Ketel van een stoomlocomotief

Geschiedenis van de stoommachine

De eerste stoommachines waren stationair en werkten op lage druk. James Watt verbeterde het ontwerp van Newcomen door een afzonderlijke condensor toe te voegen en ontwikkelde krachtigere en efficiëntere oplossingen, zoals verplaatsbare stoommachines. Naarmate de ketelbouw verbeterde, vooral na de introductie van de mobiele ketel, experimenteerde hij met stoom onder hogere druk, die de zuiger rechtstreeks kon aandrijven. Daarmee werd de weg vrijgemaakt voor compactere machines die locomotieven konden voortbewegen. Watt zelf kreeg in 1794 een patent voor een stoomlocomotief.

Al vóór het gebruik van stoomkracht was bekend dat paarden zwaardere lasten konden trekken over stevige houten rails dan over slechte wegen. Op sommige plaatsen waren dergelijke rails al in gebruik, vooral in mijnbouwgebieden, en paarden werden al snel vervangen door de nieuwe stoommachines. Spoorwegen, aanvankelijk ontwikkeld om het vervoer van grondstoffen en eindproducten te vergemakkelijken, werden onverwacht ook populair bij het publiek als middel voor personenvervoer. In het Verenigd Koninkrijk ontwikkelden spoorlocomotieven zich in de eerste helft van de 19e eeuw razendsnel: in de jaren 1830 lag er minder dan 100 mijl aan spoor, terwijl dit in 1860 al meer dan 10.000 mijl was.

In dezelfde periode werden ook tal van stoomvoertuigen voor de weg gebouwd, zoals stoomwalsen, locomobielen en zelfs stoomboten. Deze andere stoomvoertuigen voor de weg werden echter nooit zo populair als de stoomlocomotief.

Hoe werkt de ketel van een locomotief?

De basisconstructie van locomotiefketels bleef gedurende het hele stoomtijdperk grotendeels gelijk, terwijl ontwerpwijzigingen en extra onderdelen de efficiëntie verhoogden en de veiligheid verbeterden. Locomotiefketels zijn vlampijpketels.

Hete verbrandingsgassen

Dit betekent dat het vuur hete verbrandingsgassen produceert, die door een systeem van horizontale vlampijpen in de ketel stromen (vandaar de horizontale as van het cilindrische ketellichaam) en warmte afgeven aan het omringende water in de ketelmantel. In de ketel van de locomotief wordt stoom gevormd, die opstijgt naar boven, waar een regelklep de stroom naar de cilinders regelt.

Afgewerkte stoom

Nadat de stoom arbeid op de zuigers heeft verricht, stroomt de resterende afgewerkte stoom naar de rookkast en vervolgens door de blaaspijp. De blaaspijp voert de stoom daarna naar buiten af. Hierdoor ontstaat een gedeeltelijke onderdruk, die lucht door de vuurkist aanzuigt en de verbranding bevordert.

Oorspronkelijk werd de stoomketel van de locomotief gestookt met vaste brandstof, voornamelijk steenkool, die met de hand met een schep in de vuurkist (of rookkast) werd geladen. Later werden automatische toevoersystemen ingevoerd. De watertoevoer naar de locomotiefketel wordt verzorgd door injecteurs die werken volgens het principe van het inbrengen van afgewerkte stoom. Een stoomstraal wordt in het water geperst en wekt voldoende kracht op om het water via een eenrichtingsregelklep de ketel van de locomotief in te voeren.

Voor het vloeroppervlak van de vuurkist of rookkast kunt u onze hittebestendige dekvloermortel gebruiken.

Ketelpijpen

De eerste stoommachines werkten door verzadigde stoom te produceren, die zich boven in de ketel van de locomotief verzamelde en via de hoofdstoomleiding rechtstreeks naar de cilinders werd geleid.

Later werd het ontwerp aangepast, zodat deze verzadigde stoom opnieuw werd verhit. Daardoor werd water verwijderd en nam de temperatuur toe. Dit proces heet oververhitting.

