Parní stroje, parní turbíny, parní kotle

Přehřívače na páru

Zahřívá-li se voda v uzavřené nádobě, nastane vyvinování se páry teprve tehdy, až teplota dosáhne jisté výše, závislé od tlaku, jemuž jest voda podrobena. Tutéž teplotu má i pára v téže nádobě z vody vyvinutá. Pára tato jest ve stálém styku s vodou, z níž povstala a nejmenší její ochlazení má za následek kondensaci onoho množství páry, jehož teplo se ochlazením vyrovnalo. Zjev ten trvá, nechť topíme pod nádobou jakoukoliv dobu a jakékoliv výši, tak dlouho, pokud jest pára s vodou v přímém styku, nikdy teplota páry nebude vyšší, než přítomné vody. Páru tuto nazýváme nasycenou. Uzavřeme-li páru v nádobě tak, aby s vodou nebyla ve styku a zahříváme-li ji, tu může teplota její stoupati až téměř k rozkladu v prvky a dle zákona o roztažitelnosti plynů zvětšuje se poměrně její tlak na stěny nádoby. Ochladíme-li poněkud páru takto vyhřátou, a nepřesahuje-li ochlazení jistý stupeň, nekondensuje se tato pára ve vodu, nýbrž její teplota se prostě o stupeň ochlazení zmenší. Pára tato nazývá se přehřátou. Jinými slovy řečeno, k přehřátí páry potřebujeme jisté množství tepla, kteréž ochlazením můžeme přehřáté páře odejmouti, aniž část její se zkondensuje. Okolnost tato jest výhodnou u strojů, jichž parní válec se plní přehřátou parou, v nichž se tudíž netvoří kondensovaná voda. Přehřívače na páru jsou obyčejně zařízeny na stálý tlak a vyžadují mimo vyhřívače bď zvláštních strojů, jmenovitě jedná-li se o přehřívání páry na značnější stupeň, nebo, při mírnějším přehřátí, není třeba u parního stroje ani zvláštní změny v konstrukci. V obou případech se v přehřívači pára nejdříve zbavuje vody a vysušuje a pak teprve uvádí na teplotu vyšší. Přehřívač spojuje se s parovodem mezi kotlem a parním válcem, účinkuje naň tudíž působnost pojišťovacích ventilů kotle, čímž se provádí zároveň potřebná kontrola, takže napjetí, aniž by nebylo zpozorováno, nemůže stoupnouti. Objem páry přehřátím se zvětšuje a sice nikoli nepatrně, obnášíť u páry nasycené při tlaku 5 atmosfér a teplotě původní 158 stupňů Celsia při přehřátí o 42 stupňů, tedy úhrnné teplotě 200 stupňů Celsiových 10 %, dále 33 % u téže páry při celkovém zahřátí na 300 stupňů a 57 % při 400 stupních Celsiových.

Přehříváním páry dociluje se několika výhod, jmenovitě tepelný efekt se zvětšuje větším vyčerpáním tepla, vyvozeného spalováním paliva, přehřátá pára neztrácí tolik na dělnosti jako plyn řidší třením o stěny parovodu, a následkem značného vyhřátí nesráží se na stěnách v oněch částech stroje, s nimiž se bezprostředně stýká, a konečně uspoří se značně páry. Veškeré tyto výhody přispívají ku zvětšení celkového dělného effektu dotyčného parního stroje. Další výhoda plynoucí z přehřáté páry jeví se na stejném účinku v menší výhřevné ploše parního kotle. Ušetří-li se přehříváním 20 % páry nasycené, může v témže poměru býti i výhřevná plocha menší. Okolnost tato jest důležitou hlavně při pořizování nových kotlů, kde úsporou na výhřevné ploše uhrazují se zcela neb z části výlohy vzniklé opatřením přehřívače, kteráž výhoda stoupá jmenovitě tam, kde pořizuje se i nová kotelna a nový komín a kde jest o místo nouze. konečně i parovody mohou míti menší průměr, protože u přehřáté páry jest přípustna i větší rychlost v potrubí. Na druhé straně nesmí při stroji opatřeném přehřívačem býti snaha po úspoře ve příčině plochy výhřevné upřílišněná, neboť i přehřívač ideální konstrukce nemůže nikdy vyrovnati nepoměr nezi nedostatečnou výhřevnou plochou a množstvím vyvozené páry. Velmi mnoho soustav kotelných při unáhleném chodu poskytuje mokrou páru, která v přehřívači se sušením zbavuje vody, aby se mohla přehřáti. V této příčině se pak činnost přehřívače vyčerpává částečně a někdy i z úplna, takže na vlastní přehřívání zbývá méně, než bylo mnohdy rozpočteno. Avšak i pouhým sušením páry dociluje se značné výhody. Theoretická známost výhod přehřáté páry byla záhy odborníky oceněna, ale v praktickém životě nedosti povšimnuta z příčin, jež nezávisely na přehřáté páře, ale na nedokonalosti strojního provedení, na němž stále bylo něco v nepořádku, jmenovitě pokud se mazacího zařízení a ucpávek týče, působila přehřátá pára v ústrojí parního stroje zhoubně. Nedokonalosti tyto působily vzájemně nepříznivě na správný chod přehřívače, takže i v tomto případě, kde bylo přehřáté páry použito, dělo se tak s parou velmi málo přehřátou. Jen u strojů, jichž ucpávky a mazací ústrojí nestýkaly se přímo se značně přehřátou párou, jako ku př. u stroje Schmidtova nebo u parní turbiny, objevily se velice pěkné výsledky. Dle výše uvedených poznatků užívá se celkem trojího druhu přehřívačů, a to přehřívačů, jež mají za hlavní účel pouhé vysušování páry, které se obyčejně po vysušení dostává nepatrného přehřátí, pak přehřívačů, které přehřívají páru o 70 až 100 stupňů Celsiových nad teplotu páry nasycené, tedy přehřívače na střední přehřátí a konečně přehřívačů na přehřátí vysoké od 100 do 200 stupňů Celsiových nad původní teplotu. Dnes skorem téměř všechny kotlárny dodávají kotle s přehřívači. Na obr. 155, jež znázorňuje kotel Steinmüllerův, uložen jest přehřívač v prostoru mezi vrchním kotlem válcovým a spodním trubnatým, od něhož oddělen jest klenutím. Aparát sestává z rozdělené, železné komory, jejíž jednotlivé oddíly jsou spojeny ocelovými U trubicemi. Nasycená pára vstupuje první komorou do vytápěných trubic, prochází jimi, jakož i ostatními komorami po řadě, až konečně vysušená a přehřátá vychází z poslední komory do parovodu. Procházením úzkými trubicemi rozděluje se proud páry v tenké paprsky, při čemž zvláštní zařízení nutí páru, aby se rozdělil stejnoměrně na každou trubici a v ní pomalu proudila. Na zevní straně komory (obr. 166.) patrno z prolomené stěny, že ústí trubic jsou zapuštěna v jedné stěně, druhá pak jest opatřena přiměřeně uzavřenými otvory, kterými se provádí případná oprava nebo upevnění nových trubic, nebo se trubice i čistí.

