Rocket Stephensona

Układ ogólnyEdit

Lokomotywa miała wysoki komin dymny z przodu, cylindryczny kocioł pośrodku i oddzielną komorę spalania z tyłu.Duża przednia para drewnianych kół była napędzana przez dwa zewnętrzne cylindry ustawione pod kątem. Mniejsze koła tylne nie były sprzężone z kołami napędowymi, co dawało układ kół 0-2-2.

Cele konstrukcyjneEdit

Stephenson zaprojektował Rocket z myślą o Rainhill Trials i specyficznych zasadach tego konkursu. Ponieważ była to pierwsza kolej przeznaczona bardziej dla pasażerów niż dla towarów, zasady kładły nacisk na prędkość i wymagały niezawodności, ale masa lokomotywy była również ściśle ograniczona. Lokomotywy sześciokołowe były ograniczone do sześciu ton, czterokołowe do czterech i pół tony. W szczególności ciężar pociągu, który miał być ciągnięty, miał być nie większy niż trzykrotność rzeczywistego ciężaru lokomotywy. Stephenson zdawał sobie sprawę, że niezależnie od wielkości lokomotyw, które wcześniej odnosiły sukcesy, ten nowy konkurs będzie faworyzował szybkie, lekkie lokomotywy o umiarkowanej sile uciągu.

InnowacjeEdit

Pojedyncza para kół napędowychEdit

Najbardziej widoczną decyzją Stephensona było zastosowanie pojedynczej pary kół napędowych, z małą osią nośną za nimi. Była to pierwsza lokomotywa 0-2-2 i pierwsza lokomotywa z pojedynczym maszynistą. Zastosowanie pojedynczych maszynistów miało kilka zalet. Uniknięto ciężaru drążków sprzęgających, a druga oś mogła być mniejsza i lżejsza, gdyż przenosiła tylko niewielką część masy. Rocket umieścił nieco ponad 2 1⁄2 tony z 4 1⁄2 tony masy całkowitej na swoich kołach napędowych, co stanowiło większy nacisk na oś niż w przypadku Sans Pareil, mimo że 0-4-0 był cięższy o 5 ton i został oficjalnie zdyskwalifikowany z powodu przekroczenia limitu 4 1⁄2 tony. Wcześni projektanci lokomotyw obawiali się, że przyczepność kół napędowych lokomotywy będzie niewystarczająca, ale wcześniejsze doświadczenia Stephensona przekonały go, że nie będzie to stanowiło problemu, zwłaszcza w przypadku lekkich pociągów biorących udział w zawodach trialowych.

Wielorurowy kocioł opałowyEdit

Rakieta wykorzystuje wielorurową konstrukcję kotła. Wcześniejsze kotły lokomotyw składały się z pojedynczej rury otoczonej wodą (choć Lancashire Witch posiadała podwójne płomienie). W Rocket zastosowano 25 miedzianych rurek odprowadzających gorące spaliny z paleniska, przez mokry kocioł do rury wyrzutowej i komina. Taki układ skutkował znacznie zwiększoną powierzchnią kontaktu gorącej rury z wodą kotłową w porównaniu do pojedynczego dużego czopucha. Dodatkowo, promieniowanie cieplne z powiększonego, oddzielnego paleniska pomogło w dalszym zwiększeniu zaparowania, a tym samym wydajności kotła.

Nie jest jasne, kto był pierwotnym wynalazcą wielokrotnych rur ogniowych, a kto Stephensonem i Markiem Seguinem. Wiadomo, że Seguin odwiedził Stephensona, by obserwować Locomotion, i że przed Rocket zbudował dwie lokomotywy wielorurowe własnej konstrukcji dla kolei Saint-Étienne-Lyon. Kocioł Rocket miał bardziej rozwiniętą formę, z oddzielną komorą spalania i rurą wydmuchową dla ciągu, zamiast kłopotliwych wentylatorów Seguina, ale Rocket nie był pierwszym kotłem wielorurowym, choć pozostaje niejasne, czyim był wynalazkiem.

Korzyści płynące ze zwiększenia powierzchni rury paleniskowej próbowano również osiągnąć w Novelty Ericssona i Braithwaite’a w Rainhill. Ich projekt wykorzystywał jednak pojedynczą rurę ogniową, złożoną na trzy. Oferowało to zwiększoną powierzchnię, ale tylko kosztem proporcjonalnie zwiększonej długości, a więc słabego ciągu na ogniu. Również czyszczenie rur było niepraktyczne.

Zalety kotła wielorurowego zostały szybko docenione, nawet w ciężkich, powolnych lokomotywach towarowych. Do 1830 roku Timothy Hackworth, dawny pracownik Stephensona, przeprojektował jego kocioł Royal George z rurą powrotną na kocioł klasy Wilberforce z rurą powrotną.

