壓縮機(jī)性能實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、活塞式壓縮機(jī)性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書重慶科技學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造教研室2010.3 活塞式壓縮機(jī)性能實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解活塞式壓氣機(jī)的工作原理及構(gòu)造，理解壓氣機(jī)的幾個(gè)性能參數(shù)的意義。2. 熟悉用微機(jī)測(cè)定壓氣機(jī)工作過程的方法，采集并顯示壓氣機(jī)的示功圖。3. 根據(jù)測(cè)定結(jié)果，確定壓氣機(jī)的耗功WC、耗功率P、多變壓縮指數(shù)m、容積效率v等性能參數(shù)，或用面積儀測(cè)出示功圖的有關(guān)面積并用直尺量出有關(guān)線段的長(zhǎng)度，也可得出壓氣機(jī)的上述性能參數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)原理 本活塞式壓縮機(jī)性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)，采用傳感器技術(shù)，在微機(jī)控制下采集處理數(shù)據(jù)，繪制壓縮機(jī)的示功圖，并據(jù)此進(jìn)行壓縮機(jī)性能指標(biāo)的計(jì)算和熱力過程的分析，以加深對(duì)壓縮機(jī)

2、熱力學(xué)原理的理解，提高運(yùn)用微機(jī)對(duì)實(shí)驗(yàn)壓縮機(jī)進(jìn)行性能分析的能力。通過該實(shí)驗(yàn)?zāi)芗由顚W(xué)生對(duì)壓縮機(jī)工作過程的理解。壓氣機(jī)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(shí)驗(yàn)的核心就是用現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)測(cè)定實(shí)際壓氣機(jī)的示功圖。實(shí)驗(yàn)中采用壓力傳感器測(cè)試氣缸中的壓力，用接近開關(guān)確定壓氣機(jī)活塞的位置。當(dāng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)正常運(yùn)行后，接近開關(guān)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，數(shù)據(jù)采集板在該脈沖信號(hào)的激勵(lì)下，以預(yù)定的頻率采集壓力信號(hào)，下一個(gè)脈沖信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，計(jì)算機(jī)中斷壓力信號(hào)的采集并將采集數(shù)據(jù)存盤。顯然，接近開關(guān)兩次脈沖信號(hào)之間的時(shí)間間隔剛好對(duì)應(yīng)活塞在氣缸中往返運(yùn)行一次(一個(gè)周期)，這期間壓氣機(jī)完成了膨脹、吸氣、

3、壓縮及排氣四個(gè)過程。實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到壓氣機(jī)示功圖后，根據(jù)工程熱力學(xué)原理，可進(jìn)一步確定壓氣機(jī)的多變指數(shù)和容積效率等參數(shù)。另外，通過調(diào)節(jié)儲(chǔ)氣罐上的節(jié)氣閥的開度，以改變壓氣機(jī)排氣壓力實(shí)現(xiàn)變工況測(cè)量。三、實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖如圖1所示，主要由YQJ-V型活塞式空氣壓縮機(jī)(包括壓氣機(jī)本體、電動(dòng)機(jī)、儲(chǔ)氣罐及節(jié)氣閥等)和測(cè)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(jì)算機(jī)等）組成。系統(tǒng)總面貌如圖2所示。為了獲得壓氣機(jī)工作過程的封閉示功圖，對(duì)壓氣機(jī)氣缸缸體、缸蓋、飛輪等進(jìn)行了改造，通過特殊設(shè)計(jì)的接頭將氣缸中的瞬時(shí)壓力直接引出到壓力傳感器。另外在壓氣機(jī)飛輪上安裝感應(yīng)頭，用接近開關(guān)產(chǎn)生曲軸轉(zhuǎn)角所對(duì)應(yīng)的活塞下

