压气机实验指导书

《工程热力学》

活塞式压气机实验

实

验

指

导

书

编制：朱天宇肖洪孙占威

河海大学机电工程学院

2006年5月

压气机性能实验

实验指导书

压气机在工程上应用广泛，种类繁多，但其工作原理都是消耗机械能(或电能)而获得压缩气体，压气机的压缩指数和容积效率等是衡量其性能优劣的重要参数，本实验是利用微机对压气机的有关参数进行实时动态采集，经计算处理，得到展开的和封闭的示功图，从而获

得其平均压缩指数n、容积效率η

v ，指示功W

c

、指示功率P等性能参数。

一、实验目的

1.了解活塞式压气机的工作原理及构造。

2.熟悉用计算机测定压气机工作过程的方法，采集并显示压气机的示功图。

3.了解造成压气机实际循环与理想循环之间差异的原因。

4.掌握压气机平均压缩指数n、容积效率η

v ，指示功W

c

、指示功率P的计算方法。

二、实验设备

本实验台主要由活塞式压气机和与其配套的电动机以及测试系统所组成，测试系统包括压力传感器、位移传感器、动态应变仪、A/D板、微机等，如图所示。

图1 计算机数据采集压气机实验装置示意图

1.计算机;

2.电机;

3.排气阀;

4.压力表;

5.应变式压力传感器;

6.压气机;

7.电磁传感器;

8.电源指示灯;

9.电源开

关;10.电阻应变放大器; 11.A/D板;12.增益旋钮;13.调零旋钮;14.指针式电压表

其中：压气机的型号：Z— 0.036/7—B型

气缸直径：D=50mm

活塞行程：L=20mm

连杆长度：H=70mm

转速：n=1400r/min 1

压力传感器的型号：灵敏度：1～1.5 mV/V

工作温度：-10～±60 o C

桥路电阻：350Ω

允许过载能力：50%额定值

激励电压：最大值15V，AC/DC 推荐值10V，AC/DC 为获得反映压气机性能的示功图，在压气机气缸上安装了一个应变式压力传感器, 供实验时输出气缸内的瞬态压力信号, 该信号经桥式整流以后送至动态应变仪放大；对应着活塞上止点的位置，在飞轮外侧粘帖着一块磁条，从电磁传感器上取得活塞上止点的脉冲信号，作为控制采集压力的起止信号，以实现压力和曲柄转角信号的同步。这两路信号经放大器分别放大后送入A/D板转换为数值量，然后送到计算机，经计算处理便得到了压气机工作过程中的有关数据及封闭的示功图（图2）和展开的示功图（图3）。

图2 压气机封闭的示功图图3压气机展开的示功图

三、实验原理

1、压气机的耗功W c

压气机的耗功是压气机在一个工作过程中消耗的功，其值对应于封闭示功图上工作过程线cdijc所包围的面积：

W c = ⎰ PdV = S·K1·K2×109 , J (3-1)

其中：S－封闭示功图上工作过程线cdijc所围的面积(mm2)；

K1－单位长度代表的容积(mm3/mm)，即

K1= (π/4)D2L /gb

D－气缸直径（mm）；L－活塞行程(mm)；gb－活塞行程的线段长度(mm)；

K2－单位长度代表的压力(at/mm)，即

K2 = P2/fe ；

fe－表压力P2在纵坐标轴上对应的高度(mm)；

P2－压气机排气的表压力(at), 即P2 = P d－P0；

2、耗功率

压气机的耗功率P是单位时间内压气机所消耗的功，即

P = N·W c/(10－3×60) , kW (3-2)

其中：N―电动机转速（r/min）。

耗功率P的理论值计算式为

V[π(n－1)/n－1]/(n－1) ，W (3-3)

P = n P

其中：n －多变压缩指数

P0－压气机吸气压力（N/m2）；

V －压气机的排气量（m3/s）；

π－增压比。

3、多变压缩指数

压气机的实际压缩过程将介于定温压缩过程与定熵压缩过程之间，即多变压缩指数n的理论范围为1

n = W t/W

= (由cdefc围成的面积)/(由cdabc围成的面积) (3-4) 4、容积效率

由容积效率的定义得：

ηv =有效吸气容积/活塞位移容积(3-5) 实际上，在封闭示功图上，对应于有效吸气过程的线段hb长度与对应于活塞行程的线段gb长度之比等于容积效率，即

ηv = (hb/gb) (3-6)

容积效率ηv的理论值计算式为

ηv = 1－(V c/V h)[π·1/n －1] (3-7) 其中，V c= (π/4)D2·X c是余隙容积,

V h= (π/4)D2·L是活塞位移容积,

X c－余隙高度，

L －活塞行程。

四、实验方法与步骤

1、按图1所示连接线路

2、调节电阻应变放大器

a. 打开电阻应变放大器，调零，使应变放大器电压输出为0；

b. 预热10分钟后再进行调零；

3、标定

a. 打开计算机进入Windows系统，在桌面上打开“活塞式压缩机实验”快捷方式，进入实

验操作界面。

b. 首先进行先标定操作。(注意：需在停机状态操作)；

c. 启动压气机，待稳定后记录表压，点击“开始采集”命令钮开始数据采集；

d. 调节增益旋钮，使图形显示压力值与表压表指示值一致，要做到准和稳（须重复多次，

以求计算精确）。

4 、实验数据采集

a. 保存绘制出的P-a图至桌面上新建的文件夹，绘制并保存P-V图至同一文件夹；

b. 记录此时操作界面上的各项值于表1：

表1 实验结果

c. 分别用光标选择压缩过程和膨胀过程曲线上的各一点，进行详细计算，得出压缩过程

和膨胀过程的多变指数n。

d. 数据采集完毕后，关闭压气机电源和应变放大器电源。

五. 实验报告内容

1.说明实验目的、原理和装置。

2.根据实验结果，说明活塞式压气机工作过程由那几个热力过程组成？并结合图示说明。

3.实测压气机示功图（p-v图）与理论示功图有什么不同？为什么？

4.能否从实测结果求出压气机耗功及容积效率？