Stork Lancashireketel 1916

Uit Test Wiki
Ga naar: navigatie, zoeken

Stoomtechniek

De Lancashire-ketel Toen de ontdekking van de stoomkracht een feit was geworden, kwam er ook behoefte aan goede stoomketels. Stoomketels moesten in de eerste plaats veilig zijn, maar ze moesten ook goedwerkende eigenschappen hebben.

Eigenlijk vindt in en om de stoomketel het omzetten van de energie plaats. Het ontwerp van de ketel en zijn opstelling zal erop gericht zijn om bij die energieoverdracht zo weinig mogelijk warmte te verspillen.

Wat de veiligheid aangaat, de ketels kregen al spoedig een ronde of cylindrische vorm. Dit ketelmodel is door zijn vorm in staat een grote inwendige druk op te vangen, waarbij er weinig mogelijkheden zijn dat er door drukwerking vormveranderingen optreden.

Bij de opstelling van de cylindrische ketels, werd er aanvankelijk veel gebruikt gemaakt van metselwerk. Met het metselwerk werd het vuur, dat voor verhitting van het water nu eenmaal nodig is, onder controle gehouden en konden de hete rookgassen vaker dan één maal langs de ketelwand worden geleid. Toch had het metselwerk ook enige nadelen: het metselwerk nam veel warmte op, vooral bij het opstoken (“stoomstoken”), het ruwe steenoppervlak aan de buitenkant van de bemetseling verloor door “afstraling” veel warmte-energie en bovendien vergde metselwerk, zeker in de vuurhaard, nogal wat onderhoud.

Deze bezwaren probeerde men al spoedig met andere ketelontwerpen te voorkomen. Men ging het vuur niet meer onder, maar in de ketel brengen: de cylindrische ketel werd voorzien van één of meer inwendige “vuurgangen”, ook wel stookbuizen genoemd.
Zo’n vuurgang liep van voor tot achter door de hele ketel en deze was dus geheel door water omringd. Daardoor had de ketel ook een geringere waterinhoud gekregen, zodat er sneller verhitting van het water en stoomvorming optrad. Als de rookgassen aan de achterzijde van de ketel uit de vuurgang kwamen, werden ze door wijze van de bemetseling (van vuurvaste steen) gedwongen langs één of beide zijden van de ketel te strijken naar de voorkant, waarna ze langs de andere zijde of de onderzijde weer naar achteren trokken om via de schoorsteen te verdwijnen. Ook al doordat de rookgassen buiten de vuurgang al wat zijn afgekoeld, wordt er ook minder warmte op deze weg verloren aan het metselwerk.

Een ingemetselde ketel van het cylindrische model noemt men meestal een Cornwall-ketel als hij één, en een Lancashire-ketel als hij twee vuurgangen heeft.
De Lancashire-ketel is daarbij uit de eerstgenoemde voortgekomen.

570×363px
Een ketel met één vuurgang: Cornwallketel
(afbeelding: Het Geheugen Van Nederland, Stork Fotoarchief)

De Cornwall-ketels dienden in Engeland in het gelijknamige district voor stoomvoorziening aan stoomwerktuigen, die het mijnwater uit de kopermijnen van Cornwallis omhoog moesten brengen.
De machine-ingenieurs en machine-fabrikanten legden daarbij onderling een grote naijver aan de dag. Het spreekt vanzelf dat er door die onderlinge concurrentiestrijd al spoedig uitstekende machines en ketelontwerpen ontstonden. Graadmeter daarbij was, dat met zo weinig mogelijk verbruik van kolen (energie), zo veel mogelijk water omhoog kon worden gepompt (arbeid). De toegepaste bemetseling gaf daarbij beschutting tegen warmteverlies en verhoogde met de rookkanalen het rendement aanmerkelijk.

Om een indruk te geven hoeveel technische problemen en hun oplossingen en hoeveel ontwikkelingservaringen er reeds in een dergelijke eenvoudige ketel zitten verwerkt, ontlenen wij enige interessante zaken aan de vakliteratuur.

