1、實驗五壓縮機指示圖、排氣量、軸功率測試與計算機控制一、實驗?zāi)康募耙? 學(xué)會使用計算機測試裝置測繪壓縮機指示圖，懂得使用機械式彈簧指示器測繪壓縮機指示圖。2 學(xué)會應(yīng)用所錄取的指示圖分析壓縮機運行工況的方法，從而加深對壓縮機工作原理和性能的理解，并計算出壓縮機的主要性能參數(shù)。3 了解計算機測控系統(tǒng)和相關(guān)儀器儀表的的基本原理和使用方法。4 了解壓縮機及其裝置的基本結(jié)構(gòu)及作用、正確的運行程序和注意事項。二、實驗原理1 .指示圖及其形式活塞式壓縮機的指示圖是反映壓縮機在一個工作循環(huán)中活塞在不同位置時氣缸內(nèi)氣體壓力變化的曲線，亦稱氣體力圖。根據(jù)錄取的指示圖可對壓縮機的工作過程作一系列的分析計算。例如，根

2、據(jù)指示圖面積可計算出氣缸內(nèi)平均指示壓力、指示功率及氣閥功率損失；根據(jù)吸入線長度可計算出容積系數(shù)入v；根據(jù)最高壓力和最低壓力可計算出氣缸內(nèi)的實際壓力比；根據(jù)氣體壓力和活塞面積，可計算出產(chǎn)生的作用力，并以此作為動力計算及強度校核的依據(jù)；根據(jù)指示圖還可分析壓縮機的故障。例如，根據(jù)指示圖的形狀可以分析判斷氣閥、活塞環(huán)、填料函等的泄漏情況；進排氣過程的壓力損失情況；壓縮機膨脹的熱交換情況等，從而根據(jù)這些分析對壓縮機進行故障診斷。由此可見，壓縮機指示圖的測試是研究壓縮機性能與運行工況的一種基本方法。在錄取指示圖時，縱坐標(biāo)表示壓力p,橫坐標(biāo)根據(jù)測量方式的不同可分為用氣體容積、活塞行程S、曲柄轉(zhuǎn)角”或時間t來

3、表示，所以指示圖曲線有以下幾種形式：1) p-v圖(壓力一容積圖)，它反映氣缸內(nèi)壓力與氣體容積間的關(guān)系2) p-S圖(壓力一行程圖)，它反映氣缸內(nèi)壓力與活塞行程間的關(guān)系3) p-a圖(壓力一轉(zhuǎn)角圖)，它反映氣缸內(nèi)壓力與曲柄轉(zhuǎn)角間的關(guān)系4) p-t圖(壓力一時間圖)，它反映氣缸內(nèi)壓力與一個循環(huán)周期內(nèi)不同時刻間的關(guān)系1)2)3)4)的本質(zhì)是一樣的，在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)換。由于轉(zhuǎn)角a=cot,可以確定時間與轉(zhuǎn)角的關(guān)系；根據(jù)活塞式壓縮機動力學(xué)，知道活塞的位移X與轉(zhuǎn)角a之間存在著一定的關(guān)系X=f(a);而氣體容積v=xF,式中F為活塞面積。2.指示圖測試原理指示圖的測量按原理分主要有電子式和機械式。在

4、實驗室中有兩種類型的測量方式的實驗臺。(1)基于PC的測試系統(tǒng)基于PC的測試系統(tǒng)直接測量的指示圖為p-a圖，主要測量的參數(shù)為壓縮機曲柄的轉(zhuǎn)角和與轉(zhuǎn)角相對應(yīng)的時刻的氣缸內(nèi)的壓力。如圖1所示，在壓縮機曲軸上安裝的軸編碼器2在一個工作循環(huán)產(chǎn)生1024個脈沖，作為壓力信號5采集的外部觸發(fā)信號，這樣在一個工作循環(huán)中(曲軸旋轉(zhuǎn)360o),均勻完成1024次壓力信號采集，每個壓力信號對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角為(360/1024)o,計算機采樣數(shù)據(jù)進行處理后，可計算出氣缸內(nèi)的活塞的位置、曲軸的轉(zhuǎn)角以及對應(yīng)位置的壓力值，從而繪制出指示圖。由于實驗中的指示圖需要在一定的排氣壓力下測定，所以在儲氣罐上安裝了調(diào)節(jié)閥4,用來調(diào)節(jié)

5、儲氣罐的壓力，達到調(diào)節(jié)壓縮機出口排氣壓力的目的。同時，軸編碼器2所產(chǎn)生的信號也可用作測量轉(zhuǎn)速，曲軸旋轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生1024個脈沖，那么壓縮機轉(zhuǎn)速=脈沖數(shù)/1024;壓縮機速度的調(diào)節(jié)是通過變頻器調(diào)節(jié)，計算機通過輸出不同的電壓值，控制變頻器達到控制速度的目的。該實驗裝置還測量了軸的扭矩，排氣量和排氣溫度等熱力參數(shù)。87調(diào)節(jié)閥曲軸2&-邨4電機聯(lián)軸器壓縮機氣缸交流變頻器扭矩信號放大輸出節(jié)點輸入節(jié)點信號調(diào)理圖1基于PC的壓縮機測控系統(tǒng)基本原理圖2所示。螺旋形彈簧(2)機械式指示器機械式指示器可分為螺旋彈簧指示器和杠桿形彈簧指示器，如圖指示器主要由能反映氣缸內(nèi)壓力變化的小氣缸及反映活塞位移情況的轉(zhuǎn)

