Norsk damplokomotivteknologi omfatter hvordan en i utgangspunktet internasjonal teknologi har blitt tatt i bruk i Norge. Damplokomotiver var de offentlige jernbanenes første trekkaggregater, og kom til å prege jernbanedrift verden over i ca 150 år. Et damplokomotiv er en varmekraftmaskin og benytter således velkjent teknologi som også ble anvendt ved stasjonære dampmaskiner og dampmaskiner til sjøs. Anvendelsen av dampmaskin på et lokomotiv bød imidlertid på sin egne problemstillinger som stasjonære maskiner og skipsmaskiner ikke hadde, nemlig en streng begrensing i omfang og vekt, avhengig av den infrastrukturen lokomotivene skulle brukes på. For en stor del var damplokteknologi en internasjonal teknologi, men fordi lokale forhold også spilte inn på hva slags lokomotiver man trengte – eller hadde råd til, er damplokomotivhistorien verden over tett knyttet til de aktuelle baneselskapene lokomotivene ble benyttet hos. Denne artikkelen omhandler derfor damplokomotivteknologien slik den ble anvendt ved norske jernbaneselskaper (i hovedsak NSB), og som fortsatt videreføres ved de museumsbanene i landet som fortsatt holder denne teknologien levende ved sine kjørbare damplokomotiver.
Terminologi mini|Tanklokomotiv (NSB 25b nr. 227) miniatyr|NSB tenderlokomotiv type 21 (nr. 225) med akselanordning 1'C miniatyr|NSB type 26c (nr. 411), firesylindret compound-maskineri, akselanordning 2'D
Tanklok og tenderlok Damplokomotiver bygges som tanklokomotiver eller tenderlokomotiver. Et tanklokomotiv har vanntanker og kullbeholdning på selve lokomotivet («maskinen»), mens et tenderlokomotiv har vann og kull på en egen vogn som er koblet tett inntil maskinen. Denne vognen med vann og kull kalles tender.
Maskinanordning og dampkvalitet Et lokomotiv angis ofte med å angi dampens beskaffenhet og hvordan brukes i selve maskineriet (stemplene).
Dampen kan være såkalt «våt» eller «overhetet». Er den våt, er den mettet med vannpartikler og temperaturen når sjelden opp i mer enn 200 °C. Er den overhetet, varmer man opp mettet damp en gang til, slik at den blir tørr og når en temperatur på 300–400 °C.
Det vanligste er at dampen sendes til maskineriet opptil fullt damptrykk fra kjelen. Dampen brukes da én gang i sylinderne, før det slippes ut i det fri. Slike lokomotiver kalles høytrykkere, eller man kan angi antall sylindre som tvilling (to like sylindre) eller firling (fire like sylindre).
Man kan også anvende dampen to ganger i sylinderne, og da må loket utstyres med en liten høyttrykksylinder og en stor lavtrykksylinder. Slike lokomotiver kalles compoundlokomotiver. De kan være 2-sylindrede eller 4-sylindrede.
Akselanordning
En mye benyttet måte å si noe om et lokomotiv på, er å angi hva slags hjulaksler loket er utstyrt med. Det er utarbeidet flere systemer for dette. I engelskspråklige land brukes gjerne det såkalte Whyte-systemet som teller antall hjul, mens det det i Europa ellers har vært vanlig å telle antall aksler. NSB har fulgt et system som i dag kalles UIC-systemet. Systemet angir antall aksler loket har. Akslene grupperes dels om de er drivende eller ikke, dels om de er lagret i svingbare underrammer (boggier). Drivaksler angis med en stor bokstav der A betyr 1 aksel, B = 2 aksler osv. Løpeaksler, det vil si aksler som ikke er drivaksler, angis med siffer. Akselgrupper i svingbare rammer angis med en apostrof etter sifferet (eller bokstav ved drivaksler (sjeldent)). Man kan også benytte parenteser for å tydeliggjøre aksler som ikke er faste i forhold til hovedrammen, men det er mest i bruk ved nyere lokomotivtyper enn damplok.
Enkelt fortalt, teller man forfra opp antall løpeaksler, så drivaksler, så løpeaksler. I en eldre utgave av UIC-systemet ble dette gjort konsekvent slik at om et lokomotiv manglet løpeaksel ble det angitt med 0. Den her avbildede type 21 har i det moderne UIC-systemet akselrekkefølgen 1'C, mens dette i eldre norske lokomotivoversikter ble benevnt som 1-C-0.