570×411px
Een ketel met twee vuurgangen: Lancashireketel
(afbeelding: Het Geheugen Van Nederland, Stork Fotoarchief)

Bij de meeste Lancashire-ketels past men gegolfde vuurgangen toe. De buitenwand van de ketel en die van de vuurgang worden, als de ketel in bedrijf is, op verschillende wijze belast. Een belangrijk verschil met de cylindrische buitenwand van de ketel, waarbij de druk naar buiten gericht is, geldt er voor de cylindrische vuurgang, waarbij de druk naar binnen gericht is en de ronde vorm dus een labiel evenwicht geeft.
Omdat door de grote druk in de ketel zo’n aanvankelijk plat-ronde vuurgang nog wel eens werd vervormd (platgedrukt) en er daardoor ketelexplosies voorkwamen, ging men later versterkingsringen van hoekijzer om de vuurgang(en) aanbrengen op regelmatige afstanden van elkaar. Zulke ketels worden dan “Fairbairn-ketels” genoemd.
Na toepassing van andere verstevigsmiddelen, zoals diverse ringvormen en dwarse buizen (Galloway), kwam men dan tot zo’n gegolfde vuurgang. Toen de kennis van metaalbewerkingen toenam, kon men de cilindrische vuurgang een gegolfd profiel “overdwars” meegeven door middel van walsen, die van een overeenkomstig profiel voorzien waren.

De Lancashire-ketel van de Halbertsma-fabrieken is voorzien geweest van zo’n gegolfde vuurgang. De voordelen zijn: de vuurgang kan de uitwendige druk beter weerstaan: de rookgassen die langs het gegolfde oppervlak strijken komen in een wervelende beweging, waardoor ze beter hun warmte aan de wand afgeven;
het verwarmd oppervlak van de ketel wordt groter: de vuurgang kan de werking van uitzetting en inkrimping beter weerstaan, doordat hij “rekbaar” is.

Stork-ketel 1916 nr 3 gi k.jpg
Het Stork-Lancashire-ketelsysteem
(afbeelding uit:

Op de ketel is de “stoomdom” e. aangebracht. Hieraan is de stomp f. bevestigd waarop de afsluiter wordt aangebracht, door welke de stoom naar de leiding gaat.
Door deze plaatsing bevindt de afsluiter zich hoog boven de waterspiegel in de ketel, zodat er minder kans bestaat dat de stoom waterdeeltjes meesleurt, die in de machine schade kunnen aanrichten. De stoom moet dus zo “droog” mogelijk zijn.

In de ketelwand bevindt zich ook een “mangat”. Het deksel, waarmee het mangat wordt afgesloten moet aan de binnenkant worden aangebracht, zodat bij het breken van de bouten, waarmee het is vastgezet, er geen gevaar bestaat dat het door de stoomdruk wordt weggeslingerd. Ook in het front van de ketel zit een mangat, waardoor de ruimte onder de vuurgangen kan worden schoongemaakt.

Op de stomp h. zit een veiligheidsklep, j. vormt een zg. Blackfluit, die waarschuwt bij een te lage waterstand. Door de buis k. wordt het voedingswater in de ketel gepompt.
Bij 1. bevindt zich nog een spuikraan, waardoor bezinksel, ketelslib en verontreinigd water onder druk kan worden afgespuid.

De ketel rust op een paar ketelstoelen van gietijzer. Waar de rookgassen nog zeer heet zijn, worden de rookgangen bekleed met vuurvaste steen. Volgens het Stoombesluit mag een ketelwand niet met de rookgassen in aanraking komen, als hij aan de andere kant niet door het ketelwater gekoeld wordt. Deze regel bepaalt zodoende de hoogte van de waterspiegel, die ongeveer 10 cm boven de rookgassen moet blijven.

400×259px
De stoker onderhoudt de vuren en bewaakt het waterniveau
(afbeelding: collectie J.P. Rottiné)

Om uitzetting door de warmte in de lengterichting van de ketel mogelijk te maken, sluit het metselwerk aan de achterkant niet geheel tegen de ketel aan, maar wordt er daar een afsluiting gemaakt door middel van asbestkoord. Het gedeelte van de ketel dat boven het metselwerk uitsteekt wordt met een isolatielaag bedekt, daaroverheen wordt ook nog wel metselwerk aangebracht.

