§ 31. СВОЙСТВА НАСЫЩЕННОГО И ПЕРЕГРЕТОГО ПАРА
По мере нагревания воды в котле температура ее повышается до 100°С, вода закипает и образуется некоторое количество пара, который заполняет свободный от воды объем. Такой пар, образующийся в герметически закрытом котле в присутствии воды, называется насыщенным. При этом температура выделенного пара также будет около 100°С, а давление — 1 кГ/см2.
Одно из свойств насыщенного пара заключается в том, что при определенном давлении он имеет соответствующие этому давлению температуру, теплосодержание и плотность. При дальнейшем нагревании воды в закрытом котле количество пара и плотность его будут увеличиваться, а следовательно, будет возрастать и давление пара. Но благодаря указанному выше свойству насыщенного пара с увеличением плотности и давления будет возрастать и температура пара. Зависимость между давлением, температурой и удельным весом (характеризующим плотность) насыщенного пара приведена в табл. 4.
С повышением температуры плотность пара будет возрастать, а с понижением температуры часть пара превратится в воду (сконденсируется) и оставшийся пар будет иметь плотность, соответствующую новой температуре.
Свойство насыщенного пара — с понижением температуры превращаться в воду, т. е. конденсироваться, — является его большим недостатком. Соприкасаясь, например, с холодными стенками цилиндров, часть насыщенного пара вследствие понижения температуры конденсируется, и в цилиндрах скопляется вода. Конденсация вызывает большие потери тепла при протекании пара впаропроводах и цилиндрах, а скопление воды может повлечь повреждения деталей машины.
Если насыщенный пар, полученный в котле паровоза, продолжать нагревать в отдельном объеме, не имеющем воды, то получится перегретый пар. При этом сначала испарится влага, содержащаяся в паре, а затем начнется повышение температуры и увеличение удельного его объема. Перегретый пар обладает следующими основными свойствами и преимуществами:
а) при одинаковом давлении с насыщенным паром имеет значительно большую температуру и теплосодержание;
б) имеет больший удельный объем в сравнении с насыщенным паром, т. е. объем 1 кг перегретого пара при том же давлении больше объема 1 кг насыщенного пара. Поэтому при тех же раз мерах цилиндров машины для получения необходимой мощности потребуется перегретого пара по весу меньше, что дает экономию в расходе воды и топлива;
в) перегретый пар при охлаждении не конденсируется, в связи с чем уменьшается теплообмен со стенками цилиндров; конденсация наступает лишь тогда, когда температура перегретого пара упадет до температуры насыщенного пара при данном давлении.
Чем выше температура перегрева пара, тем экономичнее работает паровоз. Считают, что повышение температуры перегрева пара на 10 °С дает примерно 1% экономии топлива. На современных паровозах температура перегрева пара колеблется в пределах 360 - 410 °С.