En bindstrek i UIC-systemet angir skille mellom to rammer. Det kan da brukes for å angi aksler i tenderen. Akselrekkefølgen på type 21 blir da 1'C-3.
Damplokomotivets hovedoppbygging Damplokomotiver regnes som lavteknologi, og det meste ligger synlig og oversiktlig til. Bildet nedenfor setter navn på noen av delene.
Fil:Damploketsdeler.jpg
Et damplokomotiv kan deles opp rimelig greit avgrensede deler/funksjoner: Kjelen – der kokes vannet for å framskaffe damp under trykk som brukes til framdrift. Kjelen er damplokets kraftstasjon. Maskineriet – der omsettes energien fra dampen under trykk fra frem- og tilbakegående til roterende bevegelse. Maskineriet er damplokets motor, for å bruke en betegnelse fra nyere teknologi. Ramme, hjul, aksler og gangtøy – utgjør lokets bærekonstruksjon, bevegelsesmiddel og hvordan kraften fra maskineriet overføres til og fordeles mellom hjulene som skal være drivende. Dette er lokets skjelett og bein. Hjelpeinnretninger – er alt utstyr utenpå kjel og maskineriet som får det hele til fungere optimalt, slik som mateapparater, smøreapparater, belysning og bremser. Førerhus, vanntanker og tender – utgjør arbeidsplassen for personalet og det forråd av brensel og vann som personalet forbruker under kjørsel.
Kjelen thumb|Hugging av damplok 222 på Grorud februar 1971. Overheterør trekkes ut av de store røykrørene.
Kjeltypen som har vært anvendt på norske damplokomotiver kalles røykrørskjele. Det betyr at vannet varmes opp ved at det føres en rekke rør gjennom vannet, og i de rørene går det varm røyk fra ildstedet.
Kjelen består av tre hoveddeler, regnet fra førerhuset og framover: fyrkassen (ildstedet, med vannkappe rundt), rundkjelen (selve kjelen med røykrør gjennom), røykskapet (der røyken ender og sendes ut gjennom skorsteinen). Skissen nedenfor viser hovedprinsippet for en lokomotivkjele med overheting. Fyrkassen er helt til venstre (rød-oransje farge antyder høy varme). Rundkjelen er i midten der vannet (blått og lilla) er gjennomboret av røykrørene. Røykskapet helt til høyre har gul farge for å antyde at varmen på røykgassene fra fyrkassene har avtatt på vei fram dit. Grønnfargen viser hvor dampen er, nemlig først som mettet vanndamp umiddelbart over vannspeilet inne i kjelen. Den lysere grønnfargen antyder såkalt overheting av dampen, som tegningen viser skjer ved å føre dampen i rør inne i røykrørene igjen, for så å føres ut av kjelen gjennom røykskapet ned til maskineriet. Virkningsmåten for en dampkjel er enkel. Man koker vann i en helt lukket beholder. Ettersom det produseres mer og mer damp, og den ikke slipper ut, vil trykket på vanndampen øke. Når trykket er tilstrekkelig høyt, kan dampen slippes kontrollert frem til maskineriet som så bruker trykket på dampen til å drive stemplene i sylindrene. De fleste norske damplokomotivtyper har et driftstrykk på 9-16 ganger vanlig lufttrykk, men de lar seg flytte og om nødvendig kjøre med vesentlig lavere trykk enn dette.
Måten dampen produseres på er viktig, og man skjelner derfor mellom våtdamplokomotiver og overheterlokomotiver.
Våtdampkjel Lokomotivkjeler ble bygget i hovedsak i to varianter. Den enkleste og eldste typen kalles våtdampkjel, og består av ett sett med røykrør, og dampen tas ut på toppen av kjelen og slippes via regulatoren direkte til sylindernes sleider. Denne dampen er mettet med vannpartikler og avgir en del vann når den avkjøles på vei fra kjelen og fram til sylinderne. Dermed mister den også litt av energien.
Overheterkjel mini|Skjematisk oversikt over damplokomotivkjel med overheting (britisk) En bedre metode er det dersom dampen varmes opp en gang til for å gjøre den mindre mettet. Dette skjer i en overheterkjel, slik skissen viser. Dampen føres inn på nytt til varmen via en rekke mindre overheterrør som ligger inne i noen forstørrede røykkrør, og først deretter via regulatoren til sylinderne. Ved å varme opp dampen til et ekstra nivå til 300° – 400 °C, oppnår man en tørrere damp som tåler et større trykktap uten at dampen kondenseres.
