压气机性能实验

实验5 压气机性能实验

活塞式压气机是通用的机械设备之一，其工作原理是消耗机械能（或电能）而获得压缩气体。压气机的压缩指数和容积效率等都是衡量其性能先进与否的重要参数。本实验是利用微机对压气机的有关性能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。从而获得压气机的平均压缩指数、容积效率、指示功、指示功率等性能参数

一、实验目的

1. 了解活塞式压气机的工作原理及构造，理解压气机的几个性能参数的意义。

2. 熟悉用微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. 根据测定结果，确定压气机的耗功W C、耗功率P、多变压缩指数n、容积效率ηv等性能参数，或用面积仪测出示功图的有关面积并用直尺量出有关线段的长度，也可得出压气机的上述性能参数。

二、实验原理

压气机的工作过程可以用示功图表示，示功图反映的就是气缸中的气体压力随体积变化的情况。本实验的核心就是用现代测试技术测定实际压气机的示功图。实验中采用压力传感器测试气缸中的压力，用接近开关确定压气机活塞的位置。当实验系统正常运行后，接近开关产生一个脉冲信号，数据采集板在该脉冲信号的激励下，以预定的频率采集压力信号，下一个脉冲信号产生时，计算机中断压力信号的采集并将采集数据存盘。显然，接近开关两次脉冲信号之间的时间间隔刚好对应活塞在气缸中往返运行一次(一个周期)，这期间压气机完成了膨胀、吸气、压缩及排气四个过程。

实验测量得到压气机示功图后，根据工程热力学原理，可进一步确定压气机的多边指数和容积效率等参数。

另外，通过调节储气罐上的节气阀的开度，以改变压气机排气压力实现变工况测量。本实验仪器装置主要由：压气机、电动机及测试系统所组成。

测试系统包括：压力传感器、动态应变仪、放大器、计算机及打印机，见图5—1。

压气机型号：Z—0.03/7

汽缸直径：D=50mm 活塞行程: L=20mm

连杆长度：H=70mm，转速：n=1400转/分

图5—1 压气机实验装置及测试系统

系统总貌

为了获得反映压气机性能的示功图，在压气机的汽缸头上安装了一个应变式压力传感器，供实验时汽缸内输出的瞬态压力信号。该信号经桥式整流后，送至动态应变仪放大。对应着活塞上止点的位置，在飞轮外侧粘贴着一块磁条，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，以达到压力和曲柄传角信号的同步。这二路信号经放大器分别放大后，送入A/D 板转换为数值量，然后送至计算机，经计算处理便得到了压气机工作过程中的有关数据及展开的示功图和封闭的示功图。见图5—2及图5—3。

图 5—2 封闭的示功图 图 5—3 展开的示功图

根据动力学公式，活塞位移量x 与曲柄转角a 有如下关系：

-=1(R x )2cos 1(4

)cos a a -+

λ

（5-1）

式中：

λ=R/L

R ——曲柄半径； H ——连杆长度；

三、参数计算方法 1、耗功

压气机的耗功W c 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，即：

51210Wc Pdv K K S ==⨯⎰ （J ） （1）

其中：S ——封闭示功图上工作过程线cdijc 所围的面积(m 2)，可用面积仪测出其值；

K 1 ——单位长度代表的容积(m 3/m)，即 K 1= (π/4)D 2L /gb ；

D =0.051气缸直径（m ）；L =0.038活塞行程(m)； gb ——对应于活塞行程的线段长度(m)；

K 2 ——单位长度代表的压力(MPa/m)，即 K 2= P 2 /fe ； P 2 ——压气机排气的表压力(MPa), 即P 2 = P d －P 0 ； fe ——表压力P 2在纵坐标轴上对应的高度(m)。 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：

/60c P NW = (W ) （2）

其中：N ——电动机转速（r/min ）,对于本实验台，P <750W 。

耗功率P 的理论值计算式为

0111

n n P np V n π-⎡⎤

⋅-⎢⎥⎣

⎦=- (W) （3） 其中：n ——多变压缩指数

P 0——压气机吸气压力（N/m 2）； V ——压气机的排气量（m 3/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 的范围为1

cdefc cdabc t W n W =

=由围成的面积

由围成的面积

（4） 对于本实验台，1.0

由容积效率的定义得：

v η=

有效吸收容积

活塞位移容积

（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：

v hb

gb

η=

（6） 容积效率ηv 的理论值计算式为

v 1(1)c h V V n

π

η=-

- （7） 对于本实验台，余隙容积比V c /V h = 4.76% , 其中，V c = (π/4) D 2X c 是余隙容积,

V h = (π/4)D 2 L 是活塞位移容积, X c ——余隙高度， L —— 活塞行程。

四、实验步骤

1. 接通所有测试仪器设备的电源。

2. 把采集、处理数据的软件调入计算机。

3. 启动压气机，调好排气量，待压气机工作稳定后，计算机开始采集数据，经过计算机处理，得到了展开的和封闭的始功图。

4. 用测面仪测量封闭示功图的面积。

5. 分别测量压缩过程线与横坐标及纵坐标包围的面积。

6. 用尺子量出有效吸气线段hb 的长度和活塞行程线段gb 的长度。

五、实验报告要求

1. 简述实验目的与原理。

2．记录计算机采集各种数据的理论值，填入在表5-1中。 2. 根据示功图，得到示功图上的三个面积值及压力P d 值。

3. 计算指示功、指示功率、平均多变压缩指数、容积效率等实际值（要求计算过程）。

六、数据记录与分析

测量并记录3-6组不同的压力稳定值时压气机的各项参数。