Все знают, что паровоз приводится в движение силой пара. Но дело в том, что пар пару рознь. Перегретый пар обладает лучшими свойствами, чем насыщенный. Его температура и плотность выше, и по своим характеристикам он приближается к газам.
Насыщенный паром называют тот, который находится над поверхностью воды после закипания. Он всегда содержит некоторое количество капельной воды. Основным минусом насыщенного пара является то, что при снижении температуры происходит конденсация, то есть пар превращается в воду. При этом снижается давление и теряется значительное количество тепла. Также скопление воды может привести к неисправностям машины.
До начала 20-го века средний КПД паровозов был 4-6%. Изобретение пароперегревателя стало настоящим прорывом, и позволило повысить КПД вдвое. Впервые такую технологию применили на Коломенском заводе в 1902 году.
Насыщенный пар из котла (100-200 °C) через паровой колпак (фото ниже) поступает в пароперегревательные трубки(фото ниже). Они расположены прямо внутри жаровых труб, через которые идет тепло из топки (температура в топке может достигать 1600 °C). Пар получает дополнительное тепло (360-450 °C), что позволяет ему расшириться, то есть увеличить свой объем при неизменном давлении. Это очень важно, так как именно объем пара играет ключевую роль в работе паровой машины.
И после этого именно перегретый пар совершает основную работу.
Паровоз ФД20 был оборудован мелкотрубным пароперегревателем Элеско-Е, который показал неудовлетворительные показатели перегрева пара(340 °C). Поэтому в 1940 году Ворошиловградский завод начал устанавливать широкотрубные пароперегреватели системы Чусова (370 °C). Также были внесены изменения в рессорное подвешивание, паровоз оборудовали системой подогрева воды в тендере. Модифицированные паровозы стали называть ФД21.