Norge fikk sitt første overheterlok i 1909 (21b nr. 208). Overheting regnes som en av de viktigste tekniske forbedringene med damplokteknologien etter Stephensons «Rocket» fra 1829.
Maskineriet Maskineriet består av sylindre med stempler, sleider, sleidstyring og veiver.
Sylindre Det er i sylindrene at dampen fra kjelen ekspanderer og omsetter dampens energi til bevegelsesenergi. Damptrykket presser på stempelet i en sylinder og får det til å bevege seg når trykket er høyt nok i forhold til den motstand stempelet og det tilkoblede drivverket yter.
I Norge har damplokene hatt to eller fire sylindre. To-sylindrede lokomotiver er enklere i konstruksjonen og vedlikehold, mens man med fire sylindre kan øke lokomotivets ytelse ved at det er dobbelt så mange kraftkilder, samt at det er lettere å utbalansere alle de bevegelige massene ved fire sylindre enn to. Det er en fordel dersom loket skal brukes under høy fart. Tre-sylindrede lokomotiver har også disse gode utbalanseringsegenskapene, men har ikke vært anvendt i Norge. Begge de to damplokomotivtype i verden som har sikker hastighetsregistrering på over 200 km/t, LNER A4 og DRG BR 05, er konstruert med tre sylindre.
Dampen kan ekspandere i sylinderne på to måter. Enten slippes dampen til i begge sylinderne samtidig, og da kalles lokomotivet for en «høyttrykker», eller den slippes først inn i en høyttrykksylinder, for deretter å slippes videre til en mye større lavtrykksylinder som kan nyttiggjøre seg av dampens resttrykk etter å ha flyttet på stempelet i høyttrykksylinderen. I siste tilfellet kalles lokomotivet en «compounder» eller «kompundlokomotiv». Compoundere er noe mer drivstofføkonomisk ved at den utnytter energien som ligger i dampens trykk enda mer enn høyttrykkere.
Kjel-sylinder-kombinasjoner thumb|Firling overheter NSB type 31a nr. 285. De fire lokene av denne typen ble primært brukt som skyvelok for roterende snøploger på Finse, men kunne også brukes i både tunge persontog og godstog på Bergensbanen. På bildet er loket på vei til huggeplassen på verksted Grorud. Compoundanordningen ble tatt i bruk i Norge tidlig på 1890-tallet, og ble ansett som en god forbedring av damplokteknologien, selv om maskineriet ble mer komplisert og krevde mer vedlikehold. Da overheteren kom nesten 20 år senere, var det en enda bedre forbedring. Man skulle tro at kombinasjonen med compoundmaskineri og overheterkjel dermed ville være en utmerket kombinasjon. I en overgangsperiode ble da også opprinnelige compoundlok utstyrt med overheterkjel slik at man fikk nettopp den kombinasjonen. Fordelen med overheting var imidlertid mye bedre, slik at man for å slippe det kompliserte compound-maskineriet i stedet foretrakk kombinasjonen høyttrykk og overheter. Når man fra 1910 i Norge så smått begynte å bygge fire-sylindrede lokomotiver (NSB type 26a den første typen), viste det seg at selv om de firesylindrede overheterlokene var kraftige, var de også kullslukere. I 1919 ble derfor NSB type 26c levert som compoundlok, og det viste seg å være en god kombinasjon, slik at alle større norskbygde loktyper (26, 30, 31, 49) deretter ble bygget på denne måten.
Disse ulike kombinasjonene av kjeltype og maskineritype har i Norge medførte følgende kombinasjoner: BetegnelseSylindreKjeltypeNSB-loktyper (ukomplett)Tvilling2Våtdamp1-10, 11a, 12a, 14, 17, 23, 25Compounder1+1Våtdamp11b, 12b, 13, 15a, 16, 18ab, 19, 20a, 21a, 22a, 24a,Tvilling overheter2Overheter13b, 18c, 29, 20b, 21bce, 22b, 24b, 27, 28, 32, 33, 35, 39Compounder overheter1+1Overheter21d4-sylindret compound2+2Våtdampxxviii («Vauclain» compound)Firling overheter4Overheter26ab, 30a, 31a,4-sylindret compound2+2Overheter26c, 30b, 31b
Ramme, hjul og gangtøy
RammeEliassen, P.O. (1954). Damplokomotiver. Lærebok for lokomotivpersonalet ved Norges Statsbaner. [Oslo]: Arbeidernes Aktietrykkeri. ss. 174–175