Lilla ångloksskolan
En viktig del i Lennakattens arbete är att bevara de arbetsmetoder och tekniker som drev den svenska järnvägen förr i tiden. Därför håller vi egna utbildningar i ånglokslära, med utgångspunkt i samma utbildningsmaterial som SJ tog fram på 1940-talet. Boken finns inscannad att läsa på Samlingsportalen, men ifall du inte orkar ta dig genom de drygt 500 sidorna kommer här en crash course som lär dig allt det viktigaste om ånglok.
Grundläggande teori
Värms vatten upp över sin kokpunkt blir det vattenånga. 1 liter flytande vatten blir drygt 1640 liter vattenånga, men i en ångpanna kan inte ångan ta upp så mycket plats eftersom utrymmet är begränsat. I stället blir ångan komprimerad. Den komprimerade vattenångan vill hela tiden expandera för att sprida ut sig, vilket ger upphov till tryck. Det är detta tryck vi använder som drivkraft för ångloket.
Ånglokets delar
Ett ånglok kan övergripligt delas in i ångpanna, cylindrar, maskineri, sotskåp,skorsten,förarhytt och tankar. Ångpannan är där ångtrycket bildas. Maskineriet utnyttjar ångtrycket till att få hjulen att snurra och driva loket framåt. Ångloket styrs från förarhytten, och vatten och kol förvaras i tankar som antingen är vid sidorna om (eller runt) ångpannan, eller i en särskild vagn bakom hytten som kallas tender.
Ångpannan
Vi börjar med att gå in mer i detalj på ångpannan. Ångpannan kan brytas ner i eldstad, rundpanna och ångdom.
Eldstaden
Eldstaden består av innereldstad, även kallad fyrbox, och yttereldstad. I innereldstaden eldar man med stenkol eller annat bränsle. Detta skapar extremt mycket värme, ca 1300° C. Innereldstaden är normalt gjord i koppar, vilket leder värme bra. Mellan innereldstad och yttereldstad finns vatten, som värms upp av innereldstaden och bildar ånga. Men vattnet hjälper också till att kyla ner kopparn i innereldstaden, vilket är extremt viktigt. Koppar förlorar nämligen kraftigt sin hållfasthet om den värms upp så mycket att den börjar glöda. Därför behöver man alltid se till att vattennivån i ångpannan är så pass högt att innereldstadens tak alltid är täckt av vatten.
Eldstaden har flera smarta lösningar för att fungera optimalt.
- För att innereldstaden inte ska implodera av trycket från ångan finns stagbultar, takstag och en bottenring som håller samman innereldstaden med yttereldstaden.
- Fyrbädden i innereldstaden vilar på ett galler som kallas roster. Luft kan på så sätt tillföras underifrån och aska falla igenom till asklådan.
- Inuti innereldstaden finns ett murat eller gjutet eldstadsvalv. Syftet med den är att skapa en jämnare förbränning genom att tvinga rökgaserna att runda valvet, samt att skydda tubändarna från eldslågorna.
Rundpannan
Tubändarna för oss in på rundpannan. Det är i princip en stor cylinder där man förvarar vatten. Genom rundpannan går tuberna, rör som börjar vid innereldstaden och går till sotskåpet. Härigenom färdas rökgaserna som bildas i eldstaden och värmer upp vattnet runtom. Den skarptänkte undrar då vad det är som suger rökgaserna genom tuberna, och även luften in i eldstaden. Vi återkommer till det.
Ångdom
Ångan som bildas i rundpannan samlas i ångdomen, en upphöjning i pannan. I ångdomen sitter regulatorn, som kan se ut och fungera på lite olika sätt, men syftet är i alla fall att kunna reglera hur mycket ånga man ska släppa till cylindrarna. När föraren vill köra, öppnar hen regulatorn så att ånga släpps till. Här kan ångan ta vägen till någon av två platser, beroende på hur modernt ångloket är.
Äldre ånglok – ej överhettade
På äldre, icke överhettade ånglok går ångan direkt till cylindrarna. BLJ 4 Långshyttan och BLJ 5 Thor är exempel på lok med denna lösning.
Modernare ånglok – överhettade
På modernare, överhettade ånglok går i stället ångan till den så kallade ånglådan. Härifrån divergeras ångan för att passera igenom rundpannan ännu en gång, den här gången i de så kallade överhettningsrören. Det är små rör som ligger inuti särskilda överhettartuber. Här blir ångan uppvärmd ytterligare av rökgaserna, från de vanliga ca 190° C* till ca 300° C, vilket hjälper till att avdunsta den sista fukten i ångan så att den blir verkligt torr. Överhettning ökar verkningsgraden på ångloket från ca 7% till ca 11%, så skillnaden är betydlig, särskilt i lite högre hastigheter. Den överhettade ångan går tillbaka till ånglådan, där den sedan går ner till cylindrarna.
