De geschiedenis en werking van de stoommachine
Door wie werd de stoommachine
uitgevonden?
Vele zullen zeggen dat James Watt (1736-1819)
de uitvinder is van de stoommachine. Dit is echter niet waar de stoommachine
werd al gebouwd in 1705 door Thomas Newcomen en John Calley. Maar de machine die
zij ontwikkeld hadden gebruikte erg veel stoom en daardoor ook erg veel kolen.
Newcomen liet de zuiger van de machine omhoog duwen door stoom en daarna door de
stoom af te koelen, weer naar beneden trekken door een vacuüm onder de zuiger.
Bij het afkoelen van de stoom koelde de machine ook af. Waarneer de zuiger dus
weer omhoog moest moest de hele machine eerst weer opwarmen, daar was veel stoom
voor nodig.
In 1764 kreeg James Watt een
stoommachine van Newcomen ter reparatie. Watt ontdekte dat de machine energie
verspilde en maakte daarom verbeteringen aan de machine zodat er meer energie
werd omgezet. In 1765 bouwde hij een machine naar eigen inzicht, de machine
gebruikte slechts 1/3 van de hoeveelheid kolen die Newcomen nodig had voor zijn
machine.
Watt zijn verbeteringen maakte de
stoommachine makkelijker toe te passen in bijvoorbeeld fabrieken. Een van zijn
verbeteringen was de condensor, dit is een met water gekoelde tank waar stoom
wordt afgekoeld tot dat het weer water is. Omdat stoom een groter volume heeft
dan water ontstaat er bij het afkoelen een onderdruk. Deze onderdruk vergroot
het drukverschil in de machine waardoor de zuiger met een grotere kracht naar
beneden of omhoog word gedrukt. Nog een voordeel is dat het water dat ontstaat
door het afkoelen weer in de ketel gepompt kan worden. Hierdoor hoeft er aan
boord van een schip minder ruimte te worden besteed aan zoetwater
opslag.
Hoe werkt een stoommachine.
Om een stoommachine te laten werken
heb je stoom nodig. De stoom wordt gemaakt in een stoomketel, hier wordt met
kolen, hout of olie gestookt vuur water verwarmt tot meestal rond 170-190 graden
Celsius. De stoom kan dan nog eens heter door het door een oververhitter te
laten stromen, dit heeft als voordeel dat er meer energie uit de stoom gehaald
kan worden. Vervolgens gaat de stoom door leidingen naar een afsluiter die voor
de stoommachine zit. Wanneer de afsluiter wordt opengedraaid zal de stoom bij de
stoommachine naar binnen stromen.
klik op de afbeelding om deze te vergroten
De stoommachine hierboven is het meest voorkomende model, ook zijn
er veel verticale machines volgens het zelfde principe.
Zoals aangegeven is de buis onder de
schuifkast de inlaat. Hier komt dus de stoom langs die van de ketel komt. Zoals
te zien is in het plaatje kan de stoom maar langs één weg en dat is de poort die
naar de linkerkant van de cilinder gaat. De stoom drukt vervolgens de zuiger
naar rechts.
De stoom aan de rechterkant van de zuiger
gaat door de rechter poort, vervolgens door de schuif en verdwijnt dan in het
midden stuk.
Wanneer de stoomschuif naar links
beweegt komt de poort aan de rechter zijde vrij waardoor er stoom naar de
rechterkant van de cilinder stroomt. De stoom drukt nu de zuiger naar links. De
stoom die nog aan de linkerkant van de zuiger in de cilinder zit gaat nu door de
linker poort door de stoomschuif naar de inkeping in het midden. Op de inkeping
is een buis aangesloten, de buis gaat gewoon naar buiten of naar een
condensor. Wanneer de krukwang in het verlengde staat met de drijfstang
staat de machine op een punt waar deze niets kan doen. Dit is ook zo als je op
je fiets zit en de trapper staat helemaal beneden of boven, je kunt er wel
kracht op geven maar ze gaan niet in de ronde.De punten waarop de machine geen
arbeid kan leveren noemt men een dood punt. Het vliegwiel zorgt ervoor dat de
dode punten overwonnen worden.
Een
dubbelwerkende stoommachine zoals in het figuur geeft dus bij elke slag arbeid,
bij een gewone brandstof motor is dat maar 1 keer in de 4 slagen.