Zevní čistění trubic od sazí a popele provádí se i mezi chodem zvláštním profukovacím aparátem. Přehřívač tento dá se uvésti s každým kotlem ve spojení. Při zvláště předsevzatých zkouškách účinkoval zmíněný přehřívač i za napjetí 20 atmosfér úplně bezvadně. Přehřívače tyto provádí kotlárna L. & G. Steinmüllera v Porýnsku. Rovněž i v následujícím obraze znázorněný kotel s přehřívačem pochází od téže firmy. Obraz 167. představuje kornwalský kotel ve spojení se zmíněným a v předchozím odstavci znázorněným přehřívačem.

Horké plyny z plaménců procházejí mezi zahnutými U trubicemi a vysoušejí a vyhřívají páru směrem šípů do pehřívače vstupující. Způsobem tímto nechá se docíliti úspory na páře až přes 22 %, na palivu přes 17 %. Pro Schmidtův parní stroj na přehřátou páru užívá se buď přehřívače spojeného přímo s parním kotlem nebo přehřívače s topením samostatným. Prvý znázorněn jest na obrázku 168. Nad zadní částí dvouplamncového kotle umístěn jest ve zvláštní zděné jímce přehřívač, vytápěný plyny z topeniště a tahů unikajícími.

Přehřívač sestává v podstatě ze skupiny těles (obr. 169.), z nichž každé jest utvořeno z dlouhé, vrstevnatě vinuté trubice, do níž dolem vchází nasycená pára a postupuje proti proudu žhavých plynů po celé délce. Z nejvyšší vrstvy vrací se po proudu plynů topných do jedné třetiny celé výšky vrstev a vychází ze stroje.

Vinuté trubice jsou z kujného železa, konce jejich vyčnívají ze zdiva a jsou zapuštěny do společných sběračů, v nichž se přiměřeným sklonem trubice shromažďuje i kondensovaná voda, pocházející z páry po zastavení kotle sražené. Regulování topení za účelem dosažení na určitý stupeň přehřáté páry, děje se snadno ovládatelnými hradítky nebo klapkami. Přehřívač Schmidtův může býti připojen ke každému již stávajícímu kotli. Zmíněný přehřívač ukládá se u velikých a četných kotlů do zvláštní zazdívky, opatřené vlastním topením. Samostatný takový přehřívač jest znázorněn na obr. 170. Z topeniště unikající plyny procházejí vzhůru prvním oddělením vinutých trubic a směřují pak dolů, kol trubic oddělení druhého, do komína.

Pára proudí trubicemi směrem opačným, takže se plyny již značně vyčerpanými a tepla zbavenými z počátku v druhém oddělení vysouší, načež v oddělení prvním na žádaný stupeň teprve přehřívá. Směr plynů mezi trubicemi a párou v trubicích naznačují připojené šípy. Kotle i přehřívače na obr. 168., 169., 170. znázorněné provádí ascherslebenská akc. strojírna dř. W. Schmidt a sp. v Ascherslebenu. U jednoduchých stojatých kotlů umísťuje se přehřívač vrchem, jak na obraze 171. patrno. Stěna topeniště i přehřívač jsou z vlnitého plechu. Přehřívač sestává z dvojité spirály trubic, kterou prochází pára, žhavé plyny vedeny jsou účelně kol spirálových parních trubic. Pára se v kotli nejen vyvinuje, ale zároveň suší a přehřívá, spojení mezi parním prostorem a přehřívačem jest zevně. Čistní spirálních rour i žárovek provádí se samočinně parou a trvá pouze krátkou dobu.