Locomotif stêm

Locomotif stêm

Math	locomotif, cerbyd wedi'i bweru gan stem, cerbyd
Crëwr	Richard Trevithick
Dyddiad darganfod	1814
Yn cynnwys	peiriant ager, boiler ager, train driver's cab, llyw siap olwyn, olwyn flaen, olwyn ôl, cyplyddion tren, peilot, simnai, cromen stem, canopi awyren, train whistle, cynhwysydd tanwydd
Ffeiliau perthnasol ar Gomin Wicimedia

Mae locomotif stêm neu drên stêm yn fath o locomotif rheilffordd sy'n cynhyrchu ei bŵer tynnu drwy injan stêm.

Mae'r locomotifau hyn yn cael eu tanio drwy losgi deunydd llosgadwy - glo, pren neu olew fel arfer - i gynhyrchu stêm mewn boeler. Mae'r stêm yn symud pistonau sydd wedi eu cysylltu'n fecanyddol â phrif olwynion (gyrwyr) y locomotif. Mae cyflenwadau tanwydd a dŵr yn cael eu cludo gyda'r locomotif, naill ai ar y locomotif ei hun neu mewn wagenni (tendrau) sy'n cael eu tynnu y tu ôl.

Datblygwyd y locomotifau stêm cyntaf yn y Deyrnas Unedig yn gynnar yn y 19eg ganrif ac fe'u defnyddiwyd ar gyfer cludo ar reilffyrdd tan ganol yr 20fed ganrif. Adeiladwyd y locomotif stêm cyntaf ym 1802 gan Richard Trevithick. Adeiladwyd y locomotif stêm llwyddiannus masnachol cyntaf ym 1812–13 gan John Blenkinsop,^[1] sef y Salamanca, a'r Locomotion Rhif 1, a adeiladwyd gan George Stephenson a chwmni ei fab Robert, sef Robert Stephenson and Company, oedd y locomotif stêm cyntaf i gludo teithwyr ar reilffordd gyhoeddus, ar Reilffordd Stockton a Darlington ym 1825. Ym 1830, agorodd George Stephenson y rheilffordd gyhoeddus rhyng-ddinas gyntaf, sef Rheilffordd Lerpwl a Manceinion. Robert Stephenson and Company oedd cwmni adeiladu mwyaf blaenllaw locomotifau stêm ar gyfer rheilffyrdd yn y Deyrnas Unedig, yr Unol Daleithiau, a llawer o Ewrop yn negawdau cyntaf trenau stêm.

Roedd trenau stêm yn caniatáu cludo nwyddau trwm ar y tir yn hawdd, a bu dyfodiad y trên yn bwysig yn natblygiad y Chwyldro Diwydiannol yng Nghymru, Prydain a gwledydd eraill. Yn yr 20fed ganrif, dyluniodd Prif Beiriannydd Mecanyddol Rheilffordd Llundain a'r Gogledd Ddwyrain (LNER), Nigel Gresley, rai o locomotifau enwocaf y byd, gan gynnwys y Flying Scotsman, y locomotif stêm cyntaf a gyrhaeddodd dros 100 milltir yr awr yn swyddogol wrth gludo teithwyr, a Dosbarth LNER A4, 4468 Mallard, sy'n parhau i ddal y record am fod y locomotif stêm cyflymaf yn y byd (126 100 milltir yr awr).^[2]

O ddechrau'r 1900au, disodlwyd locomotifau stêm yn raddol gan locomotifau trydan a disel, gyda'r rheilffyrdd yn dechrau trosi'n llawn i bŵer trydan a disel ar ddiwedd y 1930au. Roedd mwyafrif y locomotifau stêm wedi ymddeol o wasanaeth rheolaidd erbyn y 1980au, er bod sawl un yn parhau i redeg ar linellau twristiaeth a threftadaeth.^[3]

1. Linc
2. Cranc ecsentrig
3. Bar radiws
4. Lifer cyfuno
5. Pen croes
6. Silindr falf efo gwerthyd falf
7. Silindr stêm
8. Rhoden estyn

