Parní stroje, parní turbíny, parní kotle

Regulátor

Každý stroj nebývá stále a stejnoměrně zatížen, velmi často vyskytují se stroje, u nichž se zatížení každé chvíle mění, kupř. působí-li na transmisi, pohánějící celou řadu soustruhů, strojů hoblovacích, řezacích atd. Ne vždy všechny tyto stroje pracují najednou, často některé nebo několik jich bývá z činnosti vypnuto, a síla, kterou by za činnosti spotřebovaly, zůstává neupotřebena, a nutí stroj k jednostranné činnosti, která se uplatňuje rychlejším během. Mohlo by se státi, že by se následkem zvláštní shody okolností, při vypnutí celé řady konsumentů parní síly, rychlost stroje tou měrou zvýšila, že by se stala nebezpečnou. Z této příčiny dostává se parním strojům nové pomůcky v podobě regulátorů, které při nastalém odlehčení parního stroje zastavují neb omezují přítok páry jako zdroj síly, a uzpůsobují ho přiměřeně okamžité nutné spotřebě. Ačkoli účinek regulátorů jest spolehlivý a výhodný, bylo by omylem, kdybychom se domnívali, že se jimi zamezuje naprosto každá ztráta páry, nepravidelným zatížením stroje povstávající. Regulátor účinkuje teprve tehdy, když nastávající již zvětšenou rychlostí dostává se mu příčiny k činnosti. Časová mezera mezi příčinou ku zvětšené rychlosti stroje a mezi působností regulátoru, který toto zrychlení urovnává, může být dle konstrukce regulátoru různě obsáhlá. Nejlepšími a nejcitlivějšími regulátory může se mezera tato výhodně zkrátiti, ale naprosto odstraniti se nedá. Čím méně potřebuje regulátor času k vyrovnání běhu stroje, tím jest lepší. Nastane-li veliká změna v zatížení parního stroje, zapnou-li se do chodu veliké, mnoho síly vyžadující stroje, dostává se regulátoru podpory setrvačníkem. Regulátor udržuje parní stroj při střední rychlosti buď pomocí rdousítek, nebo vlivem na válčité šoupátko, nebo na ventil u rozvodu ventilového. Regulátory účinkují na rdousítko neb škrtící klapku nacházíme jen u strojů starých a do síly asi 0 P. V činnosti jich jest dosud velmi mnoho a z této příčiny se o nich zmiňujeme. Obecně užívá se regulátorů odstředivých. Otáčení jich obstarává hybná síla parního stroje, jehož stejnoměrný chod upravují. Za normálního chodu stroje trvají závažím zatížená ramena v klidu, rychlejším otáčením rozestupují se však následkem účinku síly odstředivé a rozestupování toto roste zvětšeným počtem obrátek hřídelíku, na němž jsou ramena zakloubená. Zmíněného pohybu ramen závažím zatížených užívá se u odstředivých regulátorů ve spojení se zvláštním ústrojím k omezení přítoku páry k rozvodu parnímu.

Regulátor Porterův

Regulátor Porterův (obr. 53.) vyniká velikou účinností následkem značné hmoty. Ramena jeho bývají také zkřížená a pak jsou zakloubená na protějších stranách osy regulátoru. Zatížení ramen děje se jednak na obvodu dvěma závažími, jednak uprostřed těžkou dutou hruškou, která se dle potřeby dolévá olovem. Hruška umístěna jest na cívce, posuvné po hřídelíku regulátoru a spojené na spodu s ústrojím působícím na úpravu rozvodu. U menších modelů jest tato hruška plná. Regulátorů těchto užívá se s plnou hruškou u strojů s rozvodem Corlissovým nebo ventilovým s parními válci o průměru 200 až 600 mm, s hruškou dutou, dle potřeby vylitou olovem u strojů s rozvodem Riderovým s průměrem parního válce 200 až 800 mm, s rozvodem Meyerovým s parním válcem o průměru 180 až 750 mm, s rozvodem Farcotovým s parním válcem o průměru 225 až 1000 mm, s ventilovým rozvodem o nuceném pohybu s parním válcem o průměru 250 až 1000 mm.

Regulátor Bossův

Regulátor Bossův má konstrukci dosti složitou a osvědčuje se hlavně při větším počtu obrátek (obr. 54.).

