壓氣機(jī)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

《工程熱力學(xué)》活塞式壓氣機(jī)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)編制：朱天宇肖洪孫占威河海大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院

2006年5月壓氣機(jī)性能實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)壓氣機(jī)在工程上應(yīng)用廣泛，種類繁多，但其工作原理都是消耗機(jī)械能（或電能）而獲得壓縮氣體，壓氣機(jī)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(shí)驗(yàn)是利用微機(jī)對(duì)壓氣機(jī)的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集，經(jīng)計(jì)算處理，得到展開(kāi)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(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私饣钊綁簹鈾C(jī)的工作原理及構(gòu)造。熟悉用計(jì)算機(jī)測(cè)定壓氣機(jī)工作過(guò)程的方法，采集并顯示壓氣機(jī)的示功圖。了解造成壓氣機(jī)實(shí)際循環(huán)與理想循環(huán)之間差異的原因。掌握壓氣機(jī)平均壓縮指數(shù)〃、容積效率nv，指示功七、指示功率p的計(jì)算方法。二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備本實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要由活塞式壓氣機(jī)和與其配套的電動(dòng)機(jī)以及測(cè)試系統(tǒng)所組成，測(cè)試系統(tǒng)包括壓力傳感器、位移傳感器、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀、A/D板、微機(jī)等，如圖所示。圖1計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集壓氣機(jī)實(shí)驗(yàn)裝置示意圖計(jì)算機(jī);2.電機(jī);3.排氣閥;4.壓力表;5.應(yīng)變式壓力傳感器;6.壓氣機(jī);7.電磁傳感器；8.電源指示燈;9.電源開(kāi)

關(guān);10.電阻應(yīng)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(jī)的型號(hào)氣缸直徑活塞行程連桿長(zhǎng)度轉(zhuǎn)速壓力傳感器的型號(hào)Z—0.036/7—B型其中： 壓氣機(jī)的型號(hào)氣缸直徑活塞行程連桿長(zhǎng)度轉(zhuǎn)速壓力傳感器的型號(hào)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(guò)載能力：50%額定值激勵(lì)電壓：最大值15V,AC/DC推薦值10V,AC/DC圖2壓氣機(jī)封閉的示功圖 圖3壓氣機(jī)展開(kāi)的示功圖為獲得反映壓氣機(jī)性能的示功圖，在壓氣機(jī)氣缸上安裝了一個(gè)應(yīng)變式壓力傳感器，供實(shí)驗(yàn)時(shí)輸出氣缸內(nèi)的瞬態(tài)壓力信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)橋式整流以后送至動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀放大；對(duì)應(yīng)著活塞上止點(diǎn)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(diǎn)的脈沖信號(hào)，作為控制采集壓力的起止信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)壓力和曲柄轉(zhuǎn)角信號(hào)的同步。這兩路信號(hào)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(jì)算機(jī)，經(jīng)計(jì)算處理便得到了壓氣機(jī)工作過(guò)程中的有關(guān)數(shù)據(jù)及封閉的示功圖（圖2圖2壓氣機(jī)封閉的示功圖 圖3壓氣機(jī)展開(kāi)的示功圖三、實(shí)驗(yàn)原理1、壓氣機(jī)的耗功Wc壓氣機(jī)的耗功是壓氣機(jī)在一個(gè)工作過(guò)程中消耗的功，其值對(duì)應(yīng)于封閉示功圖上工作過(guò)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(guò)程線cdijc所圍的面積（mm2）；%一單位長(zhǎng)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(zhǎng)度(mm)；K2—單位長(zhǎng)度代表的壓力(at/mm)，即K2=P2/fe；fe一表壓力P2在縱坐標(biāo)軸上對(duì)應(yīng)的高度(mm)；P2一壓氣機(jī)排氣的表壓力(at),即P2=Pd—P0；2、 耗功率壓氣機(jī)的耗功率P是單位時(shí)間內(nèi)壓氣機(jī)所消耗的功，即P=N-Wc/(10-3x60), kW (3-2)其中：N—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)。耗功率P的理論值計(jì)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(jī)吸氣壓力(N/m2)；一壓氣機(jī)的排氣量(m3/s)；n一增壓比。3、 多變壓縮指數(shù)壓氣機(jī)的實(shí)際壓縮過(guò)程將介于定溫壓縮過(guò)程與定熵壓縮過(guò)程之間，即多變壓縮指數(shù)n的理論范圍為1<n<k，因?yàn)槎嘧冞^(guò)程的技術(shù)功Wt是過(guò)程功W的n倍，所以n等于封閉示功圖上壓縮過(guò)程線與縱坐標(biāo)軸圍成的面積同壓縮過(guò)程線與橫坐標(biāo)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(shí)際上，在封閉示功圖上，對(duì)應(yīng)于有效吸氣過(guò)程的線段hb長(zhǎng)度與對(duì)應(yīng)于活塞行程的線段gb長(zhǎng)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(jì)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(shí)驗(yàn)方法與步驟1、 按圖1所示連接線路2、 調(diào)節(jié)電阻應(yīng)變放大器打開(kāi)電阻應(yīng)變放大器，調(diào)零，使應(yīng)變放大器電壓輸出為0;預(yù)熱10分鐘后再進(jìn)行調(diào)零；3、 標(biāo)定打開(kāi)計(jì)算機(jī)進(jìn)入Windows系統(tǒng)，在桌面上打開(kāi)“活塞式壓縮機(jī)實(shí)驗(yàn)”快捷方式，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)操作界面。首先進(jìn)行先標(biāo)定操作。(注意：需在停機(jī)狀態(tài)操作)；啟動(dòng)壓氣機(jī)，待穩(wěn)定后記錄表壓，點(diǎn)擊“開(kāi)始采集”命令鈕開(kāi)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(zhǔn)和穩(wěn)(須重復(fù)多次，以求計(jì)算精確)。4、 實(shí)驗(yàn)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(shí)操作界面上的各項(xiàng)值于表1：表1實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算參數(shù)計(jì)算結(jié)果計(jì)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(biāo)選擇壓縮過(guò)程和膨脹過(guò)程曲線上的各一點(diǎn)，進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，得出壓縮過(guò)程和膨脹過(guò)程的多變指數(shù)n。數(shù)據(jù)采集完畢后，關(guān)閉壓氣機(jī)電源和應(yīng)變放大器電源。實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容說(shuō)明實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理和裝置。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，說(shuō)明活塞式壓氣機(jī)工作過(guò)程由那幾個(gè)熱力過(guò)程組成？并結(jié)合圖示說(shuō)明。實(shí)測(cè)壓氣機(jī)示功圖(p-v圖)與理論示功圖有什么不同？為什么？能否從實(shí)測(cè)結(jié)果求