बाष्पित्र

इंधनाच्या ज्वलनामुळे उत्पन्न होणारी उष्णता बंदिस्त दाबपात्रातील द्रवाला देऊन अखंडपणे दाबयुक्त बाष्प निर्माण करण्याच्या साधनाला बाष्पित्र म्हणतात. पाणी, पारा, डायफिनील, डायफिनील ऑक्साइड इ. विविध पदार्थांचे बाष्प करण्याची बाष्पित्रे उपयोगात आहेत. पृथ्वीवर पाणी मोठ्या प्रमाणात उपलब्ध असल्यामुळे यांत्रिक ऊर्जेच्या किंवा विद्युत् ऊर्जेच्या उत्पादनाकरिता पाण्याच्या वाफेचा मुख्यतः उपयोग केला जातो. म्हणून पाण्याची वाफ तयार करणाऱ्या बाष्पित्रांचे येथे तपशीलवार वर्णन केले आहे.इंधन म्हणून लाकूड, दगडी कोळसा, खनिज तेल, नैसर्गिक वायू (खनिज इंधन वायू), रासायनिक प्रक्रियेत उत्पन्न होणारा वायूतसेच साखर कारखान्यातील उसाच्या चोयट्या, शहरात जाळण्यासारखा जमाहोणारा केरकचरा यांसारखे पुनर्निर्मितिक्षम इंधन इ. पदार्थाचा उपयोग केला जातो. यांखेरीज इतर प्रक्रियांतील अपशिष्ट उष्ण, द्रव, वायू यांसारखी उप-उत्पादने, उच्च तापमानाची संघनित (द्रवीभवन झालेली) वाफ, अणूकेंद्रीय विक्रियकातून (अणुभट्टीतून) मिळणारी उष्णता, विद्युत् ऊर्जा यांचाही वाफेच्या निर्मितीसाठी उपयोग केला जातो.
इंधन ज्वलनामुळे उत्पन्न होणाऱ्या उष्णतेचा जास्तीत जास्त कार्यक्षमतेने पाण्याची वाफ करण्याकरिता उपयोग व्हावा म्हणून बाष्पित्राशिवाय जलनलिका भिंती, जलपूर्वतापक, हवापूर्वतापक, अधितापक, पुनर्तापक इ. उपसाधने एकमेकांस जोडून एक संच तयार करतात. ह्या संचास ‘बाष्पजनित्र’ असे म्हणतात. दाबपात्र, अभिसरण नलिका व अधितापक ह्या दाबयुक्त मागांना मिळून ‘बाष्पित्र’ (किंवा वाफक) असे म्हणतात.
च्च दाबाची व तापमानाची वाफ ⇨ टरबाइनाद्वारे यांत्रिक व विद्युत ऊर्जा निर्माण करण्याकरिता तसेच जहाजे, आगगाडी यांसारखी वाहने चालविण्याकरिता वापरतात. मध्यम किंवा कमी दाबाची वाफ रासायनिक प्रक्रियेमध्ये किंवा इतर प्रक्रियांत उष्णतेचा उद्‌गम म्हणून वापरतात. थंड प्रदेशात घरातून उबदारपणा येण्याकरिता वाफेचा उपयोग केला जातो.
ॲलेक्झांड्रिया येथील हीरो (इ. स. दुसरे वा तिसरे शतक) ह्या ग्रीक अभियंत्यांनी बंद भांड्याखाली विस्तव ठेवून प्रथम पाण्याची वाफ केली व त्यावर एक लहानसे टरबाइन चालवून दाखविले. इ. स. १७७४ पर्यंत अशाच तऱ्हेने वाफ तयार करीत असत परंतु या पद्धतीने निर्माण होणाऱ्या वाफेचा दाब नगण्य असल्यामुळे त्यापासून यांत्रिक शक्ती निर्माण करता आली नाही. खेळणी तयार करण्याइतकाच या पद्धतीचा मर्यादित रूपात उपयोग होत असे. जेम्स वॉट (१७३६ – १८१९) या इंग्लिश अभियंत्यांनी लोखंडाची दंडगोल आकाराची एक टाकी (दाबपात्र) तयार केली. विटांच्या भिंती बांधून अरुंद अशी भट्टी तयार केली व त्यावर टाकी ठेवून भट्टीमध्ये लाकूड व दगडी कोळसा जाळून पाण्याची वाफ तयार केली. यात टाकीच्या गोलाकार सपाट पृष्ठभागांना आधार द्यावे लागत. टाकीचे सांधे रिव्हेटांनी जोडलेले होते. १८२० सालापर्यंत वॉट यांच्या रचनेची बाष्पित्रे प्रचारात होती. त्यांत तयार होणाऱ्या वाफेचा दाब ०.७ किग्रॅ./सेंमी.