Obrázek 54. zapůjčila firma Schäffer a Budenberg v Ústí nad Labem. Za příčinou snadnějšího vysvětlení znázorněna jest na obr. 55. jen polovice regulátoru.

Na lomené páce H nachází se koule K a závaží G. Páka H otáčí se na konci zakřiveného ramene M, jehož druhý konec jest upevněn na hřídelíku AA. Na zalomené páce H jest v bodu P upevněná po hřídelíku AA posuvná cívka. Při otáčení hřídelíku A odchyluje se působením odstředivé síly koule K z původního směru, při čemž lomená páka H zvedá cívku, na níž jest upevněno spodem spojení se šoupátkem nebo ventilem. Působením závaží G vrací se koule K i s lomenou pákou H v původní polohu, když odstředivá síla působiti přestala.

Regulátor Pröllův

Regulátor Pröllův vyniká velikou pohyblivostí a citlivostí. Páky AB, A1B1 (obr. 56.) nejsou zavěšeny na hřídelíku DD, nýbrž jsou nakloubeny na posuvné cívce a zatíženy na volném konci koulemi. Spojení pák s hřídelíkem provedeno pomocí ramen BC, B1C1, jež jsou u C C1 zakloubeny na společné spojce, naklínované na hřídelíku. Účinkem odstředivé síly vychylují se páky koulemi zatížené z původní polohy a pošinují pohyblivou cívku vzhůru. Do původní polohy vracejí se páky AB A1B1 i s koulemi působením těžké duté hrušky Q, která se dle potřeby vylévá olovem, jmenovitě při rozvodech s větší spotřebou síly, u rozvodů, které vyžadují méně síly, užívá se menší hrušky plné. Zavěšení koulí jest uspořádáno ve směru obráceném, čímž dociluje se jakéhosi stupně netečnosti vůči nepatrným změnám v rychlosti otáčení, ač jinak působí regulátor velice účinně. Regulátor Pröllův účinkuje výhodně také při menším počtu obrátek, při čemž zmenšeným třením posuvných a nakloubených součástek dociluje se snadnějšího převodu. Regulátorů těchto s těžkou hruškou užívá se při rozvodu Farcotově, Riderově, kulisovém, u ventilů s nuceným rozvodem, kde je třeba veliké energie a kde změnou expanse přenáší se na regulátor větší odpor. Regulátoru Pröllova s lehkou hruškou užívá se u přístrojů regulačních s ventilem dvousedlým, nebo válčitým šoupátkem nebo, pokud se ještě v praxi vyskytuje, i se rdousítkem.

K regulátorům, které účinkují tíhou závaží, náleží i původní regulátor Wattův, v podstatě podobný regulátoru Porterovu, avšak bez hrušky, dále regulátor Kleyův s rameny zkříženými, taktéž bez hrušky a regulátor kosinusový (obr. 57. a 58.) s ústrojím ve zvláštní objímce a se snadnou úpravou pro každý stupeň nehybnosti či necitlivosti, jakož i o malé výšce se značnými účinkujícími hmotami. Obrázky 57. a 58. zapůjčila firma H. Roedl v Praze, která regulátory tyto má na skladě.

Regulátory pérové

U předchozích regulátorů uváděla po každém účinkování celá těžká hruška ústrojí v původní stav, čímž nejen regulátor vyžadoval značné hmoty, ale také v účinku nevynikal velikou citlivostí. V novější době nahrazuje se hruška původních regulátorů spirálovým pérem, při čemž koule na páce voleny bývají menší. Regulátory pérové vyvinují velikou energii a užívá se jich s prospěchem v oněch případech, kde jest třeba rychle zjednati rovnováhu. Při konstrukci pérových regulátorů užívá se za příčinou uplatnění odstředivé síly také pák zatížených na volném konci koulemi, nebo jinak urobeným závažím, ale velikost tohoto závaží nemá přesahovati nikdy výpočtem stanovenou tíhu, jinak dobré vlastnosti a účinky spirálových pér ztrácely by se pod nátlakem nahromaděných hmot a regulátor octl by se pak v řadě dříve popsaných regulátorů zatížených pouze závažím. Přiměřenou volbou spirálových pér dá se u každého systému pro nejnižší a nejvyšší postavení objímky libovolně upraviti a v soulad uvésti příslušný počet obrátek. Za to při konstrukci působí jak délka, tak i zatížení spirálového péra značné obtíže, protože jakkoliv změna obou neb i jednoho z těchto činitelů má na výkonnost regulátoru podstatný vliv. Naproti tomu má tato obtíž u správně provedeného pérového regulátoru zase tu výhodu, že dostatečným napjetím nebo povolením spirálového péra může se měniti libovolně a dle potřeby stupeň rovnoměrnosti.

