往复活塞式压缩机性能测定实验.docx

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往复活塞式压缩机性能测定实验

一、目的要求

1．了解往复活塞式压缩机的结构特点；

2．了解温度、压差等参数的测定方法，计算机数据采集与处理；

3．掌握压缩机排气量的测定原理及方法；

4．掌握压缩机示功图的测试原理、测量方法和测量过程；

5．了解脉冲计数法测量转速的方法；

6．掌握测试过程中，计算机的使用和测量。

单作用压缩机工作原理图

二、实验仪器、设备、工具和材料

往复活塞式压缩机性能测定实验验装置简图

1－消音器　2－喷嘴　3－压力传感器　4－温度传感器　5－减压箱　6－调节阀　7－压力表　8－安全阀

9－稳压罐　10－单向阀　11－温度传感器　12－压力传感器　13－温度传感器　14－吸入阀15－控制柜

16－计算机　17－接近开关　18－冷却水排空阀　19－进水阀　20－排水管　

注：

图中虚线为信号传输线

 三、实验原理和设计要求

活塞式压缩机原理示意简图

1．活塞压缩机排气量的测定实验的实验原理

 用喷嘴法测量活塞式压缩机的排气量是目前广泛采用的一种方法。

它是利用流体流经排气管道的喷嘴时，在喷嘴出口处形成局部收缩，从而使流速增加，经压力降低，并在喷嘴的前后产生压力差，流体的流量越大，在喷嘴前后产生的压力差就越大，两者具有一定的关系。

因此测出喷嘴前后的压力差值，就可以间接地测量气体的流量。

排气量的计算公式如下：

式中：

　　qV：

压缩机的排气量，m3／min，

　　C：

喷嘴系数，根据喷嘴前后的压力差，喷嘴前气体的绝对温度，在喷嘴系数表中查取，见本实验教材；

　　D：

喷嘴直径，D=19.05mm：

　　H：

喷嘴前后的压力差，mmH20；

　　p0：

吸入气体的绝对压力，Pa；

　　T0：

压缩机吸入气体的绝对温度，K；

　　T1：

压缩机排出气体的绝对温度，K。

 通过测量装置，计算机采集吸入气体温度T0、排出气体温度T1、喷嘴压差H，并由计算机已存储的喷嘴系数表，计算出喷嘴系数，用上述公式计算出排气量qV。

2．传感器的布置和安装

 排气量的测试需要测量出喷嘴前后的压力差、环境温度、排气温度三个参数，因此需要安装测量这三个参数的传感器。

它们的布置如图1－2所示。

图1－2　压力差、热电阻、排气压力传感器安装图

1-排气截止阀　　2-压力传感器　　3-压力表　　4-压差传感器　　5-压差截止阀

6-引压管　　7-喷嘴　　8-排气管　　9-热电阻安放管

（1）排气压力传感器。

在与储气罐相连接的排气管上，在排气截止阀前端安装压力传感器2来测量排气压力，传感器的型号为ADS-C，量程为1MPa。

（2）喷嘴前后压差传感器。

该传感器4选用ADS—C型压差传感器，量程为25KPa。

在喷嘴前端的排气管上有两根嵌入排气管内的铜管，见图1－2。

一根在排气管内的一端封闭，用于安装热电阻。

另一根在排气管内的一端开口，排气管外的一端与截止阀5相连，截止阀与压差传感器的一个接头相连，传感器的另一接头暴露在大气中。

压差传感器测量的是气体通过喷嘴时，喷嘴前后的压差，因为气体通过喷嘴后进入大气。

（3）测温热电阻传感器。

有两个测温热电阻传感器，型号均为Ptl00，规格为5×100mm。

一个安放在大气中，用于测量环境温度，另一个安装在排气管内的热电阻安放管9内，用于测量排气温度。

3．活塞压缩机的示功图测试原理

 通过安装在一级气缸吸气阀上的一只压力传感器，将一级气缸内的压力转换为电压信号，并输送到测试仪中通过电桥转换和信号放大，然后进入计算机，经过采集和A／D转换变为数字信号，通过软件的处理和标定系统，还原为压力值。

在一个压缩循环中，通过测转速的脉冲信号来获得初始采集点，当测得的脉冲信号值最大时，活塞刚好运动到外止点，亦即膨胀开始点，这时开始进行示功图采集。

 计算机共采集720个点的数据，即相当于曲柄转角每隔0．5度采集一个压力值。

这720个压力值与通过活塞位移计算公式计算获得的720个位移值相对应。

式中：

　　θ：

曲柄转角，rad;

　　λ：

径长比λ=r/l;

　　r：

曲柄半径，mm;

　　l：

连杆长度，mm.

