0引言
氣體壓縮機(jī)是壓縮氣體的機(jī)械設(shè)備。氣體壓縮機(jī)排氣量的檢測(cè)是壓縮機(jī)性能檢測(cè)中重要的檢測(cè)技術(shù)之一。壓縮機(jī)排氣量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)決定著壓縮機(jī)的合格與否,決定著壓縮機(jī)的能效等級(jí),即決定著壓縮機(jī)的能源比耗。
現(xiàn)在國(guó)際上通用的壓縮機(jī)性能試驗(yàn)方法"給出了檢測(cè)在不同海拔地區(qū),不同使用溫度運(yùn)行的壓縮機(jī)的排氣量、功率和比功率的試驗(yàn)方法。我國(guó)也根據(jù)該國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),編制了相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)口。這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)除了介紹功率、比功率測(cè)量之外,排氣量測(cè)量方法是重要的內(nèi)容。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO1217和我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3853的實(shí)施極大方便了國(guó)內(nèi)外壓縮機(jī)制造商和壓縮機(jī)用戶之間的對(duì)壓縮機(jī)產(chǎn)品性能的評(píng)定。
1常用的排氣量測(cè)量方法
國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中雖然介紹了各種排氣量的測(cè)量方法,但并沒(méi)有介紹各種排氣量測(cè)量方法的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合。從而造成許多壓縮機(jī)制造商和用戶沒(méi)有根據(jù)所測(cè)壓縮機(jī)的特點(diǎn)選用合適的排氣量測(cè)量方法。
壓縮機(jī)排氣量測(cè)量方法種類繁多,常見(jiàn)的測(cè)量方法分為節(jié)流法及充氣法。
1.1節(jié)流法
節(jié)流法是在流體管道中放置孔板、噴嘴等節(jié)流元件,流體流過(guò)節(jié)流元件時(shí)會(huì)在節(jié)流元件兩側(cè)產(chǎn)生壓差。流體的流量與節(jié)流元件兩端壓差成正比。也就是說(shuō)通過(guò)測(cè)量壓差的大小，可以得出流量的大小田。
1)ISA1932噴嘴
這種噴嘴要求在噴嘴前后有相應(yīng)的整流裝置。這種裝置的大好處是測(cè)量的氣體不用放空，沒(méi)有浪費(fèi)壓縮空氣。
2)ASME噴嘴
ASME噴嘴是美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)所推薦使用的節(jié)流元件。由于中國(guó)最早的壓縮機(jī)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)時(shí)參照ASME PTC9進(jìn)行制定的。所以ASME噴嘴在中國(guó)各壓縮機(jī)制造單位得到了廣泛的應(yīng)用。該噴嘴也同樣要求管路具有整流裝置。但由于該噴嘴后面直接將空氣排向大氣,故下游壓力為大氣壓，測(cè)量工況易于穩(wěn)定。同樣,由于直接將被測(cè)氣體直接排向大氣,一-是浪費(fèi)了壓縮氣體、而是不適用于貴重氣體或易燃易爆有毒氣體的測(cè)量。
3)文丘里噴嘴
文丘里噴嘴與ASME噴嘴的共同之處都是將被測(cè)氣體直接排向大氣。測(cè)量工況易于穩(wěn)定。同樣也具有浪費(fèi)壓縮氣體及不適用于貴重氣體或易燃易爆有毒氣體的測(cè)量的缺點(diǎn)。文丘里噴嘴要求流過(guò)噴嘴喉部的流速要達(dá)到音速以上。這使其具有更適用于大流量氣體測(cè)量的特點(diǎn)。
1.2充氣法
充氣法也是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T15487《容積式壓縮機(jī)流量試驗(yàn)方法》推薦的排氣量試驗(yàn)方法之一。該方法的好處是不需要將被測(cè)氣體排向大氣,當(dāng)測(cè)量貴重或有毒氣體時(shí),該方法具有顯著的優(yōu)越性。但由于充氣法要求正確測(cè)量充氣前后的溫度和壓力及充氣時(shí)間,當(dāng)充氣容積相對(duì)壓縮機(jī)的排氣量較小時(shí),其測(cè)量精度也就較差了。換言之,如果充氣容積相對(duì)壓縮機(jī)的排氣量足夠大時(shí),可以取得理想的測(cè)量精度。
以上是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)推薦的幾種壓縮機(jī)排氣量試驗(yàn)方法。這些方法的共同之處是當(dāng)對(duì)節(jié)流元件的幾何尺寸及有關(guān)的熱工傳感器精度進(jìn)行嚴(yán)格控制時(shí),可以取得理想的測(cè)量精度。
采用節(jié)流元件法進(jìn)行排氣量測(cè)量的缺點(diǎn)是:
(1)節(jié)流元件的幾何尺寸復(fù)雜,檢驗(yàn)難度大;
(2)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)需要進(jìn)一步 進(jìn)行計(jì)算,對(duì)測(cè)量人員的技術(shù)能力有一定的要求;
(3 )測(cè)量結(jié)果不直觀，無(wú)法直接顯示。
那么有沒(méi)有更好的方法來(lái)檢測(cè)壓縮機(jī)的排氣量呢?與有關(guān)企業(yè)進(jìn)行了采用渦街流量計(jì)法進(jìn)行壓縮機(jī)流量測(cè)量的嘗試。
2渦街流量計(jì)工作原理
