Geschiedenis van de techniek in Nederland. De wording van een moderne samenleving 1800-1890. Deel IV

[pagina 110]

[pagina 111]

5
Stoom in ontwikkeling

De eerste stoommachines en de uitvinders
Stoom na Watt
Hoge druk en expansie
Zuigersnelheid, toerental en vullingsgraad
Bouwwijze
Stoomketel
Technische perfectie en economisch rendement
Bediening
Veiligheid en hinder

De eerste stoommachines en de uitvindersGa naar eindnoot1.

In 1712 bouwde Thomas Newcomen het eerste werktuig, dat wij tegenwoordig een stoommachine zouden noemen. De machine had namelijk twee onderdelen - een stoomketel en een cilinder met zuiger - die kenmerkend zijn voor een stoommachine. In het geval van de Newcomenmachine werd de door de ketel geproduceerde stoom in de cilinder gelaten en vervolgens met een straal koud water afgekoeld (zie de afbeelding). De stoom condenseerde en in de cilinder ontstond een onderdruk. De atmosferische druk die op de buitenkant van de cilinder werkte, duwde de zuiger met grote kracht omlaag. Deze kracht werd gebruikt om een waterpomp aan te drijven.

Hoewel hier sprake was van een totaal nieuw ontwerp, bouwde Newcomen voort op eerdere ideeën en apparaten. Newcomen (1663-1729), geboren te Dartmouth in Devonshire, was een man van de praktijk en van eenvoudige afkomst. Hij werkte als smid, handelde in ijzeren werktuigen en experimenteerde minstens twaalf jaar voordat zijn machine liep. Hij had een duidelijk doel voor ogen, namelijk het oppompen van mijnwater. Door zijn beroep kende hij de problemen van klanten uit de buurt, die voortdurend klaagden over de wateroverlast in hun tin- en kopermijnen. De klassieke pompwerktuigen aangedreven met de hand of met ros- en watermolens schoten tekort. Newcomen was niet de enige die zich hiermee bezighield. Tijdgenoten zagen zijn uitvinding ook niet als een stoommachine, maar als een stoompomp en daarvan bestond al een ander type, die van Savery.

Thomas Savery (1650-1717) behoorde eveneens tot de meest vruchtbare uitvinders van die tijd. Ook hij was afkomstig uit Devonshire en werkte vermoedelijk enige tijd in een mijn. Hij verkreeg in 1698 een octrooi op een stoompomp bestaande uit een geheel van ketels en reservoirs verbonden met kranen en afsluitbare pijpen (zie de afbeelding). Vier jaar later startte hij een machinewerkplaats en nam zijn pomp in produktie. Hij schreef toen: ‘Ik twijfel er niet aan dat deze machine binnen enkele jaren hét middel zal zijn waardoor onze mijnbouw zal verdubbelen of verdrievoudigen’. Dat was wel erg optimistisch ingeschat.

Zijn uitvinding werd als pompmachine in de mijnen geen succes. De opvoerhoogte was te beperkt. Mijnschachten met een diepte van 60 meter waren al heel gewoon, soms ging men tot 120 meter, terwijl Savery's machine het grondwater tot circa 25 meter kon oppompen. De opvoerhoogte was deels afhankelijk van de stoomdruk en die hing weer af van de afdichtingen en van de sterkte van de gebruikte materialen. Met name de afdichtingen vormden een probleem. Verder bleek de veiligheid een discutabel punt, ondanks dat Savery zijn machine als de ‘vriend van de mijnwerker’ propageerde. De machine met de stoomketel moest ondergronds geïnstalleerd worden en betekende gezien het mogelijk aanwezige mijngas een gevaar.

Savery's pomp had op enkele kranen na geen bewegende delen en kan daarom moeilijk als stoommachine in de eigenlijke zin van het woord genoemd worden. Een op- en neergaande zuiger was wel aanwezig in het mechaniek waarmee de Fransman Papin in 1690 experimenteerde. Papin, enige tijd assistent van Huygens te Parijs en actief lid van de Royal Society te Londen was vooral theoretisch geïnteresseerd. Zijn apparaat kwam niet verder dan het laboratorium, hoewel hij concrete toepassingen in het verschiet zag liggen.

In hoeverre Newcomen op de hoogte was van de ideeën van Papin en diverse andere onderzoekers en uitvinders is niet duidelijk. Wel participeerde hij in

[pagina 112]

genootschappen en was hij bekend met de stoompomp van Savery. Daar kon hij ook niet omheen vanwege diens octrooi. In 1705 sloten beiden een overeenkomst waardoor Newcomen zijn machine verder kon ontwikkelen en produceren. De overeenkomst leidde tot verwarring. Het is niet altijd duidelijk of een bepaalde machine van het type Newcomen dan wel van het Savery-type was. De laatste werd weliswaar niet in de mijnen gebruikt, maar wel op landgoederen voor de aanvoer van water voor fonteinen en het huishouden.

Newcomen stierf in 1729, vrijwel onbekend buiten een kleine kring van technici. Naderhand kreeg zijn naam meer bekendheid en uiteindelijk eerden Engelse techniekhistorici zijn verdiensten door hun vereniging de Newcomen Society te noemen. Op Newcomens ontwerpprincipes werd een aantal decennia voortgeborduurd. De werking verliep efficiënter door de automatische sturing (1713), de automatische stoomverdeling (1718) en andere mechanismen. Het rendement verbeterde onder meer door de systematische onderzoekingen en testen van de verschillende onderdelen door John Smeaton na 1750. Een Newcomenmachine gebouwd rond 1770 had een tweemaal zo hoog rendement als de oorspronkelijke. Toch bleef het rendement - gezien vanuit latere ontwikkelingen - erg laag, in het beste geval ongeveer 1%.

De Newcomenmachine kende een tamelijk snelle verspreiding. Omstreeks het midden van de achttiende eeuw hadden vrijwel alle mijnen in Cornwall, Lancashire, Northumberland, Yorkshire en Staffordshire een of meer van dergelijke machines. Rond 1770 waren er meer dan 200 machines in Groot-Brittannië in bedrijf. Er was daar sprake van een redelijk bekende en gevestigde techniek. In andere landen kwam men de stoommachine sporadisch tegen zoals in Zweden, Frankrijk, Hongarije en de Verenigde Staten; soms ook in grote aantallen zoals in de ertsmijnen van Banska Stiavnica (Tsjecho-Slowakije) en de Borinage (de Zuidelijke Nederlanden).

 

James Watt (1736-1819) was de eerste die ingrijpend afweek van Newcomens conceptie en een aantal wezenlijke veranderingen aanbracht. Als instrumentenmaker te Glasgow kreeg hij een demonstratiemodel van de Newcomenmachine van de plaatselijke universiteit te herstellen. Al experimenterend realiseerde hij zich een van de fundamentele oorzaken van de slechte werking van het model, namelijk het afwisselend verhitten en afkoelen van de cilinder. Hij besefte tevens dat dit punt een van de oorzaken was van het hoge steenkolengebruik van de Newcomenmachine. De oplossing vond Watt in de condensor, die hij in 1769 octrooieerde. Deze geniale uitvinding bracht een scheiding in de koude en warme fase van de stoommachine. De cilinder bleef heet mede door de later toegepaste, omhullende stoommantel, terwijl het condenseren van de stoom in een afgescheiden koude ruimte - de condensor - plaatsvond. Het herhaaldelijk energievretend opwarmen van de cilinder behoefde niet meer te gebeuren.

Diverse andere verbeteringen volgden in de jaren daarna, waaronder de ontdekking van het dubbelwerkend principe. Newcomen en de eerste generatie Watt machines waren zogenaamde enkelwerkende machines. De cilinder vulde zich slechts aan één zijde van de zuiger met stoom, waarna door de condensatie van stoom de arbeidsslag plaatsvond. Dit betekende dat tijdens de opgaande beweging van de zuiger géén, en bij de neergaande beweging wél arbeid werd verricht. Watts dubbelwerkende stoommachine liet beurtelings stoom onder en boven de zuiger in, terwijl condensatie beurtelings boven en onder plaatsvond. Op deze wijze werd tijdens iedere beweging van de zuiger arbeid verricht.

Met deze en andere uitvindingen transformeerde Watt de stoommachine van een machine, hoofdzakelijk geschikt voor het oppompen van water, tot een universele machine die voor een groot aantal industriële en andere doeleinden kon worden ingezet. Watts bijdrage aan de stoomtechniek was echter ook in een ander opzicht van wezenlijk belang. Hij ontwikkelde samen met Boulton een infrastructuur die het mogelijk maakte de stoommachine in grote aantallen te produceren en te verspreiden. Technisch vernuft, managementkwaliteiten, zakelijk inzicht en een gevoel voor propaganda waren in de combinatie van beide personen verenigd en vormden noodzakelijke elementen in de opbouw van een moderne machinefabriek voorzien van het vereiste vakmanschap, een goede samenwerking met toeleverende bedrijven en een uitgebreid netwerk met afnemers. De fabriek van Boulton en Watt slaagde erin om tussen 1775 en 1800 ongeveer 500 stoommachines te bouwen en af te zetten.