*kokpunkt för vatten vid 12 kg/cm2 övertryck, vilket gäller i många ångpannor.
Cylindrarna
Oftast har ett ånglok två cylindrar, en på vardera sida, men det har även förekommit ånglok med en, tre eller fyra cylindrar. På de flesta lok sitter cylindrarna på utsidan, men på en del loktyper sitter de istället på insidan för att få en mindre ryckig gång i spåret.
I cylindern rör sig en kolv fram och tillbaka av ångans kraft. Ett varv för kolven kallas ett ångslag. En lokcylinder kan göra upp till sex ångslag per sekund, beroende på hastighet. På cylindrarna finns en slid, som genom öppningar ömse släpper in ånga till vänster om kolven, ömse till höger om kolven för att trycka denna fram och tillbaka. Detta sker i sex skeden:
- Förinströmningsskedet. Sliden öppnar tillförseln av ånga lite före ångslagets slut på vänster sida, så att ångan skapar ett mottryck som underlättar kolvens vändning.
- Inströmningsskedet. Sliden öppnar tilloppet mer på vänster sida och mer ånga strömmar in. På den högra delen av cylindern töms ånga till avloppet, som leder ut ångan till sotskåpet. I detta skede är trycket i cylindern som högst. Sliden börjar sedan stänga tilloppet.
- Expansionsskedet. Sliden är stängd på vänster sida. Ångan expanderar i detta skede, vilket skjuter på kolven samtidigt som trycket sjunker. På så sätt fortsätter ångan uträtta ett arbete på kolven, trots att ångtillförseln är stängd. I den andra delen av cylindern töms ånga till avloppet.
- Förutströmningsskedet. Nu börjar kolven nå sin slutpunkt i andra änden av cylindern och ska vända tillbaka igen. Sliden öppnar tilloppet på den högra sidan, så att ånga flödar in för att underlätta vändningen. På vänster sida öppnar sliden samtidigt gången till avloppet, så att ånga flödar ut och trycket sjunker.
- Utströmningsskedet. Kolven går nu åt andra hållet. Ånga strömmar ut till avloppet på vänster sida, medan den strömmar in på höger sida. Trycket på vänster sida sjunker ytterligare.
- Sammantryckningsskedet. Sliden stänger återigen gången till avloppet på vänster sida. Samtidigt är höger sida i expansionsskedet. Kolven rör sig åt vänster, tills cylindern åter hamnar i skede 1.
Genom omkastaren kan föraren justera hur stor del av ångslaget som ånga ska släppas in, alltså hur länge inströmningsskedet ska vara. Detta kallas för fyllning. Man strävar efter att ha så låg fyllning som möjligt, eftersom det förbrukar mindre ånga och därmed mindre kol. Vid start och i backar där man behöver mycket kraft behöver man dock ha en högre fyllning. Har man negativ fyllning åker ångloket bakåt. Man kan alltså säga att omkastaren är som en steglös ”växellåda”, där föraren kan bestämma riktning och kraftutbyte.
Maskineriet
Vi har alltså i cylindern (10) en kolv (11). Den får kolvstången (12) att röra sig fram och tillbaka. Kolvstången för över sin rörelse till ett tvärstycke (6) som hålls på plats av gejdarna (5,14). På tvärstycket sitter även vevstaken (16), som är i förbindelse med veven (21). Det är veven tillsammans med vevstaken som översätter den linjära rörelsen på kolvstången till en cirkulär rörelse på hjulets axel (20). På hjulaxeln sitter också en excenterskiva (18). Excenterskivan översätter hjulaxelns rotation åter till en fram- och återrörelse, som via excenterstången (17) och en vickaxel (23) ger en fram- och återrörelse till en stång som kallas slidstången (4). Det är slidstången som får sliden (2) att röra på sig och styra ångströmningarna till och från cylindern.
Sotskåpet
När ångan har lämnat cylindrarna genom avloppet släpps det ut i sotskåpet, även kallat rökskåpet. Här kommer även rökgaserna ut från tuberna som går igenom rundpannan. På toppen av sotskåpet sitter skorstenen, som är utformad hög och avlång för att ångan ska fara ut ur sotskåpet med bra fart. Ångan skapar drag i sotskåpet som drar med sig rökgaserna som kommer från tuberna. På så sätt skapas ett drag hela vägen från asklådan, genom innereldstaden, tuberna och sotskåpet ut i skorsstenen. Det smarta är att ju hårdare man kör, och ju mer ånga man förbrukar, desto mer drag får man genom ångpannan och desto snabbare produktion av ånga. När man står still kan man starta hjälpblästern som släpper ut ånga direkt till sotskåpet för att uppnå samma effekt.