6、筒組成。氣體由通道進入小氣缸，變化的氣體壓力推動小活塞，克服圓柱形彈簧的彈力作往復(fù)運動，小卷筒由繩子通過行程縮小器連到十字頭上，將十字頭的往復(fù)運動變成小卷筒的回轉(zhuǎn)擺動。在壓縮機工作時，如果在小卷筒上卷上一張紙，擺桿上裝上一支筆(用石墨.鉛或黃銅等做成)并稍稍觸至小卷筒的紙上，即可錄下所需的指示圖，其縱坐標(biāo)反映氣缸內(nèi)壓力的變化，橫坐標(biāo)反映與壓力相對應(yīng)的活塞行程的位置。圖2螺旋彈簧指示器和杠桿彈簧指示器示意圖(3)指示圖的整理、分析與計算圖3壓縮機指示圖1)平均指示壓力Fi小、Pi=(Pa)V(i)2)指示功率Fini(2)Ni-3(KW)60103)FiF2氣閥相對壓力損失、.=100%F3(3

7、)4)5)容積系數(shù)平均多變指數(shù)V'V=V(4)a）壓縮過程n=In比/ln乂PiV2(5)b）膨脹過程,P2,.V4m=In/InPiV3(6)6)實際壓力比；,Ps7)實際排氣量Vd=VnvPT(m3/min)Fi指不圖面積功NmV行程容積m3/rV/實際進氣容積m3/rV0余隙容積m3/rVii點的容積m3/rV22點的容積m3/rV33點的容積m3/rV44點的容積m3/rpi氣缸內(nèi)名義吸氣壓力PaP2氣缸內(nèi)名義排氣壓力PaPs氣缸內(nèi)實際吸氣壓力PaPd氣缸內(nèi)實際排氣壓力Pan壓縮機轉(zhuǎn)速rPm入p入T入l分別為壓力系數(shù)、溫度系數(shù)、泄露系數(shù)三、實驗裝置簡介本實驗使用壓縮機是一臺無十

8、字頭立式單列單級單作用空冷移動式空壓機改裝而成,如圖4所示。1壓縮機及其裝置基本參數(shù)61.視油鏡2.壓縮機3.加油孔4.氣壓自動開關(guān)5.安全閥6.排氣管7.聯(lián)軸器8.電機9.排氣閥10.氣罐圖4壓縮機示意圖機器型號：Z-0.3/10-C吸氣壓力：pi=1x105Pa排氣壓力：P2=10x105Pa轉(zhuǎn)速：n=1370rpm行程：s=55mrn氣缸直徑：D1=90mm排氣量：Vd=0.3m3/min軸功率：Nd=2.7kw電機功率：Nd=3kw儲氣罐：V=801由于壓縮機經(jīng)過改造，許多參數(shù)變?yōu)榭烧{(diào)，如轉(zhuǎn)速等。2結(jié)構(gòu)及工作原理本機為微型空氣壓縮機，具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、運行可靠、壽命長、使用維修方便

9、等優(yōu)點。空氣壓縮機的曲軸由電動機直接帶動，再經(jīng)連桿使活塞作往復(fù)運動，將吸入的空氣進行壓縮至規(guī)定壓力，經(jīng)管路并冷卻進入單向閥再進入儲氣罐。氣缸蓋，氣缸均鑄有散熱片以利散熱。氣缸的吸氣端接消聲器，又叫空氣濾清器。吸排氣閥為舌簧閥。本機潤滑采用飛淺式潤滑。排氣量調(diào)節(jié)采用自動控制。如果氣壓超過額定排氣壓力時氣壓自動開關(guān)可自動切斷電源，使空壓機停止運轉(zhuǎn)，同時氣壓自動開關(guān)中的放空閥開啟使排氣管中的壓縮空氣放空，以便空壓機空載啟動。在壓力降低時，氣壓自動開關(guān)再自動合上電源，壓縮機再次啟動運轉(zhuǎn)，其停止運轉(zhuǎn)的壓力為高于額定排氣壓力的0.05MPa進行調(diào)節(jié)。在儲氣罐上裝有安全閥如果氣壓超過額定排氣壓力時，安全閥可自動放氣，起保護作用。上面所述為壓縮機本身自帶功能，由于采用了計算機控制，計算機也能進行上述功能。四、試驗步驟1 .預(yù)習(xí)實驗指導(dǎo)書和教材相關(guān)部分，明確實驗?zāi)康摹嶒炘?、實驗?nèi)容、操作方法、應(yīng)測數(shù)據(jù)等。2 .在老師指導(dǎo)下觀察實驗裝置。用手盤動壓縮機聯(lián)軸器，使軸轉(zhuǎn)動，檢查是否有機械故障，檢查閥門位置、潤滑油位是否正常。3 .在老師指導(dǎo)下操作計算機軟件，完成實驗數(shù)據(jù)的采集。4 .完成