壓氣機(jī)性能實(shí)驗(yàn)

YQJ-V型活塞式壓氣機(jī)性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)壓氣機(jī)在工程上應(yīng)用廣泛，種類(lèi)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)和容積效率是衡量起性能優(yōu)劣的重要參數(shù)。因此壓氣機(jī)性能實(shí)驗(yàn)是《工程熱力學(xué)》課程教學(xué)的重要組成部分，通過(guò)該實(shí)驗(yàn)?zāi)芗由顚W(xué)生對(duì)工程熱力學(xué)理論的理解，使學(xué)生更好的學(xué)好這門(mén)工程基礎(chǔ)課。本活塞式壓縮機(jī)性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)，采用傳感器技術(shù)，在微機(jī)控制下采集處理數(shù)據(jù)，繪制壓縮機(jī)的示功圖，并據(jù)此進(jìn)行壓縮機(jī)性能指標(biāo)的計(jì)算和熱力過(guò)程的分析，以加深對(duì)壓縮機(jī)熱力學(xué)原理的理解，提高運(yùn)用微機(jī)對(duì)實(shí)驗(yàn)壓縮機(jī)進(jìn)行性能分析的能力。本實(shí)驗(yàn)臺(tái)技術(shù)先進(jìn)，適用于生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)和教學(xué)科研的需要。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，理解壓氣機(jī)的幾個(gè)性能參數(shù)的意義。熟悉用微機(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。Wη等C v性能參數(shù)，或用面積儀測(cè)出示功圖的有關(guān)面積并用直尺量出有關(guān)線(xiàn)段的長(zhǎng)度，也可得出壓氣機(jī)的上述性能參數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)原理壓氣機(jī)的工作過(guò)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(shí)驗(yàn)的核心就是用現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)測(cè)定實(shí)際壓氣機(jī)的示功圖。實(shí)驗(yàn)中采用壓力傳感器測(cè)試氣缸中的壓力，用接近開(kāi)關(guān)確定壓氣機(jī)活塞的位置。當(dāng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)正常運(yùn)行后，接近開(kāi)關(guān)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，數(shù)據(jù)采集板在該脈沖信號(hào)的激勵(lì)下，以預(yù)定的頻率采集壓力信號(hào)，下一個(gè)脈沖信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，計(jì)算機(jī)中斷壓力信號(hào)的采集并將采集數(shù)據(jù)存盤(pán)。顯然，接近開(kāi)關(guān)兩次脈沖信號(hào)之間的時(shí)間間隔剛好對(duì)應(yīng)活塞在氣缸中往返運(yùn)行一次(一個(gè)周期)，這期間壓氣機(jī)完成了膨脹、吸氣、壓縮及排氣四個(gè)過(guò)程。實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到壓氣機(jī)示功圖后，根據(jù)工程熱力學(xué)原理，可進(jìn)一步確定壓氣機(jī)的多邊指數(shù)和容積效率等參數(shù)。另外，通過(guò)調(diào)節(jié)儲(chǔ)氣罐上的節(jié)氣閥的開(kāi)度，以改變壓氣機(jī)排氣壓力實(shí)現(xiàn)變工況測(cè)量。三、實(shí)驗(yàn)裝置1及節(jié)氣閥等)和測(cè)試系統(tǒng)（包括壓力傳感器、磁電脈沖傳感器、A/D采集板和計(jì)算機(jī)等）組成。系統(tǒng)總面貌如圖2所示。通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的接頭將氣缸中的瞬時(shí)壓力直接引出到壓力傳感器。另外在壓氣機(jī)飛輪上安裝感應(yīng)頭，用接近開(kāi)關(guān)產(chǎn)生曲軸轉(zhuǎn)角所對(duì)應(yīng)的活塞下止點(diǎn)的脈沖信號(hào)；下止點(diǎn)兩次脈沖信號(hào)用來(lái)控制數(shù)據(jù)采集的始末，以達(dá)到壓力和活塞位置兩信號(hào)的同步。計(jì)算機(jī)采集板實(shí)時(shí)采集這兩個(gè)信號(hào)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理即可得到壓氣機(jī)的實(shí)際示功圖。1.系統(tǒng)簡(jiǎn)圖2系統(tǒng)總貌Z-0.036/7，氣缸直徑D=5.1cm，活塞行程L=3.8cm，Xc=0.25cm，轉(zhuǎn)速n=1220r/min；0.75kW，220V，額定電6.1A，2880r/min；保險(xiǎn)絲管：10A1四、實(shí)驗(yàn)步驟連線(xiàn)：1（所示ON新建實(shí)驗(yàn)：Windows.EXE”文件,進(jìn)入軟件主界面；點(diǎn)擊菜單欄的“系統(tǒng)”項(xiàng)，選擇“新建實(shí)驗(yàn)”或工具欄的“新建”按鈕 彈出新建實(shí)驗(yàn)面板如圖3所示，填寫(xiě)“實(shí)驗(yàn)人員”與“指導(dǎo)老師”后，創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)；圖3新建實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)定：0～0.4MPa注意：在開(kāi)始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集之前，要先確定壓氣機(jī)已經(jīng)開(kāi)啟，實(shí)驗(yàn)時(shí)不可將閥門(mén)關(guān)死！采樣時(shí)間間隔設(shè)定，4圖4實(shí)驗(yàn)標(biāo)定23s實(shí)驗(yàn)標(biāo)定：在設(shè)置選項(xiàng)里選擇“實(shí)驗(yàn)標(biāo)定”，輸入密碼869191335圖5實(shí)驗(yàn)標(biāo)定按采集按鈕獲取當(dāng)前壓力值，點(diǎn)確定按鈕標(biāo)定，點(diǎn)取消按鈕則取消標(biāo)定操作。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)擊“開(kāi)始”按鈕 ，開(kāi)始對(duì)氣缸內(nèi)壓力數(shù)據(jù)采集；66.圖在該界面的右側(cè)，壓氣機(jī)的耗功，耗功率，轉(zhuǎn)速，容積效率等參數(shù)自動(dòng)計(jì)算出來(lái)，點(diǎn)擊停止按鈕，則在停止采集的同時(shí)自動(dòng)關(guān)閉壓氣機(jī)。3-V圖”按鈕或工具欄中的“-V圖”按鈕7圖7P-V圖點(diǎn)擊“打印-V圖”按鈕 彈出打印預(yù)覽界面“保存”按鈕與“打印”按可以分別對(duì)此次的圖進(jìn)行相應(yīng)的保存，打印操作。存盤(pán)后的文件可供隨時(shí)調(diào)用顯示；圖顯示后，點(diǎn)擊 以計(jì)算多邊壓縮指數(shù)，移動(dòng)左邊的圖上的綠色和紫色的兩條直線(xiàn)，選取適當(dāng)?shù)膬牲c(diǎn)壓力后，點(diǎn)擊“計(jì)算”按鈕，多變壓縮指數(shù)的計(jì)算界面如圖8所示：4圖8多變壓縮指數(shù)計(jì)算界面 圖。數(shù)據(jù)查詢(xún)：點(diǎn)擊工具欄中的“查詢(xún)”按鈕界面如圖9所示：