I sotskåpet sitter normalt, under skorsstenen, en gnistsläckare som har som funktion att slå sönder och rensa bort partiklar och annat som kan följa med röken och slå gnistor ute i naturen. Ledskenegnistsläckare är den trattliknande formen man kan se under skorsstenen på exempelvis BLJ 4 Långshyttan och BLJ 5 Thor. De är mycket effektiva, upp till 99% av gnistorna kan slås av. På överhettade lok får dock ledskenegnistsläckare inte plats eftersom ånglådan är i vägen. Då har man i stället en nätbur där gnistorna ska slås av. Det är tyvärr inte lika effektivt.
Förarhytt
Förarhytten på ett ånglok innehåller all form av armatur som krävs för att framföra ångloket och kontrollera status på ångpannan. Mycket sitter på det så kallade ventilstället.
För att köra ett ånglok behöver du egentligen bara två saker: regulatorstång och omkastare. Regulatorstången används för att styra regulatorn, som styr hur mycket ånga som släpps på till cylindrarna. Omkastaren reglerar hur mycket fyllning man har, det vill säga hur stor del av ångslaget som man släpper in ånga i cylindrarna. En broms är givetvis också bra att ha, och de flesta ånglok är utrustade med flera bromssystem för olika syften.
- En ångbroms använder ångtrycket för att styra en cylinder som ansätter tryck på bromsblocken så att de trycks mot hjulen och bromsar loket.
- En skruvbroms använder sig av en skruv som lokpersonalen vevar med ett handtag för att justera läget på bromsblocken, så att de trycks mot hjulen. Detta är bra när loket ska stå stilla ett tag, likt handbromsen på en bil.
- En tryckluftsbroms används för att bromsa vagnarna som är kopplade till loket. Tryckluft genereras av en ångdriven luftpump, och genom en ventil i förarhytten styrs vilket tryck på luften som ska släppas ut till vagnarna. Lufttrycket reglerar bromsventiler på respektive vagn.
- Bonus: man kan också bromsa loket genom att köra maskineriet i backgång, så kallad motånga. Bör användas med stor försiktighet.
I förarhytten sitter även
- 2x manometer, som visar det aktuella trycket i ångpannan.
- 2x vattenståndsglas, som visar vattennivån i pannan genom principen om kommunicerande kärl.
- 2x injektor, som matar in vatten i ångpannan med hjälp av ångpannans egna tryck. Fysikern höjer på ögonbrynen, hur kan ångpannan övervinna sitt egna tryck utan att skapa någon ny energi (som ju är omöjligt)? Vi tar och kollar lite närmare.
Injektorn
När den franske ingenjören Henri Giffards uppfann injektorn förstod han inte själv hur den fungerade. Idag gör vi tack och lov det. Ett antal olika injektorer har uppfunnits genom åren, men alla bygger på samma princip i grunden.
När ångröret (1) öppnas flödar en ångstråle genom injektorn. I ångmunstycket (2) blir röret vidgat, så att trycket sjunker och hastigheten ökar (detta kallas Bernoullis princip). Ångan suger med sig luften i vattenrummet (3) så att ett vakuum bildas. Detta suger upp vatten från vattentanken (13) genom sugröret (11). Vattnet sugs med av ångan och blandas i blandmunstycket (4), så att hastigheten från ångan överförs till vattnet.
Vattenstrålen passerar igenom öppningen till tryckmunstycket (6). Här blir diametern större, så att hastigheten ökar ytterligare. Är hastigheten tillräckligt hög kommer vattenstrålen kunna trycka upp tryckventilen (7), som trycket i ångpannan håller emot. Vatten flödar då in i pannan genom tilloppsröret (8). Är trycket för lågt vänder vattenstrålen, och i stället åker vattnet ut i spillrummet (5). Här finns ett spillrör (9) så vattnet och ångan åker ut på backen.
Injektorn förbrukar mycket ånga, men eftersom i princip all ånga som går in i injektorn via ångröret återinförs till ångpannan går ingen ånga eller energi förlorad, bortsett från lite vatten och ånga som spiller medan injektorn öppnas och stängs. Verkningsgraden för injektorn är därför i det närmaste 100%.
Vill du veta mer?
Läs artikeln om hur det är att köra ånglok, berättat av en av våra mest erfarna ångloksförare. Eller se i vår fordonslista vilka ånglok som finns på Lennakatten.
Varför inte rent av engagera dig i verksamheten och lär dig att elda och köra ånglok själv? Vi håller kurser drygt vartannat år. Läs mer om att jobba ideellt på Lennakatten här.
Testa dig själv