२ इतका असे व त्यापासून यांत्रिक शक्ति निर्माण करणे शक्य झाले. त्यामुळे जगातील पहिल्या औद्योगिक क्रांतीस सुरुवात झाली. १८२० मध्ये ऑलिव्हर एव्हान्झ ह्या अमेरिकन अभियंत्यांनी व रिचर्ड ट्रेव्हिथिक ह्या इंग्लिश अभियंत्यांनी स्वतंत्रपणे वॉट बाष्पित्राच्या रचनेत बदल केला. दाबपात्राच्या दोन्ही बाजूंचे सपाट पृष्ठभाग एका लहान आकारमानाच्या नळाने-भट्टीनळाने-जोडले. या भट्टीनळाचा व्यास दाबपात्राच्या व्यासाच्या एक तृतीयांश इतका असे. भट्टीनळाच्या पुढच्या बाजूस विस्तवाच्या जाळीची रचना केली होती. तिच्यावर दगडी कोळसा जाळून तप्त वायू भट्टीनळीतून पाठीमागल्या बाजूस नेऊन धुराड्याद्वारे सोडलेले होते. यामुळे दाबपात्राच्या सपाट पृष्ठभागांना आधार मिळाला व तापन पृष्ठातून (पाणी एका बाजूला व तप्त वायू दुसऱ्या बाजूला असलेल्या दाबपात्राच्या पृष्ठभागातून) उष्णता संवहन होऊ लागले. त्यानंतरची सुधारणा म्हणजे भट्टीनळातून तप्त वायू बाष्पित्राच्या मागच्या बाजूस गेल्यानंतर वीटांच्या धूममार्गातून दाबपात्राच्या खालून बाष्पित्राच्या पुढल्या बाजूला आणले गेले आणि दाबपात्राच्या बाजूच्या धूममार्गातून बाष्पित्राच्या पाठीमागे नेले गेले (आ. १). एका भट्टीनळाच्या ऐवजी दोन भट्टीनळ वापरून तापन पृष्ठ वाढविण्यात आले. बाष्पित्राची दाबक्षमता ३ ते ६ किग्रॅ./सेंमी.२ इतकी वाढविता आली. एकोणिसाव्या शतकाच्या सुरुवातीस बाष्पित्रातील वाफेचा दाब १० ते १२ किग्रॅ./सेंमी.२ इतका वाढविणे शक्य झाले. लहान आकारमानाच्या अनेक नळ्यांतून-धूमनलिकांतून (नलिकांच्या बाहेर पाणी व आत तप्त वायू) तप्त वायू खेळवून तापन पृष्ठ वाढविले गेले परंतु भट्टीची स्वतंत्र व्यवस्था करावी लागली (आ. २). धूमनलिका बाष्पित्राची कार्यक्षमता तसेच वाफेचा दाब मर्यादित असतो.एकोणिसाव्या शतकाच्या उत्तरार्धात नलिकांच्या आत पाणी व बाहेर तप्त वायू अशी रचना केल्यास वाफेचा दाब वाढविता येईल असे दिसून आले परंतु पाण्याचे अभिसरण करण्याची समस्या निर्माण झाली. अभिसरण चांगले न झाल्यास काही भाग कोरडे पडून ते फुटण्याची शक्यता असते. त्याकरिता अनेक समांतर नलिका बाष्पित्राच्या मागील बाजूस कलत्या ठेवून अभिसरणाची समस्या सोडविण्यात आली. अशा बाष्पित्राला जलनलिका बाष्पित्र असे म्हणतात. जलनलिकांच्या आत पाणी व बाहेर तप्त वायू असतात. १८६७ मध्ये बॅबकॉक अँड विलकॉक्स या इंग्लिश कंपनीने असे जलनलिका बाष्पित्र प्रथम तयार केले (आ. ४). पुढे १८९३ नंतर एक किंवा अनेक दाबपात्रे असलेली व वक्रनलिकांनी एकमेकांस जोडलेली अशी रचना प्रचारात आली (आ.५). त्यामुळे बाष्पित्राची कार्यक्षमता आणि वाफेचा दाब वाढविता येऊ लागला.
बाष्पित्राचा विकास हा ⇨ वाफ एंजिन व ⇨ वाफ टरबाइन यांच्या विकासाशी निगडित आहे. जसजशी यांत्रिक किंवा विद्युत् ऊर्जेची मागणी वाढू लागली तसतशी टरबाइने मोठ्या आकारमानाची (कार्यशक्तीची) बनविण्याची जरूरी भासू लागली. टरबाइनाला वाफ पुरविणाऱ्या बाष्पित्राचा वाफ निर्मितीचा ताशी वेग वाढविण्याची मागणी वाढू लागली. तसेच उच्च दाब व उच्च तापमान असलेल्या वाफेपासून जास्त शक्तीचे उत्पादन होऊ शकत असल्यामुळे उच्च-दाबाची व उच्च तापमानाची वाफ उत्पादन करणारी बाष्पित्रे प्रचारात आली. आधुनिक बाष्पित्रात २६० किग्रॅ./सेंमी.२ इतका दाब आणि ५३८° सें. इतके तापमान असलेली वाफ मिळू शकते. तसेच दर तासास ३०,००,००० किग्रॅ. इतकी वाफ उत्पादनक्षमता असते. भट्टीमधील प्रदीप्त इंधनातील प्रारण (तरंगरूपी ऊर्जा) पद्धतीने मिळणाऱ्या उष्णतेचा उपयोग करण्याकरिता भट्टीच्या भिंतीमध्ये किंवा आतील बाजूस जलनलिकांचे जाळे बसवितात. त्यामुळे पाण्याला मिळणाऱ्या उष्णतेपैकी ८०% उष्णता जलनलिकायुक्त भिंतीमध्ये मिळते. या रचनेमुळे बाष्पित्राची वाफ निर्मितिक्षमता वाढविता आली (आ. ७).