Part 2

[2] Wanneer wij een stuk papier nemen en hetzelve in eenen vierkanten vorm snijden, zoodat de zijden AB, AD, CB, en CD gelijk zijn, en ieder eenen duim lengte hebben, terwijl de hoeken regt of winkelhaaksch zijn, dan wordt de alzoo ingeslotene ruimte, een' vierkanten of kwadraat duim genoemd.

§ 11.

Met deze weinige kundigheden zijn wij reeds in het bezit van de belangrijkste grondbeginselen, waarop de werking van het stoomwerktuig berust, en waarvan wij thans het gebruik zullen verklaren. Het kan echter niet ongepast zijn, om dezelven in het kort te herinneren, daar zij in het vervolg menigwerf zullen te pas komen. De grondbeginselen dan zijn: 1º. Het water zet uit, of vermeerdert in uitgebreidheid, wanneer hetzelve verhit wordt. 2º. Wanneer het water tot op het _kookpunt_ (212 graden) verhit wordt, gaat deze vloeistof tot stoom over, en neemt in dien staat een 1700 maal grootere ruimte in. 3º. Dat de verborgene warmte van waterstoom 1000 graden bedraagt. 4º. Zoo de stoom tot beneden de 212 graden wordt afgekoeld, verdikt dezelve tot water, en vermindert 1700 malen in uitgebreidheid, terwijl de verborgene warmte weder vrij raakt. 5º. De dampkring oefent gemiddeld eene bestendige drukking uit, die aan de oppervlakte van de aarde, welke met het gemiddeld oppervlak des Oceaans overeenkomt, een vermogen uitoefent van 103.3 looden op elken vierkanten duim, of die op iedere vierkante palm, met een gewigt van 103.3 ponden drukt, welk gewigt, overeenkomstig den stand des Barometers, aan wijziging onderworpen is.

[Illustratie: Figuur 2]

§ 12.

Onderstellen wij, dat een fornuis of vuurhaard A, zoo ingerigt is, dat de door het vuur ontwikkelde warmte aan den ketel B wordt medegedeeld, en het daarin vervatte water kan doen koken, en in stoom veranderen; dat die stoom geenen anderen uitweg heeft, dan door de buis of pijp C C, waarvan het eene uiteinde met het inwendige van den top des ketels B gemeenschap heeft, en daaraan bevestigd is, terwijl het andere einde met het benedengedeelte van den cilinder D mede gemeenschap heeft. Aan het ondereinde van deze buis bevindt zich eene kraan J, op de gewone wijze ingerigt. Door middel van deze kraan is men in staat, om de gemeenschap tusschen den ketel B en den cilinder D af te sluiten, of daar te stellen, zoo dat men naar goedvinden, alleen door het omdraaijen van deze kraan, den stoom toegang naar den cilinder verschaffen kan of niet. Aan de tegenovergestelde zijde van den cilinder D bevindt zich, nabij den bodem, eene andere pijp K, waardoor eene gemeenschap daargesteld wordt tusschen den cilinder en eenen bak koud water I. Deze gemeenschapsbuis is insgelijks met eene kraan K voorzien, zoo dat men mede naar goedvinden, de gemeenschap tusschen den koudwaterbak en den cilinder afsluiten kan. De cilinder is van gegoten ijzer vervaardigd, en van binnen volmaakt gelijkwijdig rond geboord. In den cilinder sluit een uit gegoten ijzer, of uit metaal bestaande, zuiger E, die rondom met eene uitzetbare zelfstandigheid, hennep of vlas, is ompakt, ten einde dezelve volmaakt sluitende zij, en nogtans gemakkelijk op en neder bewogen kan worden, zonder de minste lucht of stoom tusschen zich en den binnenwand van den cilinder door te laten. Aan dezen zuiger is eene stang, waaraan in deze schets, eene beweegbare ketting F F, als verbonden, is afgebeeld, die, over eene beweegbare schijf of spoorwiel G geslagen, aan het andere einde met een gewigt H, voor tegenwigt, bezwaard is; en wel zoodanig, dat wanneer de zuiger geene verhindering, dat is onder en boven gelijken tegenstand ondervindt, deze altijd, door dit tegenwigt, naar het bovendeel des cilinders gevoerd wordt.