In deze periode verwierf de stoommachine zijn imago van sleuteltechniek. Bij zijn dood in 1819 werd Watt reeds gezien als een heroïsche uitvinder en begon de legendevorming rond zijn persoon.

Watt zou een plaats onder de meest illustere wetenschappers en weldoeners uit de geschiedenis verdienen. De stoommachine was het produkt van de verbeeldingskracht onder het vaandel van de moderne wetenschap. Zij was een voortbrengsel van theorie en praktijk, van wetenschappelijk onderzoek en technische vaardigheid. Stoom had bijna ieder terrein van het maatschappelijk leven wezenlijk veranderd.

Al deze aspecten zijn in de loop van de tijd ter discussie komen te staan. De relatie tussen wetenschap en techniek blijkt zowel in het geval van de stoom

[pagina 113]

[pagina 114]

Tabel 5.1: Wind-, water- en stoomvermogen in Engeland in paardekrachten, 1760-1907 (pk).
	Wind		Water		Stoom		Totaal
	pk	%	pk	%	pk	%	pk
1760	10.000	11,8	70.000	82,3	5.000	5,9	85.000
1800	15.000	8,8	120.000	70,6	35.000	20,6	170.000
1830	20.000	5,7	165.000	47,1	165.000	47,1	350.000
1870	10.000	0,4	230.000	10,0	2.060.000	89,6	2.300.000
1907	5.000	-	178.000	1,8	9.659.000	98,1	9.842.000
Bron: Kanefsky, Power technology, 338.

techniek als in het algemeen een bijzonder complex vraagstuk te zijn. In deel v van deze serie ‘Geschiedenis van de techniek in Nederland’ wordt hierop verder ingegaan. Wat het maatschappelijk belang van de stoomtechniek betreft, beperk ik mij vooralsnog tot enkele kanttekeningen.

Tijdens het leven van Watt beperkte de toepassing van de stoomtechniek zich hoofdzakelijk tot enkele sectoren, namelijk de mijnbouw, de textielnijverheid en de machinenijverheid. De spreiding over andere sectoren was gering en de hoge vlucht moest nog beginnen. De bijdrage van de stoomtechniek aan de Britse industrialisatie blijkt rond 1800 nog minimaal te zijn. Zo is geschat dat het nationale inkomen zonder de stoommachine slechts 0,2% minder zou zijn geweest.Ga naar eindnoot2.

Stoom overvleugelde weliswaar reeds in de achttiende eeuw in Groot-Brittannië de windenergie, maar deze speelde een rol van weinig betekenis (zie tabel 5.1).Ga naar eindnoot3.

Waterenergie was in de Britse industrialisatie tot 1830 overheersend. Het vermogen van de watermolens onderging in de periode 1760 en 1830 meer dan een verdubbeling en leverde in 1830 47% van het totale mechanische vermogen. Ook daarna zette de absolute groei zich nog door. Daartegenover stond aanvankelijk een beperkte absolute en relatieve bijdrage van stoom. De absolute toename is na 1800 echter zonder meer spectaculair te noemen. In 1760 stond er aan stoomvermogen slechts 5000 pk, in 1800 35.000 pk en in 1830 reeds 165.000 pk en daarmee eveneens 47% van het totale mechanisch vermogen. Daarna nam het relatieve belang van stoom in Groot-Brittannië verder fors toe. In 1870 was 90% van het totale mechanische vermogen van stoommachines afkomstig.

De stoommachine was lange tijd een techniek met vele potenties. Zij loste haar belofte in Engeland in de loop van de negentiende eeuw in. Maar wat hield die inlossing precies in? De stoomtechniek werd - zoals de cijfers laten zien - dominant. Indien echter stoom louter een substituut voor de klassieke energiebronnen was, dan behoefden de gevolgen niet ingrijpend te zijn. De vraag is met welke kwalitatieve veranderingen in het produktieproces, de organisatie van de arbeid, de bedrijfstak, de markt, de wetgeving enzovoorts de toepassing van de stoomtechniek gepaard ging. Het zijn aspecten die - althans voor Nederland - in dit deel en deel vi aan de orde komen.

 

De opkomst van de stoomtechniek verliep in Nederland anders dan in Engeland.

Meer dan een halve eeuw na de uitvinding van de stoommachine door Newcomen werd in Nederland de eerste stoommachine gebouwd. In 1774 verleende het stadsbestuur van Rotterdam aan het Bataafsch Genootschap der Proefondervindelijke Wijsbegeerte toestemming ‘een vuurmachine’ op te richten. Het betrof een experiment dat moest aantonen dat stoommachines geschikt waren voor de waterbeheersing. In dit geval ging het om de bemaling en de waterverversing van de stadsgrachten nabij de Oostpoort te Rotterdam. De Newcomen-machine werd in Engeland besteld, arriveerde in januari 1775 en werd door de Engelse monteur Jabez Carter Hornblower in maart 1776 opgebouwd. ‘Den 9 maart [...] werd de machine voor het eerst aan den gang gebracht, en deed in de namiddag, verscheidene slagen van de volkomen lengte van 6 voeten agter elkanderen’.Ga naar eindnoot4.

Het experiment mislukte jammerlijk. Een demonstratie in oktober 1776 voor een commissie van vier leden, benoemd door de gecommitteerden van de Staten van Holland en West-Friesland kon geen doorgang vinden daar de waterstand van het binnenwater door oostenwind te laag was. Een tweede demonstratie een jaar later liep verkeerd af omdat de machine slechts gedurende anderhalf uur met twee (in plaats van de acht geïnstalleerde pompen) kon werken. De problemen bleven. Uiteindelijk werd de machine gesloopt.

Daarop volgden in de achttiende eeuw nog enkele experimenten. Het aantal is echter letterlijk op de vingers van één hand te tellen. In de eerste helft van de negentiende eeuw namen de pogingen en toepassingen aanzienlijk toe. Toch bleef het opgesteld vermogen zeer beperkt. Pas na 1850 zou het aantal stoommachines spectaculair groeien.

Stoom na Watt

Een complex van factoren beïnvloedde de opkomst van de stoommachine in de negentiende eeuw. Een factor die als grondtoon voortdurend hoorbaar was, betrof de ontwikkeling in de stoomtechniek. Deze was met de spectaculaire uitvindingen van Savery,

[pagina 115]

Newcomen en Watt in de achttiende eeuw zeker niet afgesloten. Wel had Watt samen met zijn partner Boulton op basis van het octrooi van 1769 een ‘ijzersterke’ positie verworven, waardoor zij het tempo van de vernieuwingen een aantal decennia konden bepalen. Diverse uitvinders hadden zich met enthousiasme geworpen op de stoomtechniek, maar zagen de toepassing van hun ideeën geblokkeerd door de strikte controle van de octrooirechten. Na het aflopen van de termijn van het basisoctrooi in 1800 was de weg open voor een serie ingrijpende vernieuwingen die voorheen actief ontmoedigd waren of op zijn minst niet aangemoedigd. De aard van de ontwikkelingen werd mede bepaald door het toepassingsgebied en de eisen die het stelde aan de stoomtechniek. De stoominstallatie voor de spoorwegen had onder meer te maken met beperkingen in het gewicht vanwege het draagvermogen van de rails en beperkingen in de ruimte die voor de machine, de ketel, de steenkolen en het water beschikbaar was. Ruimteproblemen deden zich nog sterker voor bij het zeetransport, daar onder andere brandstof voor langere perioden meegenomen moest worden. Verder had men rekening te houden met de vorm, de stabiliteit en de stijfheid van het schip. Voor het kleinbedrijf waren de afmetingen en het bedieningsgemak belangrijke criteria om de beschikbare technieken te beoordelen. In de bemaling lag het accent op zo zuinig mogelijke machines vanwege het dure transport van de steenkolen naar de afgelegen gemalen. De stoommachines in fabrieken kenden minder stringente voorwaarden. In alle toepassingsgebieden liep echter als een rode draad door de ontwikkeling, een streven naar technische en economische efficiëntie ofwel naar zuinige en goedkope stoominstallaties.

Vele discussies werden gevoerd onder de technici om tot optimalisatie te komen van het ontwerp met uiteenlopende en vaak tegenstrijdige eisen. Welke stoomdruk was wenselijk? Hoe kon maximaal voordeel gehaald worden uit de expansie van stoom?

Wat was de optimale snelheid van de zuiger en het meest geschikte toerental? Moesten stoommachines verticaal of horizontaal gebouwd worden? Wat was de meest geschikte ketel voor een bepaald gebruik? Het voortdurende debat en het eindeloos geëxperi-

[pagina 116]

[pagina 117]

menteer leidden tot talrijke verrassende constructies en vernuftige mechanismen.

