Kvicksilverlagring

Från fyrwiki
Hoppa till: navigering, sök

kvicksilverlagring är en form av lågfriktionslagring som användes för större fyrlinser. Linsen bärs upp likt en båt som flyter på vatten. Denna typ av lagring användes i Sverige och andra länder till nyligen i en del fyrar med tunga linssystem. De blev därmed lättare att driva runt, ljudlöst och nästan helt utan friktion!

Kvicksilverlagring nådde marknaden i slutet av 1800-talet och fick stort genomslag i ”alla” världens fyrväsenden. Den medgav skapandet av nya fyrkaraktärer och nya konstruktioner av linser. De var en nödvändighet för fortsatt utbyggnad av kusternas upplysning. Nylig utveckling av alternativ teknik och fokus på hälsa och miljö har gjort att kvicksilverlagringen ersätts.


Symbol fyr.jpg Fotogenlamp ritad.jpg Historik.jpg Kompassros ritad.jpg

Linsen till fyren Tarbatt konstruerades av David Alan Stevenson. Foto L Elsby
Den roterande massan bärs upp av små hjul. Foto L Elsby
På vänstra delen av figuren ses linsens roterande massa bäras upp av små hjul. På den högra flyter linsen på kvicksilver i en dito lagring. Ursprung IALA. Bearbetning L Elsby
Principen för kvicksilverlagring. Figur L Elsby
Kullens kvicksilverlagrade lins av 1:a ordningen. Leveransfoto BBT, Paris. Arkiv Sjöfartsverket
Bi-formlins är en lins i två våningar. Fanns bland annat på finska fyren Yttergrund. Barbier BBT Arkiv World Lighthouse Society

Varför kvicksilverlagring

De sjöfarande använder fyrar för att bestämma sin position och för att korrigera kurs och fart. Med den på 1800-talet ökade fartygstrafiken, förutom med segelfartyg nu även med de snabbare ångfartygen, uppstod behovet av ha det tätare mellan fyrarna, dvs ett större antal fyrar behövdes. För att kunna skilja dem åt i nattens mörker ökade som följd av detta även behovet av antalet möjliga fyrkaraktärer. Vad som stod till buds var fast sken eller någon form av blänk. Blänken alstrades antingen med omgående spegel- eller linsfyrar. För båda typerna användes urverk och lod för att driva dem runt. Det var vad som fanns att tillgå.

Exempelvis Kullens fyr hade år 1843 en apparat med en omloppstid av 8 minuter som gav ”blänkar vardera av omkring 1/2 minuts varaktighet och med 1 1/2 minuts långa mörka mellantider”. Ljuset på Fårö hade 1846 en omloppstid av 8 minuter ”varunder fyren visar 4 starka sken, vardera av omkring 1/2 minuts varaktighet, med mörka mellantider av omkring 1 1/2 minut.” Hoburg hade 1845 en omloppstid av 8 minuter och gav ”1 blänk à 30 sekunder var annan minut.” Med så långa uppehåll mellan blänken var det svårt att bestämma sitt läge.

För att alstra fyrljuset användes på den tiden en brinnande låga. Ju större, desto kraftigare ljus. Samtidigt blev strålningen av värme högre. Då behövdes ett större ”säkerhetsavstånd” till glaset i linsen. Alltså, för att få större lysvidd krävdes inte bara en kraftigare låga utan också en större lins. Större betyder tyngre. En lins av 1:a ordningen är en "maffig pjäs". Exempelvis har Kullen en omgående lins som väger 6 ton.

För att lagra en lins så att den kan rotera har man ett par alternativ:

- glidlager
- små ”hjul”
- kullager / rull-lager
- och kvicksilverlagringen

Glidlager för en lins på några ton medförde en alldeles för hög friktion. Kullager / rull-lager kunde vid denna tid bära en mindre lins men hade ännu inte utvecklats för att bära upp en stor tung lins. På mitten av 1800-talet lagrades en tyngre lins på ett antal små "hjul" som placerats under linsen. Det var vad som fanns och som kom till användning. De löpte på en "bana" runt linspelaren. På hjulen vilade vikten av linsen. Kraften för driften överfördes från ett tungt lod via ett kraftigt urverk.

Man kan uttrycka det som så, att det var fyrvaktarens händer som drev linsen runt. Slit och släp. Denne vevade ju upp lodet som sedan magasinerade och matade ut kraften. Men det var inte bara fyrvaktaren som belastades, utan på den tiden värre, även urverket, som trots smörjning utsattes för ett stort slitage och fick en begränsad livslängd. Det betydde att det med jämna mellanrum behövde ersättas. Och en sådan kostnad, det kändes "surt" för Fyrväsendets ledning.

Utvecklingen av kvicksilverlagring löste dessa problem. För fyrar som Kullen och Hoburg kunde man nu åstadkomma ett varv, inte på 8 minuter, utan på 15 sekunder. Ett fantastiskt framsteg! Det gav en blixt var 5:e sekund.

