Индикаторной диаграммой называется графическое изображение за­висимости между давлением пара в цилиндре и перемещением поршня за один оборот коренного вала.

Для изучения рабочего процесса паровой машины необходимо произ­вести исследование индикаторной диаграммы сначала теоретической, *г_ а потом и действительной.

у смг Индикаторная диаграмма строится

в мм, изображающие соответствующие перемещения поршня S в м в масштабе 1 мм — р5 м. Масштаб 1 мм — ps м означает, что каждый миллиметр, отложенный на диаграмме параллельно оси абсцисс, соот­ветствует ps м перемещения поршня.

По оси ординат откладываются отрезки у в мм, пропорциональные абсолютному давлению пара в цилиндре р в kzJcm2 абс. в масштабе 1 мм — рр кг/см2.

Если ход поршня машины, т. е. величина перемещения поршня из одного крайнего положения в другое, 5 = 0,4 м и на диаграмме это перемещение изображается отрезком длиной 100 мм, то величина масштаба будет равна

= ~ °’004 М1ММ-

Если за какой-нибудь промежуток времени поршень переместился на 0,18 м, то на диаграмме это перемещение изобразится отрезком, длина которого равна частному от деления значения действительного перемещения поршня на масштаб.

Длина отрезка равна

0,18 _ 0,18 ~ 0,004

Если же на диаграмме отрезок, изображающий некоторое переме­щение поршня, имеет длину 25 мм, то действительное перемещение поршня будет равно произведению величины отрезка на масштаб, т. е. действительное перемещение равно

[is.25 - 0,004-25 - 0,1 м.

При построении диаграмм можно задаться величиной масштаба, вы­раженной округленным числом для упрощения расчетов, и уже по масштабу находить размеры отрезков. Другой способ заключается в том, что задаются длиной отрезка, изображающего наибольшее зна­чение действительной величины, и определяют величину масштаба, по которому находят размеры всех отрезков.

Для построения индикаторной диаграммы выбраны масштабы: 1) пе­ремещений поршня 1 мм — <j.£ м и 2) давлений 1 мм — кг/см2.

Задавшись масштабами, можно приступить к построению теорети­ческой индикаторной диаграммы одной из полостей цилиндра. Ось абсцисс представляет собой линию абсолютного нуле­вого давления, т. е. р~0 кг(см2 абс. Ось ординат изображай і поверхность цилиндровой крышки, обращенной внутрь цилиндра.

В мертвом положении кривошипно-шатунного механизма, когда пор­шень приходит в крайнее положение, между поршнем и крышкой дол­жен оставаться известный зазор. Этот зазор необходим для предотвра­щения ударов поршня о крышку в мертвом положении механизма и чрезмерного повышения давления в конце сжатия.

Пространство между поршнем, находящимся в мертвом положении, и крышкой цилиндра, включая паровые каналы, называется вредным пространством цилиндра.

Величина вредного пространства характеризуется отношением объема вредного пространства к рабочему объему цилиндра. Это отношение

называется относительным вредным обозначается

где V0 — объем вредного пространства в см3

V — рабочий объем цилиндра в см3.

Величина относительного вредного пространства зависит от типа парораспределения и размеров машины. В крупных машинах возможно реализовать меньшие значения е0, чем в небольших.

Большой опыт построения паровых машин позволяет привести сред­ние величины относительного вредного пространства для машин с раз­личными типами парораспределения:

єо = 5 - т - 10э/о для машин с золотниковым парораспределением (плоский золотник);

е0= 6 - і - 14°/0 для машин с золотниковым парораспределением (цилиндри­ческий золотник);

е0 = 5 - г - ІСГ/о Для машин с клапанным парораспределением (клапанные ко­робки на цилиндре);

е0 = 4-г6°/„ для машин с клапанным парораспределением (клапанные ко­робки на крышках цилиндра);

е0 = 1,5 - т - 5о/0 для прямоточных машин с клапанным парораспределением.

Отдельные паровые машины могут иметь величины е0, отступающие от приведенных из-за особенности конструкций.

Для того чтобы на индикаторной диаграмме отметить вредное про­странство, необходимо определить приведенную длину вред­ного пространства по следующей формуле:

где D — диаметр цилиндра в см.

Если же через данную полость проходит шток диаметром йш см, то рабочая площадь поршня выразится

F = ^ (D2 - dl) см3. (280)

Объем вредного пространства можно подсчитать по рабочим черте­жам машины, а для готовой машины этот объем определяется путем заливки вредного пространства водой.

Приведенная длина вредного пространства всегда больше расстояния вежду крышкой цилиндра и поршнем, находящимся в мертвом положе­нии, так как 50 учитывает и объем паровых каналов.

Чтобы на индикаторной диаграмме отметить крайнее левое положе - ние поршня, необходимо от оси ординат отложить отрезок длиной — мм

и через конец отрезка провести пунктирную прямую параллельно оси ординат. На фиг. 132 расстояние между этой прямой, характеризующей крайнее положение поршня, и осью ординат отмечено размером 50.

Другое крайнее положение поршня найдем, если вправо отложим

£

отрезок (отмеченный размером S) длиной — мм, где 5 — ход поршня

в м. Через конец этого отрезка проведем новую вертикаль, отмечаю­щую второе крайнее положение поршня.

Давление пара перед впускным вентилем машины обозначим pi кг/см2, а давление пара за машиной ри кг/см1.

