Stephenson’s Rocket

Algemene layoutEdit

De locomotief had een hoge schoorsteen aan de voorkant, een cilindervormige ketel in het midden, en een aparte vuurkist aan de achterkant.Het grote voorste paar houten wielen werd aangedreven door twee externe cilinders die onder een hoek waren geplaatst. De kleinere achterwielen waren niet gekoppeld aan de aandrijfwielen, waardoor een 0-2-2 wielopstelling ontstond.

OntwerpdoelstellingenEdit

Stephenson ontwierp Rocket voor de Rainhill Trials, en de specifieke regels van die wedstrijd. Aangezien de eerste spoorweg meer voor passagiers dan voor vracht bestemd was, legden de regels de nadruk op snelheid en vereisten ze betrouwbaarheid, maar het gewicht van de locomotief was ook strikt beperkt. Zeswielige locomotieven mochten niet meer dan zes ton wegen, vierwielige niet meer dan vier en een halve ton. In het bijzonder mocht het gewicht van de te trekken trein niet meer dan drie keer het eigenlijke gewicht van de locomotief bedragen. Stephenson realiseerde zich dat, ongeacht de grootte van eerder succesvolle locomotieven, deze nieuwe wedstrijd de voorkeur zou geven aan een snelle, lichte locomotief met slechts een matige trekkracht.

InnovatiesEdit

Enkel paar drijfwielenEdit

Stephenson’s meest zichtbare beslissing was het gebruik van een enkel paar drijfwielen, met een kleine draagas erachter. Dit was de eerste 0-2-2 en de eerste locomotief met enkele bestuurder. Het gebruik van enkele drijfwielen had verschillende voordelen. Het gewicht van koppelingsstangen werd vermeden en de tweede as kon kleiner en lichter zijn, omdat deze slechts een klein deel van het gewicht droeg. Rocket legde iets meer dan 2 1⁄2 ton van zijn totaalgewicht van 4 1⁄2 ton op de drijfwielen, een hogere asbelasting dan Sans Pareil, hoewel de 0-4-0 met 5 ton in totaal zwaarder was en officieel gediskwalificeerd was omdat hij de limiet van 4 1⁄2 ton overschreed. Vroege locomotiefontwerpers waren bezorgd dat de adhesie van de drijfwielen van een locomotief onvoldoende zou zijn, maar Stephensons ervaring uit het verleden overtuigde hem ervan dat dit geen probleem zou zijn, vooral met de lichte treinen van de proefwedstrijd.

Meervoudige ketelvuurpijpenEdit

Rocket maakt gebruik van een meervoudig buisvormig ketelontwerp. Eerdere locomotiefketels bestonden uit een enkele pijp omgeven door water (hoewel de Lancashire Witch wel dubbele schoorstenen had). Rocket had 25 koperen vuurpijpen die het hete uitlaatgas van de vuurkist, door de natte ketel naar de blaaspijp en schoorsteen voeren. Deze opstelling resulteerde in een sterk vergroot contactoppervlak van de hete pijp met het ketelwater in vergelijking met een enkel groot rookkanaal. Bovendien zorgde de stralingswarmte van de vergrote aparte vuurkist voor een verdere toename van de stoom en dus van het rendement van de ketel.

De oorspronkelijke vernieuwer van meervoudige vuurpijpen is onduidelijk, tussen Stephenson en Marc Seguin. Wel is bekend dat Seguin Stephenson bezocht om Locomotion te observeren en dat hij vóór Rocket ook twee meervoudige buizenlocomotieven naar eigen ontwerp bouwde voor de spoorweg Saint-Étienne-Lyon. De ketel van Rocket was van de meer ontwikkelde vorm, met de aparte vuurkist en een blaaspijp voor de trek, in plaats van de omslachtige ventilatoren van Seguin, maar Rocket was niet de eerste meerbuisige ketel, hoewel het onduidelijk blijft wiens uitvinding het was.

De voordelen van het vergroten van het vuurbuisoppervlak waren ook geprobeerd met de Novelty van Ericsson en Braithwaite in Rainhill. Hun ontwerp gebruikte echter een enkele vuurhaardbuis, in drieën gevouwen. Dit bood een groter oppervlak, maar alleen ten koste van een evenredig grotere lengte en dus slechte trek op het vuur. De opstelling ervan maakte ook het schoonmaken van de buizen onpraktisch.

De voordelen van de ketel met meerdere buizen werden snel erkend, zelfs voor zware, langzame goederenlocomotieven. Tegen 1830 had Stephenson’s vroegere medewerker Timothy Hackworth zijn Royal George met retourleiding herontworpen als de Wilberforce-klasse met retourleiding.

StraalpijpEdit

Rocket gebruikte ook een straalpijp, die de uitlaatstoom van de cilinders naar de basis van de schoorsteen voerde om een gedeeltelijk vacuüm te induceren en lucht door het vuur te trekken. De uitvinding van de blaaspijp is omstreden, maar Stephenson gebruikte hem al in 1814. De blaaspijp werkte goed op de ketel met meerdere buizen van Rocket, maar op eerdere ontwerpen met een enkel rookkanaal door de ketel had hij zoveel zuigkracht dat hij de neiging had de bovenkant van het vuur af te rukken en brandende sintels uit de schoorsteen te gooien, waardoor het brandstofverbruik enorm toenam.

