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Immagini a corredo tratte da Il libro dei treni, aneddoti, notizie, impressioni, ricordi narrati da Giuseppe Latronico, illustrati da Filiberto Mateldi, UTET, Torino, 1945.
Le locomotive sono studiate in modo da avere una aderenza proporzionata allo sforzo che sono capaci di sviluppare in servizio in condizioni atmosferiche normali.
Se, per eccessiva resistenza del treno o per cattive condizioni delle rotaie lo sforzo della locomotive diventa superiore all'aderenza, le ruote scivolano, il treno perde velocità, si hanno urti fra locomotiva e veicoli, tutto il meccanismo della locomotiva assume una velocità eccessiva, la caldaia diminuisce rapidamente di pressione.
Per evitare questi fenomeni dannosi il macchinista ha due mezzi: la diminuzione dello sforzo o l'aumento dell'aderenza. La prima manovra è più rapida tanto d'esecuzione come d'effetto, non c'è che muovere verso la chiusura la leva del regolatore sino a scivolamento arrestato; ma essa ha il grande inconveniente di diminuire di più la velocità del treno, sicché dopo, per ricuperare il tempo perduto, si deve esercitare uno sforzo superiore a quello che prima produceva lo scivolamento.
Più razionale è l'aumentare l'aderenza coll'uso della sabbia, ma per essere efficace deve essere usato prima che il meccanismo abbia assunto velocità eccezionali, altrimenti si è costretti a combinare una manovra coll'altra e cioè diminuire immediatamente la presa di vapore, dare la sabbia e riaprire il regolatore appena la rotaia sia stata coperta.
L'attrito delle rotaie diminuisce rapidamente quando esse sono umide e peggio ancora quando sono umettate dal vapore grasso che esce dai cilindri: in generale offrono poca aderenza le rotaie nelle gallerie e nei punti dove ordinariamente si fermano le locomotive in stazione. D'altra parte il mettere in moto un convoglio richiede sempre uno sforzo considerevole, molto superiore al normale anche se il treno ha un peso proporzionato alla locomotive. Due quindi sono le cause che rendono frequente lo scivolamento delle ruote della locomotive alla messa in moto dei treni sicché buona regola è il prevenire lo scivolamento coll'aprire quando occorre l'apparecchio di sabbiatura ad aria contemporaneamente al regolatore. Si aggiunga che questo apparecchio tanto utile diventa mal sicuro quando si adopera raramente perché i tubi si possono facilmente ostruire.
Quando dallo scappamento assieme al vapore esce anche acqua si devono subito aprire gli scarichi dei cilindri.
Se il fenomeno dipende dal raffreddamento dei cilindri il provvedimento basta; ma se il fenomeno dipende non solo da vapore condensato nei cilindri ma anche e soprattutto da acqua trasportata dal vapore o pel livello d'acqua troppo alto, o per sostanze grasse in caldaia, o per troppa rapida manovra d'apertura del regolatore, allora oltre ad aprire gli scarichi bisogna provvedere a restringere o magari a chiudere, se v'è necessità, la presa di vapore per trattenere quanto più è possibile l'acqua e per tagliare la corrente tumultuosa che si stabilisce in caldaia.
Del resto quando si nota che l'ebollizione in caldaia è tumultuosa, che l'acqua è sporca, che le variazioni di livello sono molto sensibili alla manovra del regolatore, si deve stare molto attenti al pennacchio di vapore che esce dal camino, si deve stare bassi d'acqua e alti di pressione, si deve tenere il regolatore meno aperto che sia possibile, lavorando, se occorre, con poca espansione, si deve manovrare il regolatore colla massima cautela sempre cioè per piccoli gradi.
Senza queste precauzioni si può determinare facilmente la rottura dei cilindri, o per lo meno si diminuisce di molto la potenza della locomotiva, si espone il forno al rischio d'essere bruciato per l'impossibilità di sopperire cogli iniettori all'acqua trascinata nei cilindri e infine si insudiciano passeggeri, agenti e materiale.
