壓縮機性能實驗指導書

1、活塞式壓縮機性能實驗臺實驗指導書重慶科技學院機械設計制造教研室2010.3 活塞式壓縮機性能實驗實驗指導書一、實驗目的1. 了解活塞式壓氣機的工作原理及構造，理解壓氣機的幾個性能參數的意義。2. 熟悉用微機測定壓氣機工作過程的方法，采集并顯示壓氣機的示功圖。3. 根據測定結果，確定壓氣機的耗功WC、耗功率P、多變壓縮指數m、容積效率v等性能參數，或用面積儀測出示功圖的有關面積并用直尺量出有關線段的長度，也可得出壓氣機的上述性能參數。二、實驗原理 本活塞式壓縮機性能實驗臺，采用傳感器技術，在微機控制下采集處理數據，繪制壓縮機的示功圖，并據此進行壓縮機性能指標的計算和熱力過程的分析，以加深對壓縮機

2、熱力學原理的理解，提高運用微機對實驗壓縮機進行性能分析的能力。通過該實驗能加深學生對壓縮機工作過程的理解。壓氣機的工作過程可以用示功圖表示，示功圖反映的就是氣缸中的氣體壓力隨體積變化的情況。本實驗的核心就是用現代測試技術測定實際壓氣機的示功圖。實驗中采用壓力傳感器測試氣缸中的壓力，用接近開關確定壓氣機活塞的位置。當實驗系統(tǒng)正常運行后，接近開關產生一個脈沖信號，數據采集板在該脈沖信號的激勵下，以預定的頻率采集壓力信號，下一個脈沖信號產生時，計算機中斷壓力信號的采集并將采集數據存盤。顯然，接近開關兩次脈沖信號之間的時間間隔剛好對應活塞在氣缸中往返運行一次(一個周期)，這期間壓氣機完成了膨脹、吸氣、

3、壓縮及排氣四個過程。實驗測量得到壓氣機示功圖后，根據工程熱力學原理，可進一步確定壓氣機的多變指數和容積效率等參數。另外，通過調節(jié)儲氣罐上的節(jié)氣閥的開度，以改變壓氣機排氣壓力實現變工況測量。三、實驗裝置實驗裝置簡圖如圖1所示，主要由YQJ-V型活塞式空氣壓縮機(包括壓氣機本體、電動機、儲氣罐及節(jié)氣閥等)和測試系統(tǒng)（包括壓力傳感器、磁電脈沖傳感器、A/D采集板和計算機等）組成。系統(tǒng)總面貌如圖2所示。為了獲得壓氣機工作過程的封閉示功圖，對壓氣機氣缸缸體、缸蓋、飛輪等進行了改造，通過特殊設計的接頭將氣缸中的瞬時壓力直接引出到壓力傳感器。另外在壓氣機飛輪上安裝感應頭，用接近開關產生曲軸轉角所對應的活塞下

4、止點的脈沖信號；下止點兩次脈沖信號用來控制數據采集的始末，以達到壓力和活塞位置兩信號的同步。計算機采集板實時采集這兩個信號，經過數據處理即可得到壓氣機的實際示功圖。圖1.系統(tǒng)簡圖圖2 系統(tǒng)總貌實驗采用的壓氣機型號為Z-0.036/7，氣缸直徑D=5.1cm，活塞行程L=3.8cm，綜合余隙距離Xc =0.25cm，轉速n=1220r/min；電機參數：額定功率0.75kW，額定電壓220V，額定電流6.1A，轉速2880r/min；保險絲管：10A四、實驗步驟1連線：將傳感器安裝在壓氣機上，并按圖1連接線路，將壓氣機上的工作開關上拉（見圖2所示），使其處于ON狀態(tài)；2新建實驗：(1) 打開計算

5、機進入Windows系統(tǒng)，運行“壓氣機.EXE”文件，進入軟件主界面；(2) 點擊菜單欄的“系統(tǒng)”項，選擇“新建實驗”或工具欄的“新建”按鈕，彈出新建實驗面板如圖3所示，填寫“實驗人員”與“指導老師”后，創(chuàng)建實驗；圖3 新建實驗3實驗設定：(1) 新建實驗后，點擊“壓氣機開關”開啟壓氣機，調節(jié)壓氣機的排氣口處的閥門，使壓力表顯示值穩(wěn)定在04bar之間的某一個值上； 注意：在開始實驗數據采集之前，要先確定壓氣機已經開啟，實驗時不可將閥門關死！(2) 在菜單欄中選擇“設置”選項，進行串口通訊的設置，包括P-采樣時間間隔設定，P-V圖繪圖時間和實驗標定如圖4所示。圖4 實驗標定注意：設置P-采樣時間