Een en ander op deze wijze ingerigt zijnde, zoo vooronderstel, dat het vuur in het fornuis A worde opgestookt, en dat het water in den ketel B aan het koken geraakt, dan zal, bijaldien de kraan J open is, de stoom, die van de oppervlakte des waters uit den ketel stijgt, door de pijp C C in den cilinder D dringen, zorg gedragen zijnde, dat de kraan K, waarmede de gemeenschap met den koudwater bak I daargesteld wordt, zoo lang gesloten blijft. Het gedeelte van den cilinder beneden den zuiger E zal dus spoedig met stoom gevuld wezen, en zoo men, daarop de kraan J sluit, wanneer den zuiger, door de toevloeijing der stoom om hoog gerezen is, zal de gemeenschap tusschen den ketel en cilinder afgesloten zijn. Thans opene men de kraan K, zoo dat daardoor eenig koud water uit den koudwaterbak I in den cilinder vloeit, waardoor, volgens § 8, de stoom tot beneden 212 graden zal worden bekoeld, en derhalve, zich verdikkende, nu, in plaats van de geheele ruimte beneden den zuiger E, slechts omstreeks het 1700ste gedeelte zal innemen, hetwelk dus met de hoeveelheid koud water, dat uit den bak I is ingedrongen, een betrekkelijk klein gedeelte der ruimte van den cilinder beslaan zal. Deze ruimte zal dan nagenoeg volkomen ledig zijn, en zeer weinig tegendruk zal tegen het ondervlak des zuigers bestaan. De volle dampkring echter drukt op de bovenvlakte van den zuiger, en oefent een vermogen uit, om dien naar beneden te drijven, alzoo hij nu aan de onderzijde bijna geenen tegenstand ondervindt. Hierdoor zal derhalve de zuiger dalen, den ketting F F met zich medevoeren, en dus het gewigt H doen rijzen. Zoo men vervolgens door de kraan, die in den bodem van den cilinder geplaatst, en in de afbeelding slechts met flaauwe trekken aangewezen is, het water laat afloopen, dan zal, na sluiting van alle drie de kranen, de zuiger zich aan het benedeneinde van den cilinder bevinden, en door de drukking van den dampkring in dien stand gehouden worden. Men opene vervolgens de kraan J, waardoor op nieuw den stoom toegang in het benedengedeelte van den cilinder verschaft wordt, welke stoom, wanneer die gelijke kracht met de drukking van den dampkring uitoefent, den zuiger met hetzelfde vermogen zal opdrijven, als dezelve door den eersten wordt nedergedrukt, zoodat de drukking op het boven- en benedenvlak aan elkander gelijk is, en toelaat, dat de zuiger even zoo gemakkelijk naar boven als naar beneden bewogen kan worden, even alsof er geen stoom of dampkring bestond. Daar nogtans het gewigt H, het vermogen heeft, om den ketting F, die aan den zuiger vast is, naar beneden te trekken, zoo zal die zuiger eene meerdere neiging hebben om te stijgen, hetwelk ook werkelijk het geval zal zijn, zoodat hij wederom de stelling aanneemt, die in de afbeelding is voorgesteld. Hierop sluite men wederom de kraan J en opene de koudwaterkraan K, waardoor de stoom andermaal verdikt zal worden, geene drukking beneden den zuiger zal plaats hebben, en deze dus wederom door de drukking van den dampkring naar beneden of naar den bodem van den cilinder bewogen zal worden. Door deze bewerking kan men de beweging des zuigers zoo menigmaal herhalen als men verlangt, en aan denzelven eene op- en neergaande beweging in den cilinder mededeelen.

Met betrekking tot dusdanigen toestel moeten wij alleen doen opmerken, dat het water, hetwelk ter verdikking van den stoom gebezigd, zoowel als dat, hetwelk door den overgang van stoom tot water geboren wordt, gestadig moet worden afgetapt, door den kraan in den bodem des cilinders; dewijl bij gebreke van dien, dit gezamenlijke water, eindelijk den ganschen cilinder zoude vullen, en dus de beweging van den zuiger onmogelijk maken. Bovendien is aanvankelijk onder den zuiger eenige lucht in den cilinder aanwezig welke men door deze bodemkraan, vóór het indringen van den stoom uitgang moet geven, dat is alleen, vóór het eerste in beweging stellen des zuigers. Behalve dat, ontwikkelt zich uit het koelwater ook nog eenige lucht, die mede telkens, bij het ontlasten van dit water, uit den cilinder uitgedreven wordt.

