Индикатор. Процессы, происходящие в цилиндре паровой машины, практически могут быть зафиксированы путем снятия индикаторной диаграммы, изображающей зависимости давлений в цилиндре от поло­жения поршня в координатах р — S.

Индикаторные диаграммы снимаются прибором, называемым инди­катором, являющимся важнейшим вспомогательным средством для иссле­дования работы паровых машин.

21 Гарькуша и Юшина. 649

Снятая при помощи индикатора диаграмма дает полную картину происходящих в цилиндре явлений. По снятой индикаторной диаграмме определяется мощность машины, выявляются погрешности парораспре­деления, неплотности распределительных органов, поршней и т. п.

Схема устройства и работы индикатора следующая. Цилиндр индика­тора 1 (фиг. 142) соединен с одной рабочей полостью цилиндра 2 (на фиг. 142 — с полостью стороны крышки), и под поршеньком 3 индикатора всегда будет то же давление пара, что и в цилиндре ма­шины. Над поршеньком индикатора расположена пружина 4, в которую

он упирается при движении вверх, и пишущий прибор 5. Деформация пружины, а следовательно, и перемещение поршенька вместе со што­ком и пишущим штифтом 6 будут прямо пропорциональны давлению пара в цилиндре машины.

Для записи величины давления в цилиндре около пишущего штифта индикатора располагается пластинка с прикрепленным на ней листом бумаги. Эта пластинка, связанная с ползуном (поршнем) посредством шнура 7, передвигается пропорционально перемещению поршня.

Сочетание вертикального движения пишущего штифта и горизон­тального движения пластины дает запись зависимости изменения давле­ния пара в цилиндре машины от перемещения поршня.

Наиболее распространенными в настоящее время являются индика­торы с холодной пружиной, т. е. с пружиной, расположенной снаружи цилиндра и не подверженной сильному нагреву. На фиг. 143, а изображен внешний вид этого индикатора, а на фиг. 143, б—его разрез.

Цилиндр индикатора 1 при помощи гайки 2 соединяется с треххо­довым индикаторным краном.

Для ввертывания индикаторных кранов цилиндры всех машин должны быть снабжены специальными сверлениями, ведущими в обе рабочие полости цилиндра и в полость свежего пара золотниковой коробки (последнее сверление делается, к сожалению, довольно редко). Внеш­
ний конец сверления снабжен резьбой для постановки кранов. При обычной работе машины отверстия для установки индикаторных кранов заглушаются ввернутыми на резьбе специальными пробками.

На крышке цилиндра располагается двухходовая индикаторная пру­жина 4, нижним концом привернутая к хвостовику крышки, а верхним присоединенная к штоку поршенька индикатора. Избыточное давление пара на поршенек 3 вызывает его перемещение, равное удлинению пружины и пропорциональное величине давления пара.

Так как перемещения пор­шенька, зависящие от величины деформации пружины, неве­лики (не больше 10 мм), то индикатор снабжается рычаж­ным пишущим прибором 5,

связанным со штоком поршенька Пишущий штифт прибора переме­щается по прямой линии, параллельной оси цилиндра. Перемещение штифта пропорционально перемещению поршенька и по величине в 6 раз больше его. Обычно применяется штифт из бронзы Такой штифт дает четкую линию на специальной бумаге диаграммы.

Величина перемещения пишущего штифта при изменении давления на 1 UzjcM2 характеризует индикаторную пружину и называется мас­штабом индикаторной пружины.

На каждой индикаторной пружине отмечаются три величины: ^диа­метр поршенька в мм, например, d = 20,27 ми; 2) предельное давле­ние, на которое рассчитана пружина, в кг/см2 (на пружинах часто от­мечают давление условно в кг) и 3) масштаб пружины 1 кг/см2 — т мм (на пружинах масштаб отмечается неправильно 1 кг= тмм).

Запись индикаторной диаграммы производится на бумаге, надетой на барабан индикатора 6, ось вращения которого параллельна оси
цилиндра индикатора. Внутри барабана помещена пружина 8, соединен­ная одним концом с неподвижной осью барабана, а другим — с самим барабаном. Вращательное движение барабану в одну сторону сообщает шнур 7, связанный посредством ходоуменьшителя с ползуном или порш­нем машины, а в другую — затянутая пружина 8. Поворот барабана происходит пропорционально перемещению поршня машины.