 通过计算机软件画出往复活塞式压缩机示功图，并显示到计算机的屏幕上。

同时，通过对示功图进行数值积分，求出示功图所代表的指示功率，并在计算机上显示出来。

4．测试仪原理

 由上述传感器所得到的测量信号接入测试仪，进行变换、放大、滤波和调整处理，以适合A／D数据转换。

在测试仪中，由热电阻测定的环境温度和排气温度信号经过电桥的变换，将电阻信号转换成电压信号，电压信号通过放大器三级电压放大后，进行阻抗变换，滤去交流成分和噪音信号，接入数字表进行数字显示，同时进行幅值调整后，送入A／D转换器，由计算机进行数据采集、处理。

 排气压力传感器、气缸内压力传感器和喷嘴前后压力差传感器，在传感器内已经接好电桥回路，只需供给稳定的电桥电压，其输出即为与压力或压差成正比的电压信号，该信号经过集成运算放大器的三级电压放大后，进行阻抗变换，滤去交流成分和噪音信号，幅值调整后，送入A／D转换器，由计算机进行数据采集处理。

四、实验操作步骤

　　步骤：

       1．开启计算机，启动计算机压缩机测试软件，选择学习选项，学习了解压缩机结构，工作原理和压缩机参数测试原理。

打开压缩机参数测试仪。

　　2．检查缸内压力传感器和压差传感器阀门，保证在关闭状态。

排气压力传感器阀门在打开状态。

　　3．接通冷却水系统，保证冷却水在整个实验过程中畅通无阻。

　　4．启动压缩机，待压缩机转速达到正常后，检查润滑油压力表，保证油压为0.2MPa，如果偏离此值，要进行调整。

如果油压为0，要马上停止压缩机，查找原因。

　　5．逐渐关小排气节流阀（大阀门），并由排气压力表观察排气压力，缓慢升高排气压力，待排气压力达到0.4MPa后，稳定10-15分钟。

　　6．打开压力传感器和压差传感器阀门。

　　7．在计算机上进入实验选项，按软件说明书进行参数测试。

并将实验数据存入磁盘保存。

　　8．参数测试完成后，关闭压力传感器和压差传感器阀门。

　　9．重复步骤5—8，分别在排气压力为0．5和0．55MPa下进行参数测试。

　　10．卸压过程，逐渐打开排气节流阀（大阀门），缓慢将压缩机排气压力降到0MPa后，停止压缩机。

　　11．将排气压力传感器和压差传感器阀门打开。

然后再关闭。

以泄放封闭住的压力。

　　12．关闭冷却水，收起冷却水管。

　　13．接通打印机，将实验数据打印出来。

　  注意：

     当排气压力低于0．4MPa时，不许对排气量进行测试，即不许打开压差计，以免损坏压差计。

    问题：

　　1．画出实验所用的压缩机结构简图，并说明主要部件的作用。

　　2．叙述测量中所得的参数，温度、压力和压差测试时，常用的传感器类型和种类，测量原理，需要配接何种测量电路（或二次仪表）。

　　3．根据测量得到的环境温度、排气温度、排气压力和喷嘴前后压力差，手工计算排气量，并与测试装置测量得到的排气量进行比较，分析误差的大小及产生的原因。

　　4．画出实验软件功能的层次结构图。

五、实验注意事项

1．实验前必须了解压缩机的结构、型号、主要技术性能参数及测试装置流程，并仔细检查装置中各仪器是否完整无损，开机必须遵照压缩机操作规程。

2．压缩机运转后，至少运转30分钟，并使压力保持稳定后，才可开始测试。

3．示功图采用测试仪获得。

六、实验思考题

1．画出实验所用的压缩机结构简图，并说明主要部件的作用。

2．叙述测量中所得的参数，测试温度、压力和压差时，常用的传感器类型和种类，测量原理，需要配接何种测量电路（或二次仪表）。

3．根据测量得到的环境温度、排气温度、排气压力和喷嘴前后压力差，手工计算排气量，并与测试装置测量得到的排气量进行比较，分析误差的大小及产生的原因。

4．画出实验软件功能的层次结构图。

6．叙述转速测量常用的传感器种类，测量原理，需要配接何种测量电路（或二次仪表）。

7．分析说明测试系统中是如何确定活塞的内止点的。

8．根据测量得到的示功图，手工计算指示功，并与测试装置显示的指示功进行比较，分析误差的大小及产生的原因。

9．试画出压缩机几个典型故障的示功图。