Het rooster ligt in de vuurgang. Dit wordt tezamen met de bijbehorende delen “het brandwerk” genoemd. Het brandwerk bestaat uit een plaat a., die als een deksel op een bus, op het uitstekende gedeelte van de binnenvuurgang gezet en met bouten daaraan bevestigd is. Tegen deze plaat is het z.g. “doodbed” d. aangebracht, een plaat van gietijzer waarop geen verbranding kan plaatsvinden, omdat er geen openingen voor lucht in zitten. Het vuur kan daardoor niet te dicht bij de vuurdeur komen, zodat die niet te heet wordt. De z.g. “brandplaat”, die op enige afstand van de vuurdeur is bevestigd, dient om deze tegen de stralende hitte van het vuur te beschermen. Om de stookopening heen bevindt zich de boog b., die de klinknagels voor de verbinding van binnenvuurgang met ketelfront, welke niet door het ketelwater gekoeld worden, beschermt tegen de stralende hitte.
Een rand vuurvaste steen of asbest c. verhindert het binnenlekken van “valse” lucht boven het rooster. (deze koude lucht benadeelt de optimale verbranding).

De vuurbrug i. aan de achterkant van het rooster dient met het doodbed voor de bevestiging van de stangen I., waarop de roosterbaren of -dragers rusten en voor de ondersteuning van de roosterstaven zelf. Zij belet ook dat de brandstof aan de achterkant van het rooster valt. De vuurbrug is voorzien van een laag vuurvaste steen n., die een warmteaccumulator vormt om na een tijdelijke afkoeling, b.v. bij het openen van de vuurdeur, eventueel aanwezige brandbare gassen te ontsteken.
Tenslotte vormt de vuurbrug de afsluiting van de ruimte onder het rooster van de rookkanalen en zorgt ervoor dat de lucht die door het achterste gedeelte van het rooster stroomt zich in ongeveer verticale richting beweegt, zodat er een vermenging met de horizontale stroom optreedt, wat een goede menging en verbranding bevordert.

400×259px
Bij de meeste ketels werd er met steenkool gestookt, bij Halbertsma gebeurde dat met afvalhout
(afbeelding: collectie J.P. Rottiné)

De eigenlijke roosterstaven j. worden ondersteund door doodbed, vuurbrug en roosterdragers k. Doordat het ene einde enigszins haakvormig is, worden ze op de dragers op hun plaats gehouden, terwijl het andere schuine einde uitzetting door de warmte mogelijk maakt, zonder dat deze door ophoping van as belemmerd kan worden. Het materiaal van de roosterstaven is gietijzer. Bij het gieten wordt de bovenkant snel afgekoeld (afgeschrikt), waardoor ze hard en bros wordt en goed bestand is tegen de hitte en tegen slijtage door het stookgereedschap. De rest van de roosterstaaf blijft taaier, waardoor het gevaar van breuk vermindert.
Door nokken m. worden de roosterstaven op de juiste afstand gehouden, zodat ertussen spleten overblijven, waardoor de lucht die voor de verbranding nodig is, wordt toegevoerd. Deze lucht wordt aangezogen door de trek van de schoorsteen, die ontstaat door de opstijgende hete lucht en de zuigende werking van eventuele wind over de schoorsteenopening. (natuurlijke trek)

De luchttoevoer wordt, behalve door de schoorsteenschuif, ook geregeld door de asdeur of demper g., die door een getande staaf h. in verschillende standen kan worden vastgezet. Kort na het opbrengen van nieuwe brandstof, dus wanneer veel brandbaar gas ontwikkeld wordt, kan het nodig zijn ook boven het rooster verse lucht toe te voeren. Daartoe is in de vuurdeur de rozet f. aangebracht.

600×345px
De originele ketelplaat van de Stork-ketel van 1916 bij Halbertsma
(foto: J.P. Rottiné)

Terug naar de pagina met onderwerpen