Так как перемещения поршня в большинстве случаев имеют боль­шую величину, а длина диаграммы всего 50—80 мм, то непосред­ственное присоединение индикаторного шнура к ползуну или поршню машины становится невозможным.

В этих случаях машину снабжают ходоуменьшителем — механизмом, преобразующим прямолинейное движение поршня в подобное ему пря­молинейное движение стержня или шнура, но с меньшей величиной хода.

Наиболее употребительны рычажные, эксцентриковые и роликовые ходоуменыпители. Рычажный ходоуменыпитель представляет собой ры­чаг первого или второго рода. Большее его плечо связывается с пол­зуном, а меньшее — со шнуром индикатора. В эксцентриковом меха­низме сочетание эксцентрика и ролика (ось ролика закреплена на одном конце стержня-ползуна, передающего движение барабану) дает как бы небольшой кривошипно-шатунный механизм, подобный механизму машины. Кривошипом в этом механизме является эксцентриситет экс­центрика, а шатуном — сумма радиусов эксцентрика и ролика.

Роликовый ходоуменыпитель представляет собой ступенчатый ролик с возвращающей пружиной, расположенной внутри его. Отношение большего диаметра ролика к меньшему должно быть равно отношению величины хода поршня машины к длине диаграммы.

Применение роликовых ходоуменьшителей возможно только при небольшом числе оборотов машины. При увеличении числа оборотов вала машины пружина перестает успевать возвращать ролик в исходное положение, и индикаторная диаграмма получается искаженной.

Размеры и вес движущихся частей индикатора также могут оказать влияние на точность записи индикаторных диаграмм, так как чем больше число оборотов вала машины и тяжелее движущиеся части индикатора, тем большие усилия нужны для преодоления их инертности и тем больше будет проявляться запаздывание перемещений пишущего штифта.

В зависимости от размеров барабана и пишущего механизма разли­чают четыре размера индикаторов. Три из них Снабжены цилиндриче­скими винтовыми пружинами и отмечаются номерами 1, 2 и 3, а в четвертом пружиной служит защемленный одним концом в корпусе индикатора стержень в форме тела равного сопротивления изгибу (индикатор с балочной пружиной).

Самый крупный из всех индикатор размера № 1 пригоден для ин- дицирования машин с числом оборотов не больше чем 200 в минуту; размер № 2 (средний) можно применять, если вал машины делает до 400 об/мин; размер № 3 (малый) употребляется для машин с наиболь­шим числом оборотов — 600—700 в минуту; наконец, при 1000— 1200 об/мин можно пользоваться балочным индикатором. При более высоких числах оборотов вала необходимо переходить на электропнев- матические индикаторы (например, индикатор ТЛ-3 Тепловозной лабо­ратории МВТУ) или осциллографирование.

Для индицирования паровых машин локомобилей наиболее часто применяются индикаторы размера № 2.

Нормальный поршень индикатора имеет диаметр 20,27 мм, что соответствует величине площади поршенька, равной половине квадрат­ного дюйма. Поршеньки других размеров обозначаются в долях их площади по отношению к площади нормального.

Каждый индикатор снабжается набором пружин, а иногда и поршень­ков с цилиндровыми втулками, чтобы охватить достаточно большой диапазон давлений. В табл. 33 приведена характеристика набора пру­жин для индикатора размера № 2.

Таблица 33

Характеристика набора пружин для индикатора Условное обозначение поршенька Диаметр поршенька в мм Масштаб пружины в Предельное давление ми :литель) менатель) кг/см2 '"" в кг 1смг (зна 20,27 30 20 12 8 6 5 4,5 4 3,5 3 сі 1 2 4 6“ 8 10 И '12 14 16 2,5 2,25 2 1,5 1/2 14,35 — — — 20 22 25 — 33 1,2 1 0.9 0,8 0,7 0,6 1)5 9,06 42 50 55 62 72 84 Примечание. Данные, расположенные в одной вертикальной графе, относятся к одной и той же пружине, но при разных поршеньках.

Для измерения давлений к индикатору прикладывается набор спе­циальных масштабных линеек, причем для каждой пружины имеется линейка с соответствующим масштабом. Прикладывая такую линейку к индикаторной диаграмме, можно сразу определить величину давле­ния в кг/см2.

Снятие индикаторных диаграмм производится следующим образом. При отключенном от ходоуменьшителя индикаторе на барабан индика­тора надевается листок специальной индикаторной бумаги.