活塞连杆组

阀板组装动画

实验一往复活塞式压缩机性能测定实验

一、目的要求

1．了解往复活塞式压缩机的结构特点；

2．了解温度、压差等参数的测定方法，计算机数据采集与处理；

3．掌握压缩机排气量的测定原理及方法；

4．掌握压缩机示功图的测试原理、测量方法和测量过程；

5．了解脉冲计数法测量转速的方法；

6．掌握测试过程中，计算机的使用和测量。

二、实验仪器、设备、工具和材料

图1－1往复活塞式压缩机性能测定实验装置简图

1－消音器　2－喷嘴　3－压力传感器　4－温度传感器　5－减压箱　6－调节阀　7－压力表　8－安全阀　9－稳压罐　10－单向阀　11－温度传感器　12－压力传感器　13－温度传感器　14－吸入阀　　　15－控制柜　16－计算机　17－接近开关　18－冷却水排空阀　19－进水阀　20－排水管　

注：

图中虚线为信号传输线

三、实验原理和设计要求

1．活塞压缩机排气量的测定实验的实验原理

用喷嘴法测量活塞式压缩机的排气量是目前广泛采用的一种方法。

它是利用流体流经排气管道的喷嘴时，在喷嘴出口处形成局部收缩，从而使流速增加，经压力降低，并在喷嘴的前后产生压力差，流体的流量越大，在喷嘴前后产生的压力差就越大，两者具有一定的关系。

因此测出喷嘴前后的压力差值，就可以间接地测量气体的流量。

排气量的计算公式如下：

式中：

qV：

压缩机的排气量，m3／min，

C：

喷嘴系数，根据喷嘴前后的压力差，喷嘴前气体的绝对温度，在喷嘴系数表中查取，见本实验教材；

D：

喷嘴直径，D=19.05mm：

H：

喷嘴前后的压力差，mmH20；

p0：

吸入气体的绝对压力，Pa；

T0：

压缩机吸入气体的绝对温度，K；

T1：

压缩机排出气体的绝对温度，K。

通过测量装置，计算机采集吸入气体温度T0、排出气体温度T1、喷嘴压差H，并由计算机已存储的喷嘴系数表，计算出喷嘴系数，用上述公式计算出排气量qV。

2．传感器的布置和安装

排气量的测试需要测量出喷嘴前后的压力差、环境温度、排气温度三个参数，因此需要安装测量这三个参数的传感器。

它们的布置如图1－2所示。

图1－2　压力差、热电阻、排气压力传感器安装图

1-排气截止阀　　2-压力传感器　　3-压力表　　4-压差传感器　　5-压差截止阀　　6-引压管　　7-喷嘴　　8-排气管　　9-热电阻安放管

（1）排气压力传感器。

在与储气罐相连接的排气管上，在排气截止阀前端安装压力传感器2来测量排气压力，传感器的型号为ADS-C，量程为1MPa。

（2）喷嘴前后压差传感器。

该传感器4选用ADS—C型压差传感器，量程为25KPa。

在喷嘴前端的排气管上有两根嵌入排气管内的铜管，见图1－2。

一根在排气管内的一端封闭，用于安装热电阻。

另一根在排气管内的一端开口，排气管外的一端与截止阀5相连，截止阀与压差传感器的一个接头相连，传感器的另一接头暴露在大气中。

压差传感器测量的是气体通过喷嘴时，喷嘴前后的压差，因为气体通过喷嘴后进入大气。

（3）测温热电阻传感器。

有两个测温热电阻传感器，型号均为Ptl00，规格为5×100mm。

一个安放在大气中，用于测量环境温度，另一个安装在排气管内的热电阻安放管9内，用于测量排气温度。

3．活塞压缩机的示功图测试原理

通过安装在一级气缸吸气阀上的一只压力传感器，将一级气缸内的压力转换为电压信号，并输送到测试仪中通过电桥转换和信号放大，然后进入计算机，经过采集和A／D转换变为数字信号，通过软件的处理和标定系统，还原为压力值。

在一个压缩循环中，通过测转速的脉冲信号来获得初始采集点，当测得的脉冲信号值最大时，活塞刚好运动到外止点，亦即膨胀开始点，这时开始进行示功图采集。

计算机共采集720个点的数据，即相当于曲柄转角每隔0．5度采集一个压力值。

这720个压力值与通过活塞位移计算公式计算获得的720个位移值相对应。

式中：

θ：

曲柄转角，rad;

λ：

径长比λ=r/l;

r：

曲柄半径，mm;

l：

连杆长度，mm.