De ontwikkeling had een ander karakter dan in de periode daarvoor, toen met de machines van Savery, Newcomen en Watt de stoomtechniek sprongsgewijze veranderde. De ontwikkeling in de negentiende eeuw was evolutionair en het werk van talrijke uitvinders en technici, die de stoominstallatie op tal van onderdelen verbeterden. De behandeling van deze periode is daarom anders. Niet de opeenvolging van machines en hun uitvinders staat centraal, maar de ontwikkeling van een aantal belangrijke karakteristieken van de stoomtechniek zoals stoomdruk, zuigersnelheid en bouwwijze.

Voor het overzicht baseer ik mij op het werk van A. den Ouden; voor gedetailleerde informatie verwijs ik naar de studieboeken, standaardwerken, overzichtswerken en andere literatuur over stoom die in de bibliografie vermeld worden.Ga naar eindnoot5. In het navolgende overzicht komt Nederland niet voor. De uitvindingen vinden vooral in het buitenland plaats. Wel zal ik proberen aan te geven wat de gevolgen zijn van de internationale, technische ontwikkeling voor het economisch rendement van de stoommachine in Nederland: in welke perioden dalen vooral de kosten van de stoomtechniek? Vervolgens behandel ik voor Nederland nog enkele aspecten die niet eerder aan de orde kwamen met name de bediening, de hinder en de veiligheid van de stoominstallatie. Ik concentreer mij verder op die ontwikkelingen die relevant zijn voor de kleine stoommachine (tot en met 20 pk) in bemaling en nijverheid. In de bemaling blijken grote stoommachines weliswaar gebruikt te zijn, maar kleine stoommachines overheersten in de vele kleine polders (zie hoofdstuk 6). Eenzelfde tendens valt ook te bespeuren in de nijverheid. Het bedrijfsleven zou op grote schaal overschakelen op stoom en vooral de kleine stoommachine gaan gebruiken (zie deel vi).

Hoge druk en expansie

De stoommachines van Newcomen en Watt werkten op een druk van 1 atmosfeer. De arbeidsslag werd mogelijk door het creëren van een (niet volledig) vacuüm. De kracht op de zuiger werd bepaald door het oppervlak van de zuiger te vermenigvuldigen met het drukverschil over de zuiger, dat maximaal 1 atm. was bij een volledig vacuüm. Indien de stoomdruk opgevoerd kon worden, nam de kracht (en daarmee het vermogen) toe óf zouden de afmetingen van de stoommachine bij een gelijkblijvend vermogen verkleind kunnen worden. Opvoering van de stoomdruk had als principe pas zin na de uitvinding van de dubbelwerkende stoommachine door Watt. Watt zelf paste hogere stoomdrukken vanwege de veiligheid niet toe.

De Engelsman Richard Trevithick (1771-1833) en de Amerikaan Oliver Evans (1755-1819) waren de eersten die rond 1800 met stoom van een hogere druk experimenteerden. In eerste instantie vormden de ketels een probleem. De constructie maakte aanvankelijk slechts een beperkte drukverhoging mogelijk. Tevens vroeg de veiligheid en het gevaar voor ketelontploffingen om speciale voorzorgsmaatregelen. Later stonden vooral de afdichting van de zuiger en de hogere werktemperaturen in de cilinder als problemen centraal. De stoomdruk liep in de negentiende eeuw geleidelijk op. In 1840 werd een druk van 4 à 5 atm. voor landmachines onder technici acceptabel en optimaal geacht, in 1860 een druk van 6 à 7 atm. en in 1880 een druk van 8 à 11 atm. De maximaal haalbare stoomdruk lag echter hoger, terwijl de gebruikelijke stoomdruk in de praktijk lager was.

Met hogere drukken werd tevens een andere techniek algemeen gangbaar, namelijk het gebruik maken van de expansie van stoom. De eerste stoommachines kenden een toevoer van stoom gedurende de gehele slag. Het geleverde vermogen van de machine was daardoor maximaal, maar het stoomverbruik ook hoog. Watt was de eerste die experimenteerde met het toelaten van stoom tijdens een deel van de slag en het laten expanderen van de stoom gedurende de rest van de slag.

Trevithick was de eerste die bij hogedruk-machines de stoomtoevoer voortijdig afkneep. In 1812 paste hij het beginsel toe bij een kleine enkelwerkende stoommachine in een mijn in Cornwall. Het expansief werken leidde tot een beter technisch rendement en een besparing op de brandstofkosten. Daartegenover stond dat de ketelinstallaties vanwege de hogere druk duurder waren, de afmetingen van de stoommachine (bij een gelijkblijvend vermogen) groter en daardoor de investeringen hoger.

 

Expansie kon ook plaatsvinden in meerdere cilinders. Expansie in één cilinder had als nadeel dat de stoom tijdens het expanderen sterk afkoelde en de cilinderwand daardoor kouder werd. De verse stoom die bij de volgende slag werd toegevoerd, ging daarop gedeeltelijk tot condensatie over. Hoe hoger de aanvangsdruk (en temperatuur), hoe groter de begincondensatie. De arbeidswinst werd door de condensatie en de daarmee gepaard gaande warmteverliezen deels weer teniet gedaan. Door het verdelen van de expansie over meerdere cilinders kon men dit voorkomen.

Jonathan Hornblower (1753-1818), een van de lastigste concurrenten van Watt, construeerde in 1781 een machine met twee cilinders. De stoom bracht eerst de zuiger van de kleinste cilinder in beweging, daarna expandeerde hij verder in de grotere cilinder. Bij de toenmalige lage druk leverde dat echter geen

[pagina 118]

meetbare besparing op. Arthur Woolf (1776-1837) pakte het idee in 1803 weer op, maar nu met hogedruk-stoom. De machine had eveneens twee cilinders, de ene werkte op hoge druk, de andere op lage. Er was sprake van een tweevoudige expansie. De doorbraak van de meervoudige expansie kwam echter rond 1860 toen een aantal technische randvoorwaarden aanwezig was met betrekking tot de ketelconstructie, stoomverdelingsorganen en condensatietechnieken. Aanvankelijk geschiedde de expansie over twee cilinders (compound-machine), later ook over drie (triple-expansie) en vier (quadruple-expansie) cilinders. Vooral in schepen werden zij toegepast. Vanaf 1880 ook in fabrieken. Voor kleine stoommachines en het kleinbedrijf had de compoundtechniek weinig betekenis. De techniek was te kostbaar. Expansie in één cilinder bleef voor deze schaal het meest gangbare.

 

Met het expansief werken evolueerden ook het stoomverdelingsorgaan en de expansie-regeling. Iedere stoommachine bezat een stoomverdeling, dat wil zeggen een mechanisme voor de toelaat en uitlaat van de stoom aan één of beide zijden van de zuiger. Bij expansie zorgde de stoomverdeling ervoor, dat de toelaat van de stoom gesloten werd voordat de slag ten einde liep. Hiermee werd de vullingsgraad bepaald, uitgedrukt als percentage van de slaglengte waarover stoom werd toegelaten. De expansie-regeling kon variabel zijn.

Het meest eenvoudige, het oudste en het meest toegepaste verdeelorgaan was de schuif waarvoor de grondvorm reeds omstreeks 1800 werd geoctrooieerd (afbeelding blz. 108). Het mechaniek had echter enkele nadelen, zoals een vrij grote dode ruimte (de kleinste ruimte die overbleef wanneer de zuiger zich in een uiterste stand bevond en waarvan de stoom geen arbeid leverde), een relatief groot afkoelend wandoppervlak en relatief veel wrijving vooral bij hogere stoomdruk.

De stoomverdeling en de expansie-regeling waren voor de werktuigkundigen een geliefd onderzoeksobject. Met veel verve wierpen zij zich op de verbetering van de schuif en - vanaf 1850 - de toepassing van geheel andere principes met name kranen en kleppen. Deze laatste waren lichter van gewicht, konden sneller reageren en maakten het mogelijk in- en uitlaat van de stoom van elkaar te scheiden. Het vraagstuk was des te interessanter omdat het gekoppeld was aan de machine-regeling, de instelling

[pagina 119]

van de machine op wisselende belasting. Werd de belasting minder, dan wijzigde het toerental zich. Greep men niet in dan werd het surplus vermogen omgezet in extra wrijving. Ook was het mogelijk dat de machine ‘op hol sloeg’ en uit elkaar vloog. Het (gedeeltelijk) afsluiten van de hoofdstoomafsluiter voorkwam een dergelijke calamiteit.

Een andere mogelijkheid was het opnieuw instellen van de vullingsgraad met de hand. De aanpassingen in de constructie waren eenvoudig en goedkoop, terwijl er bespaard werd op het stoomverbruik. Deze oplossing werd verkozen voor toepassingen waar snel wisselende belastingen niet voorkwamen, bijvoorbeeld in de bemaling.