Перед сигналом, даваемым для производства замеров, шнурок инди­катора присоединяется к ходоуменьшителю, и барабан индикатора начнет совершать возвратно-колебательное движение. Для прогрева индика­тора и удаления из каналов конденсата пробку индикаторного крана ставят в положение продувки, т. е. каналы, подводящие пар к инди­катору, соединяются посредством продувочного сверления в пробке крана с атмосферой. После прогрева индикатора пробка крана ста­вится в положение съемки, при котором цилиндр индикатора соеди­няется с цилиндром машины. Необходимо следить, чтобы проходное сечение в кране было открыто полностью, в противном случае будет происходить мятие протекающего пара и искажение диаграммы.

После открытия крана для снятия диаграммы необходимо пишущий прибор индикатора прижать за специальную ручку к барабану. При этом пишущий штифт (бронзовый) запишет на бумаге индикаторную диаграмму.

Пишущий штифт нужно держать прижатым к барабану только в те­чение одного оборота вала машины. Если пишущий прибор отвести раньше, то диаграмма не будет доведена до замыкания, если же дер­жать дольше, то на диаграмме будет двойная или тройная линии, так как штифт запишет последовательно несколько диаграмм, которые ни­когда не совпадают одна с другой. После съемки диаграммы необхо­димо закрыть кран, соединяя цилиндр индикатора с атмосферой, и снова прижать пишущий штифт к барабану для нанесения атмосферной линии.

Только после записи атмосферной линии можно отцепить индикатор­ный шнур от ходоуменьшителя, снять записанную диаграмму и поста­вить новый листок бумаги.

На снятой диаграмме необходимо немедленно поставить дату, номер диаграммы, полость цилиндра и масштаб индикаторной пружины.

Более совершенные конструкции ходоуменьшителей позволяют про­изводить выключение и включение индикатора без разъединения шнура. Обычно же для включения индикатора приходится на ходу, посредством накидывания крючка, присоединять индикаторный шнур к движущемуся ходоуменьшителю, что требует известного навыка.

Снятая индикаторная диаграмма используется для определения инди­каторной мощности машины. Способы определения среднего индика­торного давления и подсчета индикаторной мощности приведены в § 5 настоящей главы

Оценка работы машины по индикаторной диаграмме. Хотя только знание кинематической схемы парораспределительного механизма дает возможность точного определения фаз парораспределения, все же, имея индикаторную диаграмму, можно с достаточной степенью точ­ности определить величины степеней наполнения, сжатия, предварения выпуска и впуска, а также и показателей политроп расширения и сжатия.

Значения этих величин и сравнение данной диаграммы с образцовой позволяет дать некоторую оценку качества рабочего процесса машины. Отступление данной диаграммы от образцовой дает указание на ненор­мальности процесса.

Для более легкого установления причин, нарушающих нормальный рабочий процесс в цилиндре, на фиг. 144 приведены 10 индикаторных диаграмм с характерными примерами ненормальной работы машины:

1) диаграмма машины с чрезмерно большим предварением впуска (раннее начало впуска);

2) диаграмма машины без предварения впуска или с очень малым предварением (позднее начало впуска);

10) диаграмма машины с разлаженным парораспределением (напри­мер с неправильной установкой золотника), что вызывает различные величины степени наполнения с обеих сторон цилиндра.

На индикаторных диаграммах фиг. 144 показаны влияния отдельных факторов, вызывающих искажение нормального процесса в цилиндре, в действительности же одновременно могут действовать не один, а це­лый ряд таких факторов, которые будут проявляться на индикатор­ных диаграммах.

На фиг. 145, а изображены индикаторные диаграммы, снятые при испытании машины локомобиля П-25 (пружины с масштабом т ~

pie*6.03am'

= 3 , а на фиг. 145,6—диаграммы машины локомобиля СК-125

/ г; о ММ

^для ц. в. д. масштаб пружин т — о а для ц. н. д. т =*

-10ї^О-

Анализ этих диаграмм показывает правильную наладку парораспре­делительного механизма в отношении фаз распределения и отсутствие значительных утечек пара через неплотности. Довольно значительное падение давления пара во время впуска на диаграммах машины локомо­биля П-25 и ц. в. д. локомобиля СК-125 может быть объяснено не­большим объемом камеры свежего пара золотниковой коробки.

При малом объеме камеры свежего пара в ней во время впуска пара в цилиндр происходит падение давления пара, так как пар, при­текающий с некоторой средней скоростью по трубопроводу из котла, не может возместить большого расхода пара для заполнения цилиндра в период впуска.