รถจักรไอน้ำ

รถจักรไอน้ำ

รถจักรไอน้ำที่นำมาใช้ในประเทศไทยเป็นคันแรก คือ รถจักรไอน้ำที่ใช้ในทางสาย กรุงเทพฯ-ปากน้ำ ซึ่งเป็นทางรถไฟราษฎร์สายแรก ต่อมาพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าฯ ได้ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้ดำเนินการสร้างทางรถไฟสายนครราชสีมา ซึ่งเป็นทางรถไฟของรัฐสายแรกขึ้น กรมรถไฟในสมัยนั้น ได้นำเอารถจักรไอน้ำมาใช้ โดยนำมาใช้ในการก่อสร้างทางรถไฟ ลากจูงขบวนรถ ขนส่งสินค้า และคนโดยสาร

รถจักรไอน้ำที่นำมาใช้ในตอนแรกๆ นั้น เป็นรถจักรแบบมีถังน้ำและที่เก็บเชื้อเพลิงในตัว ต่อมาได้วิวัฒนาการขึ้น เป็นแบบที่มีรถลำเลียงพ่วง รถลำเลียงนี้มีไว้บรรทุก เชื้อเพลิงและน้ำเพื่อใช้การในขณะที่รถจักรทำการลากจูงขบวนในระยะทางหนึ่ง

รถจักรไอน้ำ คือ รถจักรที่มีหม้อน้ำ ที่มีกำลังดันไอสูง ติดตั้งบนโครงประธาน ซึ่งจะวางอยู่บนล้อที่ตัวรถจักรจะมีเครื่องกลจักรไอน้ำ (steam engine) ประกอบด้วยลูกสูบ ลิ้นปิดเปิดให้ไอดีเข้า และไอเสียออก และก้านสูบ ซึ่งปลายข้างหนึ่งต่อกับกลไกไปหมุนล้อ 

รถจักรไอน้ำ มีลักษณะ ส่วนประกอบ และหน้าที่การทำงานโดยละเอียด ดังนี้ 

๑. หม้อน้ำ มีลำตัวเป็นรูปทรงกระบอกในแนวนอน ตอนท้ายของลำตัวเป็นเรือนไฟ ภายในเรือนไฟทำเป็นเตาไฟ ตอนหัวของลำตัวเป็นห้องควัน รวมทั้งปล่องไฟติดต่ออยู่ ทั้ง ๓ ส่วนนี้ ทำเป็นชิ้นเดียวกัน โดยตัวห้องควันและเตาไฟ เป็นส่วนที่ตั้งอยู่บนโครงประธาน 

ภายในลำตัวของหม้อน้ำระหว่างเตาไฟกับห้องควัน มีท่อเหล็กจำนวนมากต่อวางเรียงขนานกันไปตามยาว ปลายทั้งสองของท่อเหล่านั้น ยึดติดกับแผ่นโลหะซึ่งเจาะรูทะลุ ตามจำนวนท่อแผ่นโลหะตอนปลายท่อด้านหลังยึดติดกับเรือนไฟ และตอนปลายท่อด้านหน้ายึดติดกับลำตัวตอนหน้าติดกับห้องควัน

หม้อน้ำทำหน้าที่ให้กำเนิดไอน้ำ ก๊าซร้อนที่เกิดจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงบน ตะกรับในเตาไฟ จะเดินผ่านไปตามท่อที่อยู่ในหม้อน้ำ ซึ่งเรียกว่า ท่อไฟ และคายความ ร้อนผ่านผนังท่อไปให้กับน้ำอยู่ในหม้อน้ำและล้อมรอบท่อไฟ ทำให้น้ำในหม้อน้ำรอบๆ บริเวณเรือนไฟและล้อมรอบท่อไฟ เดือดกลายเป็นไอน้ำ ภายใต้ตะกรับซึ่งตั้งอยู่ ณ ส่วนล่างของเรือนไฟ จะมีกระบะเถ้า ซึ่งมีประตูบังคับให้ปิดเปิดได้โดยพนักงานที่ห้อง ขับ เพื่อให้ลมภายนอกผ่านเข้าไปยังตะกรับ ช่วยให้เชื้อเพลิงได้ลุกไหม้ได้ดี ตอนท้ายของเตาไฟมีช่องเจาะไว้เหนือตะกรับ เพื่อใส่เชื้อเพลิง ช่องนี้จะมีประตูปิดเปิดได้เรียกว่า ประตูเตา 

ห้องควัน ทำหน้าที่รวบรวมควันและก๊าซร้อนที่เหลือจากการใช้ประโยชน์แล้ว รวม กับไอเสียที่มาจากหีบไอ แล้วพ่นขึ้นสู่ปล่องทิ้งออกอากาศไป เนื่องจากห้องควันนี้ผนึกแน่น ดังนั้น ทุกครั้งที่ไอเสียถูกพ่นขึ้นไป จะทำให้ภายในห้องควันมีความดันอากาศต่ำกว่าบรรยากาศภายนอก ทำให้เกิดแรงดูดลมจากภายนอกให้ผ่านประตูลมที่กระบะเถ้า ไปทำการช่วยเผาไหม้เชื้อเพลิง แล้วก๊าซที่เกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงและควันก็จะถูกดูดเดินทาง ผ่านไปตามท่อในหม้อน้ำ เข้าไปในห้องควัน ออกไปทางปล่อง 

