压缩机综合性能实验指导书.docx

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压缩机综合性能实验指导书

活塞式压缩机性能综合实验

实验指导书

一、实验目的：

1、通过实验对普通压缩机主要部件的一概结构和压缩机的使用与维护有初步的了解。

2、学习测定压缩机吸、排气压力、温度、功率、转速和排气量等基本方法。

3、了解活塞式压缩机在不同负载（终压）下，温度、流量、比功率及排气系数之间关系。

4、掌握压缩机在标准吸气状态下的排气量、轴功率及比功率等的换算。

二、实验原理和系统

本实验装置采用了如图1所示的压缩机性能计算机测试系统。

系统主要包括各种信号的传感变送环节、部分信号的调理环节、A/D转换、微机数据采集控制、数据处理、存储显示输出等部分。

具体参量的测量原理如下：

1、排气量的测量方法

活塞式压缩机的排气量通常指单位时间内最后一级排出的气体量及压送过程的泄水量，换算到吸入状态（P。

，T。

）时的容积流量Q1，以米3/分或米3/时表示。

压缩机的排气量测量可采用喷嘴、孔板节流法，对于小流量压缩机，若无测量排气量的节流装置，可采用充罐法测量。

本实验按照GB8853—83国家标准《一般用容积式空气压缩机性能实验方法》采用喷嘴节流装置来测量排气量。

它是一种间接测量方法。

利用流体在流经排气管道的喷嘴时，流速在出口处形成局部收缩，使流速增加，静压力降低，因而在节流装置前后产生压力差，流动介质的流量越大，则在节流装置前后产生的压差越大，故通过测量压差值就可以计算出流体流量的数值。

图2为排气量测量系统简图，它主要由空气压缩机，转速测量装置，缓冲器（或储气罐），压力调节阀、低压箱、喷嘴和压力测量、温度测量装置等几部分组成。

1）缓冲器（或储气罐）

活塞式压缩机的排气管气流量呈周期性脉动状态，由于喷嘴的实验数据需在稳定流动的条件下获得，这种气流脉动的特性，必将增大测量误差，为了减弱气流脉动的影响，以增加测量精度，在空气压缩机的排气管道上一般都安装一个容积足够大的缓冲器，在储气罐后安装压力调节阀及喷嘴节流装置。

压力调节阀用以调节控制储气罐内的空气压力值的大小。

2）喷嘴节流装置

喷嘴节流装置包括低压箱、喷嘴、测温、测压装置等。

（1）低压箱

由于储气罐后安装了压力调节阀，致使压力调节阀后的气流常出现旋涡，为了稳定气流，在压力调节阀后安装低压箱，在低压箱内装有井字形格板。

低压箱的尺寸要求见图1。

低压箱内径D≥4d，但不得小于60mm；为了准确地测定喷嘴前后的压力差，应用二套压差计，测孔在圆周方向的交角90°，测孔管口不应突出低压箱内壁，且应为测孔去除毛刺，保持光滑；由于喷咀前温度沿低压箱横截面的分布是不均匀的，为了保证测温计测得的是喷嘴前的真实温度，测温计应有一定的插入深度，插入深度为

/2~1/3低压箱直径，且视低压箱的直径不同，使用二只或四只测温计，测温计的杆身要与低压箱管壁热绝缘；为了避免热传导所带来的测温误差，在要设测温计处附近的低压箱外面，当环境温度与低压箱内气流温差大于20℃时，低压箱测量部份应有保温层。

