Индикаторная диаграмма
Индикаторная диаграмма — это диаграмма, используемая для измерения тепловых или цилиндровых характеристик поршневых паровых двигателей, двигателей внутреннего сгорания и компрессоров. [1] Индикаторная диаграмма записывает давление в цилиндре в зависимости от объема, охватываемого поршнем, на протяжении двух или четырех ходов поршня, которые составляют цикл двигателя или компрессора. Индикаторная диаграмма используется для расчета совершаемой работы и мощности, вырабатываемой в цилиндре двигателя. [2] или используется в цилиндре компрессора.
Индикаторная диаграмма была разработана Джеймсом Уоттом и его сотрудником Джоном Сазерном, чтобы помочь понять, как повысить эффективность паровых двигателей . [3] В 1796 году Саузерн разработал простой, но важный метод создания диаграммы, фиксируя доску так, чтобы она двигалась вместе с поршнем, тем самым отслеживая ось «объема», в то время как карандаш , прикрепленный к манометру , двигался под прямым углом. к поршню, отслеживая «давление». [4]
Манометр позволил Уотту рассчитать работу, совершенную паром, при этом гарантируя, что его давление упадет до нуля к концу хода, тем самым гарантируя, что вся полезная энергия будет извлечена. Общую работу можно рассчитать по площади между осью «объема» и прорисованной линией. Последний факт был осознан Дэвисом Гилбертом еще в 1792 году и использован Джонатаном Хорнблауэром в судебном процессе против Уотта по поводу патентов на различные конструкции. Даниэль Бернулли также имел представление о том, как рассчитывать работу. [ нужна ссылка ]
Ватт использовал эту диаграмму, чтобы радикально улучшить характеристики парового двигателя, и долгое время держал ее в секрете. Хотя это было обнародовано в письме в Ежеквартальный журнал науки в 1822 году, [5] он оставался несколько неясным, Джон Фейри-младший узнал о нем только после того, как увидел, как его использовали, вероятно, люди Уотта, когда он посетил Россию в 1826 году.
В 1834 году Эмиль Клапейрон использовал диаграмму зависимости давления от объема , чтобы проиллюстрировать и объяснить цикл Карно , подняв его на центральное место в изучении термодинамики . [6]
В более поздних инструментах для паровых двигателей ( рис. ) использовалась бумага, обернутая вокруг цилиндрического цилиндра с нажимным поршнем внутри него, вращение цилиндра было связано с крейцкопфом поршня проволокой, натянутой под весом или пружиной. [ нужна ссылка ]
В 1869 году британский морской инженер Николас Проктер Бург написал полную книгу об индикаторной схеме, шаг за шагом объясняя работу устройства. Он заметил, что «очень большая часть молодых представителей инженерной профессии смотрит на индикаторную диаграмму как на загадочное произведение». [7]
Показатели, разработанные для паровых машин, были улучшены для двигателей внутреннего сгорания с их быстрым изменением давления, возникающим в результате сгорания, и более высокими скоростями. Помимо использования индикаторных диаграмм для расчета мощности, они используются для понимания событий зажигания, момента впрыска и сгорания, которые происходят вблизи мертвой точки, когда поршень двигателя и индикаторный барабан почти не движутся. Гораздо лучшую информацию во время этой части цикла можно получить, сместив движение индикатора на 90 градусов к кривошипу двигателя, что дает диаграмму смещения индикатора. События записываются, когда скорость барабана близка к максимальной, и отображаются в зависимости от угла поворота коленчатого вала, а не хода. [8]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Инженерная термодинамика и теплопередача, второе издание, Роджерс и Мэйхью, 1967, Longman's Green and Co. Ltd., стр. 350-354.
- ^ Морские дизельные и газотурбинные двигатели Pounders, восьмое издание 2004 г., под редакцией Дуга Вудьярда, ISBN 0 7506 5846 0 , с. 3.
- ^ Брюс Дж. Хант (2010) В поисках силы и света , стр. 13, Издательство Университета Джонса Хопкинса ISBN 0-8018-9359-3
- ^ HW Дикинсон и Р. Дженкинс, Джеймс Ватт и паровой двигатель: Мемориальный том, подготовленный для комитета по празднованию столетия Ватта в Бирмингеме, 1919 г. (Лондон: Encore Editions, 1989); репродукция тома 1927 года, опубликованного Музеем науки в Лондоне, стр. 228–233.
- ^ (Анонимно), «Отчет об индикаторе паровой машины», Quarterly Journal of Science , vol. 13, стр. 95 (1822 г.).
- ^ Клапейрон, Э. (1834) «Мемуары о движущей силе тепла», Journal de l'École Royale Polytechnique , vol. 14, нет. 23, стр. 153–190, 160–162.
- ^ Николас Проктер Бург . Индикаторная диаграмма на практике . Э. и Ф.Н. Спон, 1869. с. 1
- ^ Теория и проектирование двигателей внутреннего сгорания, Малеев, первое издание 1933 г., McGraw-Hill Book Company, Inc., стр. 33.
Библиография
[ редактировать ]- Кардуэлл, DSL (1971). От Ватта до Клаузиуса: развитие термодинамики в раннеиндустриальную эпоху . Хайнеманн: Лондон. стр. 79–81. ISBN 0-435-54150-1 .
- Пейси, А.Дж. и Фишер, С.Дж. (1967) «Даниэль Бернулли и жизнь сжатого воздуха», Британский журнал истории науки 3 (4), стр. 388–392, дои : 10.1017/S0007087400002934
- Британская транспортная комиссия (1957) Справочник для машинистов железнодорожных паровозов , Лондон: BTC, стр. 81, (факсимильная копия, издатель Ян Аллан (1977), ISBN 0-7110-0628-8 )
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Уолтер, Джон. «Индикатор двигателя. Путеводитель для коллекционеров по механическим и оптическим/механическим конструкциям, с 1800 года по настоящее время» . Канадский музей изготовления .
