壓氣機實驗指導書

《工程熱力學》活塞式壓氣機實驗實驗指導書編制：朱天宇肖洪孫占威河海大學機電工程學院

2006年5月壓氣機性能實驗

實驗指導書壓氣機在工程上應用廣泛，種類繁多，但其工作原理都是消耗機械能（或電能）而獲得壓縮氣體，壓氣機的壓縮指數(shù)和容積效率等是衡量其性能優(yōu)劣的重要參數(shù)，本實驗是利用微機對壓氣機的有關參數(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，從而獲得其平均壓縮指數(shù)〃、容積效率七，指示功七、指示功率P等性能參數(shù)。一、 實驗目的了解活塞式壓氣機的工作原理及構造。熟悉用計算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。了解造成壓氣機實際循環(huán)與理想循環(huán)之間差異的原因。掌握壓氣機平均壓縮指數(shù)〃、容積效率nv，指示功七、指示功率p的計算方法。二、 實驗設備本實驗臺主要由活塞式壓氣機和與其配套的電動機以及測試系統(tǒng)所組成，測試系統(tǒng)包括壓力傳感器、位移傳感器、動態(tài)應變儀、A/D板、微機等，如圖所示。圖1計算機數(shù)據(jù)采集壓氣機實驗裝置示意圖計算機;2.電機;3.排氣閥;4.壓力表;5.應變式壓力傳感器;6.壓氣機;7.電磁傳感器；8.電源指示燈;9.電源開

關;10.電阻應變放大器；11.A/D板;12.增益旋鈕;13.調(diào)零旋鈕;14.指針式電壓表

其中： 壓氣機的型號氣缸直徑活塞行程連桿長度轉(zhuǎn)速壓力傳感器的型號Z—0.036/7—B型其中： 壓氣機的型號氣缸直徑活塞行程連桿長度轉(zhuǎn)速壓力傳感器的型號D=50mmL=20mmH=70mm乃=1400r/min1靈敏度：1?1.5mV/V工作溫度：-10?+60oC橋路電阻：350q允許過載能力：50%額定值激勵電壓：最大值15V,AC/DC推薦值10V,AC/DC圖2壓氣機封閉的示功圖 圖3壓氣機展開的示功圖為獲得反映壓氣機性能的示功圖，在壓氣機氣缸上安裝了一個應變式壓力傳感器，供實驗時輸出氣缸內(nèi)的瞬態(tài)壓力信號，該信號經(jīng)橋式整流以后送至動態(tài)應變儀放大；對應著活塞上止點的位置，在飛輪外側(cè)粘帖著一塊磁條，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，以實現(xiàn)壓力和曲柄轉(zhuǎn)角信號的同步。這兩路信號經(jīng)放大器分別放大后送入A/D板轉(zhuǎn)換為數(shù)值量，然后送到計算機，經(jīng)計算處理便得到了壓氣機工作過程中的有關數(shù)據(jù)及封閉的示功圖（圖2圖2壓氣機封閉的示功圖 圖3壓氣機展開的示功圖三、實驗原理1、壓氣機的耗功Wc壓氣機的耗功是壓氣機在一個工作過程中消耗的功，其值對應于封閉示功圖上工作過程線cdijc所包圍的面積：Wc=jPdV=S-K1-K2x109, J （3-1）其中：S一封閉示功圖上工作過程線cdijc所圍的面積（mm2）；%一單位長度代表的容積（mm3/mm），即K1=(n/4)D2L/gbD一氣缸直徑(mm)；L—活塞行程(mm)；gb—活塞行程的線段長度(mm)；K2—單位長度代表的壓力(at/mm)，即K2=P2/fe；fe一表壓力P2在縱坐標軸上對應的高度(mm)；P2一壓氣機排氣的表壓力(at),即P2=Pd—P0；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P=N-Wc/(10-3x60), kW (3-2)其中：N—電動機轉(zhuǎn)速(r/min)。耗功率P的理論值計算式為P=nP0V[n(n—1)/n—1]/(n—1),W (3-3)其中：n一多變壓縮指數(shù)P0一壓氣機吸氣壓力(N/m2)；一壓氣機的排氣量(m3/s)；n一增壓比。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的理論范圍為1<n<k，因為多變過程的技術功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n=Wt/WTOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"=(由cdefc圍成的面積)/(由cdabc圍成的面積) (3-4)4、 容積效率由容積效率的定義得：nv=有效吸氣容積/活塞位移容積 (3-5)實際上，在封閉示功圖上，對應于有效吸氣過程的線段hb長度與對應于活塞行程的線段gb長度之比等于容積效率，即\o"CurrentDocument"nv=(hb/gb) (3-6)容積效率nv的理論值計算式為nv=1—(Vc/Vh)[n-1/n—1] (3-7)其中，Vc=(n/4)D2?Xc是余隙容積，Vh=(n/4)D2.L是活塞位移容積，xc一余隙高度，L一活塞行程。四、實驗方法與步驟1、 按圖1所示連接線路2、 調(diào)節(jié)電阻應變放大器打開電阻應變放大器，調(diào)零，使應變放大器電壓輸出為0;預熱10分鐘后再進行調(diào)零；3、 標定打開計算機進入Windows系統(tǒng)，在桌面上打開“活塞式壓縮機實驗”快捷方式，進入實驗操作界面。首先進行先標定操作。(注意：需在停機狀態(tài)操作)；啟動壓氣機，待穩(wěn)定后記錄表壓，點擊“開始采集”命令鈕開始數(shù)據(jù)采集；調(diào)節(jié)增益旋鈕，使圖形顯示壓力值與表壓表指示值一致，要做到準和穩(wěn)(須重復多次，以求計算精確)。4、 實驗數(shù)據(jù)采集保存繪制出的P-a圖至桌面上新建的文件夾，繪制并保存P-V圖至同一文件夾；記錄此時操作界面上的各項值于表1：表1實驗結果計算參數(shù)計算結果計算單位耗功(Wc)kgf-m耗功率(P)W轉(zhuǎn)數(shù)(N)r/min容積效率(nv)%分別用光標選擇壓縮過程和膨脹過程曲線上的各一點，進行詳細計算，得出壓縮過程和膨脹過程的多變指數(shù)n。數(shù)據(jù)采集完畢后，關閉壓氣機電源和應變放大器電源。實驗報告內(nèi)容說明實驗目的、原理和裝置。根據(jù)實驗結果，說明活塞式壓氣機工作過程由那幾個熱力過程組成？并結合圖示說明。實測壓氣機示功圖(p-v圖)與理論示功圖有什么不同？為什么？能否從實測結果求