壓縮機(jī)綜合性能實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

活塞式壓縮機(jī)性能綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、通過實(shí)驗(yàn)對普通壓縮機(jī)重要部件的一概構(gòu)造和壓縮機(jī)的使用與維護(hù)有初步的理解。2、學(xué)習(xí)測定壓縮機(jī)吸、排氣壓力、溫度、功率、轉(zhuǎn)速和排氣量等基本辦法。3、理解活塞式壓縮機(jī)在不同負(fù)載（終壓）下，溫度、流量、比功率及排氣系數(shù)之間關(guān)系。4、掌握壓縮機(jī)在原則吸氣狀態(tài)下的排氣量、軸功率及比功率等的換算。實(shí)驗(yàn)原理和系統(tǒng)本實(shí)驗(yàn)裝置采用了如圖1所示的壓縮機(jī)性能計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)。系統(tǒng)重要涉及多個(gè)信號的傳感變送環(huán)節(jié)、部分信號的調(diào)理環(huán)節(jié)、A/D轉(zhuǎn)換、微機(jī)數(shù)據(jù)采集控制、數(shù)據(jù)解決、存儲(chǔ)顯示輸出等部分。具體參量的測量原理以下：1、排氣量的測量辦法活塞式壓縮機(jī)的排氣量普通指單位時(shí)間內(nèi)最后一級排出的氣體量及壓送過程的泄水量，換算到吸入狀態(tài)（P。，T。）時(shí)的容積流量Q1，以米3/分或米3/時(shí)表達(dá)。壓縮機(jī)的排氣量測量可采用噴嘴、孔板節(jié)流法，對于小流量壓縮機(jī)，若無測量排氣量的節(jié)流裝置，可采用充罐法測量。本實(shí)驗(yàn)按照GB8853—83國標(biāo)《普通用容積式空氣壓縮機(jī)性能實(shí)驗(yàn)辦法》采用噴嘴節(jié)流裝置來測量排氣量。它是一種間接測量辦法。運(yùn)用流體在流經(jīng)排氣管道的噴嘴時(shí)，流速在出口處形成局部收縮，使流速增加，靜壓力減少，因而在節(jié)流裝置前后產(chǎn)生壓力差，流動(dòng)介質(zhì)的流量越大，則在節(jié)流裝置前后產(chǎn)生的壓差越大，故通過測量壓差值就能夠計(jì)算出流體流量的數(shù)值。圖2為排氣量測量系統(tǒng)簡圖，它重要由空氣壓縮機(jī)，轉(zhuǎn)速測量裝置，緩沖器（或儲(chǔ)氣罐），壓力調(diào)節(jié)閥、低壓箱、噴嘴和壓力測量、溫度測量裝置等幾部分構(gòu)成。緩沖器（或儲(chǔ)氣罐）活塞式壓縮機(jī)的排氣管氣流量呈周期性脈動(dòng)狀態(tài)，由于噴嘴的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)需在穩(wěn)定流動(dòng)的條件下獲得，這種氣流脈動(dòng)的特性，必將增大測量誤差，為了削弱氣流脈動(dòng)的影響，以增加測量精度，在空氣壓縮機(jī)的排氣管道上普通都安裝一種容積足夠大的緩沖器，在儲(chǔ)氣罐后安裝壓力調(diào)節(jié)閥及噴嘴節(jié)流裝置。壓力調(diào)節(jié)閥用以調(diào)節(jié)控制儲(chǔ)氣罐內(nèi)的空氣壓力值的大小。2）噴嘴節(jié)流裝置噴嘴節(jié)流裝置涉及低壓箱、噴嘴、測溫、測壓裝置等。低壓箱由于儲(chǔ)氣罐后安裝了壓力調(diào)節(jié)閥，致使壓力調(diào)節(jié)閥后的氣流常出現(xiàn)旋渦，為了穩(wěn)定氣流，在壓力調(diào)節(jié)閥后安裝低壓箱，在低壓箱內(nèi)裝有井字形格板。低壓箱的尺寸規(guī)定見圖1。低壓箱內(nèi)徑D≥4d，但不得不大于60mm；為了精確地測定噴嘴前后的壓力差，應(yīng)用二套壓差計(jì)，測孔在圓周方向的交角90°，測孔管口不應(yīng)突出低壓箱內(nèi)壁，且應(yīng)為測孔去除毛刺，保持光滑；由于噴咀前溫度沿低壓箱橫截面的分布是不均勻的，為了確保測溫計(jì)測得的是噴嘴前的真實(shí)溫度，測溫計(jì)應(yīng)有一定的插入深度，插入深度為=1/2\*Arabic1/2~1/3低壓箱直徑，且視低壓箱的直徑不同，使用二只或四只測溫計(jì)，測溫計(jì)的桿身要與低壓箱管壁熱絕緣；為了避免熱傳導(dǎo)所帶來的測溫誤差，在要設(shè)測溫計(jì)處附近的低壓箱外面，當(dāng)環(huán)境溫度與低壓箱內(nèi)氣流溫差不不大于20℃時(shí)，低壓箱測量部份應(yīng)有保溫層。噴嘴噴嘴構(gòu)造如圖3所示，根據(jù)壓縮機(jī)額定排氣量擬定的原則噴嘴尺寸見表1。