Quando la locomotive lavora, ad ogni giro di ruota motrice si odono quattro colpi di scappamento, i quali a macchina perfettamente regolata devono essere uguali d'intensità ed ugualmente distanziati fra loro; se questa uguaglianza di intensità e di distanza non c'è bisogna cercare di correggere la distribuzione variando la lunghezza dei pezzi che la comandano.
Se si ode un colpo di scappamento più forte o più debole degli altri occorre notare quale manovella si trova in quell'istante ad un punto morto e così si può precisare da qual parte c'è eccesso o deficienza d'ammissione di vapore: se ad esempio si ode un colpo più forte degli altri quando la manovella destra è al punto morto anteriore vuol dire che vi è un eccesso d'ammissione alla parte posteriore dei cilindro destro e quindi necessita ridurre lo spostamento del distributore verso l'avanti.
Prendendo in osservazione il solo moto in avanti d'una locomotiva possono presentarsi tre casi d'ineguaglianza dei colpi di scappamento:
1° caso: un colpo forte
uno giusto
uno debole
uno giusto
si nota allora quale manovella è al punto morto all'istante del colpo forte: se v'è una manovella al punto morto anteriore si accorcia da quella parte della locomotiva l'asta dei distributori a stantuffo e si accorcia l'asta dei distributori a cassetto; se v'è una manovella al punto morto posteriore si fa la manovra opposta;
2° caso: un colpo forte
uno forte
uno debole
uno debole
si accorciano le aste di entrambi i distributori a stantuffo o si allungano le aste di entrambi i distributori a cassetto se i due colpi forti si hanno ai punti morti anteriori; si fa la manovra opposta se i due colpi forti si hanno ai due punti morti posteriori, si allunga un'asta e si accorcia l'altra se il colpo forte corrisponde al punto morto all'indietro d'una manovella e all'avanti dell'altra;
3° caso: un colpo forte
uno debole
uno forte
uno debole
in questo caso v'è un cilindro che ha più ammissione dell'altro e bisogna, a seconda dei casi, cambiare, l'angolo di calettatura alle leve laterali dell'albero di distribuzione, o la lunghezza di tali leve, o la lunghezza dei tiranti applicati a queste leve. Possono trovarsi anche a disuguali altezze i sopporti dell'albero di distribuzione e nelle distribuzioni Walschaerts possono essere ad ineguali altezze i sopporti dei glifi. Tutti questi difetti non possono essere trovati senza un accurato studio e non possono essere tolti in breve tempo: non si devono quindi fare inutili tentativi, ma soltanto avvertire il capo deposito.
Gli scopi del surriscaldamento del vapore sono:
1° soppressione dell'acqua trascinata dal vapore;
2° soppressione del fenomeno di periodica condensazione nel cilindro;
3° aumento del volume del vapore.
Sembra anche accertato che il vapore surriscaldato sia un conduttore del calore assai meno buono del vapore saturo, dimodochè col surriscaldamento si ha anche il vantaggio di un minore disperdimento di calore.
Dei vantaggi inerenti alla soppressione del trascinamento dell'acqua è inutile parlare, perché troppo evidenti: vedasi del resto quanto si è detto parlando delle eiezioni d'acqua dal camino.
Esaminiamo piuttosto le altre due questioni e premettiamo che un vapore si dice surriscaldato quando, non essendo più in contatto coll'acqua, viene portato ad una temperatura superiore a quella alla quale venne generato.
Il vapore saturo d'una caldaia che lavora a pressione di 10 kg per cmq. ha una temperatura di 183°; se noi lo riscaldassimo in contatto dell'acqua di altri 8° avremmo del vapore saturo sotto pressione di 12 kg; se noi invece lo scaldiamo di 8°, quando non è più in contatto dell'acqua, abbiamo del vapore surriscaldato di 8° sotto pressione ancora di 10 kg.