Een constant toerental kon ook gerealiseerd worden met een regulateur. De ‘bollen van Watt’, een centrifugaal regelaar uit 1787, was de oudste, de meest gebruikte en bij kleine machines veelvuldig toegepast. Zij was gekoppeld aan de smoorklep die de toevoer van de stoom naar de cilinder kon afsnijden. De Amerikaan George Henry Corliss (1817-1888) was de eerste, die een koppeling van de regulateur met de expansie-regeling aanbracht. Hij bouwde in 1848 een machine met een automatische expansieregeling uitgerust met vier afzonderlijke kleppen, één voor iedere in- en uitlaat, aan de uiteinden van de cilinder. De automatische expansieregeling werd echter bij kleine stoommachines vanwege de kosten nauwelijks toegepast.

Zuigersnelheid, toerental en vullingsgraad

Het vermogen van een stoommachine is evenredig met de (gemiddelde) stoomdruk, zoals eerder gesteld. Het is ook evenredig met de (gemiddelde) zuigersnelheid. Dit betekent dat indien men de zuigersnelheid verhoogde, het vermogen toenam. Hogere zuigersnelheden bereikte men door een grotere slaglengte van de zuiger (dat wil zeggen een langere cilinder) of een hoger toerental van de zuiger (dat wil zeggen meer heen en weer gaande bewegingen per minuut) of een combinatie van beide. Vooral de toename van het toerental kreeg de aandacht, zodat men voor eenzelfde vermogen compactere machines kon bouwen.

In alle gevallen had een hogere zuigersnelheid extra slijtage, toenemende wrijvingsverliezen, grotere dynamische massakrachten en toenemend breukrisico tot gevolg en, indien niet goed gedimensioneerd en afgesteld, een onrustige en stotende loop van de machine. Hogere snelheden en toerentallen werden mogelijk door nieuwe en sterke constructiematerialen (bijvoorbeeld staal in plaats van smeedijzer), speciale voorzieningen in de constructies (bijvoorbeeld smering, stoomverdeling en toerentalregeling) en verbeterde ontwerpen met behulp van nieuwe inzichten in statica en dynamica.

De balansmachines van Watt hadden aan het begin van de negentiende eeuw toerentallen van 20 tot 30 omwentelingen per minuut. Rond 1840 was dat voor de vroege horizontale machines 50 à 60. Aan het eind van de eeuw was een toerental van ongeveer 100 omwentelingen per minuut (o.p.m.) gebruikelijk voor stoommachines tot 600 pk en van 75 voor machines tot 1200 pk.

De maximaal haalbare toerentallen lager echter hoger. Zo bouwde de Duitse werktuigkundige Alban tussen 1825 en 1850 snellopende stoommachines (tot 200 pk) met een toerental van gemiddeld 80 o.p.m.. Op de industrie-tentoonstelling in Londen in 1862 baarden de Amerikanen Allen en Porter opzien met een snelloper van 28 pk en een toerental van 150 o.p.m., vijfjaar later had hun machine een toerental van 200.

Een apart vraagstuk vormde de gang van de machine. Een stoommachine behoorde soepel te lopen, daar anders door trillingen overmatige slijtage of vroegtijdige breuk optrad. Voor sommige toepassingen bijvoorbeeld in een spinnerij was een gelijkmatige en rustige gang een specifieke eis.

Bij balansmachines was de rustige gang verzekerd door het zeer grote gewicht van het vliegwiel en door de lage zuigersnelheid en de geringe expansie. Bovendien werd de machine ondersteund door de muren van het gebouw. Bij andere type machines kon de gelijkmatigheid verkregen worden door grote en zware vliegwielen en door relatief korte slaglengtes en hoge toerentallen. Verder bestond er en relatie tussen de zuigersnelheid, de expansie en een rustige gang.

Lage zuigersnelheden (tot 1 m/s) vereisten voor een rustige gang een geringe expansie. Deze combinatie was in de eerste helft van de negentiende eeuw gangbaar, maar moest het afleggen tegen andere combinaties toen hogere snelheden en drukken mogelijk waren. Vanaf het midden van de eeuw was een middelmatige snelheid (2 m/s) en een middelmatige expansie optimaal gebleken, terwijl de grens langzaam verschoof naar hogere snelheden en hogere expansies. De combinatie tussen een zuigersnelheid van 2-4 m/s met een een stoomdruk van 8 atm. en een vullingsgraad van 10% gold in de jaren zeventig als de beste. (De vullingsgraad gaf het deel van de slag aan, dat stoom toegevoerd werd. Daarna vond expansie plaats). Hoge snelheden en lage expansie óf lage snelheden en hoge expansie waren uit den boze. Zij gaven stotende machines.

Bouwwijze

Een wezenlijk aspect in de ontwikkeling van de stoommachine vormde de bouwwijze. Andere constructies maakten in combinatie met hogere stoomdrukken en toerentallen compactere en lichtere

[pagina 120]

stoommachines bij eenzelfde vermogen mogelijk.

De balansmachine - het oorspronkelijke type - zou nog lang gebouwd worden en tot het midden van de eeuw overheersend blijven. De stoommachine bestond uit een verticale cilinder met de zuigerstang naar boven gericht en een bovenliggende balans aan de ene zijde via een parallellogram mechaniek verbonden met de zuigerstang en aan de andere zijde gekoppeld met een drijfstang aan de krukas en het vliegwiel. De balans was zwaar, de machine traag, het toerental laag en het vliegwiel groot en zwaar. Bij de eerste stoommachines zonder balans werd het vliegwiel direct boven de cilinder geplaatst. Men sprak van verticale machines, die in de nijverheid tussen 1840 en 1860 voor kleine vermogens veelvuldig werden toegepast. De constructie had echter enkele nadelen, zoals een hoge bouw, de noodzaak van een stijf en zwaar frame vanwege het op grote hoogte roterende vliegwiel en de trillingen door de zijdelingse krachten van het kruk-drijfstangmechanisme.

De horizontale stoommachine werd aan het begin van de jaren dertig in Amerika naar het voorbeeld van de locomotief gebouwd. De cilinder lag op z'n zij en de zuigerstang was via een kruishoofd, een geleidingsmechanisme en de drijfstang verbonden met de krukas en het vliegwiel. Vanaf 1850 verdrong dit type machine langzaam maar zeker de balansmachine, die uiteindelijk alleen nog voor grote vermogens werd gebouwd.

De eerste horizontale machine stond op een dunne plaat die was vastgezet in het fundament. De cilinder en het krukaslager vormden op deze wijze een geheel met het fundament en gebruikten het als stijf element in het frame om ongewenste krachten en trillingen op te vangen. De volgende stap was het bevestigen van de onderdelen op een zware balk, de Corliss-balk, genoemd naar de uitvinder ervan.

Hierna werd het bajonetframe toegepast, eveneens een uitvinding van Corliss, die de functies van geleiding combineerde met die van framestijfheid. Intussen had zich een ander type verticale stoommachine ontwikkeld. De stoommachine werd op z'n kop gezet met de zuigerstang naar beneden en het vliegwiel laagliggend in de vloer geplaatst. De machine was stabieler dan zijn omgekeerde voorganger daar de verticale massakrachten eenvoudig werden doorgeleid naar de vloer. Toch bleven de trillingen door de hogere bouw een probleem. Dit type werd in fabrieken en werkplaatsen alleen voor kleine vermogens toegepast. Het had een lichte, elegante en gedrongen vorm met een korte slaglengte, een korte drijfstang en een hoog toerental.

Een compacte vorm werd ook gerealiseerd bij de locomobiel, een vervoerbare stoommachine. Aanvankelijk ontwikkeld voor de landbouw vond de locomobiel vanaf 1860 ook toepassing in de nijverheid en ontplooide zij zich spoedig als een volwaardige concurrent van de vaste machines. Hoewel machines met grote vermogens gebouwd werden, had het merendeel een vermogen van 20 pk en minder. Naast de kleine afmetingen en de mobiliteit golden als voordelen de samenvoeging van ketel, machine en schoorsteen in één constructie, de eenvoudige inzetbaarheid, de geringe voorzieningen, het bedieningsgemak en de gemakkelijke verhandelbaarheid.

Stoomketel

Doorgaans ging bij de technici de meeste belangstelling uit naar de stoommachine. Dat is tegenwoordig in de geschiedschrijving nog steeds het geval. Voor het technische en economische rendement van de installatie is de stoomketel echter van een niet te onderschatten belang. Rond 1850 bestond er een grote variëteit aan ketels, hetgeen de zoektocht naar geschikte ketels voor verschillende stoomdrukken en functies weerspiegelt.

De stoomketel die Newcomen aan het begin van achttiende eeuw gebruikte, was een soort vergrote ‘theeketel’, een koepelvormige ketel op een cirkelvormige gebolde bodem waaronder het vuur werd gestookt. Hij bestond uit koperplaten met een loden top, na 1725 uit gehamerde smeedijzeren platen. Watt gebruikte een zogenaamde ‘kofferketel’, een grote langwerpige doos waarvan de bodem eveneens was gebold om het contactoppervlak met de vlammen en de rookgassen te vergroten. Het rooster met het vuur lag onder het voorste deel van de ketel. De rookgassen trokken eerst onder de bodem naar achter, dan langs de ene zijde en vervolgens langs de andere zijde van de ketel om tenslotte via de schoorsteen te verdwijnen. De overdruk van de stoom bij deze eerste typen ketels was enkele tienden atmosfeer. Meer bleek te gevaarlijk.

