Parní stroje, parní turbíny, parní kotle

Parní turbína de Lavalova

Snaha konstruktérů neustále směřuje k tomu, aby byl sestaven parní stroj, který by poskytoval větších provozních výsledků ve příčině poměru mezi spotřebovaným palivem a vyvozenou eneržií. Avšak na vzdor všemu snažení a nejnovějším konstrukcím nedociluje se posud nic více, než asi 10 % vší eneržie v palivu utajené, zbývající část pohlcuje transformace kalorické eneržie v mechanickou eneržii, podporovaná celým průvodem nezbytných strojních opatření, která eneržii onu sice vyčerpávají, ale užitkovou, v našem smyslu, práci neposkytují. Parní stroj budovaný způsobem až dosud obvyklým, přes všechna zlepšená a úsporná zařízení, nemůže celkem činiti nároky na podstatné zlepšení výše uvedeného poměru, pokud nezbavil se značné přítěže komplikovaných součástek. Jen v onom případě, kdy staré methody o upotřebení páry ku strojnímu pohonu budou nahraženy methodou novou, která téměř bezprostředně zužitkuje eneržii parní síly k výkonu pracovnímu, může nastati účelnější zužitkování paliva. U všech dosud stávajících parních strojů byl hřídel klikový příliš vzdálen od parního válce, a stavba jejich byla objemná a rozlehlá. Již dávno snažili se konstruktéři, aby vadu tuto odstranili, a také podařilo se jim sestrojiti modely parních strojů, u nichž pára působila jaksi přímo na zvláštní rotační ústrojí bez pomocných tyčí a jiných pomůcek. již důmyslný Watt pomýšlel na podobný stroj, ale ani jemu, ani jiným nepodařilo se během oné dlouhé doby, za níž parní stroj původního systému dominoval, sestrojiti prakticky upotřebitelný a výhodně účinkující model. Až v nejnovější době korunována píle konstruktéra zdárným a naprosto praktickým výsledkem, kdy Švéd de Laval a Angličan Parrons vynalezli parní rotační stroj, jemuž následkem případné podoby s turbínou vodní, udělili název turbíny parní. Myšlénku podobnou měl již dávno před tím Giovanni Branca, avšak jeho turbína, ač se účinkem páry otáčela, neposkytovala tolik síly, aby mohla poháněti stroje a prakticky se neujala z příčin na snadě ležících, uvážíme-li, že Branca sestrojil a popsal svůj vynález r. 1629. Od té doby až po naše časy se ovšem strojnictví vyšinulo na výši před tím nikdy netušenou a rovněž soustavným studiem poznány vlastnosti páry, vesměs okolnosti, které původní myšlénku nejen vzkřísily, ale také prakticky uvedly v život. Bezprostřední příčinou pro vznik moderní parní turbíny byla snaha po docílení obrovského množství obrátek, jakého jest v moderní technice velmi často třeba. požadavku tomu nemohl přímo vyhověti žádný parní stroj, vždy bylo třeba různých převodných členů, kterými sice docílilo se žádoucího účinku, ale se značnou ztrátou na síle. Počet obrátek parního stroje pístového jest omezován spoustou hmoty jaksi kývavě se pohybující, takže celkem dociluje se až 200, u strojů k pohonu torpedových lodí užívaných až 400 obrátek. Výkon tento však nevyhovuje požadavkům, jež klademe ku př. na dynama. Parní turbína v této příčině vyhověla požadavkům měrou až upřílišněnou, docílilo se ní bez nesnází až 30.000 obrátek za minutu, takže vynález byl by býval ohrozen opakem toho, čeho se obyčejným parním strojům nedostávalo, kdyby nebyla učiněna opatření, která počet obrátek účelně tlumila a redukovala. Původní parní turbína de Lavalova byla sestrojena asi před 20 roky a vzorem k ní bylo kolo Peltonovo, užívané u turbíny vodní, s tou obměnou, že místo dvojitých lopatek užilo se lopatek jednoduchých. U parní turbíny Lavalovy nepůsobí pára tlakem, nýbrž pouze živou silou nebo lépe řečeno rychlostí. Způsobem tím zužitkuje se veškerá eneržie páry téměř bez ztrát. Pára působí přímo na kolo (obr. 98.), čímž zamezí se unikání tepla, jaké u parních strojů pístových nezbytně nastati musí, a může se také užíti bez omezení páry napjetí jakkoliv vysokého a přehřáté na libovolný stupeň. Výhody z toho plynoucí jsou četné, jmenovitě značná úspora páry, a, což nemálo rozhoduje, úplné postrádání ucpávek, ústrojí klikového, složitého rozvodu, setrvačníku a nákladných základů. Rovněž obsluha, udržování a prostor parní turbínou zaujatý, jsou značně menší než u parních strojů pístových, a pokud se nahodilých úprav týče, mohou se provésti okamžitě výměnou poškozené části z reservní zásoby.

