活塞式压缩机性能测试实验讲义

活塞式压缩机性能测试实验
浙大化机研究所
一、 实验目的与要求
1. 通过实验对普通压缩机几个主要部件的一般结构及运转维护基本知识有初步了解。

2. 通过测绘示功图和一些数据的测量及整理，联系课堂讲课中有关压缩机的实际工作循环、功率、效率及生产能力等章节，对压缩机的基本性能有进一步的体会。

3. 通过实验中测绘示功图、计算示功图面积、测转速等，初步掌握各种传感器、变频器及转速表等的用法。

4. 通过实验中压缩机各个信号的观测，对计算机采集和处理信号有一个初步的认识。

二、 实验设备装置及流程
本实验所用的压缩机是一台单级单列双作用卧式活塞式压缩机。

电动机通过皮带将动力输送到飞轮，飞轮的中心是曲轴，通过曲柄连杆机构将旋转运动转换成往复直线运动。

曲轴箱的润滑是采用“飞溅润滑”法，即靠曲柄连杆机构在润滑油中浸击而溅到各个需要润滑的摩擦面，而汽缸中的润滑是靠油杯滴漏法加入润滑油，因为是双作用压缩机，汽缸有两个吸气阀，在吸气过程中，外界气体由一根两侧公用的吸气管吸入，通过汽缸的进气阀进入汽缸。

同样在排气过程中，气体经汽缸的两个公共的排气阀，通过排气管而进到缓冲罐 (又称储气罐 )，缓冲罐顶上安装有压力表，由此可显示压缩机排气压力。

在压缩机的一侧安装有一个由飞轮带动的齿轮，由此可以测出活塞的行程及止点位置。

低压箱与缓冲罐连接，在低压箱的前端装有喷嘴，在喷嘴前有一个测温点和测压点。

我们通过测定喷嘴前温度、喷嘴前后压差、大气压强、排气压力、吸入气体温度及喷嘴直径等可计算出压缩机的排气量。

三、 实验原理及计算
1. P -- V 示功图的测绘及压缩机循环指示功的计算
示功图的测绘是由计算机及其测量系统完成的。

压缩机一侧的测量专用齿轮由飞轮带动，并与飞轮同步转动，齿轮上均布有 72个齿，齿旁装有传感器 1，当齿轮运转时，传感器 1会产生一系列脉冲信号。

为了测量活塞的止点位置，在齿轮侧面还贴有一金属小块，并装有相应的脉冲传感器 2，当该金属小块通过传感器 2时，产生一脉冲信号，此时活塞恰好处于外止点位置，即曲柄转角0=α。

此后曲柄每转过o
5，传感器 1都会出现一个脉冲信号，只要测量该脉冲信号，就可知道曲柄的瞬态位置α，由此可根据下式测量计算出活塞的瞬态位置x ：
x r l =-+--(cos )(sin )11122αλα λ=r/l
计算机在测得传感器1产生的每一个脉冲信号后，马上去读取压力传感器的数值，然后等待下一个脉冲信号，如此重复 72次，可得一系列相对应的α和P 值 (或 x 和 P 值)，将这些点按一定比例绘制成曲线图，横坐标为活塞行程x （cm ），纵坐标为压力P （105Pa ），这就是 P -- V 示功图。

若∆x 为曲轴转动o 5而引起的活塞的位移，活塞面积F m 2，则单作用汽缸指示功的计算式如下： ∑=∆⋅⋅=72
1j j i x F P L (105Pa*cm*m 2)
双作用气缸的指示功率则为21L L +（注意双侧活塞面积不一样）。

最后可计算出单位时间活塞所作的功 --- 指示功率 (示功功率) i N ，式中n 为转速（r/min ）：
60
100⨯=
Ln N i （W ）
2. 排气量的计算
10028/1053.1128T P H T D C V a d ⋅⋅⋅⨯=- min)/(3m
式中：d V 为排气量，C 是喷嘴系数，可先查喷嘴性线表，再根据喷嘴性线及喷嘴直径在喷嘴系数表上查得。

Da 为喷嘴直径（mm ），H 是喷嘴前后压差(O mmH 2)，由墙上U 形管读出，P 0是大气压强
(2/cm kg )，0T 为吸入气体的绝对温度( K)，即室温，1T 为喷嘴前的绝对温度( K)。

3. 等温指示效率的计算（注意下式中各参数单位为SI 制，即P ：Pa ；V ：s m /3；P 2为绝对压力，P 0为大气压）
等温理论功率is N ：0
20ln
P P V P N d is ⋅⋅⋅= （W ） 等温指示效率η ：i is is i N N /=-η
4. 绝热指示效率的计算
绝热理论功率ad N ：]1)[(11020--⋅⋅⋅=-κκκκP P V P N d ad
(W) 式中： 空气绝热指数 κ =1.4。

绝热指示效率η ： i ad ad i N N /=-η
5. 转速测量
连续监测止点传感器信号，当测到一个脉冲信号时，计算机打开计时器开始计时，然后继续监测该信号，直至测到规定数量的脉冲信号后，关闭计时器 ，由此得出压缩机转速。

压缩机转速也可由转速表测得。

四、 实验前的准备及实验要求
1. 认真预习实验讲义，复习课堂讲过的有关内容，并列出实验中要测的项目。

2. 认真观察实验用压缩机主要零部件结构、润滑、冷却装置及控制缓冲罐压强的方法。

3. 了解脉冲和压力传感器的使用和测量方法以及计算机采样原理。

观察各路信号的实际波形。

4． 当缓冲罐中压强稳定在要求的数值，测绘示功图： 由计算机控制读取活塞处于不同位置时汽缸内
的瞬时压力，根据计算机给出的数据，在方格纸上绘出示功图，同时记下计算机给出的单位活塞面积所作的功f （即示功图面积)。

有兴趣者请考虑自行计算示功图面积。

5． 测绘示功图的同时，读取排气压强、喷嘴前后压差、温度等数据并测定压缩机转速。

6． 改变压缩机的转速，阀门开度不变，测一组数据；然后调节阀门开度，使排气压力与变转速前一
样，再测一组数据。

共三组数据。

7． 计算压缩机的实际循环功 ---指示功、等温指示效率和绝热指示效率，并作实验讨论。

五、 实验的一些基本参数和有关仪器
汽缸的直径 D=100mm 活塞杆直径 d=22mm 活塞的行程 S=100mm 曲柄半径 r=50mm 连杆长度 l =195mm 喷嘴的直径 Da=9.52mm
实验的有关仪器： 转速表，大气压强计，U 形管差压计，温度计，脉冲传感器和压力传感器，变频器、A/D 转换板，计算机。

六、 问题：
1． 用计算机采集、处理各种信号时，应注意哪些问题？
2． 在现有的实验条件下，若要求调节气量，而保持压力不变，可采取的方法。

3． 设计排气量和排气压力调节的控制方法，并进行相关的实验和分析。