Hogere drukken waren aan het begin van de negentiende eeuw mogelijk bij cilindrische ketels. Daarbij kon de vuurhaard evenals bij de ‘thee’- en ‘kofferketel’ uitwendig geplaatst zijn. Een belangrijke vernieuwing was rond 1810 afkomstig van Trevithick die het vuur in het inwendige van de ketel plaatste. Een buis liep in de lengterichting door de cilindrische ketel. Het vuur was voor in deze vlambuis geplaatst. De rookgassen stroomden door de buis en langs de buitenzijden van de ketel alvorens onderdoor te worden afgevoerd. Dit type ketel - bekend als de Cornish- of Cornwallketel - was zeer succesvol tot de komst van de Lancashire-ketel in 1844, ook wel genoemd naar een van zijn uitvinders Fairbam. Deze ketel maakte gebruik van twee parallelle buizen ieder met een eigen vuurgang om zo een groter verwarmd oppervlak en een hogere stoomproduktie te verkrijgen.

[pagina 121]

Vergroting van het verwarmd oppervlak kon verder geschieden door de rookgassen te leiden door een bundel pijpen. Dit type - de vlampijpketel - werd vooral toegepast bij locomotieven, locomobielen en stoomschepen. Er kon een forse stoomproduktie met een behoorlijke druk in een relatief geringe ruimte mee bereikt worden. Bij vlampijpketels waren de pijpen omgeven door water. Het omgekeerde kwam ook voor: een bundel pijpen gevuld met water en stoom, geplaatst rond een vuurhaard en in de rookgassen. Men sprak in dit geval van de waterpijpketel. Beide typen ketels waren reeds voor 1850 bekend.

Daarnaast bestonden er nog tal van varianten met exotische namen zoals de Bouilleur-ketel, de olifant-ketel en de duo-ketel. Na 1850 zou de constructie van de ketel op tal van details verbeterd worden. Bijvoorbeeld: het gebruik van mechanische stookinrichtingen ter besparing op de arbeidskosten van de stoker en de toepassing van gegolfde vlambuizen om de uitzetting van de buis beter te beheersen en de constructie stijver te maken. Verder werden er allerlei hulptoestellen ontwikkeld om het rendement van de ketel op te voeren (zoals de voorverwarmers van het voedingswater) of de veiligheid te vergroten (onder andere signaalapparaten en verbeterde veiligheidskleppen).

Technische perfectie en economisch rendement

De ontwikkeling van de stoomtechniek in de negentiende eeuw was een evolutionair proces. Zij verliep niet schoksgewijs zoals in de eeuw daarvoor toen Newcomen en Watt mijlpalen waren in de stoomtechniek. Natuurlijk kende ook de negentien-

Tabel 5.2: Kenmerken van een balansmachine in de eerste helft van de negentiende eeuw en een liggende stoommachine aan het eind van de negentiende eeuw
	Balansmachine van 12 pk volgens opgave van Simons en Greve, 1844	Balansmachine van 12 pk gebouwd door de Fabriek van Van Vlissingen en Dudok van Heel, 1843	Liggende 1-cilinder stoommachine van 12 pk volgens opgave van Verdam, 1892
Toepassing	Bemaling	Nijverheid	Nijverheid
Condenserend	Ja	Ja	Nee
Stoomdruk	4	4	6 en hoger
Vullingsgraad (%)	25	15	25
Slaglengte (m)	1,2 à 1,5	1,2	0,4
Toerental (omw./min.)	18 à 23	20	100
Zuigersnelheid (m/s)	0,9	0,8	1,3
Zuigerdiameter (m)	0,3	0,25	0,3
Kolenverbruik (kg/pku)	3Ga naar voetnoot⋆	5,5 (4,0)Ga naar voetnoot⋆	3(2)Ga naar voetnoot⋆
Kosten van de installatie	ƒ 13.000	ƒ 13.000	ƒ 5.400
waarvan:
machine	ƒ 9.000	ƒ 9.000
ketel	ƒ 4.000	ƒ 4.000
Afmetingen machinehuis (m)	l=11, br=5, h=9	l=7, br=3, h=4	l=5, br=3, h=3
Afmetingen ketelhuis (m)	l=9, br=4, h=5	l=8, br=2, h=3	l=8, br=2, h=3
Kosten van het gebouw:	± ƒ 14.000	± ƒ 6.000	ƒ 3.000
Personeel en loonkosten:	Machinist (ofwel eerste stoker) en tweede stoker tezamen ƒ 700 à ƒ 1.000 per jaarGa naar voetnoot⋆⋆	(Machinist (annex stoker) één persoon ƒ 700 per jaar	(Machinist annex stoker) één persoon ƒ 800 per jaar

[pagina 122]

de eeuw grote namen als Trevithick, Evans, Woolf en Corliss. Toch zou het concept van de stoominstallatie door hun uitvindingen niet direct ingrijpend veranderen, zeker niet in de praktijk. De stoomdrukken, de zuigersnelheden en de toerentallen namen geleidelijk toe; de afmetingen van de stoominstallaties en de gebouwen werden langzaam maar zeker kleiner (zie tabel 5.2). Balans-, horizontale en verticale machines en locomobielen gebruikte men naast elkaar, evenals verschillende stoomregelingsmechanismen en keteltypen. De stoomtechniek kreeg in de loop van de vorige eeuw een veelzijdige praktijk, terwijl de technische perfectie, het economisch rendement en het bedieningsgemak met kleine stapjes verbeterden.

Na 1900 zouden zich nog enkele nieuwe ontwikkelingen voltrekken, zoals de stoomturbine en de ‘gelijkstroom’-stoommachine (die ik hier niet zal behandelen). Er was echter toen reeds een aantal standaardtypen machines ontstaan, die - zeker wat de kleinere machines betreft - veelvuldig waren beproefd, in grote series werden geproduceerd en nauwelijks nog verder evolueerden.

Tabel 5.3: Exploitatielasten van een stoominstallatie in de nijverheid van 12 pk gedurende 300 dagen van 11 uur per dag in 1843 en 1892 in Nederland in guldens
	Stoominstallatie van Fabriek van Van Vlissingen en Hudok van Heel, 1843	volgens Verdam 1892
Rente en afschrijving	950	420
Reparatie en onderhoud	900	380
Personeel	700	800
Steenkool	2.831	1.069
Diversen (olie, hennep, menie poetsmateriaal, water verzekering)	600	400
	_____	_____
Totaal	5.981	3.069
Steenkoolverbruik (kg/pku)	5,5	3
Steenkoolprijs (f/ton)	13	9
Opmerking: De cijferopstelling van 1892 is letterlijk overgenomen uit Verdam, De gids voor machinisten, 542. Op basis van de gegevens van tabel 5.2 en uitgaande van dezelfde berekeningswijze als Verdam is tot de cijferopstelling van de stoominstallatie van de Fabriek van Van Vlissingen en Dudok van Heel uit 1843 gekomen. Let wel: arbeidstijden, rente en afschrijvingsprocedure lagen in die periode iets anders. Om tot een adequate vergelijking te komen, is hiermee geen rekening gehouden.

Hoe ziet een evaluatie van de stoomtechniek in de negentiende eeuw er in technisch-economisch opzicht - in het bijzonder voor Nederland - uit? Gedetailleerde cijfers over gangbare stoommachines in een bepaalde periode zijn schaars. Wat betreft Nederland maak ik vooral gebruik van bekende gegevens van een stoominstallatie van de Fabriek van Van Vlissingen en Dudok van HeelGa naar eindnoot6., een inventariserend onderzoek van Simons en Greve uit 1844 en een handboek van Verdam uit 1892. Als aanvullend materiaal dienen handboeken van Scholl uit Pruisen uit 1845 en 1860. Uit de tabellen (5.2 t/m 5.4) blijkt dat er grote verschillen bestaan tussen stoominstallaties naar periode, land en gebruik. Een stoommachine in Pruisen heeft rond het midden van de negentiende eeuw geheel andere exploitatielasten dan in Nederland. Een stoommachine voor de bemaling heeft andere kenmerken dan een in de nijverheid. Een stoommachine in de nijverheid in 1843 ziet er anders uit dan en verschilt in exploitatie van een machine in 1892. Ik ga in het navolgende uit van de vergelijking tussen een stoommachine van 12 pk in Nederland in de nijverheid in verschillende perioden van de negentiende eeuw en kan hiervan slechts een globaal en indicatief beeld geven.

