过热器

过热器是将饱和蒸汽或湿蒸汽转化为过热蒸汽或干蒸汽的装置。过热蒸汽用于发电的蒸汽轮机、蒸汽机以及蒸汽重整等工艺。过热器分为三种类型：辐射式、对流式和单独燃烧式。过热器的尺寸可以从几十英尺到几百英尺（几米到几百米）不等。

• 辐射过热器直接放置在靠近水冷壁的燃烧室辐射区，通过辐射吸收热量。
• 对流过热器位于炉子的对流区，通常位于省煤器之前（在热烟气的路径中）。这些也称为初级过热器。
• 单独燃烧的过热器是放置在主锅炉外部的过热器，它有自己的独立燃烧系统。这种过热器设计在过热器管道区域包含额外的燃烧器。这种类型的过热器很少使用，因为效率低且蒸汽质量并不比其他过热器类型好。

在蒸汽机中，过热器重新加热锅炉产生的蒸汽，增加其热能并降低其在发动机内冷凝的可能性。过热器提高了蒸汽机的热效率，并已被广泛采用。已过热的蒸汽在逻辑上称为过热蒸汽；非过热蒸汽称为饱和蒸汽或湿蒸汽。过热器从20世纪初开始大量应用于蒸汽机车、大多数蒸汽车辆和固定式蒸汽机。该设备仍在世界各地的发电站与蒸汽轮机一起使用。

在蒸汽机车的使用中，迄今为止最常见的过热器形式是火管式。这会将干管中供应的饱和蒸汽带入安装在烟箱中管板的过热器集管中。然后蒸汽通过许多过热器元件——长管，这些长管放置在大直径火管内，称为烟道。机车火灾产生的热燃烧气体通过这些烟道，就像它们通过火管一样，除了加热水之外，它们还加热它们流过的过热器元件内的蒸汽。过热器元件自身加倍，以便加热的蒸汽可以返回；大多数人在火端这样做两次，在烟箱端这样做一次，这样蒸汽在被加热的同时传播的距离是集管长度的四倍。过热的蒸汽，

通过过热器元件的蒸汽冷却它们的金属并防止它们熔化，但是当节流阀关闭时，这种冷却效果就消失了，因此烟箱中的风门关闭以切断通过烟道的流动并防止它们被损坏。一些机车（特别是在伦敦和东北铁路上）安装了吸气阀，当机车滑行时，空气进入过热器。这使过热器元件保持凉爽，气缸保持温暖。在许多LNER机车的烟囱后面都可以看到排气阀。

过热器增加了蒸汽回路中节气门和气缸之间的距离，从而降低了节气门动作的即时性。为了抵消这一点，一些后来的蒸汽机车在过热器后的烟箱中安装了前端节流阀。这种机车有时可以通过延伸整个锅炉长度的外部油门杆来识别，烟箱外部有一个曲柄。这种布置还允许将过热蒸汽用于辅助设备，例如发电机和空气泵。前端节流阀的另一个好处是过热蒸汽立即可用。使用圆顶节气门，过热器实际上需要一段时间才能真正提高效率。可以这样想：如果将饱和蒸汽从锅炉打开到过热器，它会直接通过过热器单元并进入汽缸，这样就没有太多时间让蒸汽过热。使用前端节流阀，蒸汽在过热器单元中，而发动机位于车站并且蒸汽被过热。然后当节气门打开时，过热蒸汽立即进入气缸。

带有过热器的机车通常装有活塞阀或提升阀。这是因为在高温下很难保持滑阀的适当润滑。

xxx个实用的过热器是由WilhelmSchmidt在1880年代和1890年代在德国开发的。xxx台过热机车普鲁士S4系列，具有早期形式的过热器，建于1898年，并从1902年开始批量生产。1906年，大西部铁路(GWR)在英国证明了该发明的好处。然而，GWR首席机械工程师GJChurchward认为施密特型可以改进，并进行了本土Swindon型的设计和测试，最终在1909年建造了Swindon3号过热器。DouglasEarleMarsh进行了一系列在1907年10月至1910年3月期间，他的I3级成员使用饱和蒸汽与配备施密特过热器的成员进行了对比测试，证明了后者在性能和效率方面的优势。其他改进的过热器由Gorton机车厂的GreatCentral铁路的JohnG.Robinson、Eastleigh铁路厂的伦敦和西南铁路(LSWR)的RobertUrie和南方铁路（英国）的RichardMaunsell引入，也在伊斯特利。现存最古老的带有过热器的蒸汽机车和xxx台带有过热器的窄轨机车是STLB拥有的Bh.1，它在奥地利的MurValleyRailroad上运行游览列车。

RobertUrie为LSWR设计的过热器是他的H154-6-0级机车经验的产物。在性能试验的预期中，八个示例安装了施密特和罗宾逊过热器，另外两个保持饱和状态。然而，xxx次世界大战在试验开始之前就进行了干预，尽管1915年末的一份LSWR机车委员会报告指出，罗宾逊版本的燃油效率最高。在39,824英里（64,090.5公里）的平均距离内，它平均每英里消耗48.35磅（21.9千克）煤，而施密特和饱和示例分别为48.42磅（22.0千克）和59.05磅（26.8千克）煤.然而，该报告指出，两种过热器类型都有严重的缺陷，施密特系统在过热器集管上具有阻尼控制，导致热气体冷凝成硫酸，从而导致过热器元件出现点蚀和随后的弱化。气体泄漏在元件和集管之间也很常见，如果不拆除水平布置的组件，维护很困难。罗宾逊型由于相邻的饱和和过热蒸汽室引起温度变化，导致材料应力，并且具有与施密特型相似的访问问题。该报告的建议使Urie能够设计一种新型过热器，在过热器集管的上方和下方具有单独的饱和蒸汽集管。这些通过从饱和集管开始的元件连接，穿过烟管并返回到过热器集管，整个组件垂直布置以便于维护。该设备在使用中非常成功，但建造起来又重又昂贵。

使用过热器的主要优点是减少燃料和水的消耗，但要付出增加维护成本的代价。在大多数情况下，收益大于成本，过热器被广泛使用。一个例外是调车机车（切换器）。英国调车机车很少配备过热器。在用于矿产运输的机车中，优势似乎微乎其微。例如，东北铁路为其部分NERP级矿物机车安装了过热器，但后来开始拆除它们。如果不仔细维护，过热器容易在过热器管中的U形转弯处爆裂的管中发生特定类型的危险故障。这在制造和安装时都很难进行测试，并且破裂会导致过热的高压蒸汽立即逸入大烟道，然后又回到火场并进入驾驶室，对机车人员造成极大的危险。