Stoommachine met oververhitte stoom

Oververhitters werden in het begin van de 20e eeuw geïntroduceerd en betekenden een belangrijke verandering voor de stoommachine. Een oververhitter bestaat uit een oververhitterkop, een stoomdom, oververhitterelementpijpen en diverse andere vlampijpen.

De oververhitterkop ontvangt de stoom die via de hoofdstoomleiding wordt aangevoerd, terwijl de extra pijpen de stoom door de oververhitterelementen leiden voor verdere verhitting. Zo neemt het vermogen van de geproduceerde oververhitte stoom toe. De oververhitte stoom keert vervolgens terug naar de stoomleiding.

De laatste stoomtreinen werden in 1967 uit de reguliere dienst genomen, toen ze werden vervangen door dieselaandrijving, maar stoom is zeker niet verdwenen. Duizenden liefhebbers, van wie velen vrijwilligers zijn, blijven historische stoomspoorwegen in het hele land ondersteunen, restaureren en exploiteren. In 2008 voltooide een stoomlocomotief met de naam Tornado, die vanaf de grond opnieuw was gebouwd met steun van de A1 Steam Locomotive Trust, haar tests en kreeg zij toestemming om op het Network Rail-net te rijden. Hoewel de locomotief was gebaseerd op een ontwerp uit de jaren vijftig, moest de ketel voldoen aan de moderne veiligheidsvoorschriften van de EU-richtlijn drukapparatuur. Geen enkele Britse fabrikant werd geschikt geacht, daarom werd de ketel gebouwd bij de Meiningen Steam Locomotive Works in Duitsland. Deze werkplaatsen zijn uitgegroeid tot een centrum voor de restauratie van stoomlocomotieven en organiseren elke september een festival dat aan stoommachines is gewijd.

Voordelen van de locomotiefketel

Een van de voordelen van de locomotiefketel is dat hij economisch is en zeer snel stoom kan produceren.

Nadelen van de locomotiefketel

Een van de belangrijkste nadelen van de locomotiefketel is dat een veilige werkdruk van de stoom moet worden aangehouden. Die wordt met een manometer gecontroleerd, terwijl tegelijkertijd een te hoge keteldruk moet worden voorkomen, omdat dan de veiligheidsklep opent.

Wanneer de ketel van de locomotief op hoog vermogen werkt, kunnen deeltjes verbrande vaste brandstof via de blaaspijp en de schoorsteen naar buiten worden geblazen. Dit brengt brandgevaar langs de spoorlijn met zich mee.

Een ander nadeel van de locomotiefketel, vooral in gebieden met hard water, is het risico op corrosie en ketelsteenvorming.

Vuurvaste materialen die worden gebruikt in de ketel van een locomotief

Vuurvaste materialen spelen een belangrijke rol bij de bouw en het onderhoud van de ketel van een locomotief. Hieronder staan enkele vuurvaste materialen die u mogelijk nodig heeft.

Vuurvaste boog in de vuurkist

De boog van vuurvaste stenen bevindt zich boven het vuur en voorkomt dat deeltjes verbrande brandstof rechtstreeks in de vlampijpen terechtkomen. Deze boog kan worden opgebouwd uit vuurvaste stenen en vuurvaste mortel, of ter plaatse worden gevormd met gietbare vuurvaste beton. Soms wordt de boog in delen gegoten met gietbare vuurvaste beton en daarna met vuurvaste mortel gemonteerd.

Isolatie van de locomotiefketel

Voor het isoleren van de locomotiefketel kunt u een keramische vezeldeken gebruiken. Deze wordt om de ketelmantel gewikkeld en vervolgens afgedekt met bekledingsplaten.

Lagers

Voor het gieten van witmetalen lagers gebruikt u ons product Premium 1P voor het afdichten en als afdichtpasta.

Andere vuurvaste producten vindt u in de sectie Historische spoorwegen