Cilinders dichter bij de horizontaalEdit

Zoals de Lancashire Witch had Rocket twee cilinders die schuin ten opzichte van de horizontaal stonden, waarbij de zuigers een paar wielen met een diameter van 1,435 m (4 ft 8,5 in) aandreven. Bij de meeste eerdere ontwerpen waren de cilinders verticaal geplaatst, waardoor de locomotieven een ongelijkmatige slingerende beweging maakten als ze over het spoor reden. Vervolgens werd Rocket aangepast zodat de cilinders bijna horizontaal stonden, een layout die bijna alle ontwerpen die volgden beïnvloedde.

Zuigers direct verbonden met drijfwielenEdit

Wederom net als bij de Lancashire Witch waren de zuigers direct verbonden met de drijfwielen, een opstelling die in latere stoomlocomotieven is terug te vinden.

Afzonderlijke vuurkistEdit

De vuurkist was gescheiden van de ketel en was dubbelwandig, met een watermantel tussen beide. Stephenson erkende dat het heetste deel van de ketel, en dus het meest effectief voor het verdampen van water, het deel rond het vuur zelf was. Deze vuurkist werd verwarmd door stralingswarmte van de gloeiende cokes, niet alleen door convectie van het hete uitlaatgas.

Locomotieven uit Rocket’s tijd werden gestookt met cokes in plaats van steenkool. De plaatselijke landeigenaren waren al bekend met de donkere rookwolken van met steenkool gestookte stationaire locomotieven en hadden aan de meeste nieuwe spoorwegen voorschriften opgelegd dat locomotieven “hun eigen rook verbruiken”. De rook van een brandend cokesvuur was veel schoner dan die van steenkool. Pas 30 jaar later en met de ontwikkeling van de lange vuurkist en de bakstenen boog konden locomotieven effectief rechtstreeks kolen verbranden.

Rocket’s eerste vuurkist was van koperplaat en van opzij enigszins driehoekig van vorm. De keelplaat was van vuursteen, mogelijk ook de achterkop. Bij de herbouw rond 1831 werd dit vervangen door een smeedijzeren koperen kop en keelplaat, met daartussen een trommel (die nu ontbreekt), vermoedelijk van koper. Dit gaf een groter inwendig volume en bevorderde een betere verbranding in de vuurkist, in plaats van in de buizen. Deze vroege vuurkisten vormden een aparte waterruimte van de keteltrommel en waren verbonden door opvallende externe koperen pijpen.

Krediet voor het ontwerpEdit

Er zijn meningsverschillen geweest over wie de eer voor het ontwerp van Rocket moest krijgen. George Stephenson had al verschillende locomotieven ontworpen, maar geen zo geavanceerd als Rocket. In de tijd dat Rocket werd ontworpen en gebouwd in de Forth Banks Works, woonde hij in Liverpool en hield hij toezicht op de bouw van de Liverpool and Manchester Railway. Zijn zoon Robert was onlangs teruggekeerd van een werkperiode in Zuid-Amerika en weer directeur geworden van Robert Stephenson and Company. Hij had de dagelijkse leiding over het ontwerp en de bouw van de nieuwe locomotief. Hoewel hij regelmatig contact had met zijn vader in Liverpool en waarschijnlijk ook advies van hem kreeg, is het moeilijk om Robert niet de meeste eer toe te kennen voor het ontwerp. Een derde persoon die wellicht een aanzienlijk deel van de eer toekomt is Henry Booth, de penningmeester van de Liverpool and Manchester Railway. Hij zou aan Robert Stephenson hebben voorgesteld om een ketel met meerdere buizen te gebruiken.

Evolutie van het ontwerp van de Stephenson locomotiefEdit

Vóór RocketEdit

Rocket werd gebouwd in een tijd van snelle ontwikkeling van de stoommachine technologie. Het was gebaseerd op ervaring opgedaan met eerdere ontwerpen van George en Robert Stephenson, waaronder de Killingworth locomotief Blücher (1814); Locomotion (1825); en de Lancashire Witch (1828).

locomotieven van het type RocketEdit

Rocket werd gevolgd door een aantal andere motoren van soortgelijke 0-2-2-lay-out met achterin geplaatste cilinders gebouwd voor de L&MR voordat deze op 15 september 1830 werd geopend, met als hoogtepunt de Northumbrian (1830), tegen die tijd waren de cilinders horizontaal. Andere motoren van het Rocket-ontwerp die aan de Liverpool and Manchester spoorweg werden geleverd waren de “Arrow”, “Comet”, “Dart” en “Meteor”, die alle in de loop van 1830 aan de spoorweg werden geleverd.

Na RocketEdit

Op ongeveer hetzelfde moment, Stephenson geëxperimenteerd met vooraan gemonteerde cilinders. De onsuccesvolle 0-4-0 Invicta, die in 1829 direct na Rocket werd gebouwd, had ze nog onder een hoek. De succesvolle 2-2-0 locomotief Planet (1830) had inwendig aan de voorzijde gemonteerde cilinders die horizontaal waren afgesteld.

Motoren gebouwd naar het ontwerp van Planet en het daaropvolgende 2-2-2 Patentee ontwerp van 1833 maakten het ontwerp van Rocket overbodig.