（2）喷嘴

喷嘴结构如图3所示，根据压缩机额定排气量确定的标准喷嘴尺寸见表1。

（3）压缩机排气量Q0的计算

根据GB8853—83，流经测量喷嘴的排气量可用下式计算

式中Q0—压缩机流经测量喷嘴折算到进气状态的排气量（m3/min）；

c—喷嘴系数；d—喷嘴直径（mm）；

—喷嘴前后的压力差（KPa）；

P0—实验处的大气压力（KPa）；

T0—压缩机吸气绝对温度（K）；

T1—喷嘴前气体的绝对温度（K）

喷嘴系数c可根据喷嘴前后的压力差及喷嘴前气体绝对温度由图4、表2决定。

2、压缩机轴功率的测定

轴功率是压缩机的重要技术指标之一，它直接反映机器设计水平和制造安装水平。

在动力用空压机中，通常用单位排气量（例如1m3/min）所消耗的轴功率，即比功率来衡量压缩机的经济性。

压缩机的轴功率测定有如下方法：

A直接测定压缩机轴的输入扭矩和转速，例如采用扭矩转速仪或直流测功机等。

B用校正过的直流电动机法测定电动机输出功率，然后乘与传动效率。

C用损耗分析法间接测定电动机输出功率，然后乘与传动效率。

本实验采用较为普遍的损耗分析法，分别用电流互感器和电压互感器测量电动机的输入相电流I和相电压U，然后考虑电机效率ηe和带传动的传动效率ηz，间接得到压缩机主轴的输入功率Nz（KW）。

计算公式如下：

电机效率和传动效率的准确度直接影响测定压缩机轴功率的准确度。

根据GB8853—83国家标准，本实验所用的电机效率ηe是按国家标准GB1032—68“中小型三箱异步电动机实验方法”来确定的。

压缩机通过三角皮带进行驱动的传动效率，可取ηz=0.97。

3、主轴转速测量

转速测量方法很多，本实验系统采用旋转编码器作为转速测量传感器。

旋转编码器的Z相严格保证一转输出一个脉冲，利用数据采集卡的脉冲计数功能，软件计算出主轴的平均转速，或直接利用数据采集卡的脉冲频率测量功能得到转速。

三、实验步骤

1、压缩机开机前的准备工作：

拧开冷凝液排放口，排清冷凝液后拧紧排放口；检查各种传感器安装是否紧密；将排气管线的排气阀开置最大位置；接通压缩机电机电源；打开计算机，运行数据采集分析程序。

2、压缩机试运转：

按下控制柜面板上“开始”按钮，启动压缩机。

观察压缩机运转情况，是否有异常振动和异常噪声，持续3~5分钟后，按下控制柜面板上“停止”按钮，停止压缩机运行。

3、启动压缩机，调节调压阀组的开度，使气缸压力稳定在0.6Mpa。

4、压缩机稳定运行后，点击“开始数据采集”工具按钮，开始数据采集。

5、观察绘图区绘制的示功图曲线，若不满意，可点击“下一次示功图采集”工具按钮。

6、获得满意的实验数据后，点击“停止数据采集”工具按钮，终止数据采集；

7、点击“文件保存”工具按钮（或选择“文件保存”菜单操作），进行实验数据保存；点击“数据打印”工具按钮（或选择“数据打印”菜单操作）打印实验数据，选择“图形打印”菜单操作打印示功图曲线。

