waar ze aan "schudden", om deze iets te verplaatsen.
Bij sommige locomotieven gaat de stoom eerst nog door een oververhitter (OVO). Dit is niets meer als de leiding met stoom, die nogmaals door de gloeiend hete lucht gestuurd wordt. Daardoor wordt de stoom nog heter, en tevens droger.
Dan zijn we aangeland bij de machine. Daar waar alles om "draait". Het hele systeem van stangen en assen ziet er natuurlijk indrukwekkend uit. Maar hoe werkt het nou?
Ik "leen" even 2 foto´s van wikipedia. De tekst zuig ik zelf uit mijn duim.
De machinist plaatst de "ganghandel" in de stand vooruit. De ganghandel is meestal een handwiel, in de cabine. Door deze in "vooruit" te zetten, verschuift stang (3) naar rechts, en verdraaid (5) en (6) naar links. Hierdoor zakt de schuifstang (
naar beneden. Aan de schuifstang zit een nok, die kan schuiven in de schaar (7). Bij het pijltje van (7) zie je in lichtgrijs een rondje. Daar zitten de beiden dus verbonden. De schuifstang kan dus door de schaar heen schuiven.
Als de schuifstang helemaal onderin of helemaal bovenin de schaar staat, dan is de slag van de stoomschuif (14) het grootst. (hij krijgt immerst de meeste "swing" mee van de schaar). Hierdoor krijgt de cilinder straks over het grootst mogelijke deel van zijn slag, stoom aangevoerd. Men spreekt dan over bijvoorbeeld 85% vulling. Dit betekend, dat over 85% van de lengte van de zuigerslag, stoom wordt toegevoerd. Daarna stopt de toevoer. Maar omdat de stoom onder grote druk staat (meestal tussen de 15 en 20 bar, dus 15-20 kg "kracht" op 1 cm²), kan deze nog uitzetten. De overige 20% van de slag noemt met dan expansie(=uitzetting)
Het bewegen van de stoomschuif is een samenstelling van de beweging van de schaarstang in de schaar, en de beweging van de kruiskop (9). Via enkele stangen zijn deze bewegingen immers met elkaar verbonden.
Bij een stilstaande loc, staat altijd ergens een stoomschuif open. Zou dit niet zijn, dan zou de loc nooit kunnen gaan rijden. Er kan immers nergens stoom een cilinder ingevoerd worden.
De openstaande schuif laat stoom door naar de voorzijde van de cilinder. In deze cilinder komt dus de druk van de stoom. Omdat druk wil uitzetten (en dat kan maar 1 kant op, in een cilinder) begint de zuiger en zuigerstang naar achteren te bewegen. De stoom wil immers meer plaats innemen. De loc begint te rijden.
De druk zorgt ervoor dat de slag verder afgemaakt wordt. Omdat echter de stoomschuif door het het bewegen van de kruiskop en het bewegen van de schaarstang ook beweegt, sluit deze op een bepaald moment de stoomtoevoer af. (in de uiterste stand van de schaar, na ca 85% van de slag dus, zoals ik al eerder schreef).
De zuiger komt aan op het achterste einde van de cilinder (dode punt). Omdat de "kruk" (1) echter niet precies 90° verdraait staat, maar iets méér, is de schuif alweer begonnen met bewegen in omgekeerde richting. Daardoor opent hij de poort aan de andere zijde van de cilinder. Hierdoor komt nu de stoomdruk aan de Achterzijde van de zuiger te staan. De stoomschuif zorgt er tevens voor, dan de voorzijde van de cilinder met de buitenlucht verbonden wordt. De machine moet immers de verbruikte stoom kwijt kunnen. (de hele werking van de machine berust op drukverschil tussen de linkerzijde en de rechterzijde van de cilinder). Door het vrijlaten van de verbruikte stoom naar de buitenlucht, onstaat het mooie "plof" geluid, waar wij allen zo dol op zijn.
Doordat nu dus druk aan de achterzijde van de zuiger staat, en de voorzijde is "drukloos", begint de zuiger naar voren te bewegen.
Op 85% van de slag, wordt de stoomtoevoer weer gesloten, en loopt de zuiger door naar zijn voorste dode-punt. De schuif opent dan weer de stoomtoevoer naar de voorzijde van de cilinder, en daardoor begint de zuiger weer naar achteren te bewegen.
De stoom die uit de machine komt staat (bij een hoge vulling (85% in ons geval) nog onder een flinke druk. Het is erg jammer om dit nietmeer te gebruiken. Vandaar dat men de stoom door een zgn "nozzle" de schoorsteen in stuurt. Door de vorm van deze "nozzle", creeerd deze rondom zich heen een onderdruk. Hierdoor "zuigt" de stoom, lucht door de vuurkist en de vlampijpen. Hierdoor krijg je een geforceerd vuur. (hetzelfde, als dat je tegen een brandend stuk hout blaast. meer zuurstof=meer vuur.
Als de loc een beetje snelheid heeft opgebouwd, begint hij steeds meer stoom te vragen. Maar dat is in principe niet nodig. De machinist zet daarom de ganghandel hoger in de schaar, zodat de vulling van de cilinders lager wordt. Nu krijgt de cilinder bijvoorbeeld nog maar over 50% van de afstand, stoom toegevoerd. Daarna doet de expansie van de stoom weer de rest. Dus van 0-50% van de afstand, staat de volle 16bar druk op de zuiger. Daarna stopt de toevoer, en doet de expansie de rest. Op het eind van de slag is de stoomdruk dan nog maar 8 bar.
Men bespaard hiermee ca 41% stoom, terwijl het vermogen niet zo heel veel minder wordt. En minder stoom=minder kolenverbruik en minder waterverbruik.
Wil de machinist de loc uit stilstand echter achteruit laten rijden, dan verplaatst hij de schuifstang niet naar beneden in de schaar, maar juist naar boven. Hierdoor gaat de stoomschuif precies andersom werken, waardoor wat straks aanvoer was, nu afvoer is, en andersom. Nu wordt dus aan de andere zijde stoom toegevoerd, en begint de loc de andere kant op te rijden.
Dan nog wat kleinigheden. Jullie is vast weleens opgevallen, dat bij het vertrekken van een stoomloc, veel stoom direct uit de cilinders spuit. (vooral mooi voor foto´s!). Dit doet de machinist, om condens af te laten. Als een loc even stilgestaan heeft, zijn de cilinders en schuiven koud. Stuur je hier dan stoom tegenaan, dan koelt deze stoom af, en condenseerd. je hebt water in je cilinders. Water kan men echter niet samendrukken, en water kan in een cilinder zware schades aanrichten. Dit water moet dus meteen uit de cilinder, voordat men gaat rijden. Vandaar dat bij het wegrijden deze kranen even opengezet worden.
Hieronder staat nog even dezelfde tekening, maar dan als animatie van de werking. Hopelijk kunnen jullie het na het lezen van mijn verhaal, een beetje volgen. Rood=verse stoom uit de ketel (18 Bar dus) en blauw is afgewerkte stoom, die naar de buitenlucht kan.
Dit was mijn uitleg over de "walschaerts" stoomverdeling. Dit type komen we erg veel tegen.
Ik hoop dat het zover duidelijk is. Zo niet, dan vraag het gerust! Ook andere vragen over stoomlocs wil ik graag beantwoorden. (mits ik het antwoord weet)
Roy
(die nu bijna pijn aan zijn vingers heeft)Edit Gerard: volgens forumregel 14 zijn animated GIF's in o.a. afbeeldingen niet toegestaan. Voor de duidelijkheid van dit verhaal maken we hier een uitzondering.