Mae boeler injan stêm yn danc mawr o ddŵr gyda dwsinau o diwbiau metel tenau yn rhedeg drwyddo. Mae'r tiwbiau'n rhedeg o'r blwch tân i'r simnai, gan gario'r gwres a mwg y tân gyda nhw. Mae'r trefniant hwn o diwbiau boeler, fel y'u gelwir, yn golygu y gall tân yr injan gynhesu'r dŵr yn y tanc boeler yn gynt o lawer, felly mae'n cynhyrchu stêm yn gyflymach ac yn fwy effeithlon. Daw'r dŵr sy'n gwneud y stêm naill ai o danciau wedi eu gosod ar ochr y locomotif neu o wagen ar wahân o'r enw tendr, wedi ei dynnu y tu ôl i'r locomotif.

Mae'r stêm a gynhyrchir yn y boeler yn llifo i lawr i silindr ychydig o flaen yr olwynion, gan wthio plymiwr sy'n ffitio'n dynn, y piston yn ôl ac ymlaen. Mae giât fach fecanyddol yn y silindr, a elwir yn falf mewniad, yn gadael y stêm i mewn. Mae'r piston wedi ei gysylltu ag un neu ragor o olwynion y locomotif drwy fath o gymal braich-penelin-ysgwydd (arm-elbow-shoulder joint) o'r enw camdro a gwialen gyswllt (crank and connecting rod).

Wrth i'r piston wthio, mae'r cranc a'r wialen gyswllt yn troi olwynion y locomotif ac yn pweru'r trên ymlaen. Pan fydd y piston wedi cyrraedd pen y silindr, ni all wthio ymhellach. Mae momentwm y trên yn cludo'r cranc ymlaen, gan wthio'r piston yn ôl i'r silindr y ffordd y daeth. Mae'r falf fewnfa stêm yn cau. Mae falf allfa yn agor ac mae'r piston yn gwthio'r stêm yn ôl drwy'r silindr ac allan i fyny simnai'r locomotif. Mae silindr ar bob ochr i'r locomotif ac mae'r ddau silindr yn tanio ychydig yn wahanol i'w gilydd i sicrhau bod rhywfaint o bŵer bob amser yn gwthio'r injan ymlaen.^[4]

Newidiodd y rheilffyrdd gymdeithas Prydain mewn sawl ffordd am resymau cymhleth. Er bod ymdrechion diweddar i fesur arwyddocâd economaidd y rheilffyrdd wedi awgrymu bod eu cyfraniad cyffredinol at dwf Cynnyrch Domestig Gros yn fwy cymedrol nag yr oedd cenhedlaeth gynharach o haneswyr wedi ei dybio ynghynt, mae'n amlwg serch hynny bod y rheilffyrdd wedi cael effaith sylweddol mewn sawl cylch o weithgareddau economaidd. Er enghraifft, roedd adeiladu rheilffyrdd a locomotifau yn galw am lawer iawn o ddeunyddiau trwm ac felly'n darparu ysgogiad sylweddol i'r diwydiannau cloddio glo, cynhyrchu haearn, peirianneg ac adeiladu.^[5]

Fe wnaethant hefyd helpu i leihau costau trosglwyddo a chludiant, a oedd yn ei dro yn gostwng costau nwyddau: trawsnewidiwyd y modd o ddosbarthu a gwerthu nwyddau byrhoedlog a oedd yn pydru’n gyflym, fel cig, llaeth, pysgod a llysiau. Arweiniodd hyn nid yn unig at gynnyrch rhatach mewn siopau ond hefyd at lawer mwy o amrywiaeth yn neietau pobl.

Yn olaf, drwy wella symudoldeb personol, roedd y rheilffyrdd yn rym sylweddol ar gyfer newid cymdeithasol. Yn wreiddiol, lluniwyd trafnidiaeth rheilffyrdd fel ffordd o symud glo a nwyddau diwydiannol, ond buan y sylweddolodd gweithredwyr y rheilffyrdd bod marchnad bosibl ar gyfer teithio ar reilffordd. Arweiniodd hyn at ddatblygu ac ehangu cyflym iawn mewn gwasanaethau teithwyr. Treblodd nifer y teithwyr rheilffordd mewn wyth mlynedd yn unig rhwng 1842 a 1850: dyblodd nifer y traffig yn fras yn y 1850au ac yna dyblu eto yn y 1860au. Tyfodd trefi fel Aberystwyth a Llandudno i fod yn gyrchfannau poblogaidd ar gyfer twristiaid oherwydd dyfodiad y rheilffordd i Gymru.^[6]