壓縮機(jī)排氣量Q0的計(jì)算根據(jù)GB8853—83，流經(jīng)測量噴嘴的排氣量可用下式計(jì)算式中Q0—壓縮機(jī)流經(jīng)測量噴嘴折算到進(jìn)氣狀態(tài)的排氣量（m3/min）；c—噴嘴系數(shù)；d—噴嘴直徑（mm）；—噴嘴前后的壓力差（KPa）；P0—實(shí)驗(yàn)處的大氣壓力（KPa）；T0—壓縮機(jī)吸氣絕對溫度（K）；T1—噴嘴前氣體的絕對溫度（K）噴嘴系數(shù)c可根據(jù)噴嘴前后的壓力差及噴嘴前氣體絕對溫度由圖4、表2決定。2、壓縮機(jī)軸功率的測定軸功率是壓縮機(jī)的重要技術(shù)指標(biāo)之一，它直接反映機(jī)器設(shè)計(jì)水平和制造安裝水平。在動(dòng)力用空壓機(jī)中，普通用單位排氣量（例如1m3/min）所消耗的軸功率，即比功率來衡量壓縮機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。壓縮機(jī)的軸功率測定有以下辦法：A直接測定壓縮機(jī)軸的輸入扭矩和轉(zhuǎn)速，例如采用扭矩轉(zhuǎn)速儀或直流測功機(jī)等。B用校正過的直流電動(dòng)機(jī)法測定電動(dòng)機(jī)輸出功率，然后乘與傳動(dòng)效率。C用損耗分析法間接測定電動(dòng)機(jī)輸出功率，然后乘與傳動(dòng)效率。本實(shí)驗(yàn)采用較為普遍的損耗分析法，分別用電流互感器和電壓互感器測量電動(dòng)機(jī)的輸入相電流I和相電壓U，然后考慮電機(jī)效率ηe和帶傳動(dòng)的傳動(dòng)效率ηz，間接得到壓縮機(jī)主軸的輸入功率Nz(KW)。計(jì)算公式以下：電機(jī)效率和傳動(dòng)效率的精確度直接影響測定壓縮機(jī)軸功率的精確度。根據(jù)GB8853—83國標(biāo)，本實(shí)驗(yàn)所用的電機(jī)效率ηe是按國標(biāo)GB1032—68“中小型三箱異步電動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)辦法”來擬定的。壓縮機(jī)通過三角皮帶進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)效率，可取ηz=0.97。3、主軸轉(zhuǎn)速測量轉(zhuǎn)速測量辦法諸多，本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用旋轉(zhuǎn)編碼器作為轉(zhuǎn)速測量傳感器。旋轉(zhuǎn)編碼器的Z相嚴(yán)格確保一轉(zhuǎn)輸出一種脈沖，運(yùn)用數(shù)據(jù)采集卡的脈沖計(jì)數(shù)功效，軟件計(jì)算出主軸的平均轉(zhuǎn)速，或直接運(yùn)用數(shù)據(jù)采集卡的脈沖頻率測量功效得到轉(zhuǎn)速。三、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)壓縮機(jī)開機(jī)前的準(zhǔn)備工作：擰開冷凝液排放口，排清冷凝液后擰緊排放口；檢查多個(gè)傳感器安裝與否緊密；將排氣管線的排氣閥開置最大位置；接通壓縮機(jī)電機(jī)電源；打開計(jì)算機(jī)，運(yùn)行數(shù)據(jù)采集分析程序。壓縮機(jī)試運(yùn)轉(zhuǎn)：按下控制柜面板上“開始”按鈕，啟動(dòng)壓縮機(jī)。觀察壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，與否有異常振動(dòng)和異常噪聲，持續(xù)3~5分鐘后，按下控制柜面板上“停止”按鈕，停止壓縮機(jī)運(yùn)行。啟動(dòng)壓縮機(jī)，調(diào)節(jié)調(diào)壓閥組的開度，使氣缸壓力穩(wěn)定在0.6Mpa。壓縮機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行后，點(diǎn)擊“開始數(shù)據(jù)采集”工具按鈕，開始數(shù)據(jù)采集。觀察繪圖區(qū)繪制的示功圖曲線，若不滿意，可點(diǎn)擊“下一次示功圖采集”工具按鈕。獲得滿意的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，點(diǎn)擊“停止數(shù)據(jù)采集”工具按鈕，終止數(shù)據(jù)采集；點(diǎn)擊“文獻(xiàn)保存”工具按鈕（或選擇“文獻(xiàn)保存”菜單操作），進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)保存；點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)打印”工具按鈕（或選擇“數(shù)據(jù)打印”菜單操作）打印實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，選擇“圖形打印”菜單操作打印示功圖曲線。