0引言(yán)
氣體壓縮機是(shì)壓縮氣體的機(jī)械設備。氣體壓(yā)縮機排氣量的(de)檢測是壓縮機(ji)性能檢測中重(zhong)要的檢測🔱技術(shù)之一👣。壓縮機排(pai)氣量的實測數(shù)據決定着壓縮(suo)機的合格與否(fou)✍️,決定着壓縮機(ji)的能效等級,即(jí)決定着壓縮機(jī)的能源比🔞耗。
現(xian)在國際上通用(yong)的壓縮機性能(neng)試驗方法"給出(chū)了檢測在🔴不同(tong)海拔地區,不同(tóng)使用溫度運行(háng)的壓縮機的排(pai)氣量、功率和比(bi)功率的試驗方(fāng)法。我國也根據(jù)該國際标準,編(bian)制了相應的國(guó)家标準口。這兩(liang)個标準除了介(jiè)紹功率、比功率(lü)測量之外,排💞氣(qi)量測量方法是(shi)重要的内容。國(guó)際标準ISO1217和我國(guo)國家标準GB/T3853的實(shí)施極大方便了(le)國内外壓縮🚩機(ji)制造商和壓縮(suo)機用戶之間的(de)對壓縮機産品(pin)性能的評定。
1常(chang)用的排氣量測(ce)量方法
國際标(biao)準和中國國家(jia)标準中雖然介(jie)紹了各種排🚶氣(qi)🐪量的測量方法(fǎ),但并沒有介紹(shào)各種排氣量測(ce)量方法的優缺(quē)點及應💯用場合(he)。從而造成許多(duo)壓縮機制造商(shang)和用戶沒有根(gēn)據所測壓縮機(jī)的特點選用合(hé)适的排🚶♀️氣量測(ce)量方法。
壓縮機(jī)排氣量測量方(fang)法種類繁多,常(cháng)見的測量方法(fa)分爲節流法及(jí)充氣法。
1.1節流法(fa)
節流法是在流(liu)體管道中放置(zhì)孔闆、噴嘴等節(jiē)流元件,流🥵體👈流(liú)過節流元件時(shí)會在節流元件(jiàn)兩側産生壓差(chà)🧑🏾🤝🧑🏼。流體的流量與(yu)節流元件兩端(duan)壓差成正比。也(yě)就是說通過測(ce)量壓差的大小(xiǎo)，可以得出流量(liang)的大小田。
1)ISA1932噴嘴(zuǐ)
這種噴嘴要求(qiú)在噴嘴前後有(yǒu)相應的整流裝(zhuāng)置。這種裝置🔞的(de)♻️大好處是測量(liàng)的氣體不用放(fàng)空，沒有浪✌️費壓(ya)縮空氣。
2)ASME噴嘴
ASME噴(pen)嘴是美國機械(xie)工程師學會所(suǒ)推薦使用的節(jiē)流元件。由于🚩中(zhong)國最早的壓縮(suō)機試驗方法标(biāo)準時參照ASME PTC9進行(háng)制定的👣。所以ASME噴(pen)嘴在中國各壓(ya)縮機制造單位(wei)得到了廣泛的(de)應用。該噴嘴🏃🏻♂️也(ye)同樣要求管路(lù)具有整流裝置(zhì)。但由于該噴嘴(zuǐ)後😍面直接将空(kong)氣排向大氣,故(gù)下遊壓力爲大(da)氣⭐壓，測量工況(kuang)易于穩定。同樣(yàng),由于直接❄️将被(bèi)測氣體直接排(pai)向大氣,一-是浪(lang)費了壓縮氣體(tǐ)、而是不适用于(yú)貴重氣體或易(yi)燃易爆⁉️有毒氣(qì)體的測量。
3)文丘(qiū)裏噴嘴
文丘裏(lǐ)噴嘴與ASME噴嘴的(de)共同之處都是(shi)将被測氣體🏃直(zhí)🌐接👉排向大氣。測(ce)量工況易于穩(wěn)定。同樣也具有(you)浪費壓縮氣體(ti)及不适用于貴(guì)重氣體或易燃(ran)易爆有毒氣體(ti)的測量❓的缺點(diǎn)。文丘裏🔴噴嘴要(yào)求流過噴嘴☁️喉(hóu)部的流速要達(dá)到音速以上🐇。這(zhe)使其具有更适(shi)用㊙️于大流量氣(qi)體測量的特點(diǎn)。
