Испытание поршневого компрессора.
Обработка индикаторной диаграммы.
Содержание работы
Характер протекания действительных процессов в цилиндре поршневой машины можно изучить, рассматривая индикаторную диаграмму, полученную во время работы машины с помощью прибора, называемого индикатором.
На рис. 3 изображена индикаторная диаграмма реального поршневого одноступенчатого воздушного компрессора. Она снимается механическим пружинным индикатором и показывает изменение давления воздуха в рабочей полости цилиндра в зависимости от объема газа в цилиндре.
В данной работе для индицирования компрессора ВК3-6 использовался индикатор типа МИ-2. Один датчик индикатора пружинного типа устанавливается на клапанной крышке компрессора и сжатие пружины пропорционально давлению в цилиндре, другой датчик связан с ходом поршня и дает сигнал, пропорциональный объему цилиндра.
Кривая 1 – 2 изображает процесс сжатия воздуха, происходящий при закрытых всасывающем и нагнетательном клапанах компрессора. В реальном компрессоре этот процесс протекает при довольно сложных условиях теплообмена. Поэтому он принимается политропным. Уравнение линии процесса в системе координат РV имеет вид РVn=соnst, где n – показатель политропы.
В реальном компрессоре во время процесса сжатия интенсивность теплообмена и направление потока теплоты изменяются, поэтому значение показателя политропы также меняется вдоль кривой 1 – 2. В начале сжатия температура свежего воздуха ниже, чем температура поршня и стенок цилиндра, и теплота подводится от них к воздуху, при этом значение показателя политропы n больше показателя адиабаты k (n>k). В процессе сжатия температура воздуха возрастает и в некоторый момент сравнивается с температурой поршня и стенок цилиндра. В этот момент n=k. Процесс сжатия усложняется и другими факторами, в том числе утечками воздуха из цилиндра. Описать аналитически действительный процесс сжатия воздуха в компрессоре с учетом влияния всех факторов не представляется возможным.по этой причине в расчетах описанный процесс принимают политропным со средним значением показателя политропы nср. При работе компрессора с охлаждаемым цилиндром среднее значение показателя политропного процесса сжатия должно быть больше единицы (изотермическое сжатие), но меньше показателя k (адиабатное сжатие), т. е. 1<nср<k.
Среднее значение показателя nср обычно определяют как среднее арифметическое значение показателей политроп для малых отрезков процесса, в данном случае линии 1 – 2. Показатель политропы отдельного отрезка находят аналитически по координатам двух крайних точек рассматриваемого отрезка, обозначают их i и i+1. На этом отрезке значение n принимается постоянным.
Запишем для крайних точек отрезка уравнение политропы:
РiV 
=Рi+1Vni+1.
Логарифмируя его, получим
lg Рi+n lg Vi= lg Рi+1+n lg Vi+1, откуда
. (1)
Нетрудно показать, что значения Рi, Vi, Рi+1, Vi+1 можно выбрать непосредственно из индикаторной диаграммы в миллиметрах, не считаясь с масштабом координат.
Порядок проведения работы и обработки результатов
Для выполнения лабораторной работы студенту выдается индикаторная диаграмма, снятая с компрессора ВК3-6 при произвольном режиме его работы. Вначале на диаграмме определяют положение осей координат Р и V. Для этого диаграмму следует аккуратно наклеить на лист разлинованной бумаги строго горизонтально, ориентируясь на положение «атмосферной» линии (см. рис.3). Для нахождения положения оси давлений вычисляют длину отрезка Vм, мм, условно выражающего объем мертвого пространства в цилиндре компрессора (см. рис.3). Для указанного компрессора, принимая коэффициент мертвого пространства
a= 
= 0,08, получают Vм=aVh=0,08 Vh,
где Vh – длина диаграммы, мм, выражающая рабочий объем цилиндра. Поэтому для проведения оси давлений сначала на диаграмме через крайнюю левую точку проводят вертикальную вспомогательную линию, затем линейкой снимают с диаграммы значение Vh (в мм), вычисляют по приведенной выше формуле значение Vм, а потом налево от вспомогательной линии откладывают по линейке в мм величину Vм и проводят вертикальную линию – это и будет положение оси давления.
Положение оси объемов определяют в следующем порядке. Во-первых, для привязки давления индикатор на диаграмме рисует линию, пропорциональную наружному атмосферному давлению («атмосферную» линию на рис.3) Если предположить, что это давление равно 1 бар и принять во внимание, что при работе индикатора была установлена пружина датчика давления, сжимающаяся при давлении 1 бар на 4 мм, то очевидно, что ось объемов проходит ниже «атмосферной» линии диаграммы на величину масштаба давлений, т.е. на 4 мм. Проведя эту линию, заканчивают этим привязку диаграммы к осям координат.
Далее линию сжатия 1 – 2 диаграммы делят произвольно на 4 отрезка примерно одинаковой длины. В крайних точках каждого отрезка измеряют линейкой длину величин p и V и заносят в таблицу. Для каждого отрезка линии сжатия по формуле (1) определяют показатель ni, значение которого также заносят в таблицу 3.
Таблица 1
| Величины | Отрезки | |||
| pi+1, мм pi, мм Vi, мм Vi+1, мм lg pi+1 lg pi lg Vi lg Vi+1 ni |
Подсчитывают средний показатель политропы сжатия 1 – 2
nср= 
,
где m – число отрезков; ni – показатели политропы отрезков линии сжатия.
По величине nср делают вывод об эффективности работы системы охлаждения испытуемого компрессора.
Рис.1