Pérový regulátor Trenckův

Pérový regulátor Trenckův (obr. 59. a 60.), provedený ve strojírně a slévárně železa R. Trencka v Erfurtu skládá se ze dvou souměrně zavěšených lomených pák, jichž volný konec zatížen jest koulemi a druhý opírá se o posuvné víko, na něž spodem účinkuje tlak spirálového péra. Víko jest s hřídelíkem regulátoru pevně spojeno. Lomené páky otáčejí se v čepech, uložených ve vrchní části po hřídelíku regulátoru posuvného pouzdra, o jehož spodní část se opírá spirálové péro. Při otáčení účinkuje odstředivá síla na lomené páky koulemi zatížené, ve směru opáčném proti této síle účinkuje pak váha pouzdra, spirálového péra a lomených pák s koulemi, jakož i působení tlaku spirálového péra, jež jest úměrné k velikosti vybočení koulí z původní polohy. Při úplném vybočení koulí z klidu octne se vrchní část pouzdra ve výši, jež jest označena tečkovanou partií nejsvrchnější části pouzdra. U regulátoru toho jest jednoduchou konstrukcí a pomíjením všeho zbytečného zakloubení dosaženo velmi malého tření, čímž dostává se celému ústrojí veliké citlivosti. Větším nebo menším napjetím péra nemůže se, aniž by se zároveň nezměnil stupeň rovnoměrnosti, měniti počet obrátek regulátoru. Z této příčiny jest víko spirálového péra upevněno šroubem tak, aby k němu strojník nemohl a libovolně napjetí péra neměnil. Má-li se však nutně změniti počet obrátek regulátoru, děje se tak výměnou péra. Mezi chodem stroje místo výměny přidává se nástavné péro (obr. 61.) na převodnou tyč, jež větším nebo menším tahem, na spodní část pouzdra účinkujícím, mění počet obrátek v požadovaných mezích.

Podobný pérový regulátor sestrojil Zabel v Quedlinburku. Rozdíl mezi nimi záleží v zavěšení lomených pák, jež jsou zakloubeny na vrchním konci hřídelíku a v zalomené části spojeny jsou čepem se zvláštními rameny pouzdra, v němž jest uloženo spirálové péro. Víko pouzdra jest zašroubováno na hřídelík a tvoří vrchní opěru spirálovému péru. Při nastalém stlačení spirálového péra pohybuje se pouzdro vnitřní stěnou podél obvodu víka. Otáčením víka na šroubové části hřídelíku utahuje nebo uvolňuje se péro dle potřeby. Závaží obnáší 1/7 až 1/19 napjetí spirálového péra. Spirálovými péry o různém počtu závitů může se regulátoru dodati žádoucího stupně rovnoměrnosti.

Pérový regulátor Pröllův

Pérový regulátor Pröllův jest provedením velice podoben stejnojmennému regulátoru se závažím, hmotná hruška jest však zde nahražena spirálním pérem uloženém ve zvláštním pouzdře, jež i u porovnání s jinými pérovými regulátory jest na hřídelíku nehybně upevněno. Stlačení spirálového péra děje se působením lomené páky na víko poudra, za spolupůsobení koulemi zatížených pák, zakloubených středem na zevním konci lomené páky a spodním koncem v posuvné po hřídelíku objímce.