渦街流量計(jì)也稱之為旋渦流量計(jì)或卡門(mén)渦街流量計(jì)。可以適用于管道內(nèi)多種流體(氣體液體、蒸氣)的流量測(cè)量。其特點(diǎn)是壓力損失小，量程范圍大,精度高,在測(cè)量工況體積流量時(shí)可以對(duì)流體的壓力和溫度參數(shù)自動(dòng)進(jìn)行修訂。該流量計(jì)可以將測(cè)量結(jié)果進(jìn)行模擬標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)或數(shù)字脈沖信號(hào)的輸出,容易與計(jì)算機(jī)等數(shù)字系統(tǒng)配套使用，是一種理想的測(cè)量?jī)x器。
在流體中設(shè)置非流線型漩渦發(fā)聲體時(shí),在渦街流量變送器中的三角柱形的旋渦發(fā)生體后會(huì)上下交替產(chǎn)生正比于流速的兩列旋渦，這種旋渦稱為卡門(mén)旋渦(見(jiàn)圖1)。旋渦的釋放頻率與流過(guò)旋渦發(fā)生體的流體平均速度及旋渦發(fā)生體特征寬度有關(guān),用下式表示:
式中ƒ--旋渦的釋放頻率 ,單位為Hz;
Ʋ--流過(guò)旋渦發(fā)生體的流體平均速度,單位為m/s;
d一旋渦發(fā)生體特征寬度,單位為m;
St一斯特勞哈爾數(shù)(Strouhal number) ,無(wú)量綱，它的數(shù)值范圍為0.14 ~ 0.27
St是雷諾數(shù)的函數(shù),
通過(guò)測(cè)量旋渦頻率就可以計(jì)算出流過(guò)旋渦發(fā)生體的流體平均速度Ʋ,再由公式
求出流體流過(guò)流量計(jì)的流量q。(式中A為流體流過(guò)旋渦發(fā)生體的截面積。)
3采用渦街流量計(jì)進(jìn)行排氣量實(shí)測(cè)試驗(yàn)
渦街流量計(jì)的安裝較為方便,但希望能確保氣體在流經(jīng)流量計(jì)之前的流動(dòng)狀態(tài)為穩(wěn)定的層流狀態(tài),且避免流量計(jì)后的彎頭或閥門(mén)對(duì)渦街的產(chǎn)生造成干擾。安裝流量計(jì)時(shí),應(yīng)確保流量計(jì)上游應(yīng)有長(zhǎng)度不小于25D的等徑直管段,下游應(yīng)有不小于5D的等徑直管段。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)采用通徑為DN65的渦街流量計(jì),其測(cè)量范圍為:0.75至6.3m³/min。
現(xiàn)場(chǎng)對(duì)一臺(tái)額定功率為11kW、排氣壓力為0.8MPa的螺桿壓縮機(jī)進(jìn)行了實(shí)測(cè)。實(shí)測(cè)排氣壓力為:0.790MPa,測(cè)得的排氣量為: 1.51m³/min。實(shí)測(cè)機(jī)組輸人功率為:11.93kW。
同樣---臺(tái)螺桿壓縮機(jī)在國(guó)家制冷設(shè)備制冷監(jiān)督檢驗(yàn)中心采用ASME噴嘴節(jié)流的方法再次進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。其主要性能數(shù)據(jù)為:實(shí)測(cè)排氣壓力0.807MPa,測(cè)得排氣量為:1.50 m³/min。
兩種方法相比,實(shí)測(cè)排氣量的誤差為:0.67%。也就是說(shuō),在企業(yè)產(chǎn)品出廠試驗(yàn)時(shí),采用渦街流量計(jì)可以取得與ASME噴嘴節(jié)流法相近的測(cè)量結(jié)果。如有必要時(shí),可以對(duì)流量測(cè)量的不確定度進(jìn)行分析,參見(jiàn)《壓縮機(jī)性能數(shù)據(jù)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分析》。
4渦流流量計(jì)的精度校準(zhǔn)
為了嚴(yán)格確定所用渦街流量計(jì)的測(cè)量精度。將所用渦街流量計(jì)送到專業(yè)校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)按照國(guó)家校準(zhǔn)規(guī)程向進(jìn)行了校準(zhǔn),采用的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具為音速噴嘴流量標(biāo)準(zhǔn)裝置。其校準(zhǔn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。
流量計(jì)示值誤差:0.36% ,重復(fù)性誤差:0.16%,由此可以看出,在實(shí)驗(yàn)室條件下，渦街流量計(jì)具有非常理想的測(cè)量精度。
5結(jié)論
由于測(cè)量技術(shù)的發(fā)展7-,有越來(lái)越多的排氣量測(cè)量?jī)x器供壓縮機(jī)制造廠選擇,渦街流量計(jì)是較理想的選擇之一。渦街流量計(jì)具有價(jià)格低廉、安裝方便、使用簡(jiǎn)單、對(duì)壓力溫度參數(shù)自動(dòng)進(jìn)行修訂的優(yōu)點(diǎn)。特別是渦街流量計(jì)可以對(duì)壓縮機(jī)的排氣量進(jìn)行累計(jì)測(cè)量的特點(diǎn),對(duì)壓縮機(jī)使用過(guò)程的能效測(cè)量具有非常獨(dú)特的意義。隨著渦街流量計(jì)的應(yīng)用,將來(lái)有可能根據(jù)渦街流量計(jì)記錄的累計(jì)流量及電度表記錄的累計(jì)用電量來(lái)評(píng)價(jià)壓縮機(jī)的效率。必將進(jìn)--步推動(dòng)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的修訂。
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