Och det nästan helt utan friktion. För att "starta" en sådan lins krävdes bara kraften av ett lillfinger och linsen fortsatte att rotera en minut efter att drivningen kopplats bort. Fantastiskt det också!

Princip

Principen för kvicksilverlagring är ganska enkel. Konstruktionen består av tre delar: en ”gryta”, en flottör och en tillräcklig mängd kvicksilver för att hålla det hela flytande. På flottören vilar linsens hela tyngd.

  • Grytan tillverkas i gjutjärn och har en cirkulär urholkning. Den får sina yttre och inre mått justerade genom svarvning.
  • Flottören påminner om en rund frälsarkrans. Flottören tillverkas även den i gjutjärn och får även den sin form genom svarvning.
  • Spalten dem emellan, avståndet i sidled mellan flottör och gryta, är relativt liten, cirka 2 – 4 millimeter. Det är detta utrymme som fylls med kvicksilver. Det görs i en sådan mängd att flottörens underkant just lyfter några millimeter från grytans botten. Rätt dimensionerad skall då kvicksilvret ha stigit inte mer än till grytans halva inre höjd. För att bära upp en lins på 6 ton ”räcker” det med cirka 20 liter.
  • Flottör och gryta omges av ett ”lock”, som vid underhåll kan förskjutas i höjdled. Lockets primära funktion är att hindra damm, smuts och ”havsångor” att tränga in.

I förstone kan det tyckas märkligt att 20 liter vätska kan lyfta flera ton. Men tänk på Archimedes princip: den undanträngda vätskan väger lika mycket som vikten hos den nedsänkta kroppen. Och i detta fall är vätskan 13,6 gånger så ”tung” som vatten. Det blir då 272 kg. Men det är ju inte alls lika mycket som linsens tyngd. Hur kan det lyfta flera ton? Det måste finnas en ”hävstång”. Och det gör det. Genom att grytans inre diameter bara är något större än flottören bildas en smal spalt där vätskan stiger upp tills flottören lyfter från botten. Och det är den höjden som bildar kroppens nedsänkta djup. Det gånger flottörens yta ger volymen för den undanträngda vätskan och därmed dess vikt. I och med att spalten är smal har den inte så stor volym. Därför räcker det med en ”liten” volym vätska för att lyfta en stor tyngd. Det är ju smart uträknat!

Det fantastiska med kvicksilverlagringen är den låga friktionen och att den är nästan helt ljudlös. Det är bara det svaga surret från drivanordningen som hörs.

Till konstruktionen kommer ett antal ytterligare funktioner, ungefär samma som behövs för linser med annan lagring.

God ventilation krävs i lanterninen för att leda bort värmen från fyrljuset. Samtidigt vädras andra ångor bort.

Hur det började

Idén sägs komma från linsernas fader Augustin Fresnel. Han nämner den i ett brev daterat 1825. Men han dog innan den hade förverkligats. Och kanske var han för tidigt ute. Det egentliga behovet uppstod först senare då de snabbare ångfartygen blev ett alternativ till de långsammare segelfartygen.

65 år efter idéns tillkomst tog chefsingenjören i det franska fyrväsendet, Monsieur Leon Bourdelles, kontakt med firma Barbier, Benard & Turenne i Paris (BBT). BBT konstruerade och tillverkade fyrlinser med mera. Deras samarbete ledde till en konstruktion som efter prov och modifieringar installerades i fyren Cape La Heve år 1893. Kort därpå hade Dr John Hopkinson hos den engelska tillverkaren Chance Brothers and Co Ltd förbättrat konstruktionen.

Konkurrensen var och förblev stentuff de två företagen emellan. De hade sin bas på var sin sida Engelska kanalen. 5 år senare hade världens mer betydande fyrväsenden beställt fyrlinser med kvicksilverlagring. Den tidens ”high-tech”.

Cirka 25 år senare hade man lärt sig tillverka och använda andra mekaniska lager. De nya var dessutom billigare. Kvicksilver var dyrt. Det var dessa lager som kom att överta manteln att vara den tidens ”high-tech”.

Hur det blev

Några exempel i siffror:

  • Kanada beställde 214 fyrar med kvicksilverlagring. Cirka 75% kom från Chance Brothers, resten från BBT.
  • USA hade 34 franska (från BBT) och ett antal av inhemsk tillverkning.
  • Sverige har haft 15 i drift.
  • Danmark har haft minst 4 i drift.
  • Norge har haft minst 7 i drift.

Underhåll

Kvicksilverlagringen krävde nästan inget underhåll. Någon enstaka gång kunde linsen nypa fast på grund av avlagringar och minskad kvicksilvernivå. Smuts och föroreningar kunde vara orsaken. Efter att ha rengjort (skrapat av) avlagringar i grytan fick man kanske fylla på 1/4 till 1/2 liter. För Hanö fanns för detta ändamål upptaget i en inventarieförteckning: ”1 tratt af stål för påfyllning av kvicksilfver och 4 flaskor af smidesjärn med skruvproppar till kvicksilfver.”