Nid yw trin locomotif stêm yn debyg o gwbl i drin car. Os defnyddir injan stêm (neu unrhyw fath o beiriant ager) rhaid gwneud yn siŵr nad yw amhurdebau yn crynhoi yn y bwyler. Gall hyn ddigwydd oherwydd bod berwi dŵr i wneud stêm (sydd yn cael ei ddefnyddio yn y silindrau) yn gadael yr amhurdebau yn y bwyler.

Gellir carthu rhywfaint o'r amhurdebau trwy ollwng dŵr allan o'r bwyler trwy falfiau carthu ("blow down valves"). Hyd yn oed os gwneir hyn y mae'n rhaid, ar ôl defnyddio'r injan am hyn a hyn o amser (sy'n amrywio yn ôl gwaith yr injan ac ansawdd y dŵr a ddefnyddir ynddi), ddiffodd y tân a gwagu'r bwyler (gorau oll os caiff y bwyler oeri'n araf ac felly hepgor straen ynddo).

Wedi gwagio'r bwyler a (yn ddelfrydol) gadael iddo oeri'n ar adeg y mae'n rhaid agor caeadau neu blygiau a golchi tu mewn i'r bwyler yn drwyadl. Chwistrellir dŵr i wneud hyn, gan grafu gyda pholion tenau a bachog i gael y baw oddi ar y platiau (dylid defnyddio metel meddal i wneud y polion hyn rhag treulio safleoedd y plygiau neu gaeadau golchi). Trwy hyn, gellir arbed rhag i amhureddau casglu ar y platiau. Oni wneir hyn, gall y pydredd wedi'i gasglu nadu gwres rhag mynd trwy'r plât i'r dŵr, gyda'r plât ei hun felly yn gor-gynhesu ac o'r herwydd yn colli'r nerth i gynnal arbwysedd y stêm.

Oherwydd ei bod hi'n ofynnol i olchi'r bwyler ar adegau cyfyngir yr amser y mae'r injan ar gael i wneud ei gwaith ond gellir gohirio'r amser rhwng golchiadau'r bwyler trwy drin y dŵr gyda "ffisig" o ryw fath (er enghraifft, y driniaeth ACFI a ddefnyddir yn Ffrainc).

Wrth baratoi injan stêm at ei gwaith, mae'n rhaid rhoi olew yng nghymalau'r gêr falf, olew silindr yn y pwmp neu irwr sydd yn gyrru olew i'r silindrau. Wrth gwrs rhaid hefyd sicrhau fod y mwg flwch a'r tan flwch yn lân a chynnau tân yn y tan flwch.f

Wedi codi stêm a phrofi pethau fel y chwistrellau (injectors) sydd yn gyrru dŵr i'w bwyler rhaid paratoi ar gyfer tynnu trên. Wedi bachu'r injan i'r trên rhaid (os oes system frecio trwy'r trên) "creu'r brêc" naill ai trwy greu gofod rhannol yn y beipen trên (os defnyddir brêc gofod) neu trwy gywasgu aer ym mheipen aer y trên (os defnyddir brêc aer cywasgedig Westinghouse).

Gwaith y taniwr ydyw trin y bwyler a gweithio o dan oruchwyliaeth y gyrrwr. Y nod yw rhofio glo mewn dull fel nad oes tyllau yn gadael i aer oer gymryd ffordd hawdd trwy'r tân a mynd ymlaen i oeri'r platiau yn lle helpu'r glo i losgi. Dylid felly osgoi tyllau yng ngwely y tân a hefyd osgoi rhofio gymaint o lo mewn un man fod y tân yn cael ei dagu.

