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.

Большинство паровозов оборудовано двухоборотным пароперегревателем, схема которого представлена на рис. 57, а. Пар из сухопарника по регуляторной трубе поступает в камеру насыщенного пара А коллектора 1, затем проходит по трубке элемента 2, делает два оборота в жаровой трубе 3 и выходит уже перегретым в камеру перегретого пара Б, откуда поступает в цилиндры паровоза.
Унифицированные элементы двухоборотного пароперегревателя изготовляют из цельнотянутых трубок диаметром 35X3,5 мм из стали марки 10 и размещают в жаровых трубах диаметром 133X4 мм. На некоторых паровозах (Еа, Ем, П36) элементы изготовлены из трубок диаметром 38\3,5 мм.
Для свободной и правильной установки элемента в коллекторе нажимная скоба 11 сделана незамкнутой, с прорезями. Это исключает перекос и парение элементов, что имело место при колодке, охватывавшей трубки элемента. Изготовляют скобу штамповкой или механической обработкой из стали марки Ст.5.
Широкотрубный пароперегреватель Л-40 имеет однооборот-ные элементы (рис. 60). Диаметр трубок элемента 29X3 мм. Элементы установлены в жаровых трубах размером 152X4,5 мм. С коллектором элементы соединены при помощи шаровых головок, выштамповапных на концах трубок. Для установки в жаровых трубах элементы имеют поддержки такого же типа, как унифицированные элементы. Элементы мелкотрубного пароперегревателя расположены в четырех жаровых трубах диаметром 89X3,5 мм и изготовлены из трубок размером 29X3 мм. Для защиты от механического износа (изгари) на паровозах Л, Еа, ЛВ, П36 в дымовой камере на элементы ставят со стороны трубной решетки предохранительные щитки.
Камера насыщенного пара литого коллектора паровоза Эу имеет фланец для соединения с регуляторной трубой, а камера перегретого пара — два фланца для присоединения паровпускных труб. Нижняя стенка (плита) коллектора имеет значительплита его имеет толщину 30 мм. Плоские стенки коллектора укреплены вварными связями Соединительные каналы через один сообщены с камерами насыщенного и перегретого пара; к ним снизу присоединены элементы пароперегревателя
Для измерения температуры перегретого пара на паровозе устанавливают пирометр (рис. 63), который состоит из термопары 4, гальванометра 1, соединительного провода 2 и соединительной коробки 3. Термопару устанавливают в отверстие, сделанное в коллекторе пароперегревателя или в золотниковой коробке цилиндра. Гальванометр помещают в будке машиниста. Термопара 4 представляет собой спай никелевого и медно-никелевого сплавов (хромеля и копеля). Если концы спаянных кусков металла включить в цепь и нагревать спай, то в цепи возникнет электродвижущая сила, пропорциональная температуре нагрева, которая регистрируется гальванометром; на шкале его указывается температура в градусах.
Несмотря на полезность пирометра для локомотивной бригады (его устанавливали при постройке паровозов, включая и ЛВ), этот прибор в последнее время с паровозов снимают.