Šoupátko
Šoupátko, také někdy nezdrobněle šoupě, je součást některých druhů uzávěrů, regulátorů a vnitřních rozvodů parních strojů. Slouží k uzavírání, nebo propojování kanálů, kterými proudí provozní látka.
Jednoduché šoupátko
Nejjednodušší šoupátko je oválné nebo obdélníkové víko, které pouze překrývá desku s uzavíraným otvorem. Povrchy, kterými se šoupátko a deska dotýkají, musí být dokonale rovné. Většinou tlakem uzavíraného média, ale někdy také tlakem pružiny, vodítky, nebo jen vlastní vahou, je šoupátko přitlačováno k základní desce. Otevírání, zavírání či jemnější regulace se provádí posunem šoupátka po desce tak, aby se měnilo zakrytí otvoru. Na tomto principu fungují například některá stavidla na rybnících.
Třecí síla
Je třeba připomenout, že pokud má uzavírané médium před šoupátkem velký tlak, může být kvůli tření potřeba k posunu šoupátka velké síly. Tato síla je přímo úměrná rozdílu tlaků, ploše šoupátka a koeficientu tření mezi šoupátkem a deskou.
Šoupátka parních regulátorů
První šoupátka parních regulátorů odpovídala popisu jednoduchého šoupátka. S postupujícím vývojem parních strojů se vyvíjela i šoupátka. Prvním zlepšením byla úprava tvaru hrany otvoru i šoupátka výřezy ve tvaru proti sobě jdoucích písmen V. Velikost otvoru se tak zvětšovala nejprve pomalu a teprve později rychle. To umožnilo jemně regulovat malé průtoky páry.
Odlehčovací šoupátko
Se zvětšováním tlaků páry a průtočných průřezů se zvyšovala i třecí síla mezi šoupátkem a deskou. Větší šoupátko proto později sloužilo jako základní deska pro menší odlehčovací šoupátko. To se nejprve otevřelo menší silou a pustilo do prostoru nad šoupátky páru. Díky tomu klesl rozdíl tlaků a velké šoupátko bylo možno ovládat také výrazně menší silou.
Další vývoj parních regulátorů se ubíral k dokonalejším pístovým a ventilovým zařízením, jako je například normalizovaný regulátor.
Šoupátka rozvodů parních strojů
Šoupátka zajišťují v parních strojích vnitřní rozvod páry (Vizte Lokomotivní rozvody). Ta musí v různé okamžiky zakrývat zároveň dva kanály, vedoucí na obě strany pístu a navíc umožňovat vpouštění i vypouštění páry.
Plochá šoupátka
Jako první byla používána plochá šoupátka. Pro tyto účely mají relativně široká sedla na předním a zadním okraji. Sedla jsou schopna úplně zakrýt kanály do válce. Mezi sedly je vybrání pro odvod páry, čerstvá pára je přiváděna nad šoupátko. Uspořádání rozvodu s plochým šoupátkem má výhodu v tom, že ve válci nemůže nastat nebezpečný přetlak (například při špatně nastaveném vnějším rozvodu) - pokud by to hrozilo, šoupátko zafunguje jako bezpečnostní ventil, přetlakem se nadzdvihne a vyrovná tlak. Nevýhodou jsou energetické ztráty třením a relativně velké rozměry šoupátek pro velké průtoky páry.
Pístová šoupátka
Plochá šoupátka začala být nahrazována počátkem dvacátého století v parních strojích šoupátky pístovými. Dosedající plochy šoupátek byly nahrazeny písty na společné tyči a původní sedlová deska s otvory se změnila ve stěnu válce s výřezy. Tlaky působící na tato šoupátka byly vyrovnané, a tak byly výrazně omezeny třecí síly. Protože ale pístové šoupátko není schopno plnit funkci bezpečnostního ventilu, musely být válce vybaveny zvlášť přidanými ventily venku na válci.
Pístová šoupátka parních lokomotiv
Nejdále postoupil vývoj pístových šoupátek u parních lokomotiv. U nich bylo třeba zajistit nejen funkci šoupátek při jízdě výkonem, ale i vyrovnávání tlaků ve válcích při jízdě výběhem (bez přívodu páry). U plochých šoupátek docházelo k vyrovnávání tlaků samočinně jejich nadzdvižením. U pístových šoupátek bylo nutné doplňovat vyrovnávače tlaku různých konstrukcí. Tuto nevýhodu odstranilo až šoupátko Trofimov. Toto šoupátko pracuje s vnitřním vstupem páry, písty jsou u tohoto šoupátka uloženy na pístnici pohyblivě. Pokud je regulátor otevřen, tlak páry drží písty v jejich pracovní poloze, při jeho zavření písty šoupátka zůstanou v krajní poloze blíže středu válce a prostor před a za pístem parního stroje se tak propojí.
