voorlopers

De Cornwall stoom-pompmachine stamt rechtstreeks af van de Newcomen machine via de vroegste machines van James Watt. Dat zijn alle drie niet-draaiende machines: de rechtlijnige beweging van een stoomzuiger wordt zonder kruk of vliegwiel overgebracht op de rechtlijnig bewegende pompzuiger. Vaak staan stoom- en pompcilinder vertikaal, en wordt de beweging overgebracht met een horizontale balans.

De Newcomen machine dateert uit ca. 1715. De zuiger werd opgetrokken door het gewicht van de pompzuiger en stoom van vrijwel atmosferische druk (niet veel hoger dan in een fluitketel) werd in de cilinder gelaten. De stoom werd vervolgens gecondenseerd door water in de cilinder te spuiten. Daardoor ontstond een vacuüm, en dat trok de zuiger omlaag in de open cilinder (of liever: de druk van de lucht duwde de zuiger omlaag). Het steeds weer afkoelen en verwarmen van de cilinder maakte deze machine tot een echte energieverslinder. Het totale rendement was niet meer dan 1/2 procent.

In 1769 voegde James Watt een apart vat toe om de stoom in te condenseren. Deze condensor kon koud blijven, terwijl de cilinder heet bleef. Tussen cilinder en condensor kwam een klep, die open ging als het vacuüm in de cilinder nodig was. Om het warmteverlies te beperken sloot Watt de bovenkant van de cilinder af. Hij liet de zuiger omlaag drukken door stoom. Deze was nog steeds van lage druk. Watt hield voorts de cilinder warm door een stoommantel. Het rendement steeg indrukwekkend tot ruim 2 procent.

Na het aflopen van Watts patent ging men in Cornwall over op hogere stoomdruk. Samen met de toegevoegde stoomklep maakte dit expansief gebruik van de stoom mogelijk. Cornwall machines met extreme expansie bereikten rendementen tot elf procent.

Door de zeer korte toelaat van de stoom kreeg de zuiger (en alles wat daaraan vast zat) echter als het ware bij elke slag een harde `schop´. James Sims ontwierp een machine die veel rustiger liep, terwijl hij toch een vergelijkbaar rendement had. Deze machine had twee cilinders met ongelijke middellijn boven elkaar. Verse stoom werd toegelaten tot de kleine cilinder en expandeerde hierin ten dele. Dan ging de stoom via een omloopleiding van de kleine naar de grote cilinder en expandeerde daar verder. Elk der expansietrappen veroorzaakte minder schokken. Zo’n machine met dubbele expansie noemt men compoundmachine. De ruimte tussen de beide zuigers werd op constante druk gehouden. In principe deed het er niet toe, welke druk. Verbond men echter die ruimte met de buitenlucht, dan ontstond het gevaar van lucht lekkage langs de grote zuiger naar de condensor, en afname van het vacuum. Dit werd voorkomen door de tussenruimte met de condensor te verbinden.

De compound machine van Sims werkte vrij goed, maar hij was erg hoog. Bij de zeer krachtige machines die men zich voor de Haarlemmermeer gemalen voorstelde, vreesde men dat zulk een hoogte de machines instabiel zou maken. De ontwerpers besloten daarom uiteindelijk, de kleine cilinder in de grote te schuiven. Die werd nu ringvormig. Van de ruimte tussen de zuigers in de gewone Sims machine resteerde nog slechts een vrij kleine ruimte boven de ringzuiger.
Voor het werken met zuigpompen moest het overwicht verhuizen naar het machine-eind van de balansen en het bevond zich dus binnen het gebouw, dat is precies omgekeerd aan een gewone Cornwall machine. Bijgevolg moest de hele machine op z’n kop gezet worden. De afbeeldingen van de stoomcyclus tonen hoe de machine er in dat geval uitzag.