壓氣機性能實驗

PAGEPAGE3實驗5壓氣機性能實驗活塞式壓氣機是通用的機械設(shè)備之一，其工作原理是消耗機械能（或電能）而獲得壓縮氣體。壓氣機的壓縮指數(shù)和容積效率等都是衡量其性能先進與否的重要參數(shù)。本實驗是利用微機對壓氣機的有關(guān)性能參數(shù)進行實時動態(tài)采集，經(jīng)計算處理、得到展開的和封閉的示功圖。從而獲得壓氣機的平均壓縮指數(shù)、容積效率、指示功、指示功率等性能參數(shù)一、實驗?zāi)康?.了解活塞式壓氣機的工作原理及構(gòu)造，理解壓氣機的幾個性能參數(shù)的意義。2.熟悉用微機測定壓氣機工作過程的方法，采集并顯示壓氣機的示功圖。3.根據(jù)測定結(jié)果，確定壓氣機的耗功WC、耗功率P、多變壓縮指數(shù)n、容積效率ηv等性能參數(shù)，或用面積儀測出示功圖的有關(guān)面積并用直尺量出有關(guān)線段的長度，也可得出壓氣機的上述性能參數(shù)。二、實驗原理壓氣機的工作過程可以用示功圖表示，示功圖反映的就是氣缸中的氣體壓力隨體積變化的情況。本實驗的核心就是用現(xiàn)代測試技術(shù)測定實際壓氣機的示功圖。實驗中采用壓力傳感器測試氣缸中的壓力，用接近開關(guān)確定壓氣機活塞的位置。當實驗系統(tǒng)正常運行后，接近開關(guān)產(chǎn)生一個脈沖信號，數(shù)據(jù)采集板在該脈沖信號的激勵下，以預(yù)定的頻率采集壓力信號，下一個脈沖信號產(chǎn)生時，計算機中斷壓力信號的采集并將采集數(shù)據(jù)存盤。顯然，接近開關(guān)兩次脈沖信號之間的時間間隔剛好對應(yīng)活塞在氣缸中往返運行一次(一個周期)，這期間壓氣機完成了膨脹、吸氣、壓縮及排氣四個過程。實驗測量得到壓氣機示功圖后，根據(jù)工程熱力學(xué)原理，可進一步確定壓氣機的多邊指數(shù)和容積效率等參數(shù)。另外，通過調(diào)節(jié)儲氣罐上的節(jié)氣閥的開度，以改變壓氣機排氣壓力實現(xiàn)變工況測量。本實驗儀器裝置主要由：壓氣機、電動機及測試系統(tǒng)所組成。測試系統(tǒng)包括：壓力傳感器、動態(tài)應(yīng)變儀、放大器、計算機及打印機，見圖5—1。壓氣機型號：Z—0.03/7汽缸直徑：D=50mm活塞行程:L=20mm連桿長度：H=70mm，轉(zhuǎn)速：n=1400轉(zhuǎn)/分圖5—1壓氣機實驗裝置及測試系統(tǒng)系統(tǒng)總貌為了獲得反映壓氣機性能的示功圖，在壓氣機的汽缸頭上安裝了一個應(yīng)變式壓力傳感器，供實驗時汽缸內(nèi)輸出的瞬態(tài)壓力信號。該信號經(jīng)橋式整流后，送至動態(tài)應(yīng)變儀放大。對應(yīng)著活塞上止點的位置，在飛輪外側(cè)粘貼著一塊磁條，從電磁傳感器上取得活塞上止點的脈沖信號，作為控制采集壓力的起止信號，以達到壓力和曲柄傳角信號的同步。這二路信號經(jīng)放大器分別放大后，送入A/D板轉(zhuǎn)換為數(shù)值量，然后送至計算機，經(jīng)計算處理便得到了壓氣機工作過程中的有關(guān)數(shù)據(jù)及展開的示功圖和封閉的示功圖。見圖5—2及圖5—3。圖5—2封閉的示功圖圖5—3展開的示功圖根據(jù)動力學(xué)公式，活塞位移量x與曲柄轉(zhuǎn)角a有如下關(guān)系：（5-1）式中：λ=R/LR——曲柄半徑；H——連桿長度；三、參數(shù)計算方法1、耗功壓氣機的耗功Wc是壓氣機在一個工作過程中消耗的功，其值對應(yīng)于封閉示功圖上工作過程線cdijc所包圍的面積，即：（J）（1）其中：S——封閉示功圖上工作過程線cdijc所圍的面積(m2)，可用面積儀測出其值；K1——單位長度代表的容積(m3/m)，即K1=(π/4)D2L/gbD=0.051氣缸直徑（m）；L=0.038活塞行程(m)；gb——對應(yīng)于活塞行程的線段長度(m)；K2——單位長度代表的壓力(MPa/m)，即K2=P2/fe；P2——壓氣機排氣的表壓力(MPa),即P2=Pd－P0；fe——表壓力P2在縱坐標軸上對應(yīng)的高度(m)。2、耗功率壓氣機的耗功率P是單位時間內(nèi)壓氣機所消耗的功，即：(W)（2）其中：N——電動機轉(zhuǎn)速（r/min）,對于本實驗臺，P<750W。耗功率P的理論值計算式為(W)（3）其中：n——多變壓縮指數(shù)P0——壓氣機吸氣壓力（N/m2）；V——壓氣機的排氣量（m3/s）；π——增壓比。3.多變壓縮指數(shù)壓氣機的實際壓縮過程將介于定溫壓縮過程與定熵壓縮過程之間，即多變壓縮指數(shù)n的范圍為1<n<k，因為多變過程的技術(shù)功Wt是過程功W的n倍，所以n等于封閉示功圖上壓縮過程線與縱坐標軸圍成的面積同壓縮過程線與橫坐標軸圍成的面積之比，即：（4）對于本實驗臺，1.0<n<1.44.容積效率由容積效率的定義得：（5）實際上，在封閉示功圖上，對應(yīng)于有效吸氣過程的線段hb長度與對應(yīng)于活塞行程的線段gb長度之比等于容積效率，即：（6）容積效率ηv的理論值計算式為（7）對于本實驗臺，余隙容積比Vc/Vh=4.76%,其中，Vc=(π/4)D2Xc是余隙容積,Vh=(π/4)D2LXc——余隙高度，L——活塞行程。四、實驗步驟1.接通所有測試儀器設(shè)備的電源。2.把采集、處理數(shù)據(jù)的軟件調(diào)入計算機。3.啟動壓氣機，調(diào)好排氣量，待壓氣機工作穩(wěn)定后，計算機開始采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算機處理，得到了展開的和封閉的始功圖。4.用測面儀測量封閉示功圖的面積。5.分別測量壓縮過程線與橫坐標及縱坐標包圍的面積。6.用尺子量出有效吸氣線段的長度和活塞行程線段的長度。五、實驗報告要求1.簡述實驗?zāi)康呐c原理。2．記錄計算機采集各種數(shù)據(jù)的理論值，填入在表5-1中。2.根據(jù)示功圖，得到示功圖上的三個面積值及壓力Pd值。3.計算指示功、指示功率、平均多變壓縮指數(shù)、容積效率等實際值（要求計算過程）。六、數(shù)據(jù)記錄與分析測量并記錄3-6組不同的壓力穩(wěn)定值時壓氣機的各項參數(shù)。性能參數(shù)耗功(J)耗功率(W)容積效率（%）多變指數(shù)壓力1（MPa）壓力2（MPa）壓縮過程多變指數(shù)n膨脹過程多變指數(shù)m1