Šoupátka vysokorychlostních strojů
Konstrukce pístového šoupátka pro vysokorychlostní stroje vychází z následujících potřeb:
- • snížení hmotnosti (setrvačných a dynamických sil pohyblivých částí)
- • zajištění dostatečného plnění pracovního prostoru
Porter-Allenova konstrukce
Porter-Allenova konstrukce má rozděleny šoupátka a šoupátkové komory na plnicí [5] a odpouštěcí stranu [4], přičemž obě skupiny pracují pro společný válec [6]. Snížení hmotnosti je dosaženo zmenšením rozměrů šoupátek, zlepšení plnění je dosaženo dvojitou konstrukcí každého šoupěte. šoupátkové tyče [2] a [3] pracují protiběžně, funkce pístní tyče [1] je shodná jako u jiných parních strojů.
Corlissova konstrukce
Corlissova konstrukce používá pro rozvod páry rotační šoupátka (vykonávají pouze kyvný pohyb). Tlaková pára [1] vstupuje do komory pro plnicí šoupátka [2], odtud do pístu [6] a prostoru válce [7]. Expandovaní pára je vytlačována přes odpouštěcí šoupátka [3] do výstupní komory [4]. Funkce pístní tyče [5] je shodná jako u jiných parních strojů.
Související články
- parní lokomotiva
- Parní lokomotiva
- ostatní
- Parní stroj (historie stroje)
Externí odkazy
Obrázky, zvuky či videa k tématu šoupátko na Wikimedia Commons - https://web.archive.org/web/20070426233407/http://oldenginehouse.users.btopenworld.com/slide.htm
Média použitá na této stránce
Autor: Panther, Licence: CC BY-SA 3.0
Steam locomotive wheels, valve & engine animation.
Walschaerts valve gear (mechanism for moving the valve in a steam engine).
Item 2 is a crank outside of the main crankpin. Its "timing" is a quarter turn away from the power crankpin. This provides the main force to move the valve.
Item 1 is pivoted (little dot, just below the callout arrow) to the frame (light gray) in the middle, so it rocks back and forth. It has a groove (inside; not shown) along its length, which carries a sliding block, pivoted on the left end of link 3. The engineer moves pushrod 8 left and right to move link 3 up and down.
If the link is below center, the engine moves backwards. If the link is near to the center, steam is conserved for ordinary running when up to speed.
The short link below the numeral 3 (not the arrow) that seems to point up into the air "from the wheel edge" is pivoted on the frame (not shown) at its upper end. It supports the rest of the links below it. The right end of link 3, therefore, doesn't move up and down much; its sidewise motion operates the valve.
Item 4 is the crosshead, the sliding piece that guides the piston rod. (Callout 4 also points to a link that improves valve timing.)
Note the typically-European piston rod -- it's very long, and unlike American (and some other) designs, it extends out front (to the right). The other types of locos. don't have any piston rod to the right side of the piston.
Item 5 is the pivot where the main connecting rod (long groove. shown, to make it lighter) connects to the crosshead.
Item 6 is the cylinder and valve block. Pinkish color is steam from the boiler. Exhaust is white. The valve is a pair of black vertical stripes, connected together. (It's shaped something like a spool.)
As shown (without animation), steam is going into the right side of the cylinder (Item 7), pushing the piston to the left. The piston rod pushes the crosshead, which pushes the main connecting rod. (The piston is in the middle of the cylinder. Unlike pistons in internal-combustion engines, steam pistons are discs.)Autor: Globbet, Licence: CC BY-SA 3.0
A sectional diagram of a steam engine cylinder with a slide valve, animated to show the action of the valve, using colour and transparency to suggest the variation of steam temperature and pressure. This SVG file is hand coded.
Autor: W.Rebel, Licence: CC BY 3.0
Porter-Allenova konstrukce pro vysokorychlostní parní stroje.
Autor: W.Rebel, Licence: CC BY 3.0
Corlissův parní stroj s rotačními šoupátky.