8、调节调压阀组的开度，使气缸压力稳定在0.5Mpa，重复4~7步操作，得到另一组实验数据。

9、按下控制柜面板上“停止”按钮，停止压缩机运行；选择相应操作，退出应用程序。

实验操作完毕。

四、实验数据处理

1、压缩机实测排气量

压缩机流过测量喷嘴折算到进气状态的容积流量Q0

计入冷凝水的压缩机排气量Q1

其中：

—吸气温度下的饱和水蒸汽密度，kg/m3

Ws—压缩机吸气口与喷嘴见收集到的单位时间内的冷凝水质量，kg/min

Ps1—吸气温度下的饱和水蒸汽压力，kgf/cm2

本实验为单级压缩机，在压力比不太高的情况下，冷凝水量Ws≈0，因此可以按Q1≈Q0计算。

2、排气系数

式中：

D—汽缸直径；S—活塞行程；

Z—汽缸数

3、电机输入功率Ne（KW）和压缩机轴功率Nz（KW）

4、比功率q（kw/m3·min-1）

5、换算成标准工况下轴功率，排气量、比功率等。

按照GB8853—83国家标准的吸气规定状态；吸气压力为1.02kgf/cm2，吸气温度为20℃，进口冷却水温度为15℃。

对于不能保证压缩机进气压力为1.02kgf/cm2的试验，应控制压缩机总压力比等于标准吸气工况下总压力比。

如有一台压缩机，在标准吸气工况下，其压力比为7.86，根据上述定义可获得

则相应的实验排气压力Pd为6.86P0。

1）按标准工况修正排气量

当压缩机试验转速n与额定转速[n]不同时，对额定转速下的流量[Q]，可作如下转速修正：

2）按标准工况修正轴功率

当试验工况偏离标准工况时，压缩机标准工况轴功率[Nz]可作如下修正：

其中，[P0]—标准进口大气压力1.02kgf/cm2

3）标准工况比功率[q]

五、实验报告

1、列出所试验的压缩机装置的主要铭牌参数（见表3）及测试参数仪器仪表的型号名称与精度（见表4）

2、写出不同工况下的测试数据、计算结果及换算结果（见表5）

3、绘出压缩机性能曲线[Q]、Nz、q、tp、λ=f（ε）

4、讨论不同排气压力下的压缩机性能参数的变化规律。

图1往复式压缩机性能计算机测试系统结构

图3喷嘴示意图

表1喷嘴尺寸表

d

A1

δ

b

E1

r

G1

R0

D1

D0

N0

D1

测排气量范围（m3/min）

mm

最小

最大

12.7

15.88

6.35

8.64

12.29

0.76

15.88

10

190

152

4

16.5

0.453

0.906

表3测试压缩机基本参数

压

缩

机

型号

名称

额定排气压力

排气量

额定转速

制造厂

制造日期

电

动

机

型号

名称

电机功率

电机转速

传动方式

制造厂

制造日期

表4压缩机试验仪器仪表

内容

序号

测量项目

仪器型号名称

测量精度

1

缓冲罐压力Pd

2

吸气压力Pa

3

吸气温度T0

4

排气温度Tp

5

喷嘴前温度T1

6

输入功率Ne

7

转速n

8

喷嘴压差

表5活塞式压缩机性能测试数据表

序号

项目

单位

测点参数

1

2

3

1

活塞行程S

mm

60

2

活塞直径D

mm

80

3

喷嘴直径d

mm

12.7

4

额定转速[n]

rpm

5

带传动效率ηz

0.97

6

电机效率ηe

0.9

7

并联气缸数Z

3

8

吸气压力（大气压力）Pa

kPa

9

吸气温度（环境温度）T0

0C

10

缓冲罐压力Pd

kPa

11

喷嘴前气体温度T1

0C

12

喷嘴前后压力差

kPa

13

实测转速n

rpm

14

喷嘴系数C

15

实测排气量Q0

m3/min

16

修正后排气量[Q]

m3/min

17

排气系数λ排

18

主轴功率Nz

KW

19

修正后主轴功率[Nz]

KW

20

比功率q

KW/m3min-1

21

修正后比功率[q]

KW/m3min-1

22

压力比ε

孔板流量计算

一、孔板基本参数

孔板直径d=9.5mm

孔板前流道直径D=50mm

取压方式：

带环室的法兰取压

二、空气密度计算

式中：

—空气密度（kg/m3）

—空气压力（绝对压力，kPa）

—空气温度（0C）

—孔板前后差压（mmH20）

—环境大气压（kPa）,标准值为101.325kPa，以系统实测为准

三、空气体积流量计算

式中：

—标准空气流量（m3/min）

—孔板差压（Pa）

—孔板前后差压（mmH20）

—常数，0.0045828