Pérový regulátor Tolleho

Pérový regulátor Tolleho (obr. 62.), provádí Th. Wiedeho akciová strojírna v Chemnici v Sasku, má dvě spirálová péra, z nichž jedno působí směrem na osu hřídelíku kolmým, druhé hřídelík objímá a nahrazuje zatíření hruškou. Otáčením vzniklá síla odstředivá působí především na spirálové péro kolmo k ose hřídelíku uložené, kteráž účinek této síly přenáší v rovnováhu, čímž zakloubení jest téměř úplně pdlehčeno a stupeň necitlivosti stažen na nejmenší míru. Druhé spirální péro, které objímá hřídelík a jest uloženo ve zvláštním plechovém pouzdře, účinkuje pouze pružností na místě hrušky u regulátorů se závažím užívané. Napne-li se toto péro, zvětší se i počet obrátek a velikost energie regulátoru, ale beze všeho vlivu na stupeň rovnoměrnosti, povolením jeho docílí se opačného účinku, při čemž však mimovolně mění se i počet obrátek. Odchylka tato napraví se změnou v napjetí péra svislého. Docílení změny v počtu obrátek napínáním nebo povolováním péra vodorovného není přípustné. Regulátor tento poskytuje tudíž možnost změny ve stupni rovnoměrnosti jakož i v počtu obrátek a přizpůsobuje se tudíž k požadavkům motoru a jeho přiměřeného ustavení. Často vyskytuje se požadavek, aby regulátor mezi chodem změnil počet obrátek. V případě tom nahrazuje se svislé péro spirálné jinými péry, které se mezi během regulátoru snadno staviti nechají.

Připojené dva obrazy 63. a 64. znázorňují podobný regulátor Tolleův, provedený strojírnou akc. sp. Th. Wiedeho v Chemnici v Sasku, u něhož vodorovné hlavní péro zastoupeno jest dvěma péry, a svislé péro nahrazují dvě péra zevní. Regulátor tento opatřen jest zařízením, jimž dá se počet obrátek zvětšiti čtyřnásobně pomocí převodu s ozubenými koly, umístěnými v kulové skříni a ovládanými zevně.

Tangye-ho regulátor

Tangye-ho regulátor hodí se pro jednoduchou a účelnou konstrukci zvláště pro menší parní stroje a lokomobily.

Připojené dva obrazy 65. a 66. znázorňují řečený regulátor ve dvou pohledech ve spojení s uzavíracím ventilem parním. Odstředivá síla působí na obě ramena účinkující na spirálové péro, čímž uvádí se v pohyb odlehčená škrtící klapka, kombinovaná s uzavíracím ventilem. Hřídelík jest opatřen kuželem, kterým dociluje se přiměřeného utěsnění a zároveň spojení pomocí soustavy pák s regulačním ventilem. Zařízením tímto odpadá ucpávka na víku ventilovém. Celá konstrukce umožňuje značnou měrou zmenšení počtu obrátek hřídelíku. Utažením nebo povolení spirálového péra uvnitř vrchní části regulátoru umístěného šroubkem k, může se zmenšiti nebo zvětšiti počet obrátek regulátoru. Pára vniká postranním hrdlem, při čemž se parní maznička umisťuje vždy před regulátorem, aby vnitřní ústrojí ventilové bylo vždy dobře mazáno. Následkem samotěsnění ventilového hřídelíku má tento regulátor stále stejný odpor, tak že při veliké citlivosti zaručuje pravidelný chod stroje. Na skladě má firma H. Roedl v Praze. U všech dosud uvedených pérových regulátorů vybočují závaží v rovině rovnoběžné k ose hřídelíku, u regulátorů plochých pohybují se závaží v rovině k téže ose kolmé.

Pérový regulátor Zabelův

Plochý regulátor Zabelův (obr. 67. a 68.) má kolmo na hřídelíku našroubovaná dvě vodítka, na nichž vysunují se závaží, tisknutá k ose spirálovými péry. Odstředivou silou vyvozený tlak závaží přenáší se lomenými pákami na objímku a spojkami na závaží setrvačné. Celé ústrojí, vyjímaje spodní objímku, kryto jest pouzdrem, jež jest na sloupku regulátoru upevněno a na pohybu regulátoru nebéře nijakého podílu. Regulátor má tudíž dvojí druh závaží, jeden z nich působí na spirálová péra, na objímku, a příčkami na druhý druh, zvaný setrvačným, který se tímto účinkem ze setrvačnosti vypuzuje. Výkon regulátoru sestává tudíž ze dvou složek, prvou jest účinek posuvného závaží na objímku a druhou netečnost závaží setrvačného. Obě uplatňují se za každé změny v zatížení nebo odlehčení stroje a účinkuje tím mocněji, čím rychleji změny ony se dostavují. Tření součástek regulátoru jest nepatrné a ruší se účinkem závaží setrvačného při nastalé změně rychlosti. Regulátory tyto účinkují se stejným výsledkem v postavení svislém i vodorovném. V tomto případě mohou být uváděny v činnosti přímo hřídelem stojatých strojů a účinkují vždy stavítkem na rozvodné ústrojí parního stroje.