Tabel 5.4: Exploitatielasten van een stoominstallatie van 12 pk gedurende 300 dagen van 11 uur per dag in 1845 en 1860 in pruisen volgens Scholl in guldens
	1845	1860	1891
Rente en afschrijving	540	378	420
Reparatie en onderhoud	445	450	384
Personeel	396	387	720
Steenkool	1.867	1.476	1.069
Diverse (olie, hennep, menie poetsmateriaal)	218	184	400
	_____	_____	_____
Totaal	3.466	2.875	2.993
Steenkoolverbruik (kg/pku)	5,5	4,7	3
Steenkoolprijs (f/ton)	8,7	7,7	9
Bron: Scholl, Führer des Machinisten, 1845, 297
Scholl, Führer des Machinisten, 1860, 480.
Scholl, Führer des Machinisten, 1891, 561-562.
Opmerking: De cijferopstelling van 1860 en 1891 is letterlijk overgenomen uit Scholl. De cijfers uit 1845 zijn om een directe vergelijking mogelijk te maken op enkele onderdelen aangepast. Zo gaat Scholl (1845) nog uit van een werktijd van 15 uur per dag. Scholl geeft in 1845 en 1860 zijn kosten in Thalers en in 1891 in Marken. Uitgegaan is van een wisselkoers van 1 Thaler = ƒ 1.80 en van 1 Mark = ƒ 0,60.

[pagina 123]

De algemene conclusie luidt dat de exploitatielasten van de stoominstallatie in de nijverheid over de gehele eeuw daalden. De daling voor de tweede helft van de negentiende eeuw was grofweg 50%. Vermoedelijk lag de daling in de eerste helft van de eeuw óók in die orde van grootte. Deze ontwikkeling werd onder andere veroorzaakt door een daling van de investeringen in installaties en gebouwen en daarmee van rente, afschrijving en de inboedelverzekering. Ook de kosten van reparatie en onderhoud namen af. De investeringen in gebouwen en installaties lagen voor vermogens van ± 12 pk aan het begin van de eeuw rond ƒ 25 à 30.000 (voor een balansmachine), tegen het midden van de eeuw op ƒ 15 à 20.000 (eveneens voor een balansmachine) en aan het eind op ƒ 6 à 9.000 (voor een horizontale machine). In de nijverheid lagen de bedragen aanzienlijk lager dan in de bemaling, omdat men de installatie plaatste in een afgesloten hoek van de bestaande bedrijfsruimte. Het gebouw vormde bij het stoomgemaal een geïntegreerd onderdeel van de installatie en de pompen, zodat de omvang groter was en de prijs hoger. In Pruisen lagen de investeringen rond 1850 lager dan in Nederland.

De daling in de investeringskosten van de stoominstallatie in de nijverheid was een gevolg van vele factoren: minder materiaalgebruik door geringere afmetingen; toepassing van andere, relatief goedkopere materialen; lichtere constructies; verbeterde fabricagemethoden; fabricage van grote series; standaardisering, etc.

Een belangrijk aspect was de afname van de afmetingen. Wij zijn snel geneigd om stoommachines tot 20 pk kleine stoommachines te noemen, maar balansmachines, ook die van kleine vermogens, waren zeker aan het begin van de negentiende eeuw kolossen. Nog in de jaren veertig had het machinehuis van een balansmachine van 12 pk een lengte van circa 7 meter, een breedte van 3 m en een hoogte van 4 m.

Circa 1890 waren de afmetingen van het machinehuis van een horizontale machine (zonder condensor) teruggebracht tot 5 m bij 3 m en een hoogte van maximaal 3 m. Dit betekende een reductie van ongeveer de helft. Een reductie die nog groter was bij verticale machines en locomobielen. Kleine stoommachines konden daardoor gemakkelijk geplaatst worden in werkplaatsen en kleine fabrieken. Een kostenpost die vermoedelijk in de eerste helft van de negentiende eeuw daalde, was het loon van de machinist. Lange tijd bestond er een gebrek aan machinisten en waren er klachten over hun bedrevenheid. Zo gaf De Vries Robbé, inspecteur van het Stoomwezen nog in 1846 een negatief oordeel over de machinist van het stoomgemaal voor polder Wamek, Dreumel en Alphen in Gelderland. De aanstelling zou zeer gevaarlijk zijn, ... ‘Aangezien

deze persoon in dien korte tijd noch de noodige ondervinding heeft kunnen verkrijgen om als machinist over deze belangrijke stoommachine werkzaam te zijn, welke buitendien een zeer oplettend en kundig werktuigbouwkundige vordert.’ Simons en Greve wezen echter in 1844 reeds op ‘een overvloed van menschen, die tegenwoordig voor dergelijke verrigtingen zijn te verkrijgen’. De krapte op de arbeidsmarkt was blijkbaar aan het verdwijnen. In de tweede helft van de negentiende eeuw horen wij geen geluiden meer over een tekort aan goede machinisten en nam het loon als onderdeel van een algemene loonstijging iets toe. Opmerkelijk zijn de loonverschillen rond 1850 met Pruisen.

Verder daalden de kosten van steenkolen aanzienlijk. Enerzijds was dit het gevolg van een voortdurende afname in het steenkoolverbruik per paardekracht in een uur (pku), anderzijds had dit te maken met daling van de steenkoolprijzen.

Het steenkoolverbruik van een stoominstallatie in de nijverheid met een laag vermogen lag aan het begin van de eeuw op circa 6 kg en hoger per pku, in de jaren veertig op 5 à 6, in de jaren zestig op 4 à 5 en in de jaren negentig op circa 3 kg/pku. Deze ontwikkeling vormt de uitdrukking van de verbetering van het technisch rendement ten gevolge van de verbeteringen aan de ketel en de machine.

De ontwikkeling in de steenkoolprijzen is een apart verhaal. De prijzen fluctueerden in de negentiende eeuw (zie grafiek 5.1). Sommige pieken zijn gemakkelijk te verklaren. De piek tussen 1854 en 1860 is het gevolg van de Krimoorlog en die tussen 1872 en 1875 is het gevolg van de Frans-Duitse oorlog.

[pagina 124]

Bekijken wij de reeks van de steenkoolprijzen te Amsterdam in het bijzonder van de Rijksmarinewerf, dan zien wij een trendmatige daling tussen 1843 en 1863 van tegen de 30%.Ga naar eindnoot7. Deze trend is niet het gevolg van een daling van de prijzen aan de mijn of van de exportprijzen (zie grafiek 5.1). Integendeel, de exportprijzen van Engeland stijgen zelfs in de jaren vijftig. De verklaring is complex en heeft onder andere te maken met een toenemende concurrentie van Duitse steenkolen door opening van nieuwe mijnen en de aansluiting van Amsterdam op het Duitse spoorwegnet in de jaren vijftig. Amsterdam betrok aanvankelijk zijn kolen hoofdzakelijk uit Engeland.

In 1863 trad vervolgens een prijsval op. Daarna zou de prijs tot 1880 op hetzelfde niveau blijven. De prijsval had een duidelijke reden, namelijk de afschaffing van de accijnswet op steenkolen in dat jaar. Nu hadden de ondernemers weinig last van de accijnsheffing, daar zij die grotendeels konden terugkrijgen (dit gold eveneens voor de gemeentelijke accijnsen). Maar de wet bracht zegel-, registratie- en andere extra kosten met zich mee, die verdwenen met de afschaffing van de wet en de liberalisering van de handel.

De prijsontwikkeling van Amsterdam behoeft niet representatief te zijn voor andere regio's. De pieken rond 1856 en 1873 en de prijsval in 1863 zien wij ook elders. Elders kan men echter met andere trends en trendbreuken te maken krijgen, bijvoorbeeld door de aanleg van een spoorweg, kanaal of tramweg.

Vatten wij de ontwikkeling in de stoomtechniek in economische termen samen, dan zien wij een gestage afname van de exploitatielasten van de stoominstallatie tot 20 pk in de negentiende eeuw. Vermoedelijk daalden de lasten sneller in de jaren vijftig en zestig door de toepassing van de horizontale stoommachine, de daarmee samenhangende lagere investeringskosten en door de ontwikkeling van het steenkoolverbruik en de steenkoolprijzen. In Pruisen blijken de lasten tussen 1860 en 1890 weer iets te zijn gestegen. Vooral het loon van de machinist en de kosten van smeerolie, poetskatoen, voedingswater e.d. namen aanzienlijk toe (tabel 5.4). Volgens Verdam waren de verschillen in exploitatielasten in Nederland en Pruisen aan het eind van de negentiende eeuw nagenoeg verdwenen.

[pagina 125]

Bediening

Met de ontwikkeling van de stoominstallatie veranderde ook het bedieningsgemak. Een balansmachine moest aanvankelijk minstens bediend worden door een machinist en een stoker, liefst nog bijgestaan door een sjouwer. Aan het eind van de negentiende eeuw was één persoon (machinist tevens stoker) voldoende voor een stoommachine van 20 pk. En dan nog kon de machinist andere werkzaamheden verrichten, hoewel dit niet wenselijk was met het oog op de veiligheid. De werkzaamheden hielden in: het dagelijks smeren en schoonhouden van de stoommachine, het stoken van de ketel en het bewaken van het toerental bij machines zonder regulateur.

