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

Animace vnitřního rozvodu s plochým šoupátkem

Animace činnosti šoupátka v hnacím mechanismu parní lokomotivy

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.

Porter-Allenova konstrukce

Corlissova konstrukce

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]. Expandovaná 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

konstrukce: Lokomotivní rozvody; Lokomotivní parní stroj; Šoupátková komora

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