Regulátory výstředníkové

Regulátory výstředníkové umísťují se rovněž na hřídel stroje, nejčastěji přímo do setrvačníku. Účinkují šinutím závaží přímo na výstředník a přivozují urychlení nebo zpozdění uzavírky parních kanálů. Závaží šinou se ve směru kolmém k ose regulátoru. Regulátory tyto jsou původu amerického a účinkují velice výhodně, jmenovitě u strojů rychloběžných. Obr 69. a 70. znázorňují nám výstředníkový regulátor Westinghouse-ův. Prvý obraz představuje nám regulátor, jehož závaží jsou v klidu, v následujícím obrazu nacházejí se v největším napjetí. V prvém případě pohybuje se stroj normální rychlostí, ve druhém nastálým náhlým odlehčením se otáčecí rychlost zvýšila.

Regulátor jest naklínován na hřídeli klikovém Š nebo jest upevněn na ramenech setrvačníku. Výstředník C jest spojen pomocí ramene a čepu d jakož i pouzdrem a ramenem f s jedním z obou závaží B. Závaží B jsou vespodek spojená tyčí e a pohyb jednoho sděluje se zároveň druhému, při čemž se oba otáčejí o čepy b. Vyšine-li se závaží B z původní polohy, účinkuje na výstředník C ramenem f, změní jeho výstřednost a nastane rychlejší uzavření parních kanálů, při čemž výstředník působí menší výstředností. Změna tato trvá tak dlouho, až nastane opět normální rychlost.

Stojan regulátoru

Stojan regulátoru poskytuje regulátoru nejen pevnou oporu, ale chová také veškeré ústrojí pohybovací. Umísťuje se buď přímo na stroji, nebo dle potřeby a okolnosti také na jiném místě. Obr. 71. znázorňuje Trenckův pérový regulátor ze strojírny a slévárny železa R. Trencka v Erfurtu s příslušným stojanem. Hřídelík regulátoru spočívá spodním koncem v patním ložisku, uloženém ve stojanu. Vrchem dostává se hřídelíku vedení cívkou. Na stojanu nachází se rameno, na němž v čepu spočívá rozvidlená páka, která svírá hrdlo objímky. Řemenáčem dostává se regulátoru pohybu úhlovými koly.

Katarakt

Čím jest regulátor více zatížen, čím jest větší a čím jest v něm více hmoty nahromaděno. tím naléhavěji dostavuje se nutnost, aby zamezilo se neklidné chvění jeho závaží a upravila se rychlost při stoupání a klesání objímky. K účelu tomu užívá se olejové nebo glicerínové brzdy (obr. 72.), dutého válce, jehož spodní část bývá poněkud rozšířená. Válec jest naplněn olejem nebo glicerínem, v němž se pohybuje píst opatřený dvěma úzkými otvory, kterými při pohybu pístu vzhůru uniká olej do spodní části a naopak. pohybem pístu v hustém prostředí zvětšuje se odpor a zmírňuje se rychlost páky, jež pohyb přenáší, kterýž odpor zvětšením nebo zmenšením otvorů v pístu pomocí šroubků může se libovolně upraviti.

Umístění této brzdy spatřujeme na obr. 73. Stavěcí páka S regulátoru Pröllova chápe se oka pístnice k olejové brzdy O, jež se kolem čepu Z uloženého v nástavce stojanu regulátoru, může pohybem kývavým otáčeti. Rameno A páky S i obojek B nástavku Z jsou na stojanu G regulátoru umístěny otáčivě. Víko válce olejové brzdy i válec sám, jakož i otvor pro příslušnou pístnici jsou neprodyšně sestaveny.