Rhaid i'r taniwr hefyd sicrhau fod dŵr yn cael ei chwistrellu i'r bwyler i gymryd lle'r ager a ddefnyddid yr yrru'r injan. Ar bob injan stêm ceir o un neu ddau wydr dŵr (erstalwm defnyddid feisiau profi ond nid yw'r rhain yn cael eu defnyddio'n aml erbyn hyn). Rhaid cadw lefel y dŵr o fewn rhychwant y gwydr, canys os yw corun y tan flwch yn colli haen o ddŵr y perygl yw y bydd y platiau yn cael eu gor-gynhesu. Defnyddir plygiau plwm ar y rhan fwyaf o injans (er nid yw hyn yn gyffredin yn yr Unol Daleithiau). Os collir haen o ddŵr uwchben corun y tan flwch yna fe dodda'r plwg a gadael stêm i mewn i'r tan flwch i rybuddio fod rhywbeth o'i le. Rhaid wedyn ddiffodd neu daflu'r tân. Oni wneir hyn byd y plât y corun yn meddalhau a bydd arwbwysedd y stêm yn peri iddo ddod oddi ar y staes gyda chanlyniad ffrwydrol.

Os gadewir i lefel y dŵr fynd yn rhy uchel mae perygl i ddŵr a'r stêm fynd drwy'r brif beipen stêm i'r falfiau a silindrau. Gan nad ydyw dŵr yn goddef cael ei wasgu i'r un raddfa a nwy fel stêm y perygl felly ydyw naill ai chwythu caead oddi ar silindr neu blygu rhoden gyswllt. Gall hyn ddigwydd trwy ewyn yn ffurfio ar wyneb y dŵr. Y gair am hyn yw "preimio".

Trwy fod yn gelfydd wrth gyflenwi dŵr a glo i'r bwyler gellir cael llawer mwy o egni allan o'r injan dros dro nag a fedrir dros y cyfnod hir. Er enghraifft, os bydd allt serth ond cymharol fer i'w chael yn ystod y daith bydd y taniwr yn adeiladu tân fawr a gwneud yn siŵr fod lefel y dŵr yn y bwyler yn uchel. Wrth ddringo'r allt - ac felly angen llawer o ynni - ni fydd yn cyflenwi dŵr nac yn rhoi glo ar y tân ond bydd yn gadael i'r injan "fyw ar ei bloneg" am gyfnod. Dyma wir grefft tanio injan stêm, sef medru rhagweld pa bryd y bydd angen yr ymdrech fwyaf a pharatoi amdani.

O safbwynt gyrru injan stêm, mae gan y gyrrwr nifer o bethau i'w cadw mewn golwg gan gynnwys cadw golwg ar waith y taniwr, rheoli llifiad yr ager o'r bwyler i silindrau, cyweirio y modd y mae'r falfiau yn torri llifiad yr ager i'r silindr ac yn y blaen. Pwrpas y ger falf (sef y casgliad o rodiau ac ati a welir o flaen yr olwynion neu o fewn y ffrâm, ydyw nid yn unig penodi y cyfeiriad y bydd yr injan yn symud ynddo ond hefyd pa faint o ager a ddefnyddir. Wrth gychwyn, ni fydd mewnlifiad y stêm i mewn i'r silindr yn cael ei dorri'n gynnar (er mwyn yr ymdrech fwyaf) ond wrth i'r injan gyflymu bydd y toriad yn cael yn osod yn gynt, fel bod y stêm yn ymchwyddo wrth wthio'r piston.

Os bydd lle i gredu fod dŵr yn y silindrau (er enghraifft ar gychwyn pan fydd ager yn troi'n ddŵr wrth gysylltu â'r silindr oer, neu os daw dŵr drosodd gyda'r ager o'r bwyler), y mae'n rhaid agor y feis gollwng dŵr sydd yng ngwaelod y silindrau (gweler uchod).

• 
  Locomotif Coalbrookdale gan Richard Trevithick (1802)
• 
  Rocket, locomotif George Stephenson (1829), enillydd Treialon Rainhill
• 
  David Lloyd George, locomotif Rheilffordd Ffestiniog ym Mhorthmadog, 2008
• 
  Prince of Wales, locomotif Rheilffordd Dyffryn Rheidol yn Aberystwyth, 1981
• 
  Flying Scotsman, locomotif Rheilffordd London North Eastern (adwladwyd 1923)