För de svenska fyrarna har under åren 1972 – 2013 påfyllning behövt göras på Kullen och på Ölands Södra Udde. På Hoburg har det vid ett tillfälle fyllts på något lite. Ölands Norra Udde hade en spricka i grytan, vilket var orsaken till att kvicksilvret togs bort. Linsen stod därmed still. Blinket ersattes av en LED-lampa på fyraltanen. ”Övriga fyrar har man inte fyllt på - mig veterligen” säger en insatt person.

Hur det slutade

2008 drabbades Danmark av en ett jordskalv. Det bar sig inte bättre än att en mindre mängd kvicksilver skvimpade ut ur lagringen för Nakkehoved västra fyr. Enligt krav från miljömyndigheten tappades fyren på allt kvicksilver. Den roterande linsen stod därmed stilla. ”Blinket” ersattes av en stång med lysdioder (LED-ljus). Nattens svepande ljus var borta. Sorg i hjärta och samhälle. Gillelejes ”varumärke” var rumphugget. Hur kul var det?

Professor Peder Klit på Danmarks Tekniska Universitet (DTU) och hans medarbetare Niels Steenfeldt lyckades ta fram en lösning baserad på moderna rull-lager. I augusti 2017 hade de hunnit med att bygga om 14 fyrar i Danmark, Norge och i Sverige. En ombyggnad uppges ta cirka 100 timmar och varje fyr kräver sin unika lösning.

I skrivande stund har i Sverige denna typ av lösning använts på fyrarna Kullen, Hoburg och Hanö.

Egenskaper, miljö och säkerhet

Kvicksilver har ett par unika egenskaper. Det är den enda metall som vid rumstemperatur är flytande. Den har en smältpunkt av -38 °C och en kokpunkt av +357 °C. Den är tung. Den är 13,6 gånger tyngre än vatten. Bly som jämförelse är "bara" 11,3 gånger tyngre än vatten. Den är en nästan lika "ädel" som metallen silver. Den blandar sig lätt med andra metaller. Blandningarna är just blandningar (legeringar, inte kemiska föreningar) och återgår i sina komponenter vid upphettning. Blandningarna har samlingsnamnet amalgam. En viss sådan typ har använts av tandläkare för fyllning av tänder. Det har gjorts på 100-tals miljoner människor.

Kvicksilver är en ren naturprodukt. Den förkommer i naturen som metall på vissa geografiska platser. På andra föreligger den i förening med svavel, det röd-svarta mineralet cinnober. Denna sulfid har extremt låg löslighet i vatten, vilket även det gör det unikt.

Vid hantering av kvicksilver skall man vara försiktig. Se till att ventilationen är god. Skydd som gummihandskar, skyddsglasögon, andningsskydd och skyddskläder skall användas. Spill kan ”sugas upp” genom kontakt med en zinkplåt eller galvaniserad spik. Spill skall tas omhand på ett miljöriktigt sätt. Av försiktighetsskäl byts på senare tid kvicksilver ut till något lämpligt alternativ.

Svenska fyrar med kvicksilverlagring

Installerad Fyrplats Lins Anmärkning
1893 Garpen 4:e ordningens planlins Tornet revs 1933
1896 Holmögadd 3:e ordningens lins Fyren släckt 2008
1898 Högby 3:e ordningens liten planlins Bytt mot trumlins 1967
1898 Svartklubben 4:e ordningens lins
1900 Kullen 1:a ordningens planlins, 3 fack á 120° Kvicksilver borttaget 2016
1903 Gotska Sandön 3:e ordningens planlins 4 fack à 60° Linsen bytt 1970(?)
1903 Tjärven 4:e ordningen trumlins 3 fack à 72° och planlins 2 fack à 54° Bytt mot trumlins 1953
1905 Pite-Rönnskär 3:e ordningens planlins 3 fack à 72°, spegellins 2 fack à 72° Ersatt av Nygrån 1958
1906 Ölands Norra Udde 3:e ordningens planlins Lins ersatt 1976
1906 Ölands Södra Udde 3:e ordningens planlins
1906 Hanö 3:e ordningens planlins Kvicksilver borttaget 2018
1915 Hoburg 1:a ordningens planlins, 3 fack á 120° Kvicksilver borttaget 2018
1921 Östergarn 3:e ordningens planlins Bytt mot trumlins 1964
1921 Stora Fjäderägg 3:e ordningens planlins Bytt mot trumlins 1955
1922 Understen 3:e ordningen planlins

Referenser

  • The Mercury Float Lighthouse Lens; Its Development, Use and Decline, Lightening Lights - The Keepers Log Magazine - Volume 22 Number 3
  • Technical University of Denmark
  • Svenska Fyrsällskapets Lexikon - fyrwiki
  • Gunnar Hägg, Allmän och oorganisk kemi
  • Inventarieförteckning för Hanö
  • Personliga kontakter

Skrivet av Leif E Elsby, Stockevik/Fiskebäckskil 2018


Jfr rotationslins, omgående, Kullen, Hoburg.