Een Merkwaardige Stoommachine uit 1856

Door Prof. Ir. D. Desden (bron: uit het tijdschrift de Ingenieur 27 juni 1941)

Een Merkwaardige Stoommachine uit 1856

Door Prof. Ir. D.Desden

In het oude gemaal van het waterschap Mastenbroek bij Genemuiden doet een stoommachine, gebouwd in 1856 door de Maatschappij de Atlas, Fabriek van Stoom en andere werktuigen te Amsterdam, nog geregeld dienst voor het drijven schepraderen.

Onderaan staan foto's uit deze tijden.

door op de platen te klikken krijg je een groter exemplaar die dan getoond, of uitgeprint kan worden.

De machine, waarvan fig.1 een algemeen overzicht geeft, is merkwaardig door haar ongewone constructie, zoowel in hoofdopzet als in details.
De cilinderafmetingen zijn 740 mm middellijn ( waarschijnlijk oorspronkelijk 29 inch; de cilinder is een keer uitgekotterd) bij 2440 mm ( 8 voet) slag, en de machine maakt bij het drijven van twee schepraderen ongeveer 10 omwentelingen per minuut.
Bij grotere opvoerhoogten wordt een scheprad afgekoppeld en de machine loopt dan met ten hoogste 12 omwentelingen per minuut.
Zij werkt met verzadigden stoom van 4 kg/cm2 overdruk en een injectie condensatie, die een hoog vacuüm geeft.

In fig.2 zijn een paar indicateurdiagrammen afgebeeld, waaruit een vermogen berekend wordt van 93 I.P.K. bij 10 omwentelingen per minuut.
Uit die diagrammen blijkt wel, dat lang niet de volle stoomdruk in de cilinder optreedt.
De machine is dan ook te groot voor de schepraderen.
Bij kleinere vulling en hongeren inlaatdruk gaat zij echter onrustig lopen.

Elke zijde van de cilinder heeft een inlaatklep en een uitlaatklep.

 Fig.3 toont een uitlaatklep in het klephuis.
De inlaatklep is van dezelfde constructie bij passend kleinere afmetingen; natuurlijk komt daarbij de verse stoom boven de klep binnen, terwijl de verbinding met de cilinder onder de klep ligt.
Kleppen en zittingen zijn van geschutbrons.
De zittingen zijn met een bout met hamerkop ( in de figuur slechts gedeeltelijk aangegeven) vast getrokken in het huis.
De dubbele zitting kleppen worden via een hefboomstelsel door gewichten opengetrokken en door een ingewikkeld mechanisme gesloten.
Dit mechanisme wordt gedreven door twee stangen, die haar beweging ontlenen aan een groot excentriek, op de as gespied in gelijke richting met de kruk.

In fig.4 is het bewegingsmechanisme getekend in de stand, die behoort bij de krukstand van fig.1; in het indicateurdiagram is die stand ook aangegeven en het is te zien, dat op dat ogenblik de beide inlaten gesloten zijn, de uitlaat as zijde (A.Z.) open en de uitlaat dekselzijde (D.Z.) gesloten.

Het sluiten van inlaat D.Z. is geschied, doordat de lange koperen schaats S1 de met leer bekleden hefboom IVb omlaag heeft gedrukt, ( waarbij het aan kruk IVc hangende gewicht werd opgetild) de as IV, waarop de genoemd de hefbomen zitten, rechtsom heeft gedraaid en daar mede via de hefboom IV i de klep bij de zitting heeft gebracht, waarna de stoomdruk de klep helpt dichten.

Het sluiten van inlaat D.Z. is geschied, doordat de lange koperen schaats S1 de met leer bekleden hefboom IVb omlaag heeft gedrukt, ( waarbij het aan kruk IVc hangende gewicht werd opgetild) de as IV, waarop de genoemd de hefbomen zitten, rechtsom heeft gedraaid en daar mede via de hefboom IV i de klep bij de zitting heeft gebracht, waarna de stoomdruk de klep helpt dichten.
Wanneer echter straks bij de teruggaande slag de schaats S1 de hefboom IVb weer vrij laat. Zou de inlaat D.Z. dadelijk door het gewicht aan IVc opengetrokken worden, ware het niet dat ondertussen in de gleuf van de koppelstang K1 de pen op het eind van kruk IIa het rechtereinde had bereikt zodat die stang K1 niet naar links kan, wat, via de kruk Iva, de as IV blokkeert.
Hoe kwam dan die pen van kruk IIa naar rechts te gaan?
Kruk IIa zit op as II en op dezelfde as zit de gekromde hefboom IIb.
Nu draagt de stang W1 behalve de schaats S1, ook pen p 1 en bij de nog bestaande beweging naar rechts zal tegen het eind van de slag die pen de hef boom IIb verzetten.
Daarmee draait dus as II rechtsom, wat de gewenste beweging geeft aan de pen van kruk IIa; ook doet die draaiing de uitlaatklep A.Z, dicht gaan (zie ook fig.1).
Daarbij draait de grendelschijf Ga zo ver naar rechts, dat de grendelschijf Gd (vast op as I) kan passeren; die Gd heeft tot dat ogenblik, onder de invloed van het gewicht, dat aan la hangt, tegen Ga aangedrukt (zie ook fig.6).
Nu Gd gehoor kan geven aan dien invloed van het gewicht, gaat de uitlaat D.Z. open (zie ook fig. I).
De nieuwe stand van Gd belet nu Ga het terugdraaien en blokkeert aldus via stang K1 de as IV.
Het naar rechts draaien van as I heeft nog een gevolg; het einde van kruk Ic belette stang K2 naar rechts te gaan en daarmede via kruk IIIc, as III, die overigens door het gewicht aan hefboom IIIa werd omgetrokken, terwijl hefboom IIb (gelijk aan hefboom lVb en bestemd om door schaats S2 te worden bewogen) vrij was.
Deze blokkering van as III verdwijnt nu, zodra as I naar rechts draait en dan drukt hefboom IIIi de inlaat A.Z. open.