De machinist stelde de machine optimaal af, verving gebroken of versleten onderdelen, voerde andere reparaties uit, maakte wiggen, spieën, boutjes, moeren, sluitplaatjes enz., en zorgde voor het onderhoud en de smering. Het stoken van de stoomketel was als een afzonderlijke taak te beschouwen, die het grootste deel van het werk omvatte. Goed stoomhouden en zuinig stoken vereisten speciale vaardigheden en ervaring. De machinist (annex stoker) had ervoor te zorgen dat de ketel met voldoende water gevoed werd en het vuur met voldoende brandstof en lucht onderhouden werd. De steenkool moest droog zijn, gelijkmatig verdeeld worden over het rooster en in voldoende mate opgebracht. Vochtige brandstof bracht door verdamping energieverliezen met zich mee, verhinderde een volledige verbranding en veroorzaakte de afzetting van een kleverige laag teer, as en roet op de ketelwand, alsmede zwarte rook uit de schoorsteen.

De dikte van de laag steenkool hing onder andere af van de sterkte van de luchttrek en de aard van de steenkool. Een te dikke laag koelde het vuur te veel af, waardoor de verbranding vertraagde en onvolledig was, te veel rook ontstond en de stoomspanning verminderde. Wanneer vervolgens de massa goed doorbrandde, werd het vuur te heet, de stoomspanning te hoog en had de ketel veel te lijden. De steenkool moest verder niet veel groter dan een vuist zijn. Te grote brokken hadden een onregelmatige stoomontwikkeling ten gevolge.

Tot het werk van de machinist (annex stoker) hoorde ook het van tijd tot tijd verwijderen van ketelsteen, roet en as. Het onvoldoende schoonmaken leidde tot een slechte warmtegeleiding en een laag rendement van de ketel. Bovendien konden platen die met een dikke laag ketelsteen waren bedekt, lichtgloeiend worden, gaan buigen en scheuren. In het ergste geval kon de ketel ontploffen.

Een goede machinist kende zijn machine en ketel door en door. Hij was vertrouwd met de beweging van de gelijkmatig lopende machine, het geluid van

de sissende stoom, de hitte van het optimaal brandende vuur en de geur van olie vermengd met waterdamp. Een zwakke plek in de ketel, een verstopping in de stoomleiding, de vervuiling van de rookkanalen, een verschuiving van kussenblokken en raderen bleven voor hem niet verborgen. Het oog en het oor van de machinist waren zo scherp ontwikkeld dat de geringste afwijking en de kleinste stoornis hem opvielen. De ideale machinist hield ook nauwkeurig bij wat de stoominstallatie aan arbeid leverde en aan allerlei materialen verbruikte. Hij noteerde hoe lang de machine in bedrijf was, hoe zwaar zij belast werd, hoeveel steenkool daarvoor nodig was, en hoeveel water, vet, olie en hennep verbruikt werd. Op deze wijze kon hij de prestatie van zijn machine beoordelen, de gevolgen van veranderingen aan de installatie of het machinepark in de fabriek of werkplaats vaststellen en gebreken opsporen. Liefst rapporteerde hij hierover regelmatig aan zijn patroon.

Een goede machinist koesterde zijn machine en ketel en zorgde ervoor dat de gladde en blanke onderdelen blinkend bleven, er geen roestvlekken ontstonden en geen vetstrepen achterbleven. De reinheid had niet alleen betrekking op het uiterlijk van de machine en het inwendige van de ketel, de rookkanalen en de vuurhaard, maar ook op de machinekamer en het ketelhuis. De wanden van de gebouwen moesten schoon en in heldere tint geverfd zijn. Glasramen en deuren mochten nooit vuil of vettig zijn. De vloer moest steeds zijn aangeveegd en vrij blijven van vet en smeersel.

[pagina 126]

Welke scholing diende de machinist (annex stoker) te hebben gehad? Hij moest kunnen lezen, rekenen en schrijven, zodat hij adequaat kon rapporteren over de installatie en zich verder kon ontwikkelen in de stoomtechniek. Hij was bij voorkeur opgeleid tot smid of slotenmaker en als zodanig werkzaam geweest. Op deze wijze had hij ervaring opgedaan met vuur, ijzer en andere materialen.

De eerste opleiding voor machinisten startte in 1846 aan het Koninklijk Instituut van de Marine, maar was vooral van belang voor de marine. Zij werd in 1850 overgeplaatst naar Hellevoetsluis. Van meer belang was de opleiding tot smid aan de ambachtsscholen, waarvan de eerste school in 1861 te Amsterdam werd opgericht. Veel jongens die deze opleiding kozen, wilden graag machinist worden. In 1878 kwam een Kweekschool voor Machinisten tot stand te Amsterdam, die veel succes had en opleidde tot machinist bij de grote vaart en de nijverheid. De eerste zes jaar meldden zich bijna 500 kandidaten aan voor het toelatingsexamen. Ruim 300 konden slechts worden geplaatst.

Er bestond echter geen betere leerschool dan het samenstellen van de stoominstallatie uit de onderdelen op de machinefabriek en het bedrijfsklaar maken in het eigen bedrijf. De (leerling-)machinist moest daarvoor stage lopen bij de machinefabrikant. Vaak leverde de fabrikant, gedurende de garantietijd tevens een ervaren machinist, die de (leerling-)machinist vertrouwd maakte met de machine. Ook kon de machinefabrikant uit zijn eigen personeel een ervaren machinist leveren. Dit gebeurde vooral bij grote installaties, daar een dergelijke kracht duur en hoog gekwalificeerd was.

De machinist (annex stoker) nam een speciale positie in de onderneming in. Meestal was hij 's morgens als eerste op het werk om het vuur aan te leggen en de ketel op stoom te brengen en verliet hij als laatste het bedrijf na alles schoon en op orde achtergelaten te hebben. Hij moest ook over een goede lichamelijke conditie beschikken, daar hij regelmatig in een kort tijdsbestek en onder slechte omstandigheden (hitte e.d.) een grote inspanning leverde zoals het bikken van de ketel, het schoonmaken van de rookkanalen en het uitvoeren van reparaties.

Daarnaast droeg de machinist de verantwoordelijkheid voor de veiligheid. Het ging hierbij niet alleen om de gevaren van hoge druk, hete stoom, bewegende assen en ronddraaiende vliegwielen, maar ook om de gevaren van het overbrengen van energie met transmissiemechanismen naar arbeidswerktuigen over grotere afstand. De machinekamer had vaak een alarmbel om de machinist te waarschuwen. Deze hield steeds een ontkoppelingstoestel onder zijn bereik om zonodig de verbinding van de stoommachine met de hoofd-drijfas te verbreken.

De machinist had de status van een goed geschoolde werkman. Zijn aanzien was vooral hoog, indien hij de verantwoordelijkheid had over een grote installatie en leiding gaf aan een aantal stokers.

Veiligheid en hinder

Bij het aanschaffen van een stoominstallatie werd de eigenaar niet alleen geconfronteerd met de techniek, de exploitatie en de bediening, maar ook met koninklijke besluiten of wetten voor de veiligheid en de hinder.

[pagina 127]

Er bestond sinds 1824 een afzonderlijke regeling voor de veiligheid van de stoomketels neergelegd in het ‘Besluit houdende daarstelling van voorlopige veiligheidsmaatregelen bij het aanwenden van stoomwerktuigen’.Ga naar eindnoot8. De bepalingen van derden veranderden een aantal malen. Zo leidde een ongeval op de stoomboot Mercurius tussen Antwerpen en Gent, dat vijf slachtoffers eiste, in 1829 tot het opmerkelijke verbod van hoge druk op stoomboten. Dit werd vervolgens weer ongedaan gemaakt in 1833. Andere beperkende bepalingen kwamen ervoor in de plaats. In 1869 werd het toezicht op de veiligheid van stoomketels voor het eerst bij wet geregeld zonder dat dit ingrijpende consequenties had.Ga naar eindnoot9.

De ketel moest een aantal voorzieningen hebben zoals twee veiligheidskleppen van voorgeschreven afmetingen, een manometer, een waterpeilglas met doorblaaskranen, een waarschuwingsmechanisme voor watergebrek, een zelfwerkend watervoedingstoestel. Deze voorzieningen werden doorgaans standaard door de machinefabrikant geleverd.

De eigenaar deed aangifte bij de overheid van zijn voornemen om een ketel te plaatsen. De minister van Binnenlandse Zaken droeg vervolgens aan deskundigen op de ketel te inspecteren. Na de inspectie werd een rapport opgesteld, dat mogelijk kon leiden tot een wijziging aan de installaties. Indien de installatie veilig werd bevonden, ontving de eigenaar een vergunning die hij duidelijk zichtbaar in de buurt van de machine moest ophangen. Vervolgens vond minstens eenmaal per jaar (later eenmaal in de twee jaar) een inwendig onderzoek plaats naar de kwaliteit van de ketel.