Nel vapore saturo ad una data temperatura corrisponde sempre una data pressione e viceversa; col vapore surriscaldato la temperatura può salire comunque al di sopra di quella del vapore saturo, dando luogo ad aumento di pressione quando non si varia il volume, oppure ad aumento di volume quando non si varia la pressione, come si fa nelle locomotive.
Il vapore surriscaldato è uno stato intermedio fra quello del vapore saturo e quello dei gas e tanto più le sue leggi si accostano a quelle dei gas, quanto maggiore è il sua grado di surriscaldamento.
Ciò premesso vediamo come si comporta il vapore saturo durante il sua lavoro entro il cilindro d'una locomotiva.
Supponiamo pure che esso entri, cosa che non si verifica mai, assolutamente privo d'acqua nel cilindro: trovando il cilindro a temperatura più bassa della sua, esso in parte si condensa e si deposita sotto forma di minute goccioline che coprono l'interno del cilindro; il calore perduto dal vapore riscalda le pareti del cilindro e quando comincia la scarica la pressione si riduce al punto di diventare inferiore a quella che corrisponde alla temperatura delle pareti del cilindro; allora il cilindro restituisce al vapore il calore sottrattogli, rievaporizzando l'acqua depositata sulle sue pareti: la rievaporazione, resa facile dalla stato d'estrema divisione dell'acqua, raffredda di nuovo rapidamente i1 cilindro e riscalda il vapore che non lavora più. Riassumendo: ad ogni corsa dello stantuffo v'è una sottrazione di temperatura, e quindi di pressione, al vapore attivo e una elevazione di temperatura al vapore inattivo.
Supponiamo ora di mandare nel cilindro invece di vapore saturo vapore sufficientemente surriscaldato: questo all'entrata nel cilindro troverà una temperatura un poco più bassa e quindi subirà una lieve diminuzione di temperatura, ma non condensazione, ed all'uscita avrà un lieve aumento di temperatura, ma non rievaporazione. Dunque nel secondo caso si risparmia il calore latente della massa condensata nel primo caso; circa 530 calorie per ogni kg di vapore condensato e cioè oltre 10 volte quanto si perde per l'abbassamento di 100° di un'eguale massa di vapore surriscaldato.
Quanto al terzo dei vantaggi del surriscaldamento enumerati, quello cioè dell'aumento di volume notiamo che il volume del vapore surriscaldato è, a pressione costante, sensibilmente proporzionale per gli alti gradi di surriscaldamento alla sua temperatura, purché si cominci a misurare questa a partire da 273° sotto zero (cioè a 0 kelvin, N.d.R.); il vapore saturo a 10 kg ha la temperatura di 183°; riscaldandolo a 320° senza variarne la pressione prende un volume che sta assai approssimativamente al primo come (273 + 320) / (273 + 183) cioè in cifra tonda come 3/4, quindi collo stesso peso di vapore si possono fare 4 corse dello stantuffo in luogo di 3.
L'economia dovuta alla soppressione della condensazione nel cilindro è tanto maggiore quanto minore è il grado d'ammissione, mentre l'economia dovuta all'aumento di volume è tanto maggiore quanto maggiore è l'ammissione: la prima è sempre maggiore della seconda, ma ambedue si verificano sempre, e possono giungere per l'acqua sino al 35% dei consumi normali.
L'economia del combustibile è alquanto minore per diverse ragioni, ma soprattutto perché il surriscaldamento richiede calore oltre quello necessario per la produzione del vapore; i prodotti della combustione dovendo nella tubiera, non solo vaporizzare acqua, ma anche riscaldare il vapore, devono uscire dalla tubiera stessa ad una temperatura molto più alta non solo in quei tubi ove la maggior temperatura è utilizzata, ma anche in quelli dove non è utilizzata, perché non tutti i tubi del fumo sono adoperati per surriscaldare il vapore. E' minore il salto di temperatura dei gas che si può utilizzare e quindi minore l'economia realizzabile.