Deze eenvoudige toestel is nu in der daad een stoomwerktuig, en de lezer zal wel doen, om met aandacht de beschrijving na te gaan, die wij van denzelven gegeven hebben; want door het goed begrijpen van de grondbeginselen der werking, zullen de volgende beschrijvingen des te gemakkelijker verstaan worden.

§ 13.

Bij eenige opmerkzaamheid zal men gewaar worden, dat het nut door het eenvoudig op- en neêrgaan van het gewigt H, van wege de overeenkomende beweging van den zuiger, zeer beperkt is. Doch men kan het eene einde van ketting F, in plaats van met een gewigt H, met den stang van eenen waterpomp-zuiger verbinden, ter opbrenging van water, in welke gesteldheid die stang een toereikend gewigt zal moeten hebben, niet alleen om den stoomzuiger tot aan het boven einde des cilinders te trekken, maar ook, om den waterpomp-zuiger tevens naar beneden te drijven, wanneer door het openen der sluitkraan J aan den stoom onder den zuiger, toegang verschaft wordt.

Nu gaan wij over om in de volgende § het stoomwerktuig te beschrijven, dat NEWCOMEN het eerst bezigde, om water uit mijnen op te brengen, en welk toestel eenen geruimen tijd daarvoor is gebruikt geworden, op hetzelfde grondbeginsel rustende, hetwelk wij in de voorgaande afbeelding hebben voorgesteld.

[Illustratie: Stoomwerktuig van NEWCOMEN]

§ 15.

Onder en om eenen sterken, deels bemetselden ketel _b_, bevindt zich eene stookplaats of haard _f_. De hals _p_ van den ketel, met eene kraan _u_ voorzien, is vereenigd met den zuiver gelijkwijdig uitgeboorden cilinder, waarin zich een zuiger _w_, volmaakt digt sluitend, op en neder kan bewegen. Aan dezen zuiger bevindt zich eene stang _x_, waarvan het boveneinde vastgemaakt is aan een' ketting, die zich over een cirkelvormig gebogen stuk hout _z_ voegt, en daaraan bovenwaarts is vastgehecht. Dit gebogen stuk hout vormt het eene uiteinde van eenen hefbalk of balans _z a b_, die op eene spil of as _a_ beweegbaar is, en aan het einde _b_, even zoo gevormd is in cirkelboog, als bij _z_.

Het boogstuk _b_ des hefbalks is ook met eenen daaraan bevestigden ketting _d_ voorzien, welks ondereinde vastgemaakt is, aan eene zuigerstang _ee_ van eene pomp in den put of de wel _f_ geplaatst, waarmede het water uit de diepte kan worden opgebragt bij _r_; _gg_ is het tegenwigt met de zuigerstang _ee_ verbonden en dat met het nederdrukken des waterpompzuigers, tevens den zuiger _w_ in den stoomcilinder ophoudt.

De as _a_, is met de balans (welke benaming wij bij voorkeur zullen blijven bezigen) hecht vereenigd, en draagt in holle metalen kussens boven op eenen stevigen tusschenmuur van het gebouw; zoo dat de rigting der beweging van de balans aan geene verandering onderhevig is. Tegen den tusschenmuur is een bak _l_ gevoegd, waarin zich koud water bevindt, dat door eene pijp _nn_ tot onder den zuiger _w_ in den stoomcilinder kan komen, wanneer de kraan _o_ dezer pijp geopend is; terwijl door eene andere pijp _qq_, het in den stoomcilinder gestroomde water, met hetgeen de verdikte of gecondenseerde stoom oplevert, ontlast; deze laatste pijp bevat bovendien eene benedenwaards openende klep, (in de figuur niet afgebeeld) die belet, dat het ontlaste water weder in het luchtledige des stoomcilinders opstijge; ook moet men zich nabij den cilinderbodem, eene kleine naar buiten openslaande klep, snuifklep genaamd, denken, (mede in de figuur niet zigtbaar) waardoor de lucht, die zich uit het in den cilinder gestroomde water ontwikkelt, bij elken nederslag van den stoomzuiger, ontsnapt.--_m m_ is eene pijp waardoor de koudwaterbak gevuld gehouden wordt, en _h_ wijst de belading aan, van eene op den ketel _b_ geplaatste veiligheidsklep, over welke inrigtingen ter regter plaatse zal gehandeld worden.

