Parní stroj

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání
Animované schéma práce stroje.
Expozice parního stroje, National Railway Museum, York, Anglie.

Parní stroj je pístový tepelný stroj, přeměňující tepelnou energii vodní páry na energii mechanickou, nejčastěji rotační pohyb.

Historie parního stroje[editovat | editovat zdroj]

První mechanický stroj poháněný parou sestrojil Hérón Alexandrijský v 1. století našeho letopočtu. Považoval jej ale jen za hračku a na praktické využití nedošlo. Dnes je vynález parního stroje obvykle připisován Jamesi Wattovi, který ho vynalezl v roce 1765. Ve skutečnosti Watt „pouze“ významně zdokonalil stroje Thomase Saveryho a Thomase Newcomena. Jednalo se o stroje na principu kondenzace syté páry ve válci a využití síly vyvolané podtlakem k čerpání vody.

V případě atmosferického parního stroje Thomase Newcomena [1] byl prostor pod pístem naplněn párou o normálním tlaku. Pomocí studené vody, která byla vstřikována pod píst, došlo ke kondenzaci páry a vzniku podtlaku. Píst byl tlačen atmosferickým tlakem a prostřednictvím táhla, které s ním bylo pevně spojeno, prováděl práci kývavým pohybem nahoru a dolů jako zahradní pumpa. V letech 1722 - 1724 postavil Newcomenův atmosferický parní stroj ang. mechanik Issak Potter v Nové Bani na Slovensku. V r. 1736 získal Jonathan Hull či Hulls první patent na kolesovou loď poháněnou Newcomenovým atmosferickým parním strojem.

Animace zjednodušeného stroje s trojčitou expanzí

Prvním Wattovým zlepšením bylo oddělení kondenzace do zvláštního prostoru mimo válec. Díky tomu se stěny válce neochlazovaly a zvýšila se účinnost stroje. Později jej napadlo pohánět stroj párou o vyšším než atmosférickém tlaku. V průběhu druhé poloviny 18. století si pak Watt nechal patentovat řadu vynálezů, které byly dále využity po celou éru parních strojů. Jmenujme například dvojčinný parní stroj, převod posuvného pohybu pístu na otáčivý, nebo Wattův odstředivý regulátor.

V 19. století se parní stroj stal nejvýznamnějším zdrojem energie jak v průmyslu, tak v dopravě. Proto se tomuto století také říká století páry. Dopravě kralovaly vlaky tažené parními lokomotivami, vody brázdily parníky, průmyslové podniky měly stroje poháněné transmisemi od centrálního parního stroje, na polích se objevily parní oračky, parní mlátičky a parní lokomobily. Povrch silnic pak upravovaly parní válcovačky resp. parní válce.

Ve 20. století význam parního stroje postupně upadá. Z dopravy byl vytlačen spalovacím motorem a z průmyslu elektrickými stroji a parní turbínou. Nejdéle sloužily těžní parní stroje, které v některých dolech vydržely až do devadesátých let 20. století (viz Muzeum Krásno). V současnosti je možné se s provozem parních strojů setkat především u nostalgických jízd parních lokomotiv.

V průmyslu se také používaly speciální stroje podobné či konstrukčně příbuzné parnímu stroji. Byla v nich využívána přímočará hnací síla přenášená na pracovní nástroj z pístu jednoduchého parního stroje. Jednalo se o parní kladiva, parní buchary či parní lisy a podobná strojní zařízení. Dnes jsou nahrazena jinými technickými principy či jinými technologickými postupy. Na letadlových lodích se dodnes využívá parní katapult, což je vlastně speciální parní stroj s několika desítkami metrů dlouhým válcem.

Účinnost[editovat | editovat zdroj]

Proti současným tepelným strojům má parní stroj nízkou účinnost přeměny energie (maximálně 30 %). Spolu s kotlem, který má tepelnou účinnost okolo 50 % je výsledná účinnost (podle typu stroje a kotle) mezi 5 % – 15 %. To je proti spalovacím motorům s běžně dosahovanou účinností okolo 35 % nedostačující. Tam, kde je dostatek levného uhlí, se ale může ekonomicky užívat i dnes - proti jiným typům strojů se vyznačuje vysokou spolehlivostí a schopností práce v mnoha pracovních režimech (různé otáčky i výkony, snadná reverzace). Nespornou výhodou parního stroje je, že mu nevadí přetížení, a nedojde k jeho poškození, ani když se přetížením zcela zastaví.

Popis práce[editovat | editovat zdroj]

Schematický popis jednoválcového parního stroje.
1 - Píst
2 - Pístní tyč
3 - Křižák
4 - Ojnice
5 - Klika čepu ojnice
6 - Excentrický mechanismus (jednoduchý vnější rozvod)
7 - Setrvačník
8 - Šoupátko
9 - Wattův odstředivý regulátor.

Pára z kotle je přes regulátor vedena do ústrojí vnitřního rozvodu (nejčastěji šoupátkové komory) a odtud je rozdělována do válce. Tam svým tlakem způsobuje pohyb pístu. Použitá pára je opět přes šoupátkovou komoru vypouštěna ven. Posuvný pohyb pístu je přes pístní tyč, křižák a ojnici přenášen na kliku, která posuvný pohyb převádí na otáčivý (rotační).

Část výkonu stroje je odebírána ústrojím vnějšího rozvodu, které řídí nucený pohyb částí vnitřního rozvodu (šoupátka, řidčeji ventilů), usnadňuje rozběh stroje, umožňuje nastavit stupeň plnění válce a také změnu směru otáčení (reverzaci), je-li požadována.

Animované schéma práce stroje je v článku Lokomotivní parní stroj.

Reverzace[editovat | editovat zdroj]

Reverzace chodu parního stroje se provádí za klidu stroje přestavením rozvodu. Stroj se znovu rozběhne tak, že pára je přiváděna na stranu pístu, odkud byla předtím vytlačována a naopak.

Animované schéma reverzace stroje je v hesle Lokomotivní parní stroj.

pV diagram[editovat | editovat zdroj]

pV diagram popisuje práci tepelného stroje v průběhu jednoho pracovního cyklu (vizte také Carnotův cyklus). Skutečný tvar tohoto diagramu, malovaný speciálním přístrojem, se nazývá indikátorový diagram.

Plnotlaké a expanzní stroje[editovat | editovat zdroj]

Pokud je pára přiváděna do válce po celou dobu pohybu pístu, mluvíme o plnotlakém parním stroji. Takové byly především první parní stroje. Pokud je pára vpouštěna jen po část pohybu pístu, mluvíme o expanzních strojích. Poměr mezi celkovým objemem válce a objemem v okamžiku uzavření přívodu páry se nazývá plněním. Obvyklá plnění se pohybují mezi 100 % (plnotlaké stroje) a zhruba 10 – 20 %. Využití expanze páry umožnilo několikanásobně zvýšit účinnost parního stroje. Dalším vývojovým stádiem pak bylo využití několikanásobné expanze ve sdružených parních strojích

Využití parního stroje[editovat | editovat zdroj]

Reference[editovat | editovat zdroj]

  1. "The World Inventions in Dates" František Jílek, Josef Kuba, Jaroslava Jílková, Nár. tech. muzeum, 1979

Související články[editovat | editovat zdroj]

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]