4、止點(diǎn)的脈沖信號(hào)；下止點(diǎn)兩次脈沖信號(hào)用來控制數(shù)據(jù)采集的始末，以達(dá)到壓力和活塞位置兩信號(hào)的同步。計(jì)算機(jī)采集板實(shí)時(shí)采集這兩個(gè)信號(hào)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理即可得到壓氣機(jī)的實(shí)際示功圖。圖1.系統(tǒng)簡(jiǎn)圖圖2 系統(tǒng)總貌實(shí)驗(yàn)采用的壓氣機(jī)型號(hào)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(zhuǎn)速n=1220r/min；電機(jī)參數(shù)：額定功率0.75kW，額定電壓220V，額定電流6.1A，轉(zhuǎn)速2880r/min；保險(xiǎn)絲管：10A四、實(shí)驗(yàn)步驟1連線：將傳感器安裝在壓氣機(jī)上，并按圖1連接線路，將壓氣機(jī)上的工作開關(guān)上拉（見圖2所示），使其處于ON狀態(tài)；2新建實(shí)驗(yàn)：(1) 打開計(jì)算

5、機(jī)進(jìn)入Windows系統(tǒng)，運(yùn)行“壓氣機(jī).EXE”文件，進(jìn)入軟件主界面；(2) 點(diǎn)擊菜單欄的“系統(tǒng)”項(xiàng)，選擇“新建實(shí)驗(yàn)”或工具欄的“新建”按鈕，彈出新建實(shí)驗(yàn)面板如圖3所示，填寫“實(shí)驗(yàn)人員”與“指導(dǎo)老師”后，創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)；圖3 新建實(shí)驗(yàn)3實(shí)驗(yàn)設(shè)定：(1) 新建實(shí)驗(yàn)后，點(diǎn)擊“壓氣機(jī)開關(guān)”開啟壓氣機(jī)，調(diào)節(jié)壓氣機(jī)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(gè)值上； 注意：在開始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集之前，要先確定壓氣機(jī)已經(jīng)開啟，實(shí)驗(yàn)時(shí)不可將閥門關(guān)死！(2) 在菜單欄中選擇“設(shè)置”選項(xiàng)，進(jìn)行串口通訊的設(shè)置，包括P-采樣時(shí)間間隔設(shè)定，P-V圖繪圖時(shí)間和實(shí)驗(yàn)標(biāo)定如圖4所示。圖4 實(shí)驗(yàn)標(biāo)定注意：設(shè)置P-采樣時(shí)間

6、間隔，但不能少于3s。(3) 實(shí)驗(yàn)標(biāo)定：在設(shè)置選項(xiàng)里選擇“實(shí)驗(yàn)標(biāo)定”，輸入密碼 86919133 進(jìn)行壓力標(biāo)定，如圖5所示。圖5 實(shí)驗(yàn)標(biāo)定按采集按鈕獲取當(dāng)前壓力值，點(diǎn)確定按鈕標(biāo)定，點(diǎn)取消按鈕則取消標(biāo)定操作4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集(1) 點(diǎn)擊 “開始”按鈕，開始對(duì)氣缸內(nèi)壓力數(shù)據(jù)采集；(2) 采樣后的壓力數(shù)據(jù)以P-圖的形式顯示，并以設(shè)定好的采樣周期對(duì)壓氣機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，顯示。點(diǎn)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(cè)，壓氣機(jī)的耗功，耗功率，轉(zhuǎn)速，容積效率等參數(shù)自動(dòng)計(jì)算出來，點(diǎn)擊停止按鈕，則在停止采集的同時(shí)自動(dòng)關(guān)閉壓氣機(jī)。(3) 點(diǎn)擊菜單欄中的“數(shù)據(jù)”，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(shù)計(jì)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(diǎn)擊“打印P-V圖”按鈕彈出打印預(yù)覽界面，“保存”按鈕與“打印”按鈕可以分別對(duì)此次的P-V圖進(jìn)行相應(yīng)的保存，打印操作。存盤后的文件可供隨時(shí)調(diào)用顯示;(5) P-V圖顯示后，點(diǎn)擊以計(jì)算多邊壓縮指數(shù)，移動(dòng)左邊的P-V圖上的綠色和紫色的兩條直線，選取適當(dāng)?shù)膬牲c(diǎn)壓力后，點(diǎn)擊“計(jì)算”按鈕，多變壓縮指數(shù)的計(jì)算界面如圖8所示：圖8 多變壓縮指數(shù)計(jì)算界面5調(diào)節(jié)排氣控制閥門開度，重復(fù)上述步驟，測(cè)試不同工況下的性能參數(shù)，并繪制示功圖。6數(shù)據(jù)查詢：點(diǎn)擊工具欄中的“查詢”按鈕，可對(duì)以往實(shí)驗(yàn)