，可對(duì)以往實(shí)驗(yàn)紀(jì)錄進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，曲線(xiàn)顯示，圖9實(shí)驗(yàn)紀(jì)錄查詢(xún)選擇好時(shí)間后點(diǎn)擊查詢(xún)后，右側(cè)窗口將顯示要求的數(shù)據(jù)。10；圖10 角度、壓力數(shù)據(jù)表5在曲線(xiàn)顯示窗，可以進(jìn)行多邊指數(shù)和其它性能指數(shù)的查詢(xún)。并可打印數(shù)據(jù)曲線(xiàn)。刪除數(shù)據(jù)：可刪除不需要的實(shí)驗(yàn)紀(jì)錄數(shù)據(jù)。excel列選種某編號(hào)，然后單擊右健，則會(huì)顯示數(shù)據(jù)導(dǎo)出選項(xiàng)。五、參數(shù)計(jì)算方法首先得到壓氣機(jī)工作工程的封閉式功圖，即圖，如圖11式計(jì)算得到：1、耗功壓氣機(jī)的耗功Wc

圖11 封閉示功圖是壓氣機(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(xiàn)cdijc所包圍的面積，即：WPdKKS15 （J） （1）1 2其中：S——封閉示功圖上工作過(guò)程線(xiàn)cdijc所圍的面積(m2)，可用面積儀測(cè)出其值；K——單位長(zhǎng)度代表的容積(m3/m)，即K=(π/4)2L/gb；1 1=0.051（m；=0.038(m)；gb——對(duì)應(yīng)于活塞行程的線(xiàn)段長(zhǎng)度(m)；K——單位長(zhǎng)度代表的壓力(MPa/m)，即K=P/fe；2 2 2P——壓氣機(jī)排氣的表壓力(MPa),P=P－P；2 2 d 0P2

在縱坐標(biāo)軸上對(duì)應(yīng)的高度(m)。2、耗功率6P是單位時(shí)間內(nèi)壓氣機(jī)所消耗的功，即：PNWc

/60 (W) （2）其中：N——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）,對(duì)于本實(shí)驗(yàn)臺(tái)，P<750WP的理論值計(jì)算式為n11PnpV0

n n1

(W) （3）其中：n——多變壓縮指數(shù)P——壓氣機(jī)吸氣壓力（N/m2；0——壓氣機(jī)的排氣量多變壓縮指數(shù)n的Wt

Wnn等于封閉示功圖上壓縮過(guò)程線(xiàn)與縱坐標(biāo)軸圍成的面積同壓縮過(guò)程線(xiàn)與橫坐標(biāo)軸圍成的面積之比，即：Wn tW

由cdefc圍成的面積 （4）W 由cdabc圍成的面積對(duì)于本實(shí)驗(yàn)臺(tái)，1.0<n<1.4容積效率由容積效率的定義得： 有效吸收容積 （5）v 活塞位移容積hbgb容積效率ηv

v的理論值計(jì)算式為

hb （6）gbc1Vcv Vh

(1) （7）nV/V=4.76%,c hV=(π/4)2X是余隙容積,c cV=(π/4)2L是活塞位移容積,h7X——余隙高度， 活塞行程。c六、數(shù)據(jù)記錄與分析性能性能耗功耗功率容積效多變指數(shù)壓縮過(guò)壓力1 壓力2 程（MPa） （MPa） 多變指數(shù)n膨脹過(guò)程數(shù)m參數(shù)(J)(W)率（%）123456七、思考題什么？