§ 16.

Na uitleg van deze figuur, zal nu die der werking niet moeijelijk zijn. De ketel _b_ wordt met eene toereikende hoeveelheid water gevuld, en het vuur in het fornuis _f_ opgestookt. Wanneer dan het water kookt en stoom ontwikkelt, wordt de kraan _u_ des ketels geopend, waardoor de stoom in den cilinder dringt, terwijl men tevens, den zoo even gedachten snuifklep open houdt, zoo lang tot dat de lucht, welke zich nu bij den aanvang onder den zuiger _w_ in den cilinder bevindt, daardoor is ontsnapt. Gedurende deze toevloeijing van stoom uit den ketel, zal als nu door behulp van het tegengewigt _gg_, de zuiger _w_, in den cilinder opstijgen, terwijl de zuigerstang _ee_ van de waterpomp in den put _f_ nedergedrukt wordt. De zuiger _w_ deszelfs hoogsten stand bereikt hebbende, zoo sluit men den toegang van den stoom met de kraan _u_ af, opent daarna de kraan _o_ van de pijp _nn_, waardoor dan dadelijk koud water uit den bak _l_ in de cilinderruimte zal stroomen, hetwelk den daarzijnden stoom tot water verdikt of condenseert en die ruimte luchtledig maakt.

Den tegenstand onder den zuiger _w_ aldus zoogezegd verniettegende, zoo zal dezelve door den druk of het gewigt des dampkrings dalen, welks druk, overeenkomstig hetgeen wij hooger gezegd hebben, nabij zoo veel malen 103.3 ned. ponden zal bedragen, als het oppervlak van den zuiger _w_, vierkante ned. palmen bevat.

De zuiger _w_ met zulk een drukvermogen dalende, is nu in staat, met het tegenovergesteld balanseinde _b_, den pompzuiger in den put, met het daarop staande water, omhoog te heffen, om hetzelve bij _r_ te ontlasten.

Wanneer de zuiger _w_, in deze manier weder nabij den cilinderbodem genaderd is, moet de kraan _o_ (waaraan de eigenaardige naam van inspuit- of injectiekraan gegeven wordt) gesloten, en vervolgens de kraan _u_ des ketels open gezet worden; als dan zal, met de weder toevloeijing van stoom onder den zuiger _w_, het in den cilinder gestroomde water, met hetgeen de gecondenseerde stoom gedurende de daling des zuiger heeft opgeleverd, door de pijp _qq_ wegvallen, terwijl de ontwikkelde lucht uit dat water, door de boven gedachte snuifklep (waaraan weinig zwaarte gegeven is) als van zelve zal ontsnappen. Met het open zijn der ketelkraan _u_, zal de rijzing van den stoomzuiger en de daling van den waterpompzuiger weder aanvangen, om onder de aangewezene behandeling der kranen, eene op- en nedergaande beweging der zuigers te onderhouden, waardoor het water uit den put _f_ wordt opgebragt.

Op zoodanige wijze is die eenvoudige stoommachine zamengesteld; doch wij zullen zien, dat daaraan nog veel ontbreekt, om aan eene geregelde en vertrouwde werking te voldoen. Onder anderen wordt hierbij steeds iemand vereischt, die de kranen op de juiste tijden opent en sluit, en waarvan de goede en regelmatige gang geheel afhangt. Insgelijks zal er nog iemand noodig zijn om den koudwaterbak gevuld, of toereikend met water voorzien te houden, terwijl tevens een derde moet zorg dragen, dat naar gelang het water in den ketel verkookt, dit met ander wordt aangevuld.

§ 17.