1.2充氣法
充氣法(fǎ)也是國家标準(zhun)GB/T15487《容積式壓縮機(jī)流量試驗方法(fǎ)》推薦的排氣量(liang)試驗方法之一(yī)。該方法的好處(chù)是不需要将🍉被(bèi)測氣體🏃♂️排向大(dà)氣,當測量貴重(zhòng)或有毒氣體時(shí),該方法具有顯(xian)著的優越性。但(dan)由于充氣法要(yào)求正确測量充(chōng)氣前後的溫✏️度(dù)和壓力及充氣(qi)時間,當充氣容(rong)積相對壓縮機(jī)的排氣量較小(xiao)時,其測💰量精度(dù)也就較差了。換(huàn)言之,如果充氣(qi)容積相🐉對壓縮(suō)機的排氣量足(zu)夠大時,可以取(qu)得理想的測量(liang)精度。
以上是國(guó)際标準和國内(nei)标準推薦的幾(jǐ)種壓縮機🏃🏻排氣(qì)量試驗方法。這(zhè)些方法的共同(tóng)之處是當對節(jiē)流元件的幾何(hé)尺寸及有👨❤️👨關的(de)熱工傳感器精(jing)度進行嚴格控(kòng)制時🌍,可以取得(dé)理想♋的測量精(jing)度。
采用節流元(yuán)件法進行排氣(qi)量測量的缺點(dian)是:
(1)節流元件的(de)幾何尺寸複雜(za),檢驗難度大;
(2)檢(jian)驗數據需要進(jin)一步 進行計算(suan),對測量人員的(de)技💋術能力有一(yī)定的要求;
(3 )測量(liang)結果不直觀，無(wu)法直接顯示。
那(nà)麽有沒有更好(hǎo)的方法來檢測(ce)壓縮機的排氣(qì)量呢?與有💘關企(qi)業進行了采用(yòng)渦街流量計
法(fa)進行壓縮機流(liu)量測量的嘗試(shì)。
2渦街流量計工(gong)作原理
渦街流(liu)量計也稱之爲(wei)旋渦流量計或(huò)卡門渦街流量(liàng)計。可以适用于(yú)管道内多種流(liu)體(氣體液體、蒸(zhēng)氣)的流量測量(liang)。其特點🔴是壓🏃♀️力(lì)損失小，量程範(fàn)圍大,精度高,在(zài)測量工況體積(jī)流量時可以對(dui)流體的壓力和(he)溫度參數自動(dòng)進行修訂。該流(liu)量計可以将測(ce)量🍓結果進行模(mo)拟标準信号或(huo)數字脈沖信号(hao)的輸出🤩,容易與(yǔ)計算機等數字(zi)系統配套使用(yong)，是一種理想的(de)測量儀器。
在流(liu)體中設置非流(liu)線型漩渦發聲(sheng)體時,在渦街流(liu)量變送💘器👄中🐪的(de)三角柱形的旋(xuán)渦發生體後會(hui)上下交替産生(sheng)正比于流速的(de)兩列旋渦，這種(zhǒng)旋渦稱爲☎️卡門(men)旋渦(見圖1)。旋渦(wo)的釋放頻率與(yu)流過旋渦發生(sheng)體的流體平均(jun)速度及旋渦發(fa)⛷️生體特征寬度(du)有關🌂,用下式表(biǎo)示:
式中ƒ--旋渦的(de)釋放頻率 ,單位(wèi)爲Hz;
Ʋ--流過旋渦發(fa)生體的流體平(ping)均速度,單位爲(wèi)m/s;
d一旋渦發生體(tǐ)特征寬度,單位(wèi)爲m;
St一斯特勞哈(ha)爾數(Strouhal number) ,無量綱，它(ta)的數值範圍爲(wei)0.14 ~ 0.27
St是雷諾數的函(hán)數,
通過測量旋(xuán)渦頻率就可以(yǐ)計算出流過旋(xuán)渦發生體的流(liu)體平均速度Ʋ,再(zài)由公式