Wat gebeurt er dus, samenvattend, in de aanstaande rechtse dode punt van de kruk?
Uitlaat A.Z. gaat dicht, dadelijk daarmee uitlaat D.Z. open en tevens inlaat A.Z. open.
Op analoge wijze werken bij het andere dode punt de schaats S2, de pen p2 en de hefboom Ih samen.
Geopend wordt elke inlaat dus, als de uitlaat aan de andere zijde open gaat, tegelijk met het sluiten van de uitlaat aan de, eigen zijde.
Het sluiten van elke inlaat is te verstellen door het verstellen van de schaats langs de stang W.
De beide samenvallende bewegingen van de uitlaatkleppen kunnen slechts heel weinig vóór het dode punt geschieden, want de pennen P (bekleed met op elkaar geperste leren schijven) en de gekromde hefbomen hebben slechts een geringe vering, zodat de pennen maar uiterst weinig mogen door lopen, nadat de uitlaatkleppen de nieuwen stand hebben ingenomen.
De indicateurdiagrammen tonen dan ook een geheel ontbreken van vooruitlaat en van compressie.
De machine bleek trouwens te gaan stoten, toen men trachtte, in dit opzicht de diagrammen iets te verbeteren.
Het is duidelijk, dat dan ook een voorinlaat onmogelijk is.
Natuurlijk is het bereikte indicateurdiagram niet bepaald ideaal uit een oogpunt van stoomeconomie.
Trouwens ook de schadelijke ruimte is groot en de te grote machine werkt met ageren stoomdruk, dan waarop zij is berekend.
Wat de mechanische uitvoering betreft, nog het volgende.
De drijfstang is van essenhout (nog hetzelfde van 1856), boven en beneden voorzien van smeedijzeren strippen, aan elkaar verbonden door dertien doorgaande bouten.
Het vliegwiel heeft een gietijzeren velling met cirkelvormige doorsnede, waarvan de middellijn 300 mm bedraagt.
De buitendiameter van het wiel is 7500 mm. ; het heeft 9 spaken met cirkelvormige doorsnede, middellijn 115 mm, die in een gietijzeren naafstuk door spieën zijn bevestigd en aan de buitenzijde van de velling zijn omgeklonken.
Het gewicht is uit de opgemeten gegevens berekend op 16 ton en het traagheidsmoment op 17 ton m2.

Dit geeft met het tangentiaal drukdiagram van fig.5 een snelheidsvariatie van 8,4 op 11,6 omwentelingen per minuut wanneer men de weerstand van de schepraderen constant rekent, dus onafhankelijk van de ogenblikkelijke hoeksnelheid der machine.

Het blijkt in ieder geval wel, dat de machine niet veel over heeft aan vliegwielwerking en dat is in het bedrijf ook zeer goed waar te nemen.
Bij kleinere vulling en hongeren inlaatdruk wordt ook in dit opzicht de gang van de machine slechter.
De luchtpomp wordt gedreven door een excentriek met een slaglengte van 700mm.
Zoals in de aanhef vermeldt, wordt de machine nog geregeld gebruikt, maar het aantal etmalen, dat de installatie in bedrijf moet zijn, bedraagt gemiddeld slechts 45 per jaar.
Was een veel groter aantal maaldagen nodig, dan zou de machine vrij zeker al lang vervangen zijn door een installatie met een kleiner kolenverbruik per W.P.K. U.En dan zou de tand des tijd ook meer er aan hebben geknaagd.
Zij is nu een interessant document van de machinebouw in ons land in het midden van de vorige eeuw, en ik dank het bestuur van het waterschap Mastenbroek voor de mij verschafte gelegenheid tot het verzamelen van de gegevens, die ik hierboven heb weergegeven.