MICHAŁ MUSIAŁ, WEiP, ENERGETYKA III, GRUPA 2B
10.12.2011r
SPRAWOZDANIE 5 - BADANIE SPRĘŻARKI TŁOKOWEJ
1. Cel ćwiczenia: Celem ćwiczenia jest pomiar rzeczywistej wydajności jednostopniowej sprężarki tłokowej metodą napełniania zbiornika oraz wyznaczenie rzeczywistego współczynnika objętościowego. Ponadto określenie i skomentowanie faktycznego stanu sprężarki.
2. Schemat stanowiska pomiarowego: 3. Metody pomiaru rzeczywistej wydajności sprężarki tłokowej:
a) metoda oparta na podstawie wykresu indykatorowego:
Metoda ta polega na określeniu współczynnika objętościowego λi na podstawie wykresu indykatorowego sprężarki, sporządzonego podczas wykonywania pomiarów przy ustalonych warunkach pracy.
n
V& = λ ⋅ λ ⋅ V ⋅ i ⋅
i
gn
sk
60
m
V
λ =
i
Vsk
λ = λ ⋅ λ
i
gn
b) metoda napełniania zbiornika:
Polega na określeniu masy czynnika wtłoczonego do zbiornika w czasie. Gdy znamy objętość zbiornika, stałą gazową czynnika oraz dokonując pomiaru ciśnienia i temperatury przed i po napełnieniu jesteśmy w stanie na podstawie równania stanu określić wydajność rzeczywistą sprężarki.
Metoda ta została wykorzystana podczas ćwiczenia, wzory znajdują się w dalszej części sprawozdania.
c) metoda pomiaru wydajności sprężarki za pomocą zwężek pomiarowych: Metoda ta daje dobre wyniki pomiaru tylko dla pomiarów czynnika o niskich pulsacjach przepływu.
d) metoda określenia wydajności sprężarki na podstawie bilansu chłodnicy: W przewodzie tłocznym umieszczamy wymiennik ciepła z wodą. Określa się masę wody przepływającej przez wymiennik w pewnym czasie τ i przyrost jej temperatury ∆tw, oraz spadek entalpii na wejściu i wyjściu z wymiennika. Układa się bilans energetyczny.
m
& ⋅ | i
1 − i 2
=
| m ⋅ c ⋅ ∆ t
w
p
w
oblicza się ilość czynnika, który przepłynął w określonym czasie τ: m ⋅ c ⋅ t
∆
m
w
p
w
& =
i
∆
Metoda ta ma zastosowanie przy określaniu wydajności sprężarek chłodniczych.
4. Wyniki pomiarów:
- Średnia cylindra: D = 70mm
- Skok tłoka: s = 65mm
- Ilość stopni sprężania: i = 1
- Ilość obrotów wału sprężarki: n= 854 obr/min
- Objętość zbiornika sprężarki: VZ = 0,135 m3
Parametry dotyczące sprężanego gazu:
- Rodzaj sprężanego gazu: powietrze zasysane z otoczenia
- Parametry ssania:
tS = 22oC = 295,15 K
hS = 98700 Pa
J
- Stała gazowa dla powietrza: R = 287 1
,
kg ⋅ K
- Parametry otoczenia:
tOT = 22oC = 295,15 K
hB = 98700 Pa
Parametry w zbiorniku sprężarki na początku (indeks 1) i na końcu (indeks 2) pomiaru:
Pomiar 1:
kG
p
= 5
,
0
= 49050 Pa
n
1
cm 2
kG
p
= 5
,
2
= 245250 Pa
2 n
cm 2
t
o
= 22 C
1
t
o
= 24 5
,
C
2
czas napełniania zbiornika τ = 85 sek
kG
p
= 0
,
2
= 196200 Pa
n
1
cm 2
kG
p
= ,
4 25
= 416925 Pa
2 n
cm 2
t
o
= 24 5
,
C
1
t
o
= 26 C
2
czas napełniania zbiornika τ = 110 sek Pomiar 3:
kG
p
= 5
,
3
= 343350 Pa
n
1
cm 2
kG
p
= 5
,
5
= 539550 Pa
2 n
cm 2
t
o
= 25 C
1
t
o
= 26 5
,
C
2
czas napełniania zbiornika τ = 98 sek 5. Obliczenia:
przeprowadzone dla 2 pomiaru:
p = p
p
Pa
b +
n = 98700 + 196200 = 294900
1
1
p = p
p
Pa
b +
n = 98700 + 416925 = 515625
2
2
T = t + 273 1
, 5 = 24 5
, + 273 1
, 5 = 297,65 K
1
1
T = t + 273 1
, 5 = 26 + 273 1
, 5 = 299 1
, 5 K
2
2
V
p
p
1
,
0 35
515625 294900
3
m
Z
2
1
m
& =
⋅
−
=
⋅
−
= ,
0 0031
τ ⋅ R T
T
110 ⋅ 287 1
,
299 1
, 5
297,65
s
2
1
R ⋅ T
287 1
,
m
OT
⋅ 2951,5
3
VS =
=
= 8
,
0 6
p
98700
kg
OT
3
m
V
V
m
&
RZ =
S ⋅
= 8
,
0 6 ⋅ ,
0 0031 = ,
0 0027 s
2
π ⋅ D
n
1
,
3 4 ⋅ ,
0 07 2
854
3
m
V
s i
TEOR =
⋅ ⋅ ⋅
=
⋅ ,
0 065 ⋅1⋅
= ,
0 0036
4
60
4
60
s
V
,
0 0027
λ = RZ =
= ,
0 756
V
,
0 0036
TEOR
Parametr obliczony
Oznacz.
Jedn.
Numer pomiaru
I
II
III
Ciśnienie absolutne z zbiorniku
P1
Pa
147750
294900
442050
Ciśnienie absolutne z zbiorniku
P2
Pa
343950
515625
638250
Ilość obrotów
n
obr/min
856,6
854
857
Temperatura w zbiorniku
T1
K
295,15
297,65
298,15
Temperatura w zbiorniku
T2
K
297,65
299,15
299,65
Strumień masy
m
kg/s
0,00362
0,00313
0,00311
Objętość właściwa
VS
m3/kg
0,86
Wydajność rzeczywista
VRZ
m3/s
0,00311
0,00269
0,00267
Wydajność teoretyczna
VTEOR
m3/s
0,0036
Rzeczywisty wsp objętościowy
λ
-
0,874
0,756
0,749
Rzecz śr wsp objętościowy
λ
-
0,793
7. Komentarz wyników badań oraz uzyskanych wyników pomiarów:
Po uśrednieniu otrzymanych współczynników objętościowych uzyskano wynik 0,793 co pozwala stwierdzić, że stan techniczny badanej sprężarki jest bardzo dobry. Użytkowanie tej sprężarki jest ekonomiczne. Najwyższy współczynnik objętościowy uzyskano dla najniższych ciśnień dla jakich przeprowadzono pomiary. Wartość tego współczynnika malała zraz ze wzrostem ciśnień. Można więc stwierdzić, że sprężarka lepiej spełnia swoją rolę dla niższych ciśnień. Na rozbieżności w pomiarze prędkości obrotowej mógł wpłynąć naciąg paska klinowego.