Přizpůsobení regulátoru ku stroji

Každý regulátor nehodí se ke každému stroji a i u téhož stroje neúčinkuje původně bezvadně regulující přístroj, nastaly-li v zatížení a v chodu stroje vážné odchylky. Stupeň necitlivosti nemůže býti u regulátoru přesně předem stanoven, jelikož závisí na okolnostech, které před postavením jsou neznámé. Následkem toho stává se velmi často, že jest regulátor za nastalých okolností buď příliš veliký a těžký, nebo naopak příliš lehký. Těžký regulátor vyžaduje veliké odchylky od normálního chodu stroje dříve než začíná účinkovati, a sice následkem značných odporů, které jsou v nepoměru s otáčecí silou regulátoru. Abychom tento nepoměr vyrovnali, bylo by záhodno, zmenšiti buď velikost odporu, nebo zvětšiti otáčivou sílu regulátoru, která sestává ze závaží, hrušky a objímky. Zvětšení těchto činitelů beze změny stanoviště regulátoru jest jen v některých případech a pak ještě jen ve skrovné míře možné, proto volívá se obyčejně případ druhý, zakládající se na zmenšení odporů. Pokud se této příčiny týče, jest nutno se přesvědčiti o tom, zda-li nemírné tření jednotlivých součástí neubírá regulátoru síly, o čemž nám prohlédnutí stavítka, ucpávek a kloubení poskytuje jistoty. Jsou-li tyto části ve stavu bezvadném, hledáme příčinu v převodu, při čemž veliký převod posunutím páky zmenšíme tak, aby objímka účinkovala na rameno kratší. Je-li stupeň necitlivosti regulátoru příliš malý, nachází se regulátor stále v činnosti, jest neklidný a chvěje se. Stává se tak tehdy, je-li stupeň jeho necitlivosti menší než stupeň rovnoměrnosti příslušného setrvačníka. Vadě této zabraňujeme zvětšením převodu ve stavítku a ustavením objímky na delší rameno páky, jež účinkují na rozvodné nebo páru přivádějící ústrojí, prodloužiti nebo zkrátiti. Je-li správně ustavený a konstruovaný regulátor v přiměřeném chodu, jest výkyv jeho zatížených ramen celkem dosti nepatrný, následkem malých rozdílů při stoupání nebo klesání buď spotřebované nebo uvolněné síly ve stroji. Největší odchylka ve spotřebě síly souhlasí vždy s jistým pohybem regulátoru a se zcela určitou velikostí výkyvu ramen, o kteréž velikosti možno se přesvědčiti jen pozorováním regulátoru mezi chodem. Výkyv ramen souhlasí se skutečným stupněm rovnoměrnosti regulátoru, z čehož usuzujeme o vhodnosti jeho pro dotyčný stroj. Byly-li výkyvy příliš značné, jest regulátor malý a nevyhovující, jsou-li výkyvy malé, za jinak zcela normálních okolností, má regulátor správnou velikost. Obyčejně brává se regulátor menší, jelikož náhlé skoky ve spotřebě síly u stroje dosti zřídka se vyskytují. Kdyby nastal případ, že by regulátor za normálního stavu netrval v průměrné poloze, nýbrž sahal výše, prozrazoval by tím nepoměr mezi zatížením, hruškou a silou odstředivou a sice ve prospěch posledního činitele. Nepoměr tento vyrovnává se větším zatížením hrušky nebo zmenšením váhy koulí, avšak v prvém případě stal by se regulátor zároveň citlivějším, ve druhém necitlivějším. V opačném případě, kdyby za normálního chodu klesal regulátor pod obvyklou výši, dával by na jevo, že má býti hruška odlehčena a koule zvětšeny. Odlehčení hrušky stal by se regulátor necitlivějším, zvětšením koulí by se zvětšila jeho citlivost. Chceme-li zachovati původní citlivost regulátoru, musíme v udaných případech zvětšiti nejen tíhu hrušky, ale i koulí. Způsob tento jest jediným prostředkem, kterým se u regulátoru mění počet obrátek. Z této příčiny upravují konstruktéři potřebná závaží tak, aby se snadno dala buď vyměniti nebo doplniti. Pokud se provádění různých konstrukcí regulátorů týče, dlužno dbáti následujícího. Koule regulátoru mají býti náležitě upevněné a proti uvolnění pojištěné, aby mezi chodem neodlétly, rovněž má se všem svorníkům taktéž dostati pojištění. Hřídelík regulátoru má spočívati na pevném nožním ložisku. K ochraně řemenu převodného před stékajícím olejem umístí se na příhodném místě zvláštní sběrač buď z plechu nebo litý.