BlastpipeEdit

Rocket używał również blastpipe, doprowadzając parę wylotową z cylindrów do podstawy komina, aby wywołać częściowe podciśnienie i wciągnąć powietrze przez ogień. Wynalezienie rury wyrzutowej jest kwestią sporną, choć Stephenson używał jej już w 1814 roku. Rura wydmuchowa działała dobrze w wielorurowym kotle Rocket, ale we wcześniejszych konstrukcjach z pojedynczym czopuchem przez kocioł wytwarzała tak duże ssanie, że miała tendencję do zrywania górnej części ognia i wyrzucania płonącego żużlu przez komin, co znacznie zwiększało zużycie paliwa.

Cylindry bliżej poziomuEdit

Podobnie jak Czarownica z Lancashire, Rocket miała dwa cylindry ustawione pod kątem od poziomu, z tłokami napędzającymi parę kół o średnicy 1,435 m. Większość wcześniejszych konstrukcji miała cylindry ustawione pod kątem od poziomu. Większość poprzednich konstrukcji miała cylindry ustawione pionowo, co powodowało nierównomierne kołysanie się silników podczas jazdy po torze. Później, Rocket został zmodyfikowany tak, że cylindry były ustawione blisko poziomu, co wpłynęło na prawie wszystkie następne konstrukcje.

Tłoki bezpośrednio połączone z kołami napędowymiEdit

Ponownie jak w Lancashire Witch, tłoki były połączone bezpośrednio z kołami napędowymi, co jest rozwiązaniem stosowanym w późniejszych parowozach.

Oddzielna komora spalaniaEdit

Komora spalania była oddzielona od kotła i miała podwójne ścianki, a między nimi znajdował się płaszcz wodny. Stephenson uznał, że najgorętszą częścią kotła, a więc najbardziej efektywną do odparowywania wody, jest ta otaczająca sam ogień. Komora ta była ogrzewana przez promieniowanie cieplne żarzącego się koksu, a nie tylko przez konwekcję gorących spalin.

Lokomotywy z epoki Rocketa były opalane raczej koksem niż węglem. Lokalni właściciele ziemscy znali już ciemne chmury dymu ze stacjonarnych silników opalanych węglem i nałożyli na większość nowych linii kolejowych przepisy, zgodnie z którymi lokomotywy miały „konsumować swój własny dym”. Dym z palącego się koksu był znacznie czystszy niż ten z węgla. Dopiero 30 lat później, wraz z rozwojem długiego paleniska i łuku ceglanego, lokomotywy mogły efektywnie spalać węgiel bezpośrednio.

Pierwsze palenisko Rocket’a było wykonane z blachy miedzianej i miało nieco trójkątny kształt z boku. Płyta gardzielowa była murowana z cegły ogniotrwałej, prawdopodobnie także tylna ściana. Podczas przebudowy około 1831 roku, została ona zastąpiona kutą żelazną głowicą i płytą gardzielową, a pomiędzy nimi znajdował się bęben (obecnie zaginiony), przypuszczalnie miedziany. Dało to większą objętość wewnętrzną i sprzyjało lepszemu spalaniu w komorze spalania, a nie wewnątrz rur. Te wczesne paleniska tworzyły oddzielną przestrzeń wodną od bębna kotła i były połączone widocznymi zewnętrznymi rurami miedzianymi.

Zasługi dla projektuEdit

Pojawiały się różnice zdań co do tego, komu należy przypisać zasługi za zaprojektowanie Rocket. George Stephenson zaprojektował wcześniej kilka lokomotyw, ale żadna nie była tak zaawansowana jak Rocket. W czasie, gdy Rocket była projektowana i budowana w Forth Banks Works, mieszkał w Liverpoolu nadzorując budowę Liverpool and Manchester Railway. Jego syn Robert powrócił niedawno z pracy w Ameryce Południowej i ponownie objął stanowisko dyrektora zarządzającego firmy Robert Stephenson and Company. Na co dzień zajmował się projektowaniem i konstrukcją nowej lokomotywy. Chociaż był w częstym kontakcie z ojcem w Liverpoolu i prawdopodobnie otrzymywał od niego rady, trudno nie przypisać Robertowi większości zasług za projekt. Trzecią osobą, której można przypisać znaczące zasługi, jest Henry Booth, skarbnik Kolei Liverpool i Manchester. Uważa się, że to on zasugerował Robertowi Stephensonowi zastosowanie kotła wielorurowego.

Ewolucja projektu lokomotywy StephensonaEdit

Przed RocketEdit

Rocket został zbudowany w okresie szybkiego rozwoju technologii silników parowych. Opierała się na doświadczeniach zdobytych podczas realizacji wcześniejszych projektów George’a i Roberta Stephensonów, w tym lokomotywy Blücher z Killingworth (1814), Locomotion (1825) i Lancashire Witch (1828).

Lokomotywy typu RocketEdit

Po lokomotywach typu Rocket powstał szereg innych silników o podobnym układzie 0-.2-2 z cylindrami umieszczonymi z tyłu, zbudowanych dla L&MR przed jej otwarciem 15 września 1830 roku, punktem kulminacyjnym był Northumbrian (1830), w którym cylindry były już poziome. Inne silniki projektu Rocket, które zostały dostarczone do kolei Liverpool i Manchester obejmowały „Arrow”, „Comet”, „Dart” i „Meteor”, wszystkie dostarczone do kolei w 1830 roku.