In 1855 had men het toezicht toevertrouwd aan een afzonderlijke dienst - de dienst voor het Stoomwezen - met daarvoor speciaal aangestelde ambtenaren. Tot dat jaar deed de rijksoverheid een beroep op enkele deskundigen, die de inspectie van de ketels veelal naast hun hoofdfunctie uitvoerden. Zo was de eerste inspecteur van het Stoomwezen, G.M. Roentgen, tevens overheidsadviseur voor werktuigkundige zaken. A.A.C. de Vries Robbé die vanaf 1842 inspectiewerk verrichtte, was ingenieur bij de Hollandsche Spoorweg Maatschappij. P.J.J. Bogaert was naast inspecteur van het Stoomwezen ook ingenieur bij de Domaniale Steenkoolmijnen in Kerkrade.

De indruk bestaat dat de effectiviteit van de wetgeving in de beginperiode gering was. Vermoedelijk werd tot 1850 slechts de helft van het aantal opgestelde ketels geregistreerd en geïnspecteerd. In een

[pagina 128]

nota aan de minister werd opgemerkt ‘dat er vele stoomwerktuigen in gebruik zijn, waarvan nooit aangifte is gedaan en waarvoor dus ook nooit een acte van vergunning is uitgereikt.’Ga naar eindnoot10. Een aantal malen verscheen een oproep aan fabrikanten, provincies en gemeenten om ketels aan te melden. Ook kwamen de inspecteurs niet altijd aan de voorgeschreven controles toe. In sommige gevallen weigerde de eigenaar van de ketel de opgedragen veranderingen door te voeren. Verder gingen er geruchten dat machinisten hogere stoomdrukken gebruikten en de veiligheidskleppen hoger belastten dan geoorloofd was om zo meer vermogen uit de machines te halen. Het was een praktijk die gedurende de gehele eeuw in het verborgene voorkwam.

In de tweede helft van de negentiende eeuw werd de wet strikter nageleefd. Het toezicht nam snel in omvang toe mede door de ‘explosieve’ stijging van het aantal ketels. De dienst voor het Stoomwezen stond bekend als consciëntieus en bouwde een uitstekende naam op. Dit kon overigens niet voorkomen dat er zich ontploffingen voordeden. Zo vonden in 1870 vier explosies plaats waarbij drie mensen het leven verloren en in 1879 twee explosies met vier doden. In de jaren tachtig kwamen alleen in '82, '84, '87 en '89 explosies voor, telkens eenmaal, terwijl alleen in '82 en '87 een mensenleven te betreuren viel.

De eigenaar van een stoominstallatie had ook een vergunning nodig in het kader van wat tegenwoordig de hinderwet heet. De hinderwet gaat terug tot de Middeleeuwen en de stedelijke voorschriften die toen reeds werden uitgevaardigd om overlast en gevaar door vestiging van bedrijven te beperken.Ga naar eindnoot11. Een eerste algemene maatregel betrof een decreet van Napoleon in 1810, dat voorzag in een vergunningaanvraag voor de oprichting van bedrijven die een ongezonde of hinderlijke geur verspreidden. Het decreet gold ook voor Nederland, op dat moment ingelijfd bij Frankrijk. Een herziening kwam tot stand in 1824 bij koninklijk besluit en in 1875 bij wet. Decreet, koninklijk besluit en wet maakten het voor de omwonenden mogelijk om protest aan te tekenen tegen de bouw van een stoominstallatie. Er werd gedurende de gehele eeuw gebruik van gemaakt.

Zo protesteerde een zekere Wouters te Nijmegen in 1855 tegen de komst van een stoomkorenmolen in de schuur naast zijn woning. Schuur en woning waren gescheiden door een muur ‘gedeeltelijk ter dikte van een steen en ook van een halven steen’.

Tot overmaat van ramp stond de bedstee van Wouters in de schuur, ‘slechts omgeven door een halven steensmuur en nauwelijks 60 duim (=0.6 m - HL) verwijderd van de bekleeding den stoomketel’ (zie ook de plattegrond). Wouters verwachtte niet rustig te kunnen slapen. ‘Dat door de plaatsing van ketel en schoorsteen, zoo nabij die bedstede en scheidingsmuur een ondragelijke hitte in zijn huis zal ontstaan, welke benevens het gedruisch en de schudding van het werktuig, het groot gevaar van brand en springen van den ketel, de bewoning daarvan en veeleer de verhuring van een gedeelte zullen onmogelijk maken ...’.

Een ander bezwaar kwam van Philipse, verver van beroep. Zijn tuin lag tegen de schuur aan en werd door hem gebruikt voor het opdrogen van geverfde voorwerpen. Hij maakte zich onder meer zorgen over de nabijheid van de schoorsteen, waardoor het ‘erf geheel ongeschikt zoude worden door het menigvuldig nedervallen van roet, stof en waterdamp’. Ook vreesde hij de woning vanwege het lawaai en het gedreun van de stoommachine te moeten verlaten daar ‘zijne vrouw reeds sedert vele jaren, aan ziekte toevallen’ leed.Ga naar eindnoot12.

Dat de zorgen van Philipse over de rookvorming reëel waren, bleek uit klachten over een stoommolen te Zutphen in 1858. De hoofdingenieur van de provinciale waterstaat constateerde inderdaad ernstige overlast. ‘Schilders welke werkzaam waren wezen mij sedert twee dagen geschilderde ramen, welke reeds weder zwart gespikkeld waren’. Wasgoed bleek bedekt te zijn met zwarte stof, evenals het papier in een afgesloten papiermagazijn. In de wind liggende huizen konden hun ramen niet openen

[pagina 129]

‘zonder verstikkende damp in plaats van versche lucht in te nemen’. Ook waren bij sommige huizen ‘de gooten en binnenplaatsen vol stof en overal in de buurt waren de glazen kennelijk vuil en met rook beslagen’. Tenslotte onderzocht de hoofdingenieur het voor consumptie bestemde regenwater dat ‘compleet zwart’ was.Ga naar eindnoot13.

Overlast door rook, lawaai, stank en trillingen kwam als argument in de bezwaarschriften regelmatig voor, evenals de angst voor ontploffing, ziekte en brand en de schade door waardevermindering van onroerend goed, hogere verzekeringspremies en vermindering van de omzet. De Haagse uitspanning ‘Het Roomhuis’ bijvoorbeeld maakte bezwaar omdat zij door het ongerief de klanten uit de deftige stand zag wegblijven, ‘dewijl dit roomhuis de eenige plaats is, waar deze klasse van ingezetenen zich op bepaalde tijdstippen des jaars kan verlustigen en de genoegens van het buitenleven smaken’.Ga naar eindnoot14.

Soms was er in de protesten sprake van irrationele en overdreven angst voor de nieuwe techniek óf van een oneigenlijk gebruik van de wetgeving door ondernemers die hun concurrenten wilden dwarsbomen. In veel gevallen lijken de bezwaren reëel. De bedrijven met stoom lagen nogal eens in de nauwe straatjes van de binnensteden, omringd door huizen waar gewoond en gewerkt werd. ‘Zij ligt geheel in het midden der stad’, zo vermeldde het rapport over de stoommolen in Zutphen, ‘...heeft slechts door een nauwe steeg toegang en is alzoo bij brand ongemakkelijk te naderen en voor de geheele buurt gevaarlijk’.Ga naar eindnoot15.

De omvang van de bezwaarschriften is niet bekend, maar er werd met regelmaat protest aangetekend. Een vergunning werd hoogst zelden geweigerd. De belangen van de nijverheid kregen doorgaans voorrang. Toch had de wetgeving enig effect op de stoomtechniek. Indien de overheid de bezwaren reëel achtte, werden voorwaarden gesteld bij de verstrekking van de vergunning, bijvoorbeeld het verhogen van de schoorsteen, het aanleggen van een vrijstaande fundering en de plaatsing van vonkenvangers in de schoorsteen.Ga naar eindnoot16.

Zo mocht de firma Van Gelder in 1838 in de papierfabriek de stoommachine alleen met turf stoken. De eigenaars van de omliggende witpapiermolens waren bang voor de uitstoot van roetdeeltjes door verbranding van de steenkool. Deze zouden mogelijk op het papier in hun droogschuren neerslaan. Een tabakfabriek in Maastricht moest in 1875 speciale voorzieningen treffen voor zijn drijfwerk om trillingen bij de buren te voorkomen: ‘Den transmissiën en krachtoverbrenging mogen noch onmiddelijk, noch middelijk aan gemeenschappelijke muren of daarin dragende balken of liggers bevestigd worden’.Ga naar eindnoot17. Ook in het hierboven behandelde geval van Wouters en Philipse werd de vergunning verstrekt, echter onder de voorwaarde ‘dat de trafiek des nachts worde bewaakt door een geschikt en vertrouwd persoon’. Of de heer Wouters hierdoor met een rustiger gemoed ging slapen, vermeldt de geschiedenis niet.

 

h.w. lintsen