LABORATORIUM Z MASZYN ENERGETYCZNYCH

Temat ćwiczenia: Sprężarka tłokowa

Karolina Wszoła III rok, gr. 2B

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.

1. Schemat stanowiska pomiarowego

1. Metody pomiaru rzeczywistej wydajności sprężarki

1. Na podstawie wykresu indykatorowego

Metoda ta polega na określeniu współczynnika objętościowego λ_i na podstawie wykresu indykatorowego sprężarki, sporządzonego podczas wykonywania pomiarów przy ustalonych warunkach pracy.

1. Metodą napełniania zbiornika

Metoda 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.

1. Za pomocą zwężek pomiarowych

Metoda posiada ograniczone zastosowanie dla pomiarów dokładnych ze względu na pulsacyjny charakter przepływu gazu. Daje dobre wyniki pomiaru jedynie dla pomiarów czynnika o niskich pulsacjach przepływu. Istnieje w zależności od rozmieszczenia zwężki kilka sposobów pomiarów wydajności przy pomocy tej metody.

1. Na podstawie bilansu wymiennika ciepła

W przewodzie tłocznym umieszczamy wymiennik ciepła chłodzonego wodą. Określa się masę wody przepływającej przez wymiennik w pewnym czasie τ i przyrost jej temperatury Δt_w, oraz spadek entalpii na wejściu i wyjściu z wymiennika. Układa się bilans energetyczny:

oblicza się ilość czynnika, który przepłynął w określonym czasie τ:

Metoda ta ma zastosowanie przy określaniu wydajności sprężarek chłodniczych.

1. Wyniki pomiarów

Dane dotyczące sprężarki i zbiornika:

• Średnica cylindra D = 70 [mm]

• Skok tłoka s = 65 [mm]

• Ilość stopni sprężania i = 1

• Ilość obrotów wału sprężarki n = 863 [$\frac{\text{obr}}{\min}\rbrack$

• Objętość zbiornika sprężarki V_z = 0,135 [m³]

Parametry dotyczące sprężanego gazu:

Rodzaj sprężanego gazu - powietrze zasysane z otoczenia

Parametry ssania: t_s = 20˚C = 293,15 K

p_s = 98 000 Pa

stała gazowa powietrza R = 287,1 $\left\lbrack \frac{J}{kg \cdot K} \right\rbrack$

parametry otoczenia: t_ot = 20˚C = 293,15 K

p_b = 98 000 Pa

Parametry w zbiorniku sprężarki na początku (indeks 1) i na końcu (indeks 2) pomiaru:

Parametr mierzony	Jednostka	Pomiar
		1
p1n	$$\frac{\text{kG}}{cm^{2}}$$	0,5
p2n	$$\frac{\text{kG}}{cm^{2}}$$	2,9
t1	˚C	20
t2	˚C	23

Czas napełniania zbiornika: τ = 90 s

1. Wzory i obliczenia (dla punktu 1.)

0,5 $\frac{\text{kG}}{cm^{2}}$ = 49033,25 Pa

p₁ = p_b + p_1N = 98000 + 0,5 * 98066,5 = 177033,25 [Pa]

p₂ = p_b + p_2N = 98000 + 2,9 * 98066,5= 382392,85 [Pa]

T₁ = 20 + 273,15 = 293,15 K

T₂ = 23 + 273,15 = 296,15 K

$$\dot{m} = \frac{V_{Z}}{\tau \cdot R} \cdot \left( \frac{p_{2}}{T_{2}} - \frac{p_{1}}{T_{1}} \right) = \frac{0,135}{90 \cdot 287,1} \cdot \left( \frac{382392,85\ }{296,15} - \frac{177033,25}{293,15} \right) = 0,004126\frac{\text{kg}}{s}$$

$$V_{s} = \frac{R \cdot T_{\text{OT}}}{p_{0T}} = \frac{287,1 \cdot 293,15}{98000} = 0,86\frac{cm^{3}}{\text{kg}}$$

${\dot{V}}_{\text{Rz}} = V_{S} \cdot \dot{m}$ = 0,86 ∙ 0,004126 = 0,00355 $\frac{m^{3}}{s}$

$${\dot{V}}_{\text{teor}} = \frac{\pi \cdot D^{2}}{4} \cdot s \cdot i \cdot \frac{n}{60} = \frac{3,14 \cdot \left( 0,07 \right)^{2}}{4} \cdot 0,065 \cdot 1 \cdot \frac{863}{60} = 0,0036\frac{m^{3}}{s}$$

$$\lambda = \frac{{\dot{V}}_{\text{Rz}}}{{\dot{V}}_{\text{teor}}} = \frac{0,00355}{0,0036} = 0,986$$

1. Tabela pomiarowa

Parametr obliczony	Oznaczenie	Jednostka	Pomiar
			1
ciśnienie absolutne w zbiorniku	p1	Pa	196766,5
ciśnienie absolutne w zbiorniku	p2	Pa	392899,5
temperatura w zbiorniku	T1	K	295,65
temperatura w zbiorniku	T2	K	298,15
strumień masy	$$\dot{m}$$	kg/s	0,00341
objętość właściwa	Vs	cm^3/kg	0,86
wydajność rzeczywista	$${\dot{V}}_{\text{RZ}}$$	m^3/s	0,0029
wydajność teoretyczna	$${\dot{V}}_{\text{teor}}$$	m^3/s	0,0036
rzeczywisty wsp. objętościowy	λ	-	0,81
rzeczywisty średni wsp. obj.	λ	-	0,77

1. Wnioski

Po uśrednieniu otrzymanych współczynników objętościowych uzyskano wynik 0,77 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 wraz 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.