Il surriscaldamento si fa nelle file superiori dei tubi bollitori nei quali sono situati appositi tubi in cui il vapore, dopo essere uscito dalla valvola di presa vapore in duomo, è fatto circolare prima di arrivare ai cilindri.
Questi tubi si chiamano tubi surriscaldatori e fanno capo ad un collettore detto camera collettrice del vapore.
La condotta del fuoco dovrà esser fatta tenendo presente che la parte anteriore della griglia è quella che dà la fiamma alla parte inferiore della tubiera, dove non c'è surriscaldamento; la parte posteriore dà la fiamma alla parte più alta dove vi sono i tubi più grossi che contengono quelli del surriscaldamento.
Si deve tener presente che l'economia d'acqua e di carbone è tanto maggiore quanto maggiore il grado di surriscaldamento. Verso 320° è sicura, in condizioni normali, anche per le minori ammissioni, la soppressione del fenomeno di condensazione nel cilindro, soppressione che è il maggior vantaggio del surriscaldamento. Oltre quel limite cessa la maggior fonte di economia e si corre il rischio di far colare le guarnizioni delle aste degli stantuffi e di guastare i cilindri per mancanza di lubrificazione, la quale deve essere maggiormente curata perché è sempre molto difficile alle alte temperature.
E' evidente che il surriscaldatore funziona solo quando la locomotive lavora, perché riscalda il vapore nel suo passaggio dalla caldaia ai cilindri, e che richiede molto consumo di calore che solo il tiraggio prodotto dallo scappamento può fornire: quindi a locomotive ferma la temperatura del collettore discende rapidamente.
In caso di guasti ai tabi del surriscaldatore bisogna sopperire possibilmente con molta attività di combustione. Bisogna sempre usare grandi cautele nel toccare le loro guarnizioni, perché facilmente si possono causare avarie maggiori di quelle che si volevano togliere.
Si tengano sempre ben puliti i tubi di surriscaldamento servendosi d'un forte getto di vapore e delle apposite lance: la manovra deve essere fatta dalla parte del forno perché dalla parte della camera fumo gli stessi tubi del vapore surriscaldato sono d'impedimento.
Alla buona conservazione dei cilindri si provvede con pompe lubrificanti, che sono vasi pieni d'olio ove parecchi stantuffini lavorano a spingere l'olio in appositi condotti comunicanti col corpo principale del cilindro e colla camera di distribuzione.
Gli stantuffini sono mossi da un albero orizzontale comandato da una manovella che riceve il movimento da un organo del meccanismo della locomotiva a mezzo di una apposita bielletta.
Le oscillazioni della manovella possono essere rese più o meno ampie a seconda del maggiore o minor bisogno d'olio, variando sulla medesima il punto di applicazione della bielletta: a tale scopo la manovella porta una serie di fori allontanantisi dal fulcro.
Il moto oscillatorio della manovella è trasformato in moto rotativo dall'albero di comando degli stantuffini mediante un sistema di ruote dentate e nottolini o mediante rulli: questa disposizione permette in modo facile la manovra a mano che devesi sempre fare all'inizio per riempire d'olio le tubazioni e provvede in modo facile ad ogni eventuale bisogno d'uno straordinario afflusso d'olio.
Il collegamento dei tubi dell'olio coi cilindri è fatto coll'intermediario d'una valvoletta di ritegno che non permette l'entrata nei tubi al vapore dei cilindri. In caso di guasti alle valvole od ai tubi questi ultimi non devono mai essere tappati perché potrebbero scoppiare. Le valvolette portano anche un foro di spia che permette di constatare l'afflusso dell'olio.
Il vaso dell'olio porta alla bocca un filtro attraverso il quale si deve sempre far filtrare, versandolo, il lubrificante per impedire il passaggio ad impurità che potrebbero compromettere il funzionamento delle pompe. Questo filtro deve sempre essere mantenuto in posto e ben pulito.