6、間隔，但不能少于3s。(3) 實驗標定：在設置選項里選擇“實驗標定”，輸入密碼 86919133 進行壓力標定，如圖5所示。圖5 實驗標定按采集按鈕獲取當前壓力值，點確定按鈕標定，點取消按鈕則取消標定操作4實驗數據采集(1) 點擊 “開始”按鈕，開始對氣缸內壓力數據采集；(2) 采樣后的壓力數據以P-圖的形式顯示，并以設定好的采樣周期對壓氣機數據進行采集，顯示。點擊工具欄中“停止”按鈕，P-圖顯示如圖6所示：圖6.采集界面與P-a圖在該界面的右側，壓氣機的耗功，耗功率，轉速，容積效率等參數自動計算出來，點擊停止按鈕，則在停止采集的同時自動關閉壓氣機。(3) 點擊菜單欄中的“數據”，選擇“繪制P

7、-V圖”按鈕或工具欄中的“P-V圖”按鈕，界面切換到了多變指數計算界面和P-V圖，即封閉示功圖，如圖7所示；圖7 P-V圖(4) 點擊“打印P-V圖”按鈕彈出打印預覽界面，“保存”按鈕與“打印”按鈕可以分別對此次的P-V圖進行相應的保存，打印操作。存盤后的文件可供隨時調用顯示;(5) P-V圖顯示后，點擊以計算多邊壓縮指數，移動左邊的P-V圖上的綠色和紫色的兩條直線，選取適當的兩點壓力后，點擊“計算”按鈕，多變壓縮指數的計算界面如圖8所示：圖8 多變壓縮指數計算界面5調節(jié)排氣控制閥門開度，重復上述步驟，測試不同工況下的性能參數，并繪制示功圖。6數據查詢：點擊工具欄中的“查詢”按鈕，可對以往實驗

8、紀錄進行數據顯示，曲線顯示，界面如圖9所示：圖9 實驗紀錄查詢(1) 根據要求進行數據檢索，如：按實驗編號檢索，在檢索詞中寫入要檢索的編號。選擇好時間后點擊查詢后，右側窗口將顯示要求的數據。(2) 顯示數據，即顯示檢索到的表格的具體數據如圖10；圖10 角度、壓力數據表(3) 在曲線顯示窗，可以進行多變指數和其它性能指數的查詢。并可打印數據曲線。(4) 刪除數據：可刪除不需要的實驗紀錄數據。(5) 數據導出：可以導出數據到excel表格。只要在歷史查詢窗右側欄中，在實驗編號列選種某編號，然后單擊右健，則會顯示數據導出選項。五、參數計算方法首先得到壓氣機工作工程的封閉示功圖，即P-V圖，如圖11

9、所示，參數可由下面的公式計算得到：圖11 封閉示功圖1耗功壓氣機的耗功Wc是壓氣機在一個工作過程中消耗的功，其值對應于封閉示功圖上工作過程線cdijc所包圍的面積，即：（J） （1）其中：S 封閉示功圖上工作過程線cdijc所圍的面積(m2)，可用面積儀測出其值；K1 單位長度代表的容積(m3/m)，即 K1= (/4)D2L /gb ；D=0.051氣缸直徑（m）；L=0.038活塞行程(m)； gb 對應于活塞行程的線段長度(m)；K2 單位長度代表的壓力(bar/m)，即 K2= P2 /fe ；P2 壓氣機排氣的表壓力(bar), 即P2 = PdP0 ；fe表壓力P2在縱坐標軸上對應

10、的高度(m)。2耗功率壓氣機的耗功率P是單位時間內壓氣機所消耗的功，即： (W ) (2)其中：N 電動機轉速（r/min）,對于本實驗臺，P <750W 。耗功率P的理論值計算式為 (W) (3)其中：m 多變壓縮指數P0壓氣機吸氣壓力（N/m2）； V壓氣機的排氣量（m3/s）；增壓比。 3. 多變壓縮指數壓氣機的實際壓縮過程將介于定溫壓縮過程與定熵壓縮過程之間，即多變壓縮指數m的范圍為1<m<k，因為多變過程的技術功Wt是過程功W的m倍，所以m等于封閉示功圖上壓縮過程線與縱坐標軸圍成的面積同壓縮過程線與橫坐標軸圍成的面積之比，即： (4)對于本實驗臺，1.0<m<1.44. 容積效率由容積效率的定義得： (5)實際上，在封閉示功圖上，對應于有效吸氣過程的線段hb長度與對應于活塞行程的線段gb長度之比等于容積效率，即： (6)容積效率v的理論值計算式為 (7)對于本實驗臺，余隙容積比Vc/Vh = 4.76% , 其中，Vc= (/4) D2Xc是余隙容積, Vh = (/4)D2 L是活塞位移容積, Xc余隙高度， L 活塞行程。六、數據記錄與分析測量并記錄3-6組不同的壓力穩(wěn)定值時壓氣機的各項參數性能參數耗功(J)耗功率(W)容積效率（%