stringtranslate.com

Индикаторная диаграмма

Индикаторная диаграмма Уатта
Индикаторная диаграмма для паровоза
Индикаторный прибор Ричарда 1875 года

Индикаторная диаграмма — это диаграмма, используемая для измерения тепловой или цилиндрической производительности поршневых паровых двигателей и двигателей внутреннего сгорания и компрессоров. [1] Индикаторная диаграмма регистрирует давление в цилиндре в зависимости от объема, охваченного поршнем, на протяжении двух или четырех ходов поршня, которые составляют цикл двигателя или компрессора. Индикаторная диаграмма используется для расчета выполненной работы и мощности, произведенной в цилиндре двигателя [2] или использованной в цилиндре компрессора.

Индикаторная диаграмма была разработана Джеймсом Уаттом и его сотрудником Джоном Саузерном , чтобы помочь понять, как повысить эффективность паровых двигателей . [ 3] В 1796 году Саузерн разработал простую, но важную технику для создания диаграммы, закрепив 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]

Индикаторная диаграмма представляет собой один из самых ранних примеров статистической графики . Примечательно, что Уотт и Саузерн разработали индикаторную диаграмму примерно в то же время, когда Уильям Плейфэр (бывший сотрудник Boulton & Watt, который продолжал дружескую переписку с Уоттом) опубликовал «Коммерческий и политический атлас», книгу, которую часто цитируют как первую, в которой использовалась статистическая графика. [5]

Манометр позволил Уатту рассчитать работу, выполненную паром, при этом гарантируя, что его давление упало до нуля к концу хода, тем самым гарантируя, что вся полезная энергия была извлечена. Общая работа могла быть рассчитана из площади между осью «объема» и проведенной линией. Последний факт был осознан Дэвисом Гилбертом еще в 1792 году и использован Джонатаном Хорнблауэром в судебном разбирательстве против Уатта по поводу патентов на различные конструкции. Даниил Бернулли также имел представление о том, как рассчитать работу. [6]

Уатт использовал схему для радикального улучшения работы парового двигателя и долго держал ее в секрете. Хотя она была обнародована в письме в Quarterly Journal of Science в 1822 году [7] , она оставалась несколько неясной, Джон Фэри-младший узнал о ней только тогда, когда увидел ее в деле, вероятно, людьми Уатта, когда посетил Россию в 1826 году.

В 1834 году Эмиль Клапейрон использовал диаграмму давления против объема , чтобы проиллюстрировать и объяснить цикл Карно , подняв его на центральное место в изучении термодинамики . [ 8]

Более поздние приборы для парового двигателя ( илл. ) использовали бумагу, обернутую вокруг цилиндрического ствола с поршнем давления внутри него, вращение ствола соединялось с траверсой поршня с помощью натянутой под действием веса или пружины проволоки. [9]

В 1869 году британский морской инженер Николас Проктер Бург написал целую книгу об индикаторной диаграмме, объясняя устройство шаг за шагом. Он заметил, что «очень большая часть молодых представителей инженерной профессии смотрит на индикаторную диаграмму как на таинственное произведение». [10]

Индикаторы, разработанные для паровых двигателей, были улучшены для двигателей внутреннего сгорания с их быстрыми изменениями давления, возникающими в результате сгорания, и более высокими скоростями. В дополнение к использованию диаграмм индикаторов для расчета мощности они используются для понимания зажигания, времени впрыска и событий сгорания, которые происходят вблизи мертвой точки, когда поршень двигателя и барабан индикатора едва двигаются. Гораздо лучшая информация в течение этой части цикла получается путем смещения движения индикатора на 90 градусов к кривошипу двигателя, что дает диаграмму индикатора смещения. События регистрируются, когда скорость барабана близка к максимуму, и показаны против угла кривошипа вместо хода. [11]

E850 Лорд Нельсон , с индикаторным навесом, ок.  1926–1927 гг .

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Инженерная термодинамика. Работа и теплопередача, второе издание, Роджерс и Мэйхью, 1967, Longman's Green and Co. Ltd., стр. 350-354.
  2. ↑ Pounders Marine Diesel and Gas Turbine Engines, восьмое издание 2004 г., под редакцией Дуга Вудьярда, ISBN  0 7506 5846 0 , стр. 3.
  3. ^ Брюс Дж. Хант (2010) В погоне за силой и светом , стр. 13, Издательство Университета Джонса Хопкинса ISBN 0-8018-9359-3 
  4. ↑ HW Dickinson и R. Jenkins, James Watt and the Steam Engine: The Memorial Volume Prepared for the Committee of the Watt Centenary Commemoration at Birmingham 1919 (Лондон: Encore Editions, 1989); репродукция тома 1927 года, опубликованного The Science Museum, London, стр. 228-233.
  5. ^ Эдвард Р. Тафти, Визуальное отображение количественной информации , (Чешир, Коннектикут: Graphics Press, 1983), 32
  6. ^ Левин, Дэвид; Болдрин, Мишель (7 сентября 2008 г.). Против интеллектуальной монополии . Cambridge University Press. стр. 312. ISBN 978-0-521-87928-6.
  7. ↑ (Аноним), «Описание индикатора паровой машины», Quarterly Journal of Science , т. 13, стр. 95 (1822).
  8. ^ Клапейрон, Э. (1834) «Mémoire sur la puissance motrice de la chaleur» (Мемуары о движущей силе тепла), Journal de l'École Royale Polytechnique , vol. 14, нет. 23, страницы 153–190, 160–162.
  9. ^ Брюс Л. Бабкок «История индикатора парового двигателя» Farm Collector (1 июля 2001 г.) https://www.farmcollector.com/steam-traction/story-steam-engine-indicator/
  10. ^ Николас Проктер Бург . Практически рассматриваемая индикаторная диаграмма. E. & FN Spon, 1869. стр. 1
  11. ↑ Теория и конструкция двигателей внутреннего сгорания, Малеев, Первое издание 1933 г., McGraw-Hill Book company, Inc., стр. 33.

Библиография

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Индикаторные диаграммы» .