Sedert de uitvinding van het stoomwerktuig hebben de werktuigkundige onderscheidene middelen bedacht, om boven gezegde bewerkingen, door het werktuig zelf, te doen verrigten, en alzoo zich zelf in gang te houden. Het zou te ver buiten ons bestek leiden, om al de uitvindingen te verklaren, die voor dat doel gemaakt zijn, zoowel als van anderen te gewagen, die strekken, om de machine onafhankelijk te maken van toevalligheden of uitwerkselen, die het gevolg van verzuim, of onbedrevenheid van de zijde des gebruikers kunnen zijn.

Het voornemen is alleen, om onze lezers bekend te maken, met de inrigting van het stoomwerktuig in het algemeen, waarna wij het aan hen zelven zullen overlaten, om de geschiedenis na te gaan, van die verschillende inrigtingen, die men van tijd tot tijd heeft voorgeslagen en in het werk gesteld, en waarmede verschillende tijdschriften, die over de werktuigkunde handelen, nog dagelijks gevuld zijn.

§ 18.

Voordat wij echter verder gaan, moeten wij eene zeer gewigtige eigenschap van den stoom, waarvan wij nog geene melding gemaakt hebben, doen opmerken. De door ons tot dus verre beschouwde stoom is die, welke ontstaat bij eene temperatuur van omstreeks 212 graden, en is in uitzettend vermogen of spanning gelijk aan den gemiddelden druk des dampkrings: want zoo wij zoodanigen stoom, in eene beslotene ruimte doen vloeijen, waarvan de wanden zeer ligt breekbaar zijn, bijv: eenen glazen bol, dan zal de buitenlucht niet in staat zijn, om die wanden in te drukken, noch de daarin besloten stoom, die uit te zetten, omdat de drukking der lucht buiten, gelijk staat, of evenwigt maakt, met de spanning van den stoom binnen. Wanneer de ketel, waarin de stoom zich vormt, gesloten wordt gehouden, en het daaronder bestaande vuur blijft werken, dan zal het water en de stoom eene hoogere temperatuur dan 212 graden aannemen. Met eene steeds toenemende temperatuur, zal de stoom in eenen geheel geslotenen ketel, eene zoodanige kracht verkrijgen, in staat, om den ketel, hoe sterk ook, met geweld te doen bersten.

Stoom op de temperatuur van 212 graden, maakt evenwigt met den dampkringsdruk, die in gemiddelde omstandigheden, met 103.3 ned. looden per vierkante ned. duim overeenkomt; men zegt om die rede: stoom op 212 graden, heeft het vermogen van eenen dampkring of atmospheer; maar aangezien in alle tot heden gebruikelijke stoomwerktuigen, altijd stoom gebezigd wordt, die boven den dampkringsdruk is gespannen, zoo is men gewoon, alleen het verschil te noemen, of de meerdere spanning van den stoom boven den druk des dampkrings; alzoo zegt men: stoom op 234 graden temperatuur is op een' halven atmospheer gespannen, dat is: die boven den gemiddelden druk des dampkrings met 51.7 ned. looden belading per vierkante ned. duim evenwigt maakt, latende dus de 103.3 ned. looden voor eenen dampkring onvermeld; gelijkerwijze is stoom op 250-1/2 gr. aan een' atmospheer, (103.3 ned. looden per vierkante ned. duim)--stoom op 264 gr. aan een' en een' halven atmospheer (155 ned. looden per vierkante ned. duim)--stoom op 275 gr. aan twee atmospheren. (206.6 ned. looden per vierkante ned. duim)--stoom op 285 gr. aan twee en een' halve atmospheer (258.2 ned. looden per vierkante ned. duim)--stoom op 294 gr. aan drie atmospheren (309.9 ned. looden per vierkante ned. duim)--stoom op 302 gr, aan drie en een' halven atmospheer (361.5 ned. looden per vierkante ned. duim)--stoom 309 gr. aan vier atmospheren. (413.2 ned. looden per vierkante ned. duim) en stoom op 321-1/2 graden temperatuur aan de drukking van vijf atmospheren (516,5 ned. looden per vierkante ned. duim) gelijk; terwijl volgens het tot nu hier te lande geldende koninklijk besluit: gespannen stoom beneden eenen halven atmospheer: stoom van lage drukking, daar boven tot drie en eenen halven atmospheer, stoom van middelbare drukking, en hooger gespannen, stoom van hooge drukking genoemd wordt; wel te verstaan, boven den gemiddelden dampkringsdruk.

