Нарицательная мощность

Нарицательная мощность (также нарицательная сила) — условная мощность паровой машины, вычисленная по эмпирической формуле, предложенной Джеймсом Уаттом. Традиционно нарицательная мощность выражалась в британских лошадиных силах, равных приблизительно 745,7 Вт.

Нарицательная мощность паровых машин

Нарицательная мощность паровой машины могла быть вычислена в британских лошадиных силах при помощи предложенной Уаттом формулы:

[math]\displaystyle{ N = S \cdot P \cdot v / 33000, }[/math] где:

• [math]\displaystyle{ N }[/math] — нарицательная мощность в британских лошадиных силах (1 hp = 745,7 Вт);
• [math]\displaystyle{ S }[/math] — площадь поршня в кв. дюймах (кв. дюйм = 6,452 см²);
• [math]\displaystyle{ P }[/math] — среднее избыточное давление пара, фунты на квадратный дюйм (1 фунт на квадратный дюйм = 0,00685 МПа);
• [math]\displaystyle{ v }[/math] — скорость поршня, фут/мин (фут/мин = 0,00508 м/с).

При этом вместо давления пара в цилиндре использовалось легче измеряемое среднее давление пара в котле.

Применительно к действующей в настоящее время системе единиц, формула Уатта может быть записана в виде:

[math]\displaystyle{ N = S \cdot P \cdot v = 0,7793 \cdot D^2 \cdot P \cdot v, }[/math] где:

• [math]\displaystyle{ N }[/math] — нарицательная мощность, Вт;
• [math]\displaystyle{ S }[/math] — площадь поршня, м²;
• [math]\displaystyle{ D }[/math] — диаметр цилиндра, м;
• [math]\displaystyle{ v }[/math] — средняя скорость поршня, м/с;
• [math]\displaystyle{ P }[/math] — среднее избыточное давление пара, Па.

Формула Уатта давала близкие к реальности результаты для большинства тихоходных машин, работавших на паре с невысокими давлением (0,11—0,15 МПа), построенных в конце XVIII — начале XIX вв.

На практике использовалась ещё более упрощённая формула для нарицательной мощности:

[math]\displaystyle{ N = S \cdot 7 \cdot 220 / 33000, }[/math] где:

• [math]\displaystyle{ N }[/math] — нарицательная мощность в британских лошадиных силах (1 hp = 745,7 Вт);
• [math]\displaystyle{ S }[/math] — площадь поршня в кв. дюймах (кв. дюйм = 6,452 см²);

Она была получена исходя из того, среднее избыточное давление пара, обычно получаемое в паровых машинах того времени, было равно 7 фунтам на кв. дюйм, а средняя скорость поршня — 220 футов в минуту.

Нарицательная мощность широко применялась в первой половине и середине XIX века, особенно для судовых двигателей. Это было следствием того, что, будучи отражением объективного параметра машины — диаметра поршня, она нередко говорила специалисту в данной области намного больше, чем реальная (индикаторная) мощность, которая, при отсутствии в те годы достаточно устоявшихся конструкций паровых двигателей, могла быть достигнута при весьма различных размерах, массе и конструкции машины. Нарицательная же мощность, при всей своей условности, отражала соотношение этих параметров двигателей различной конструкции с достаточной достоверностью.

Между тем, с ростом давлений и скоростей реальная мощность стала очень сильно отличаться от нарицательной мощности, вычисленной по упрощённой формуле: сначала в 2…3, а впоследствии — в 5 и более раз. Даже полная формула Уатта стала давать неверные значения, так как при высоких скоростях реальное давление пара в цилиндре было меньше, чем в котле, и к тому же сильно изменялось на разных стадиях движения поршня. Это предвидел и сам Уатт, и даже предложил использовать «индикаторы» (специальные манометры) для измерения давления в самом цилиндре на разных стадиях.

Как результат, вместо нарицательной мощности было введено понятие индикаторной мощности, вычисленной согласно измерениям с помощью индикаторов (приборов, позволяющих непосредственно измерять рабочие параметры машины, такие, как давление пара в цилиндре). Со временем во всей документации стала указываться только она, поскольку понятие нарицательной мощности потеряло всякий практический смысл.

Литература

• Залесский Н. А. «Одесса» выходит в море: Возникновение парового мореплавания на Чёрном море, 1827—1855. — Л.: Судостроение, 1987. — 128 с. — 84 500 экз.

См. также

• Налоговая лошадиная сила