通过计算机软件画出往复活塞式压缩机示功图，并显示到计算机的屏幕上。

同时，通过对示功图进行数值积分，求出示功图所代表的指示功率，并在计算机上显示出来。

4．测试仪原理

由上述传感器所得到的测量信号接入测试仪，进行变换、放大、滤波和调整处理，以适合A／D数据转换。

在测试仪中，由热电阻测定的环境温度和排气温度信号经过电桥的变换，将电阻信号转换成电压信号，电压信号通过放大器三级电压放大后，进行阻抗变换，滤去交流成分和噪音信号，接入数字表进行数字显示，同时进行幅值调整后，送入A／D转换器，由计算机进行数据采集、处理。

排气压力传感器、气缸内压力传感器和喷嘴前后压力差传感器，在传感器内已经接好电桥回路，只需供给稳定的电桥电压，其输出即为与压力或压差成正比的电压信号，该信号经过集成运算放大器的三级电压放大后，进行阻抗变换，滤去交流成分和噪音信号，幅值调整后，送入A／D转换器，由计算机进行数据采集处理。

图1－3　测试仪原理图

四、实验操作步骤

1．开启计算机，启动计算机、压缩机测试软件，选择学习选项，学习了解压缩机结构，工作原理和压缩机参数测试原理。

打开压缩机参数测试仪。

2．检查缸内压力传感器和压差传感器阀门，保证阀门处于关闭状态。

排气压力传感器阀门处于打开状态。

3．接通冷却水系统，保证冷却水在整个实验过程中畅通无阻。

4．启动压缩机，待压缩机转速达到正常后，检查润滑油压力表，保证油压为0.2MPa，如果偏离此值，要进行调整。

如果油压为0，要马上停止压缩机，查找原因。

5．逐渐关小排气节流阀（大阀门），并由排气压力表观察排气压力，缓慢升高排气压力，待排气压力达到0.4MPa后，稳定10-15分钟。

6．打开压力传感器和压差传感器阀门。

7．在计算机上进入实验选项，按软件说明书进行参数测试，并将实验数据存入磁盘保存。

8．参数测试完成后，关闭压力传感器和压差传感器阀门。

9．重复步骤5—8，分别在排气压力为0．5MPa和0．55MPa下进行参数测试。

10．卸压过程：

逐渐打开排气节流阀（大阀门），缓慢将压缩机排气压力降到0MPa后，停止压缩机。

11．将排气压力传感器和压差传感器阀门先打开，然后再关闭，以泄放封闭住的压力。

12．关闭冷却水，收起冷却水管。

13．接通打印机，将实验数据打印出来。

注意：

当排气压力低于0．4MPa时，不许对排气量进行测试，即不许打开压差计，以免损坏压差计。

五、实验注意事项

1．实验前必须了解压缩机的结构、型号、主要技术性能参数及测试装置流程，并仔细检查装置中各仪器是否完整无损，开机必须遵照压缩机操作规程。

2．压缩机运转后，至少运转30分钟，并使压力保持稳定后，才可开始测试。

3．示功图采用测试仪获得。

六、实验报告

1．画出实验所用的压缩机结构简图，并说明主要部件的作用。

2．叙述测量中所得的参数，测试温度、压力和压差时，常用的传感器类型和种类，测量原理，需要配接何种测量电路（或二次仪表）。

3．根据测量得到的环境温度、排气温度、排气压力和喷嘴前后压力差，手工计算排气量，并与测试装置测量得到的排气量进行比较，分析误差的大小及产生的原因。

4．画出实验软件功能的层次结构图。

6．叙述转速测量常用的传感器种类，测量原理，需要配接何种测量电路（或二次仪表）。

7．分析说明测试系统中是如何确定活塞的内止点的。

8．根据测量得到的示功图，手工计算指示功，并与测试装置显示的指示功进行比较，分析误差的大小及产生的原因。

9．试画出压缩机几个典型故障的示功图。

编写人：

蔡克霞