Přehledné zařízení Lavalovy parní turbíny znázorňuje obr. 99. řezem v nárysu a půdorysu.

Pára vniká do stroje vpouštěcím ventilem A, čistí se sítem C a přichází do prostoru D, jehož vpouštěcí ventil dle potřeby a zatížení stroje se regulátorem X uvolňuje nebo zavírá. Z parního prostoru D vtéká pára do kanálu rozdělovacího E, který oblíná kruhem schránu turbínovou F, a odtud do jednotlivých trubic, které páru přivádějí k lopatkám kola (obr. 100.). V trubicích těchto, opatřených konickými otvory nabývá pára většího objemu, expanduje, ztrácí veškeré napjetí a nabývá větší rychlosti.

V turbínové schráně F jest na vodorovném hřídeli L kolmo upevněno kolo, na jehož obvodě nachází se věnec lopatek (obr. 101. a 102.), na něž přímo proudí expandovaná pára do druhého oddělení schrány R a odtud trubicí N a odváděcím potrubím buď do výfuku, nebo do kondensatoru.Má-li býti u turbíny pro spotřebovanou páru užito dle potřeby buď výfuku nebo kondensace, opatřuje se odváděcí trubice rozvidleným členem, jehož jeden konec ústí do vzduchu, druhý vede ke kondensatoru. Každá z rozvidlených částí opatřena jest pak zásuvkou, z nichž vždy jedna musí příslušnou trubici uzavírati. Schrány F, v níž se turbínové kolo na hřídeli L v ložiskách P a S otáčí, jest neprodyšně uzavřená a sice jednak ložiskem S, jednak ložiskem O. Ložisko P jest kuličkové a spočívá na něm tíha hřídele a kola, ložisko S pouze těsní.

Delší konec hřídele turbínového prochází schránou, v níž jsou umístěna převodná kola, a spočívá na dvou ložiskách, mezi nimiž uloženo jest kolo H o malém průměru a na obvodu s ozubením šípovým, jež zabírá do jiného kola J, o průměru asi desetkráte větším. Kola tato zmírňují původní značnou otáčecí rychlost turbíny. Na další část G prodlouženého hřídele naklínuje se řemenáč nebo kolo provazové M, nebo se část tato spojí bezprostředně se strojem poháněným. U větších turbín nad 50 HP jest na obou stranách malého ozubeného kola H umístěno symetricky veliké kolo ozubené J. Turbíny tyto mají dva pomocné hřídele o stejném směru otáčecím a stejném počtu obrátek, z nichž každý poskytuje polovici výkonné síly turbíny. Na každém z těchto hřídelů jest naklínován buď řemenáč, nebo kolo pro převod provazový a sice tak, že jsou o vlastní délku pošinutá. Obraz 103. znázorňuje celkový pohled na turbínu s převodem řemenovým. Menší modely mají pouze jediný převod řemenový.

Počet cívek (obr. 100.) E řídí se velikostí turbíny. U turbíny 3 HP stačí jediná cívka, spotřebovaná pára se zde odvádí buď jen do výfuku, neb jen do kondensatoru. U větších turbín jest cívek více, jmenovitě u strojů, které odvádějí spotřebovanou páru střídavě do výfuku a do kondensatoru, jsou dvě garnitury cívek.