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1、活塞压缩机示功图论文活塞式压缩机示功图 摘要： 活塞式压缩机的示功图是反映压缩机在一个工作循环中活塞在不同位置时气缸内气体压力变化的曲线，亦称气体力图。根据录取的示功图可对压缩机的工作过程作一系列的分析计算。例如，根据示功图面积可计算出气缸内平均指示压力、指示功率及气阀功率损失；根据吸入线长度可计算出容积系数v；根据最高压力和最低压力可计算出气缸内的实际压力比；根据气体压力和活塞面积，可计算出产生的作用力，并以此作为动力计算及强度校核的依据；根据示功图还可分析压缩机的故障。例如，根据示功图的形状可以分析判断气阀、活塞环、填料函等的泄漏情况；进排气过程的压力损失情况；压缩机膨胀的热交换情况等，从
2、而根据这些分析对压缩机进行故障诊断。由此可见，压缩机示功图的测试是研究压缩机性能与运行工况的一种基本方法。 关键词：示功图、故障诊断、性能分析、活塞式压缩机 正文： 1. 示功图及其形式 在录取指示图时，纵坐标表示压力p，横坐标根据测量方式的不同可分为用气体容积、 活塞行程s、曲柄转角或时间t来表示，所以指示图曲线有以下几种形式： 1）p-v图，它反映气缸内压力与气体容积间的关系 2）p-s 图，它反映气缸内压力与活塞行程间的关系 3）p-图，它反映气缸内压力与曲柄转角间的关系 4）p-t 图，它反映气缸内压力与一个循环周期内不同时刻间的关系 1）2）3）4）的本质是一样的，在一定条件下可以相
3、互转换。由于转角=t，可以确定时间与转角的关系；根据活塞式压缩机动力学，知道活塞的位移x与转角之间存在着一定的关系x=f()；而气体容积v=xF，式中F为活塞面积。 2. 活塞式压缩机示功图 图为活塞式压缩机示功图。曲线1-2为压缩过程,此时进、排气门关闭，活塞向左运动压缩气缸内的气体，压力升高。到p2时，压缩过程结束,排气门打开。曲线2-3为排气过程，气体受到活塞的推挤而排出气缸，当活塞到达最左端时排气门关闭,排气过程结束。曲线3-4为气缸内剩余气体的膨胀过程。活塞右行时气缸容积增大，当气体压力下降到大气压力时进气门开启,开始吸气。曲线4-1为进气过程,随着活塞向左运动,空气不断充入气缸，当
4、活塞达到最右端时进气门关闭，进气结束。活塞式压缩机即完成一个循环。示功图中曲线所包围的面积表示带动活塞式压缩机所消耗的功。 3.示功图与活塞压缩机的故障诊断 往复式活塞压缩机由于其结构的复杂性、特殊性，故障机理和诊断方法与旋转机械有较大差异，完全引用旋转机械诊断方法的研究成果是不可行的。因此，应根据往复压缩机的特点，吸收旋转机械诊断系统的长处，对其开展故障诊断研究。通过分析，往复压缩机故障模式可分为机械功能故障和热力性能故障两大类。对于热力性能故障可采用热力参数法给予诊断，其中气缸压力信号就可作为主要的诊断信号。 结论： 在往复压缩机故障诊断中，示功图是一种有效的诊断工具，示功图测取的方法，无
5、损于气缸缸壁，同时方便可行，利于实际应用。在示功图法诊断中，由于故障严重程度的变化等因素所引起的特征参数在一定范围内波动，是一种带本质性的现象，为提高诊断的准确性，必须充分利用这些信息。 4.活塞式压缩机性能与示功图 活塞式压缩机是一种容积式压缩机，它依靠气缸容积进行周期性变化而工作。气缸与活塞端面之间形成的封闭容积是活塞式压缩机的工作容积，曲柄连杆机构推动活塞不断在气缸中作往复运动，使气缸通过吸气阀和排气阀的控制，依次地进行吸气压缩排气膨胀过程，从而实现压缩机的工作循环过程。 对于往复活塞压缩机的实际工作情况，可以通过它的实际PV图进行研究。 (1)由于余隙容积、吸气和排气压力损失，气体与汽
6、缸壁之间的热量交换以及泄露等因素的影响,压缩机的实际输气量重视小于它的理论输气量。 (2)由于活塞、活塞环、与汽缸壁面的摩擦及驱动润滑油泵的功率等损失，使得压缩机的机械效率一般在0.75-0.9之间。 (3)压缩机排气过热会使压缩机的输气系数降低和功耗增加，会导致活塞的过分膨胀而卡死在汽缸内，以及封闭式压缩机的内置压缩机被烧毁，影响压缩机的寿命。对于R717和R22的排气温度应低于150，对于R12应低于130。 (4)由于压缩机的内部流动阻力、机械摩擦力和热交换的存在，压缩过程并不是等熵过程，而是多变过程。 *活塞压缩机的示功图测试原理 通过安装在一级气缸吸气阀上的一只压力传感器，将一级气缸
7、内的压力转换为电压信号，并输送到测试仪中通过电桥转换和信号放大，然后进入计算机，经过采集和AD转换变为数字信号，通过软件的处理和标定系统，还原为压力值。在一个压缩循环中，通过测转速的脉冲信号来获得初始采集点，当测得的脉冲信号值最大时，活塞刚好运动到外止点，亦即膨胀开始点，这时开始进行示功图采集。 计算机共采集720个点的数据，即相当于曲柄转角每隔05度采集一个压力值。这720个压力值与通过活塞位移计算公式计算获得的720个位移值相对应。 式中： ：曲柄转角，rad; ：径长比=r/l; r：曲柄半径，mm; l：连杆长度，mm. 通过计算机软件画出往复活塞式压缩机示功图，并显示到计算机的屏幕上。同时，通过对示功图进行数值积分，求出示功图所代表的指示功率，并在计算机上显示出来。 参考文献: 往复式压缩机示功图测试 实验指导书 往复压缩机故障示功图诊断法研究 活塞式压缩机设计 活塞式压缩机示功图计算机评测系统 活塞式压缩机性能实验 压缩机性能的分析