調(diào)節(jié)調(diào)壓閥組的開度，使氣缸壓力穩(wěn)定在0.5Mpa，重復(fù)4~7步操作，得到另一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。按下控制柜面板上“停止”按鈕，停止壓縮機(jī)運(yùn)行；選擇對應(yīng)操作，退出應(yīng)用程序。實(shí)驗(yàn)操作完畢。四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)解決1、壓縮機(jī)實(shí)測排氣量壓縮機(jī)流過測量噴嘴折算到進(jìn)氣狀態(tài)的容積流量Q0計(jì)入冷凝水的壓縮機(jī)排氣量Q1其中：—吸氣溫度下的飽和水蒸汽密度，kg/m3Ws—壓縮機(jī)吸氣口與噴嘴見收集到的單位時(shí)間內(nèi)的冷凝水質(zhì)量，kg/minPs1—吸氣溫度下的飽和水蒸汽壓力，kgf/cm2本實(shí)驗(yàn)為單級壓縮機(jī)，在壓力比不太高的狀況下，冷凝水量Ws≈0，因此能夠按Q1≈Q0計(jì)算。2、排氣系數(shù)式中：D—汽缸直徑；S—活塞行程；Z—汽缸數(shù)3、電機(jī)輸入功率Ne（KW）和壓縮機(jī)軸功率Nz（KW）4、比功率q（kw/m3·min-1）5、換算成原則工況下軸功率，排氣量、比功率等。按照GB8853—83國標(biāo)的吸氣規(guī)定狀態(tài)；吸氣壓力為1.02kgf/cm2，吸氣溫度為20℃，進(jìn)口冷卻水溫度為15℃。對于不能確保壓縮機(jī)進(jìn)氣壓力為1.02kgf/cm2的實(shí)驗(yàn)，應(yīng)控制壓縮機(jī)總壓力比等于原則吸氣工況下總壓力比。如有一臺(tái)壓縮機(jī)，在原則吸氣工況下，其壓力比為7.86，根據(jù)上述定義可獲得則對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)排氣壓力Pd為6.86P0。1）按原則工況修正排氣量當(dāng)壓縮機(jī)實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速n與額定轉(zhuǎn)速[n]不同時(shí)，對額定轉(zhuǎn)速下的流量[Q]，可作以下轉(zhuǎn)速修正： 按原則工況修正軸功率當(dāng)實(shí)驗(yàn)工況偏離原則工況時(shí)，壓縮機(jī)原則工況軸功率[Nz]可作以下修正：其中，[P0]—原則進(jìn)口大氣壓力1.02kgf/cm2原則工況比功率[q]五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告列出所實(shí)驗(yàn)的壓縮機(jī)裝置的重要銘牌參數(shù)（見表3）及測試參數(shù)儀器儀表的型號名稱與精度（見表4）寫出不同工況下的測試數(shù)據(jù)、計(jì)算成果及換算成果（見表5）繪出壓縮機(jī)性能曲線[Q]、Nz、q、tp、λ=f(ε)討論不同排氣壓力下的壓縮機(jī)性能參數(shù)的變化規(guī)律。圖1往復(fù)式壓縮機(jī)性能計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)構(gòu)造圖3噴嘴示意圖表1噴嘴尺寸表dA1δbE1rG1R0D1D0N0D1測排氣量范疇（m3/min）mm最小最大12.715.886.358.6412.290.7615.8810190152416.50.4530.906表3測試壓縮機(jī)基本參數(shù)壓縮機(jī)型號名稱額定排氣壓力排氣量額定轉(zhuǎn)速制造廠制造日期電動(dòng)機(jī)型號名稱電機(jī)功率電機(jī)轉(zhuǎn)速傳動(dòng)方式制造廠制造日期表4壓縮機(jī)實(shí)驗(yàn)儀器儀表內(nèi)容序號測量項(xiàng)目儀器型號名稱測量精度1緩沖罐壓力Pd2吸氣壓力Pa3吸氣溫度T04排氣溫度Tp5噴嘴前溫度T16輸入功率Ne7轉(zhuǎn)速n8噴嘴壓差表5活塞式壓縮機(jī)性能測試數(shù)據(jù)表序號項(xiàng)目單位測點(diǎn)參數(shù)1231活塞行程Smm602活塞直徑Dmm803噴嘴直徑dmm12.74額定轉(zhuǎn)速[n]rpm5帶傳動(dòng)效率ηz0.976電機(jī)效率ηe0.97并聯(lián)氣缸數(shù)Z38吸氣壓力（大氣壓力）PakPa9吸氣溫度（環(huán)境溫度）T00C10緩沖罐壓力PdkPa11噴嘴前氣體溫度T10C12噴嘴前后壓力差kPa13實(shí)測轉(zhuǎn)速nrpm14噴嘴系數(shù)C15實(shí)測排氣量Q0m3/min16修正后排氣量[Q]m3/min17排氣系數(shù)λ排18主軸功率NzKW19修正后主軸功率[Nz]KW20比功率qKW/m3min-121修正后比功率[q]KW/m3min-122壓力比ε孔板流量計(jì)算孔板基本參數(shù)孔板直徑d=9.5mm孔板前流道直徑D=50m