๒. เครื่องจักรกลไอน้ำต้นกำลัง ประกอบไปด้วยกระบอกสูบอยู่ในท่านอน ยึดแน่นอยู่กับโครงประธาน ภายในมีลูกสูบเคลื่อนไปมาด้วยความดันของไอน้ำ ตัวลูกสูบมีก้านสูบโผล่ฝาสูบออกไป โดยที่ปลายก้านติดต่อกับคันชัก ไปทำการหมุนล้อขับปลายทั้งสองข้าง ภายในกระบอกสูบเจาะเป็นช่องไว้เพื่อให้ไอน้ำไหลมาดันลูกสูบ และคายไอเสียทิ้งไป ไอน้ำจะดันลูกสูบทั้งสองข้างสลับกัน และในทำนองเดียวกันก็ขับไอเสียออกไปสลับกันเช่นกัน

หีบไอ ทำหน้าที่ควบคุมไอดีซึ่งมาจากหม้อน้ำส่งเข้ากระบอกสูบ และปล่อยไอเสีย จากระบอกสูบ ให้ออกสู่ปล่อง โดยผ่านเข้าไปยังห้องควัน หีบไอมีลักษณะรูปทรงกระบอกอยู่ในแนวนอนขนานกับกระบอกสูบ และหล่อเป็นชิ้นเดียวกัน ภายในมีลิ้นเดินไปมา เพื่อควบคุมให้ไอดีลงสูบและไอเสียออกจากสูบ การเคลื่อนไหวของลิ้นนี้ บังคับด้วยอาการหมุนของล้อขับ โดยมีกลไกติดต่อกัน

ตัวลิ้นไอมีอยู่หลายแบบ แต่ที่นิยมใช้กันมาก คือ แบบลูกสูบ (piston valve) ส่วนตัวเครื่องกลไกลิ้นก็มีหลายแบบ และมักเรียกตามชื่อของผู้ประดิษฐ์ ที่นิยมใช้กันมาก คือ แบบวอลแชรตส์ (Walschaerts) และสตีเฟนสัน (Stephenson) ตัวลิ้นและกลไก ของลิ้นนี้จะต้องตั้งจังหวะให้สัมพันธ์กับการเคลื่อนไปมาของลูกสูบ

กระบอกสูบและอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องโดยทั่วไปติดตั้งอยู่ข้างโครงประธานข้างละหนึ่ง สูบและเราเรียกว่ารถจักรไอน้ำ ๒ สูบ แต่รถจักรชนิด ๓ สูบ และ ๔ สูบ ก็มีเช่นกัน ในกรณี นี้ตัวกระบอกสูบที่ ๓ หรือที่ ๓ และ ๔ จะติดตั้งอยู่ตรงกลางโครงประธาน และคันชักจะ ต่อตรงไปที่ล้อขับเช่นเดียวกับของสูบอื่นๆ รถจักร ๓ สูบ และ ๔ สูบนี้ กลไกบังคับลิ้น จะยุ่งยากกว่าแบบ ๒ สูบบ้าง 

๓. อุปกรณ์ควบคุมเครื่องจักรกล และอุปกรณ์ควบคุมตัวรถจักร 

ตรงส่วนที่เรียกว่า เรือนไฟ ของหม้อน้ำจะมีหลังคาซึ่งเรียกว่า เก๋ง คลุมไว้ ส่วนตอนอื่นไม่มี ส่วนที่เก๋งคลุมนั้น จะเป็นส่วนที่ใช้เป็นห้องขับ

ตรงหน้าเรือนไฟของหม้อน้ำ นอกจากจะมีประตูเตา สำหรับใส่เชื้อเพลิง ที่เอามาจากที่บรรทุกไว้ในรถลำเลียง ลงสู่ตะกรับแล้ว ก็เป็นที่ติดตั้งอุปกรณ์ต่างๆ สำหรับควบคุมการทำงานของเครื่องจักร และตัวรถจักร อุปกรณ์ที่สำคัญ คือ คันบังคับลิ้นทวารกำหนดไอดี สำหรับบังคับให้ไอน้ำในหม้อเข้าสูบมากหรือน้อยหรือไม่ให้เข้า คันเปลี่ยนอาการซึ่งจะบังคับให้รถจักรเดินหน้า หรือถอยหลัง และบังคับลิ้นที่หีบไอ ให้เปิดช่องไอลงสูบมากหรือน้อย เครื่องเติมน้ำเข้าหม้อ เพื่อจะเติมน้ำ ชดเชยจำนวนน้ำที่กลายเป็นไอน้ำ และถูกนำเอาไปใช้ในการดันลูกสูบ

ในส่วนอุปกรณ์อื่นๆ ที่เกี่ยวกับการป้องกันอันตรายก็คือ 

ทวารนิรภัย เพื่อป้องกันมิให้ความดันของไอน้ำในหม้อสูงเกินกว่าที่กำหนดไว้ ถ้าหากสูงเกินไปก็จะระบายออกทางทวารนิรภัยนี้ มิฉะนั้นจะทำให้หม้อน้ำเกิดระเบิดได้

หลอดแก้วดูระดับน้ำในหม้อ เพื่อจะได้ทราบว่าน้ำในหม้อไม่พร่องเกินไปกว่า ระดับที่กำหนดไว้ หากพร่องไปแล้วน้ำจะแห้งหม้อ และความร้อนจะไปเผาตัวหม้อ เปล่าๆ ทำให้เกิดอันตราย 

เครื่องแสดงแรงดันไอน้ำมีเพื่อให้ทราบไอน้ำในหม้อมีความดันพอเพียงที่จะ ไปดันลูกสูบหรือไม่ 

เครื่องห้ามล้อสำหรับใช้ห้ามล้อตัวรถจักรเองและตัวรถพ่วงในขบวน 

๔. รถลำเลียง โดยทั่วๆ ไปแล้วรถจักรไอน้ำจะมีรถลำเลียงพ่วงต่อไว้เพื่อใช้เก็บเชื้อเพลิงและน้ำสำรองไว้ให้พอเพียง ที่จะนำไปใช้ ในขณะที่รถวิ่งทำการอยู่ในระยะทาง