8、紀(jì)錄進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，曲線顯示，界面如圖9所示：圖9 實(shí)驗(yàn)紀(jì)錄查詢(1) 根據(jù)要求進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索，如：按實(shí)驗(yàn)編號(hào)檢索，在檢索詞中寫入要檢索的編號(hào)。選擇好時(shí)間后點(diǎn)擊查詢后，右側(cè)窗口將顯示要求的數(shù)據(jù)。(2) 顯示數(shù)據(jù)，即顯示檢索到的表格的具體數(shù)據(jù)如圖10；圖10 角度、壓力數(shù)據(jù)表(3) 在曲線顯示窗，可以進(jìn)行多變指數(shù)和其它性能指數(shù)的查詢。并可打印數(shù)據(jù)曲線。(4) 刪除數(shù)據(jù)：可刪除不需要的實(shí)驗(yàn)紀(jì)錄數(shù)據(jù)。(5) 數(shù)據(jù)導(dǎo)出：可以導(dǎo)出數(shù)據(jù)到excel表格。只要在歷史查詢窗右側(cè)欄中，在實(shí)驗(yàn)編號(hào)列選種某編號(hào)，然后單擊右健，則會(huì)顯示數(shù)據(jù)導(dǎo)出選項(xiàng)。五、參數(shù)計(jì)算方法首先得到壓氣機(jī)工作工程的封閉示功圖，即P-V圖，如圖11

9、所示，參數(shù)可由下面的公式計(jì)算得到：圖11 封閉示功圖1耗功壓氣機(jī)的耗功Wc是壓氣機(jī)在一個(gè)工作過程中消耗的功，其值對(duì)應(yīng)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(cè)出其值；K1 單位長(zhǎng)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(duì)應(yīng)于活塞行程的線段長(zhǎng)度(m)；K2 單位長(zhǎng)度代表的壓力(bar/m)，即 K2= P2 /fe ；P2 壓氣機(jī)排氣的表壓力(bar), 即P2 = PdP0 ；fe表壓力P2在縱坐標(biāo)軸上對(duì)應(yīng)

10、的高度(m)。2耗功率壓氣機(jī)的耗功率P是單位時(shí)間內(nèi)壓氣機(jī)所消耗的功，即： (W ) (2)其中：N 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）,對(duì)于本實(shí)驗(yàn)臺(tái)，P <750W 。耗功率P的理論值計(jì)算式為 (W) (3)其中：m 多變壓縮指數(shù)P0壓氣機(jī)吸氣壓力（N/m2）； V壓氣機(jī)的排氣量（m3/s）；增壓比。 3. 多變壓縮指數(shù)壓氣機(jī)的實(shí)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(shù)m的范圍為1<m<k，因?yàn)槎嘧冞^程的技術(shù)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(biāo)軸圍成的面積同壓縮過程線與橫坐標(biāo)軸圍成的面積之比，即： (4)對(duì)于本實(shí)驗(yàn)臺(tái)，1.0<m<1.44. 容積效率由容積效率的定義得： (5)實(shí)際上，在封閉示功圖上，對(duì)應(yīng)于有效吸氣過程的線段hb長(zhǎng)度與對(duì)應(yīng)于活塞行程的線段gb長(zhǎng)度之比等于容積效率，即： (6)容積效率v的理論值計(jì)算式為 (7)對(duì)于本實(shí)驗(yàn)臺(tái)，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(shù)據(jù)記錄與分析測(cè)量并記錄3-6組不同的壓力穩(wěn)定值時(shí)壓氣機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)性能參數(shù)耗功(J)耗功率(W)容積效率（%