Считается, что теоретический процесс, изображаемый теоретической индикаторной диаграммой, протекает при следующих допущениях:

1) течение пара происходит без потерь, поэтому давление пара в цилиндре во время впуска будет равно давлению пара перед венти­лем р и давление пара в цилиндре во время выпуска равно давлении* пара за машиной рп;

2) открытие паровых каналов паровпускными и выпускными орга­нами происходит при мертвых положениях поршня.

Рассмотрение теоретического процесса со стороны крышки цилиндра начнем с мертвого положения (крайнего левого) поршня у крышки. Паровпускной орган (золотник, клапан) открыл канал и в цилиндре установилось давление р кг/см2 абс. (точка Ь диаграммы). Под воздей­ствием давления пара поршень начнет двигаться вправо. Так как паро­впускной орган продолжает быть открытым, то впуск пара продолжается н давление пара в цилиндре, равное ри характеризуется горизонтальной

Р

прямой, проведенной на расстоянии — мм параллельно оси абсцисс.

(V

Когда поршень займет положение, отмеченное цифрой 1 (давление пара при этом положении поршня рх = pi), паровпускной орган закры­вает канал и впуск пара прекращается. Момент полного закрытия паро­вого канала называется отсечкой

Процесс впуска пара (прямая Ы) в цилиндр происходит на пути поршня, равного Sx м, и давление пара в цилиндре остается постоян­ным. Путь поршня Sj может быть различен. Поэтому впуск характери­зуют условной степенью наполнения или просто степенью наполнения

*! = §-, (281)

т. е. отношением пути, пройденного поршнем до прекращения доступа пара в цилиндр, ко всему ходу поршня.

После прекращения впуска пара в цилиндре происходит процесс расширения, в течение которого за счет увеличения замкнутого объема пара со стороны крышки происходит уменьшение его давления. Изме­нение давления в процессе расширения характеризуется кривой 12'.

Процесс расширения кончается, когда поршень приходит в мертвое по­ложение и открывается паровой канал, по которому пар выходит из цилиндра. Давление пара в конце расширения р'2 больше, чем давление за машиной рп, но в момент открытия канала давление в цилиндре мгновенно снижается до р\ по линии 2'/.

При обратном движении поршня происходит выпуск (выталкивание) пара при постоянном давлении в цилиндре, равной рп кг/см2 абс.

Когда поршень оказывается в положении, которое на диаграмме характеризуется точкой 3, паровыпускной орган закрывает канал, и выпуск пара сразу прекращается.

За выпуском следует сжатие пара, оставшегося в цилиндре при за­крытии канала. Процесс сжатия отмечен на диаграмме кривой 34' и доводится до мертвого положения поршня. Давление пара в конце сжа­тия /?' кг/см2 абс. должно быть меньше давления пара при впуске.

В мертвом положении канал открывается, и давление в цилиндре сразу поднимается до давления рх.

Аналогичный процесс происходит и в другой полости цилиндра, и для него можно также построить теоретическую индикаторную диаграмму.

Открытие каналов для впуска и выпуска пара из цилиндра при мертвых положениях поршня нельзя реализовать в действительном про­цессе. Так как открытие канала не может произойти мгновенно, то из­менение давления в цилиндре будет происходить постепенно, уменьшая полезную работу пара. Поэтому открытие канала начинается еще до того, как поршень дошел до мертвого положения, и называется пред­варением.

Так, паровыпускной орган начинает открывать канал, когда поршень еще занимает положение, отмеченное на диаграмме точкой 2. На пути поршня S2, отмеченном на диаграмме, происходит так называемое пред­варение выпуска. Отношение пути, пройденного поршнем от момента начала выпуска пара из цилиндра до момента, соответствующего бли­жайшей мертвой точке, ко всему ходу поршня будет условной сте­пенью предварения выпуска, или степенью предваре­ния выпуска, т. е.

е2 - • (282)

Изменение давления в цилиндре во время предварения выпуска можно как первое приближение представить на диаграмме линией 2/.

Подобно выпуску впуск пара в действительной машине начинается с предварением. Канал начинает открываться, когда поршень будет в положении 4 и до мертвого положения на расстоянии S4 м. Линия 4Ь будет изображать изменение давления в цилиндре во время предваре­ния впуска.

Условной степенью предварения впуска, или сте­пенью предварения впуска, называется отношение пути, прой­денного поршнем от момента начала впуска пара в паровой цилиндр
до момента, соответствующего ближайшей мертвой точке, ко всему ходу поршня, т. е.

Є4 = 4- • (283)

Конечное давление процесса сжатия имеет важное значение при проектировании паровой машины. Величина этого давления характери­зуется условной степенью сжатия, или степенью сжатия, представляющей собой отношение пути, пройденного поршнем от мо­мента прекращения выпуска пара из цилиндра до момента начала впуска свежего пара, ко всему ходу поршня, т. е.

(284)

При исследовании процесса работы паровой машины и его оценки применяется условная степень расширения, или степень расширения, равная отношению пути, пройденного поршнем до мо­мента начала выпуска пара из цилиндра, к пути, пройденному поршнем до момента прекращения впуска пара, а именно

Итак, теоретический процесс в одной полости цилиндра за один оборот вала на индикаторной диаграмме изображается линией bl2'f34'b, а при учете предварений выпуска и впуска линией bl2f34b.

Площадь этой диаграммы пропорциональна работе пара в этой по­лости за один оборот вала.

При построении теоретической диаграммы принимается, что измене­ние давления во время расширения и сжатия подчиняется закону pV = = const (равноосной гиперболы в координатах р, V или р, S).

Теоретической индикаторной диаграммой без учета предварений впуска и выпуска пользуются ввиду простоты ее построения и опреде­ления ее площади для ориентировочного определения мощности машины.