§ 19.

Laat ons nu overgaan tot de beschrijving der zamenstelling van eenen _stoomketel_, en tevens daarbij in acht nemen den toestel, waardoor de toevoer van stoom als andersints wordt geregeld. Deze ketel bestaat gewoonlijk uit ijzeren, of somtijds ook uit koperen platen, die op het hechtst en volkomen luchtdigt aaneengeklonken zijn, en waarvan de vorm, voor stoom welke een' halven atmospheer niet te bovengaat, overeenkomt, met eene langwerpig vierkante kast met rond gewelfden top. De bodem en zijwanden zijn een weinig binnenwaarts gekromd, doch het bovengedeelte is cirkelvormig gebogen. De volgende plaat is eene afbeelding daarvan, waarbij voorondersteld wordt: dat dezelve overlangs middendoor is gesneden. A is de stookplaats of vuurhaard, waarin op ijzeren roosterstaven het vuur brandt, boven eene aschkolk, die tevens tot doorstrooming van versche lucht dient. Het vuur beslaat, in lengte, hier meer dan het derde gedeelte van de geheele lengte des ketels, en moet van tijd tot tijd, wanneer men steenkolen tot brandstof bezigt, van slakken of sintels gezuiverd worden, terwijl de asch door de roosters naar beneden in de kolk valt. De ontvlamde rook strijkt over de brug _b_, die uit vuurvaste steenen bestaat langs den ketelbodem, en klimt in de rookleiding N N, die rondom den ganschen ketel in het metselwerk is gemenageerd; stijgt van daar in den schoorsteen X ter ontlasting in de opene lucht; alles derwijze ingerigt, opdat de hitte van den deels vlammenden rook de grootst mogelijke oppervlakte van den ketel raakt, ten einde aan het daarin vervatte water de meeste warmte mede te deelen.

[Illustratie: Dwarsdoorsnede van een stoomketel]

Zoo als in de afbeelding gezien wordt, is de ketel over de helft met water gevuld, en de rookleiding daaromheen niet boven de oppervlakte des waters verheven. Door de werking van het vuur tegen den bodem, en van den verhitten rook of het gaz op de zijwanden, wordt nu stoom in den ketel ontwikkeld, die vervolgens door den buis I in den cilinder kan vloeijen.

§ 20.

Het is een noodzakelijk vereischte, dat de stoom de benodigde krachtspanning niet te boven ga, daarmen anders stoom of vuur verspilt of wel den ketel in gevaar brengt. Om dit voor te komen, maakt men gebruik van eene _veiligheidsklep_, bij V _f w_ aangeduid, en waarvan men de werking gemakkelijk zal kunnen begrijpen. In het hoogste gedeelte van den top des ketels is namelijk eene cirkelronde opening, met metalen rand voorzien, gemaakt, welke door eene volmaakt digt sluitende metalen plaat, klep genoemd, gedekt wordt. Op het midden dezer klep bestaat eene opstaande stang, die vrijelijk met eenen liggenden hefboom _f w_ gemeenschap heeft. Deze hefboom, die beweegbaar is, drukt op de opstaande stang der klep, door middel van bij _w_, aangehangen gewigt, en houdt aldus deze klep op derzelver rand digt gesloten. Men noemt dit gewigt de belading van de veiligheidsklep, welke vergroot wordt, naar gelang het gewigt _w_, naar het uiteinde van den hefboom wordt verplaatst. Na een weinig overweging zal men dus bevatten, dat niet alleen het gewigt dezer klep, maar ook derzelver belading, door de stoomspanning binnen den ketel, moet overwonnen worden, om dezelve te doen ligten, en dat de stoom daarvoor altijd meer vermogen moet hebben, dan met den enkelen druk des dampkrings overeen komt; want de dampkring drukt, behalve de aangebragte belading, ook op de klep. Het gewigt kan overigens, het zij door verplaatsing, of door verandering met eenig ander, gewijzigd worden, naar gelang het behouden van eene zekere stoomspanning, in verband met de sterkte des ketels, zulks eischt; zoodat dusdanige toestel met regt den naam van veiligheidsklep draagt, wanneer te hoog gespannen stoom zich daardoor ontlast.

§ 21.