求出流(liú)體流過流量計(ji)的流量q。(式中A爲(wèi)流體流過旋渦(wō)🧑🏽🤝🧑🏻發生體💚的截面(miàn)積。)
3采用渦街流(liu)量計進行排氣(qi)量實測試驗
渦(wō)街流量計的安(an)裝較爲方便,但(dan)希望能确保氣(qì)體在🤩流經流量(liàng)計之前的流動(dong)狀态爲穩定的(de)層流狀态,且避(bì)免流量計後的(de)彎頭或閥門對(duì)渦街的産生造(zao)成幹🔅擾。安裝流(liu)量計🧑🏾🤝🧑🏼時,應确㊙️保(bǎo)流量計上遊應(yīng)有長度不小于(yu)25D的等徑直管段(duan),下遊應有不💯小(xiao)于5D的等徑直管(guǎn)段。現場測量時(shí)采用通徑爲DN65的(de)渦街流量計,其(qí)測量範圍爲㊙️:0.75至(zhì)6.3m³/min。
現場對一台額(é)定功率爲11kW、排氣(qi)壓力爲0.8MPa的螺杆(gan)壓縮機進行了(le)實測。實測排氣(qi)壓力爲:0.790MPa,測得的(de)排氣量爲: 1.51m³/min。實測(cè)機組輸人💘功率(lü)爲:11.93kW。
同樣---台螺杆(gǎn)壓縮機在國家(jia)制冷設備制冷(leng)監督檢驗中💛心(xin)采用ASME噴嘴節流(liú)的方法再次進(jin)行了對比試驗(yàn)。其主要性能數(shù)據爲:實測排氣(qì)壓力0.807MPa,測得排氣(qì)量爲:1.50 m³/min。
兩種方法(fǎ)相比,實測排氣(qì)量的誤差爲:0.67%。也(yě)就是說,在企⛱️業(yè)産🏃🏻♂️品出廠試驗(yan)時,采用渦街流(liú)量計可以取得(de)✨與ASME噴嘴節流法(fa)相近的測量結(jie)果。如有必要時(shi),可以對流量測(ce)量的不确定度(dù)進行分析,參‼️見(jiàn)《壓縮機性能數(shu)據的相對标準(zhun)不确定度分析(xī)》。
4渦流流量計的(de)精度校準
爲了(le)嚴格确定所用(yong)渦街流量計的(de)測量精度。将所(suo)用渦街流量計(jì)送到專業校準(zhǔn)機構按照國家(jiā)校準規程向進(jìn)㊙️行了校準,采用(yòng)👨❤️👨的計量标準器(qi)具爲音速噴嘴(zuǐ)流量标準裝置(zhì)。其校準數據見(jiàn)表1。
流量計示值(zhi)誤差:0.36% ,重複性誤(wu)差:0.16%,由此可以看(kàn)出,在實驗室條(tiáo)件下，渦街流量(liang)計具有非常理(li)想的測量精👄度(dù)。
5結論
由于測量(liàng)技術的發展7-,有(yǒu)越來越多的排(pái)氣量測量儀器(qì)供壓縮😍機制造(zào)廠選擇,渦街流(liú)量計是較理想(xiǎng)的選🧡擇之一。渦(wo)街流量計具有(yǒu)價格低廉、安裝(zhuāng)方便、使用簡單(dān)、對壓力溫度參(can)數自動進行修(xiū)訂的優點。特别(bie)是渦街流量計(jì)可以對壓縮機(jī)的排氣量進行(háng)累計測量的特(tè)點,對壓縮機使(shi)用過程的能效(xiao)測量具有非常(cháng)獨特的意義。随(sui)着渦街流量計(ji)的應用,将💚來有(yǒu)可能根據渦街(jiē)流量計記錄的(de)累計流量及電(diàn)度表記錄的累(lèi)計用電量來評(píng)價壓縮✉️機的效(xiào)率。必将進--步推(tuī)動有關标準的(de)修訂。
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