Hoe werkt een stoommachine?
Een stoommachine kan worden gezien als een motor die onder invloed van stoom werkt. De stoom wordt verkregen door het verhitten van water. Met de energie, die in de stoom opgeslagen zit, kan men mechanische arbeid opwekken. Door in een of meerdere cilinders de stoom te laten expanderen wordt de zuiger die zich in de cilinder bevindt weggedrukt. Aan de zuiger zit een krukdrijfstangmechanisme die de rechtlijnige heen en weergaande beweging van de zuiger omzet in een ronddraaiende beweging. Aan het krukdrijfstangmechanisme zit een zwaar vliegwiel dat er voor zorgt dat de ronddraaiende beweging vloeiend verloopt. Er wordt slechts een klein deel van de toegevoerde energie omgezet in bruikbare mechanische energie. Het rendement van een dergelijke stoommachine is dus laag.
Geschiedenis van de stoommachine
Voordat de stoommachine in gebruik werd genomen heeft deze vele ontwikkelingen doorgemaakt. Toen hij echter eenmaal werd gebruikt, kan men zeggen, dat dat het punt was van de industriële revolutie. Voor die tijd werd alles met handkracht gedaan. Trekdieren, wind- en watermolens zorgden ervoor dat machines konden worden aangedreven. Zuigerstoommachines worden tegenwoordig niet meer gebruikt. Voor de toeristen kan het een leuke gewaarwording zijn om nog eens te varen met een stoomschip of met een trein te reizen met een stoomlocomotief. Een groot nadeel van een dergelijke stoomaandrijving is dat het veel lawaai veroorzaakt. Daarom is het niet prettig om met een trein te reizen, die aangedreven wordt met een stoomlocomotief, als men voorin zit.
De ontwikkeling voor de stoommachine, zoals die later kon worden toegepast in de industrie, heeft vele ontwikkelingen doorgemaakt. Er werden steeds veranderingen aangebracht die niet gebaseerd waren uit theoretische onderbouwing maar alleen steeds weer door de proeven te onderzoeken. Er was in die tijd nog geen theoretische kennis voorhanden. De stoommachine was al in 1705 Thomas Newcomen en John Cally uitgevonden. Het duurde echter nog tot 1764 toen hij algemeen kon worden toegepast na de innovaties die werden gedaan door Schot James Watt ( 1736-1819). Voor deze uitvinders van de stoommachines waren er ook al personen die zich daarmee bezig hielden. Enkele pioniers waren op dit gebeid waren Heron van Alexandrië, Blasco de Garay, Denis Papin en Thomas Savery. De laatst genoemde patenteerde de eerste stoommachine in 1698. Hij noemde het “een machine om water op te pompen aangedreven door vuur”.
In 1712 werd de stoommachine verder ontwikkeld door Thomas Newcomen. Het duurde echter nog tot 1763 voordat James Watt de opdracht kreeg de Newcomen stoommachine te verbeteren. Hij zorgde met zijn veranderingen ervoor dat hij kon worden gebruikt voor industriële toepassingen. De aanpassingen van James Watt ( 1765-1782) , aan wie de uitvinding van de stoommachine wordt toegeschreven, verbeterde de machine dusdanig dat hij grotere schaal kon worden gebruikt. In 1777 werd de eerste machine gebruikt waarin de veranderingen waren aangebracht. Dat was in een mijngroeve in Cornwall. Toen hij, James Watt, de stoommachine bestudeerde kwam hij tot de conclusie dat er veel verbeteringen nodig waren. Hij zorgde ervoor dat de cilinder werd warm gehouden door het aanbrengen van een stoommantel. Hierdoor werd het rendement verbeterd. Ook werd het condensatieproces verlegd van de cilinder naar de condensor. Door een onder- en bovendruk op de zuiger toe te passen werd ook weer het rendement aanzienlijk verbeterd. Door het aanbrengen van een overdruk ventiel werd de veiligheid verhoogd. Wanneer de druk van de stoom te hoog wordt ontsnapt de stoom, die onder druk stond, tot een normaal drukniveau. Ook de aandrijving door middel van de krukas werd verbeterd. Alle verbetering die James Watt toen wilde aanbrengen konden niet worden uitgevoerd in verband met de kosten die dat allemaal met zich meebracht.
